第1章_CAD技术概论

1、主讲 沈精虎一、学过的相关课程计算机类课程编程基础设计类软件基础二、专业情况 本科所学专业 目前专业 课程基础调研课程基础调研一、课时讲课：36学时 上机：自由安排二、目的 1、掌握掌握CAD/CAM基本理论基本理论 2、掌握掌握CAD/CAM常用软件基本用法常用软件基本用法 3、支撑软件的二次开发方法（、支撑软件的二次开发方法（AutoCAD、ProE、UG等）等） 4、结合专业解决实际问题、结合专业解决实际问题课程安排课程安排三、特点 1、理论知识涉及面广、杂理论知识涉及面广、杂 2、知识更新快知识更新快 3、实践性强（特别强调自己动手，否则收获很小）实践性强（特别强调自己动手，否则收获很

2、小）四、要求 1、带着问题学习、带着问题学习 2、做好讨论前的准备工作、做好讨论前的准备工作 3、通过、通过Internet了解了解CAD/CAM发展动态（非常重要）发展动态（非常重要）课程安排课程安排五、考查 1、结合自己的专业解决实际问题（大作业），写出设计说明书或论文、结合自己的专业解决实际问题（大作业），写出设计说明书或论文 2、展示大作业内容，答辩、展示大作业内容，答辩六、参考书目 1、 机械CAD技术基础（第三版），童秉枢等， 清华大学出版社 2、 CAD/CAM技术， 唐荣锡，北京航空航天大学出版社 3、CAD/CAPP/CAM基本教程，戴同，机械工业出版社 4、 CAD/CAM

3、技术，宁汝新等，机械工业出版社 5、 CAGD & NURBS，施法中，高等教育出版社课程安排课程安排第一讲20世纪后半世纪最重要的技术之一，应用水平体现一个国家的工业水平一、CAD技术概论 1、CAD的概念的概念 一、CAD技术概论 1、CAD的概念的概念 （1）CAD的定义 CAD(Computer Aided Design) 是一种综合应用计算机及其相关技术辅助人们进行产品或工程设计的方法和技术。一、CAD技术概论 1、CAD的概念的概念 Computer Aided Design是工程设计人员以计算机为工具进行设计活动的全过程。资料检索、方案构思、计算分析、工程绘图和编制技术文

4、件CAD用计算机进行科学计算和分析CAD利用计算机绘图CAD(Computer Aided Design) 是一种利用计算机硬、软件是一种利用计算机硬、软件系统系统, 辅助人们对产品或工程进行设计的方法和技术，包括辅助人们对产品或工程进行设计的方法和技术，包括设计、绘图、工程分析与文档制作等设计活动。设计、绘图、工程分析与文档制作等设计活动。一、CAD技术概论 1、CAD的概念的概念 CAD是一个人、机结合的求解系统运算速度快、存储能力大、绘图精确、能正确无误的重复同一操作具有创造性、能判断、推理人机交互、各有所长一、CAD技术概论 1、CAD的概念的概念 （2）涉及的技术 一、CAD技术概论

5、 1、CAD的概念的概念 （3）CAD设计过程设计过程传传统统的的设设计计过过程程设计需求设计需求分析分析问题定义问题定义综合设计综合设计分析优化分析优化评价评价市场信息市场信息编制技术编制技术文件文件结束结束开始开始1、难以获得最优方案；2、计算精度低，可靠性差；3、工作周期长，效率低；4、难以获得创造性的设计。一、CAD技术概论 1、CAD的概念的概念 CAD的的设设计计过过程程设计需求设计需求分析分析问题定义问题定义市场信息市场信息开始开始分析优化分析优化几何造型几何造型工程分析工程分析产生设计结产生设计结果并评价果并评价评价评价综合设计综合设计表示表示自动绘图自动绘图1、可进行多方案优

6、化、决策；2、设计精度和可靠性大大提高；3、图形、数据处理能力强；4、效率高、设计制造一体化； 成本低。一、CAD技术概论 2、 CAD技术的作用与功能技术的作用与功能 1)提高设计效率，缩短设计周期； 2)提高了设计质量；3)各部门信息交流迅速、可靠；4)设计与分析工作模式的统一；5)有利于产品标准化、系列化、通用化。CAD的作用一、CAD技术概论 2、CAD的作用与功能的作用与功能 CAD的功能（1）几何建模三维模型为设计人员提供直观的、正确的产品图形 ，包括装配和零件一、CAD技术概论 2、CAD的作用与功能的作用与功能 一、CAD技术概论 2、CAD的作用与功能的作用与功能 一、CAD

7、技术概论 2、CAD的作用与功能的作用与功能 一、CAD技术概论 2、CAD的作用与功能的作用与功能 CAD的功能（2）工程分析包括产品常规设计和优化设计、有限元分析、可靠性分析、动态分析等科学计算 一、CAD技术概论 2、CAD的作用与功能的作用与功能 CAD的功能（2）一、CAD技术概论 2、CAD的作用与功能的作用与功能 CAD的功能（3）评价仿真通过动态仿真的方式为设计者提供逼真的运动图像以供决策 一、CAD技术概论 2、CAD的作用与功能的作用与功能 一、CAD技术概论 2、CAD的作用与功能的作用与功能 一、CAD技术概论 2、CAD的作用与功能的作用与功能 一、CAD技术概论 2

8、、CAD的作用与功能的作用与功能 CAD的功能（4）自动绘图CAD设计结果需要通过二维工程图或其他方式输出 一、CAD技术概论 2、CAD的作用与功能的作用与功能 CAD的功能（5）工程信息的有效存储及工程数据库的管理与共享 工程设计中的信息量是非常大的，而且信息的形式、属性、关系也是多样的、复杂的，计算机辅助设计系统就是建立在对这些工程信息的有效存储、管理、传递和共享的基础上，利用计算机的外存储器的大容量特点和数据库技术，形成工程数据库和图形数据库及其管理系统，并为各个专业设计提供共享数据的用户模式和它们之间的接口，支持多个用户协调作业，各自独立而又互不干涉地完成对设计信息的存取、加工、转换

9、，实现设计目标。在数据库和图形库的支持下，用户的应用软件开发也可以与存储设备、数据结构等无关，使计算机辅助设计系统具有良好的可扩充性。一、CAD技术概论 2、CAD的作用与功能的作用与功能 CAD的功能（6）知识库基础上的专家系统和人工智能型辅助设计与决策 人工智能是一门具有潜在吸引力的学科，专家系统是人工智能的一个重要分支，它建立在知识库相推理机制的基础上，能够综合运用专门学科的知识和经验，进行推理、判断、决策，解决人们一般能力难以解决的问题。智能计算机辅助设计系统，综合了设计者的知识和经验，并通过系统本身提供的高智能推理机制和人机通讯能力，利用大容量存储和快速转换的能力，在设计的过程中，可

10、以适时地提供设计方案和建协助设计者进行更加有效、富有创造性的设计工作。一、CAD技术概论 3、CAD的应用领域的应用领域 制造业机床、汽车、飞机、船舶、航天器等 工程设计建筑设计、结构设计、设备设计、城市规划、水利工程设计等 电气与电子电路原理图、印刷电路板设计、集成电路大规模集成电路设计等 仿真模拟与动画制作飞机训练、作战仿真、电影动画等 其他应用 轻工、纺织、家电、服装、制鞋一、CAD技术概论 4、CAD的发展的发展 一、准备酝酿阶段20世纪50年代标志：1950MIT“旋风I号”图形 显示器 1958Calcomp滚筒式绘图 机 Gerber平板绘图仪 电子管计算机速度慢、存储能力低硬件

11、水平低一、CAD技术概论 4、CAD的发展的发展 二、成长发展阶段20世纪60年代直接存取存储器阴极射线管显示器商品化的CAD设备不断出现晶体管计算机速度较快、存储能力增强1962MIT的I.E.Sutherland “Sketchpad：一个人机通讯的图形系统” 计算机图形学交互技术分层储存符号为CAD技术的发展和应用打下了理论基础软件水平大大提高，产生了许多计算机语言，如Fortran一、CAD技术概论 4、CAD的发展的发展 三、成熟推广阶段20世纪70年代大规模集成电路光栅扫描显示器、光笔、数字化仪标志：1970Applicon推出了完整的CAD系统 人机交互生成图形技术日趋完善现代设

12、计计算和分析方法各种现代设计方法优化设计、可靠性设计、系统工程等 出现了CAD系统公司，以小型计算机为基础 ，CAD/CAM系统逐渐走入中小企业 一、CAD技术概论 4、CAD的发展的发展 四、广泛应用阶段20世纪80年代至今计算机软、硬件及外围设备飞速发展（摩尔定理），性能极大提高80年代末90年代初以工作站为主之后CAD系统由小型计算机向微型计算机发展应用企业越来越广日本：90%以上应用CAD技术美国：300家CAD/CAM公司应用领域越来越广辅助机械设计、印刷电路板设计超大规模集成电路设计、服装与花样设计、管道布局设计等一、CAD技术概论 4、CAD的发展的发展 CAD软件技术历程 线框

13、造型 曲面造型Catia 实体造型I-deas 参数化特征造型造型Pro/E 变量化技术I-deas KBE(基于知识的工程)UG 行为建模技术Pro/E 2000i2一、CAD技术概论 4、CAD的发展的发展 CAD技术的发展趋势技术的发展趋势 4-1、三维可视化 Interactive交互2、集成化 IntegratedCIMS、并行工程、PDM, 缩短产品的开发周期，提高劳动生产率3、智能化 Intelligent将某一领域中专家的知识和经验，运用人工智能和专家系统技术，归纳成一些规则，并形成知识库，再利用推理机制，进行推理和判断，得到具有专家水平的设计结果 。4、网络化 Interne

14、t二、CAPP/CAM技术概论 1、 CAPP-Computer Aided Process Planning根据产品设计阶段给出的信息，交互或自动完成产品加工方法的选择和工艺过程的设计。毛坯设计加工方法选择工艺路线制定工序设计n机床、道具的选择n切削用量计算n加工余量分配n工时定额计算刀夹量具设计二、CAPP/CAM技术概论 2、 CAM-Computer Aided Manufacturing 广义概念利用计算机辅助完成从生产准备到产品制造整个过程的活动，包括：n工艺过程设计n工装设计nNC自动编程n生产作业规划n生产控制n质量控制等 狭义概念主要指NC程序编制，包括：n刀具路径规划n刀位

15、文件生成n刀具轨迹仿真nNC代码生成三、CAD/CAM系统组成 1、系统硬件的构成与分类系统硬件的构成与分类系统的基本构成系统的基本构成1、计算机2、图形输入设备3、绘图输出设备三、CAD/CAM系统组成1、系统硬件的构成与分类系统硬件的构成与分类系统的分类系统的分类1、微机系统（目前的主流）2、图形工作站系统3、小型机系统三、CAD/CAM系统组成2、 微机系统的硬件组成微机系统的硬件组成主机主机输入设备：键盘、（输入设备：键盘、（2D、3D）鼠标器、）鼠标器、数字化仪、数字化仪、光笔光笔外存储器外存储器光盘、移动光盘、移动硬盘等硬盘等输出设备输出设备打印机、绘图仪打印机、绘图仪图形显示设备

16、图形显示设备通信接口通信接口三、CAD/CAM系统组成3、 系统的软件组成系统的软件组成三个层次：系统软件、支撑软件、应用软件系统软件：主要用于计算机的管理、维护、控制及运行，以及计算机程序的翻译、装入和运行。操作系统、编译系统、网络系统支撑软件：CAD软件系统的核心，为满足CAD工作中一些用户共同需要而开发的通用软件。数据库系统。应用软件： 在系统软件和支撑软件的基础上，针对某一专门应用领域而研制的软件，即为二次开发软件。 计算机分析软件SQL Server、Oracle、Sybase、Dbase、Access、Foxbase、Foxpro、Paradox、MySQL等 图形核心 GKS、A

17、CIS、ParaSolidOpenGL等 集成化CAD/CAM/CAE软件常用数学方法库、有限元分析和优化设计软件如SAP-5、ADINA、NASTRAN、ANSYS等 数据库管理软件AutoCAD、MDT和InventorPro/Engineer (Creo)I-DEAS CATIA Unigraphics(UG)和Solidedge SolidWorks (Dassault Systemes常用支撑软件常用支撑软件Cimatron、MasterCAM、PowerMill Simense NX三、CAD/CAM系统组成4、 CAD/CAM系统集成方案系统集成方案信息集成过程集成功能集成n目前

18、基本都是信息集成，把CAD/CAE/ CAPP/CAM软件有机地结合起来，用有效的方法控制各类功能软件信息的提取、转换和共享。三、CAD/CAM系统组成4、 CAD/CAM系统集成方案系统集成方案通过专用数据接口集成n专用接口文件，运行效率高，但不通用，不同系统需要不同的文件。一处修改，都要修改。利用标准格式接口文件集成n公共接口文件，标准：pIGES：Initial Graphics Exchange SpecificationpSTEP：Standard for the Exchange of Product Model Data集成的关键是信息的交换和共享，CAD/CAM系统的集成方案有以下4种：三、CAD/CAM系统组成4、 CAD/CAM系统集成方案系统集成方案基于统一产品模型和数据库的集成n将CAD、CAPP、CAM作为一个整体规划和开发，集成产品模型是核心，统一工程数据库是基础。基于PDM的系统集成nPDM是指通过网络和数据库技术