三.CAD 模拟仿真、虚拟设计

CAD模拟仿真、虚拟设计是现代的，先进的，以计算机为主要工具和手段的现代设计方法。一、计算机辅助设计（CAD）1.基本概念和特点：是指在设计活动中利用计算机作为工具，帮助工程技术人员进行设计的一切适用技术的总和。1.基本概念和特点：任何与计算机相结合，各尽所长的设计方法，一个完整的CAD系统应具备的三个条件：建立完备的产品设计数据库建立完备的应用程序库建立多功能交互式图形程序库CAD的优点：提高设计质量：科学基础，优化设计，数据一致性。节约时间，提高生产率。较大幅度降低成本。人可以有更多的时间从事创造性劳动。2.CAD系统的硬件：70年代：大中型机价格很高80年代末90年代初：图形工作站：SGISUNDECHPIBM等目前：微型机，网络，Pro/E,IDEAS,UG,Solidworks,MDT等。与普通计算机系统不同点：较强的人机交互设备及图形输入，输出设备。系统构成：主机：CPU内存存储器：光盘，硬盘，软盘，U盘图形显示器：19寸以上，1280*1024以上图形输入设备：输入产品设计思想结构及图形交互式绘图，进行修改和变换鼠标数字化仪图形扫描仪图形输出设备：绘图机：平板式滚筒式计算机网络：一般为局域网：作用：传递数据数据共享程序、软件共享硬件资源共享互为后备，提高系统可靠性

3.CAD系统的软件：操作系统图形软件：图形显示，几何构型二维三维数据库管理系统设计方法程序库常用数学方法程序库：矩阵运算，方程求根，现行方程组求解等。有限元结构分析软件优化设计软件应用程序：VBVCDelphi等4.发展及展望参数化设计：将模型中的定量信息变量化，使之成为任意调整的参数。参数化设计的本质：在可变参数的作用下，系统能够自动维护不变参数。智能CAD运用专家系统，人工神经网络等人工智能技术使在作业过程中具有智能的CAD系统。专家系统：是一个能在某个特定领域内，用人类专家的知识，经验和能力去解决该领域中复杂困难问题的计算机程序系统。专家系统有知识库，推理机，知识获取系统，解释机和一些界面组成。神经网络也可成为某种专家系统。基于特征的设计用易于识别的，包含加工信息的几何单元，如：孔、槽、倒角等来取代以往设计中所用的纯几何描述。如：直线、圆弧等。特征是构造零件的最基本单元要素，它们能以较高的抽象级别，不需要解释的方式来标示一个产品。它既反映零件的几何信息，又反映零件的加工工艺特征信息。孔是一个特征，具有长度，公差，表面粗糙度，位置等属性，并包括它在装配图中的情况。每一个特征基本上对应一种加工制造方法。基于特征的设计适合于CAD/CAM集成和CIMS建模需要。相关性设计某个地方进行修改，系统能够自动更新与修改有关的内容。“尺寸联动”NURBS机和构型技术Non-UniformRationalB-Splines非均匀有理B样条曲线。CAD中用来定义复杂的几何曲面。用NURBS技术构造的曲面易于生成、修改和存储。装配设计和管理系统能够同时完成产品的或装配部件的设计，而不是个别零件的设计。装配管理能力包括以下方面：装配的逻辑关系装配件干涉检查生成装配明细表零件装配关系展开图测算装配件运动学及动力学特性等CAD系统的集成化CAD/CAM集成化面向对象的设计方法尽可能按照人类认识世界的方法和思维方式来分析和解决问题。CAD系统的网络化互联、开放、协同、高效智能计算机辅助设计基本组成（三个功能）能够智能地支持设计者：可行方案及结构，推理、决策、查找并修改设计错误具备设计资料数据库、计算分析程序库、图形支撑系统和文件产生系统。系统具有自学能力。人工智能技术：专家系统（ES）：ExpertSystem人工神经网络（ANN）：ArtificialNeuralNetworks复合智能：Neural-ExpertHybrid二、模拟仿真与虚拟设计1.概念：模拟（Simulation）是指选取一个物理或抽象的系统的某些行为特征，用另一个系统来表示他们的过程。仿真（Emulation）：是指用另一数据处理系统，主要用硬件来全部或部分地模仿某一数据处理系统，以至于模仿的系统能像被模仿的系统一样接受同样的数据，执行同样的程序，获得同样的结果。通用Simulation用模型（物理模型或数学模型）来模仿实际系统，代替实际系统来进行实验和研究，而模拟（Analog）却被用来仅指应用模拟计算机进行仿真。风调试验水池试验波音777飞机：TestingWithoutFlying（模拟试飞）2.优点：提高产品开发质量：通过模拟仿真试验及时发现问题。缩短产品开发周期降低开发费用：汽车：18辆车

5辆车复杂产品的操作使用训练：航天飞机、飞机、核电站等3.模拟仿真技术的三大组成部分：建立模型：归纳法

演绎法模型的可信度实验求解：仿真计算：连续系统：数值解法