第1講-計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與CAD技術(shù)-緒論

1、華中科技大學(xué)華中科技大學(xué)國家國家CAD支撐軟件工程技術(shù)研究中心支撐軟件工程技術(shù)研究中心32學(xué)時(shí)上課學(xué)時(shí)上課 （8-12，14-16周）周） 星期一（星期一（7-8），），D12201；星期三（；星期三（3-4），），D9D21916學(xué)時(shí)上機(jī)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)上機(jī)實(shí)驗(yàn) 地點(diǎn)：東校區(qū)機(jī)房 時(shí)間：星期四，11、12、14、15周， 第912節(jié) 上機(jī)內(nèi)容安排： 曲面建模 （4學(xué)時(shí)） 零件設(shè)計(jì) （4學(xué)時(shí)） 裝配設(shè)計(jì) （4學(xué)時(shí)） 計(jì)算分析 （4學(xué)時(shí)） 注意：上機(jī)時(shí)間安排考試（考試（70%）+上機(jī)實(shí)習(xí)（上機(jī)實(shí)習(xí)（30%） 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)組成 （軟件、硬件、常用CAD系統(tǒng)等） 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)本原理 (圖形的描述、圖形

2、變換、圖形顯示） 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中的建模技術(shù) （曲線曲面建模、實(shí)體建模、特征建模、裝配建模等） 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中的工程計(jì)算處理 （一般工程數(shù)據(jù)處理、工程設(shè)計(jì)及計(jì)算處理） 專業(yè)機(jī)械CAD系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)方法簡介 （二維CAD系統(tǒng)及三維CAD系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)簡介） 典型機(jī)械產(chǎn)品的CAD應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教程計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教程，唐榮錫等，第二版，唐榮錫等，第二版計(jì)算機(jī)圖形學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，孫家廣，第三版，孫家廣，第三版計(jì)算機(jī)輔助與非均勻有理計(jì)算機(jī)輔助與非均勻有理B樣條樣條，施法中，施法中NURBS，Les Piegl等等CAD/CAM/CAE系統(tǒng)原理，系統(tǒng)原理，Kunwoo Lee等等計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)與應(yīng)用

3、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)與應(yīng)用，殷國富，殷國富http:/ 。CAD：研究某一工程設(shè)計(jì)對象的計(jì)算機(jī)表達(dá)、顯示，設(shè)計(jì)計(jì)算與分析；更側(cè)重專業(yè)對象的設(shè)計(jì)應(yīng)用工具的強(qiáng)大，通常CG是其圖形顯示基礎(chǔ)。如通用二、三維CAD軟件工具，專業(yè)的機(jī)械設(shè)計(jì)工具，飛機(jī)、汽車設(shè)計(jì)工具等。CG 和CAD的關(guān)系類似于發(fā)動(dòng)機(jī)引擎與汽車的關(guān)系注：本課程將結(jié)合機(jī)械工程的學(xué)科特點(diǎn)來主要介紹CAD技術(shù)機(jī)械CAD技術(shù)，CG內(nèi)容將穿插在CAD技術(shù)中，使CG、CAD融合為一個(gè)有機(jī)整體。本章目的：本章目的：了解機(jī)械CAD基本概念了解機(jī)械CAD的主要內(nèi)容和作用了解機(jī)械CAD系統(tǒng)的構(gòu)成了解機(jī)械CAD發(fā)展的歷史和趨勢1機(jī)械機(jī)械CAD技術(shù)概述技術(shù)概述11

4、機(jī)械機(jī)械CAD的概念的概念12 機(jī)械機(jī)械CAD的內(nèi)容的內(nèi)容13 機(jī)械機(jī)械CAD的作用的作用2機(jī)械CAD系統(tǒng)的構(gòu)成21 機(jī)械CAD系統(tǒng)的構(gòu)成22 機(jī)械CAD系統(tǒng)的硬件23 機(jī)械CAD系統(tǒng)的軟件3機(jī)械CAD技術(shù)的發(fā)展31 機(jī)械CAD的發(fā)展歷程32 機(jī)械CAD的發(fā)展趨勢 機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)就是根據(jù)使用要求使用要求確定產(chǎn)品應(yīng)該具備的功能，構(gòu)想出產(chǎn)品的工作原理、結(jié)構(gòu)工作原理、結(jié)構(gòu)形狀、運(yùn)動(dòng)方式、力和能量形狀、運(yùn)動(dòng)方式、力和能量的傳遞、以及所用材料等事項(xiàng)，并轉(zhuǎn)化為具體的描述，例如圖紙和設(shè)計(jì)文件等，以此作為制造的依據(jù)。 機(jī)械設(shè)計(jì)是產(chǎn)品從需求分析、設(shè)計(jì)、制造、銷售、使用和回收整個(gè)產(chǎn)品全生命周期產(chǎn)品全生命周期中的

5、一個(gè)重要環(huán)節(jié)，對產(chǎn)品成本的影響占80。 1、機(jī)械CAD技術(shù)概述1.1機(jī)械CAD的概念 1、機(jī)械CAD技術(shù)概述1.1機(jī)械CAD的概念 市場需求調(diào)查市場需求調(diào)查提出開發(fā)計(jì)劃提出開發(fā)計(jì)劃設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)任務(wù)書功能分析功能分析尋求解決方案尋求解決方案擬訂總體布局?jǐn)M訂總體布局機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)原理方案圖原理方案圖主要尺寸主要尺寸及參數(shù)設(shè)計(jì)及參數(shù)設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裝配圖裝配圖零部件零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)零件圖零件圖技術(shù)文檔技術(shù)文檔產(chǎn)品規(guī)劃階段產(chǎn)品規(guī)劃階段(需求分析需求分析)方案設(shè)計(jì)階段方案設(shè)計(jì)階段（概念設(shè)計(jì)）（概念設(shè)計(jì)）技術(shù)設(shè)計(jì)階段技術(shù)設(shè)計(jì)階段（詳細(xì)設(shè)計(jì)）（詳細(xì)設(shè)計(jì)）傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過程1、

6、機(jī)械CAD技術(shù)概述1.1機(jī)械CAD的概念 l需求分析調(diào)查研究、分析用戶需求、收集資料，在此基礎(chǔ)上確定產(chǎn)品功能，提出需調(diào)查研究、分析用戶需求、收集資料，在此基礎(chǔ)上確定產(chǎn)品功能，提出需求報(bào)告求報(bào)告l概念設(shè)計(jì)構(gòu)思方案，分析和論證，獲得一組可行的原理性方案，然后確定設(shè)計(jì)中一構(gòu)思方案，分析和論證，獲得一組可行的原理性方案，然后確定設(shè)計(jì)中一些大的框架，如繪制總體布局草圖，確定各零部件的基本結(jié)構(gòu)和形狀，些大的框架，如繪制總體布局草圖，確定各零部件的基本結(jié)構(gòu)和形狀，建立數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行主要設(shè)計(jì)參數(shù)的分析計(jì)算與優(yōu)化建立數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行主要設(shè)計(jì)參數(shù)的分析計(jì)算與優(yōu)化l詳細(xì)設(shè)計(jì)確定對象的細(xì)部結(jié)構(gòu)，完成裝配圖和零件圖的繪制

7、，編寫技術(shù)文件確定對象的細(xì)部結(jié)構(gòu)，完成裝配圖和零件圖的繪制，編寫技術(shù)文件l工藝設(shè)計(jì)確定工藝流程，編制工序文件，進(jìn)行工裝夾具設(shè)計(jì)，編寫工藝技術(shù)文件確定工藝流程，編制工序文件，進(jìn)行工裝夾具設(shè)計(jì)，編寫工藝技術(shù)文件1、機(jī)械CAD技術(shù)概述1.1機(jī)械CAD的概念 詳細(xì)設(shè)計(jì)的終結(jié)并不意味著最終獲得了一個(gè)好的設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)的終結(jié)并不意味著最終獲得了一個(gè)好的設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品在經(jīng)歷了制造加工、樣機(jī)測試、批量生產(chǎn)、以及機(jī)械產(chǎn)品在經(jīng)歷了制造加工、樣機(jī)測試、批量生產(chǎn)、以及銷售使用后，會(huì)返回大量信息，需要對產(chǎn)品進(jìn)行不斷修改銷售使用后，會(huì)返回大量信息，需要對產(chǎn)品進(jìn)行不斷修改1、機(jī)械CAD技術(shù)概述1.1機(jī)械CAD的概念 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)評

8、價(jià)評價(jià)產(chǎn)品產(chǎn)品報(bào)報(bào)廢廢 品品報(bào)報(bào)廢廢 品品制造制造原料原料外在因素變化外在因素變化設(shè)備設(shè)備廠房廠房人員人員試制試制原料原料設(shè)備設(shè)備廠房廠房人員人員1、機(jī)械CAD技術(shù)概述1.1機(jī)械CAD的概念 詳細(xì)設(shè)計(jì)的終結(jié)并不意味著最終獲得了一個(gè)好的設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)的終結(jié)并不意味著最終獲得了一個(gè)好的設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品在經(jīng)歷了制造加工、樣機(jī)測試、批量生產(chǎn)、以及機(jī)械產(chǎn)品在經(jīng)歷了制造加工、樣機(jī)測試、批量生產(chǎn)、以及銷售使用后，會(huì)返回大量信息，需要對產(chǎn)品進(jìn)行不斷修改銷售使用后，會(huì)返回大量信息，需要對產(chǎn)品進(jìn)行不斷修改1、機(jī)械CAD技術(shù)概述1.1機(jī)械CAD的概念 機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)“設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)評價(jià)評價(jià)再設(shè)計(jì)再設(shè)計(jì)”的反復(fù)迭代

9、、不斷優(yōu)化的過程的反復(fù)迭代、不斷優(yōu)化的過程 在人工設(shè)計(jì)情況下，存在許多的缺點(diǎn)在人工設(shè)計(jì)情況下，存在許多的缺點(diǎn)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)工具： 繪圖板， 計(jì)算器（尺） 產(chǎn)生設(shè)計(jì)藍(lán)圖1、機(jī)械CAD技術(shù)概述1.1機(jī)械CAD的概念 手工計(jì)算計(jì)算器（尺）繪圖板設(shè)計(jì)藍(lán)圖u每一環(huán)節(jié)靠手工完成每一環(huán)節(jié)靠手工完成u設(shè)計(jì)方案靠經(jīng)驗(yàn)，方案少，不設(shè)計(jì)方案靠經(jīng)驗(yàn)，方案少，不優(yōu)化優(yōu)化u不能進(jìn)行復(fù)雜的力學(xué)分析不能進(jìn)行復(fù)雜的力學(xué)分析 ，難，難以按動(dòng)態(tài)的、精確的的方法計(jì)以按動(dòng)態(tài)的、精確的的方法計(jì)算，容易出錯(cuò)算，容易出錯(cuò)u大部分時(shí)間花在零件圖、裝配大部分時(shí)間花在零件圖、裝配圖上，可重用性差圖上，可重用性差 u設(shè)計(jì)周期長、效率低設(shè)計(jì)周期長、效率低1

10、、機(jī)械CAD技術(shù)概述1.1機(jī)械CAD的概念 詳細(xì)設(shè)計(jì)的終結(jié)并不意味著最終獲得了一個(gè)好的設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)的終結(jié)并不意味著最終獲得了一個(gè)好的設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品在經(jīng)歷了制造加工、樣機(jī)測試、批量生產(chǎn)、以及機(jī)械產(chǎn)品在經(jīng)歷了制造加工、樣機(jī)測試、批量生產(chǎn)、以及銷售使用后，會(huì)返回大量信息，需要對產(chǎn)品進(jìn)行不斷修改銷售使用后，會(huì)返回大量信息，需要對產(chǎn)品進(jìn)行不斷修改機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)“設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)評價(jià)評價(jià)再設(shè)計(jì)再設(shè)計(jì)”的反復(fù)迭代、的反復(fù)迭代、不斷優(yōu)化的過程不斷優(yōu)化的過程 在人工設(shè)計(jì)情況下，存在許多的缺點(diǎn)在人工設(shè)計(jì)情況下，存在許多的缺點(diǎn)1、機(jī)械CAD技術(shù)概述1.1機(jī)械CAD的概念 因此實(shí)現(xiàn)某種程度的設(shè)計(jì)自動(dòng)化，縮短設(shè)計(jì)周

11、期，降低設(shè)因此實(shí)現(xiàn)某種程度的設(shè)計(jì)自動(dòng)化，縮短設(shè)計(jì)周期，降低設(shè)計(jì)成本，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，就成為機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展的迫切要求，計(jì)成本，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，就成為機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展的迫切要求，正是在這樣的背景下產(chǎn)生了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)正是在這樣的背景下產(chǎn)生了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Computer Aided Design)20世紀(jì)60年代的觀點(diǎn)科學(xué)計(jì)算和分析或計(jì)算機(jī)控制繪圖機(jī)繪制出工程圖 1967年，美國學(xué)者D.T.ROSS的定義把設(shè)計(jì)者與計(jì)算機(jī)結(jié)合為一個(gè)問題求解組，使之較各自單獨(dú)工作時(shí)能更有效地達(dá)到設(shè)計(jì)問題的目標(biāo) 1972年，國際信息處理聯(lián)合會(huì)的定義CAD是一種技術(shù)，其中人與機(jī)（計(jì)算機(jī)）結(jié)合為一個(gè)問題求解組，緊密配合，發(fā)揮各自所

12、長，從而使其工作優(yōu)于每一方，并為應(yīng)用多學(xué)科的方法的綜合性協(xié)作提供了可能 1、機(jī)械CAD技術(shù)概述1.1機(jī)械CAD的概念 n 是用計(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)輔助人們對產(chǎn)品或工程進(jìn)行設(shè)計(jì)、修改、分析和優(yōu)化的一種設(shè)計(jì)方法。n 在CAD系統(tǒng)中人與計(jì)算機(jī)密切合作，在不同的方面人與計(jì)算機(jī)充分發(fā)揮各自的特長，因此CAD系統(tǒng)是一個(gè)人機(jī)結(jié)合的系統(tǒng)。n CAD技術(shù)是一門多學(xué)科的綜合性應(yīng)用新技術(shù)，它涉及到以下基礎(chǔ)技術(shù)：圖形處理技術(shù)圖形處理技術(shù)工程分析技術(shù)工程分析技術(shù)數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)交換技術(shù) 文檔處理技術(shù)文檔處理技術(shù) 軟件設(shè)計(jì)技術(shù)軟件設(shè)計(jì)技術(shù) 1、機(jī)械CAD技術(shù)概述1.1機(jī)械CAD的概念 CAD技術(shù)不斷發(fā)展

13、，不同領(lǐng)域?qū)AD技術(shù)的應(yīng)用程度不同，對CAD技術(shù)的含義的理解也略有差異。Computer Aided DraftingComputer Aided DesignComputer Adied Development1、機(jī)械CAD技術(shù)概述1.1機(jī)械CAD的概念 1、機(jī)械CAD技術(shù)概述1.1機(jī)械CAD的概念 產(chǎn)品開發(fā)周期與數(shù)字化制造技術(shù)之間的關(guān)系產(chǎn)品開發(fā)周期與數(shù)字化制造技術(shù)之間的關(guān)系設(shè)計(jì)需求分析設(shè)計(jì)需求分析可行性研究與可行性研究與分析分析設(shè)計(jì)建模與設(shè)計(jì)建模與仿真仿真設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)優(yōu)化優(yōu)化設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)評價(jià)評價(jià)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)結(jié)果結(jié)果設(shè)計(jì)分設(shè)計(jì)分析析概念設(shè)概念設(shè)計(jì)計(jì)市場信息市場信息工藝工藝規(guī)劃規(guī)劃編程控制編程控制工裝夾

14、具工裝夾具生產(chǎn)計(jì)劃生產(chǎn)計(jì)劃物料需求物料需求運(yùn)輸運(yùn)輸制造制造包裝包裝質(zhì)量質(zhì)量檢驗(yàn)檢驗(yàn)裝配裝配營銷營銷數(shù)字化制造數(shù)字化制造數(shù)字化設(shè)計(jì)數(shù)字化設(shè)計(jì)數(shù)字化生產(chǎn)規(guī)劃數(shù)字化生產(chǎn)規(guī)劃現(xiàn)在的現(xiàn)在的CADCAD往往與往往與CAECAE、CAPPCAPP、CAMCAM、PDMPDM（PLMPLM）集成形成集成化的集成形成集成化的CAD/CAE/CAPP/CAM/PDMCAD/CAE/CAPP/CAM/PDM系統(tǒng)系統(tǒng)( (即即C4PC4P) ) 。 CADCAD幾何建模，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；幾何建模，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；CAECAE工程分析，性能優(yōu)化；工程分析，性能優(yōu)化；CAPPCAPP 工藝路線及工序的編制；工藝路線及工序的編制；CA

15、MCAM生成刀具加工軌跡，生成加工代碼；生成刀具加工軌跡，生成加工代碼；PDMPDM（PLMPLM）管理產(chǎn)品開發(fā)過程中的數(shù)據(jù)、流程、）管理產(chǎn)品開發(fā)過程中的數(shù)據(jù)、流程、團(tuán)隊(duì)、項(xiàng)目任務(wù)，實(shí)現(xiàn)協(xié)同開發(fā)（并行工程），團(tuán)隊(duì)、項(xiàng)目任務(wù)，實(shí)現(xiàn)協(xié)同開發(fā)（并行工程），集成開發(fā)平臺。集成開發(fā)平臺。CADCAECAPPCAMu 設(shè)計(jì)工具軟件化（設(shè)計(jì)工具軟件化（CAx）u 強(qiáng)有力的計(jì)算、圖形、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)有力的計(jì)算、圖形、數(shù)據(jù)處理能力u 設(shè)計(jì)、分析綜合，性能選優(yōu)設(shè)計(jì)、分析綜合，性能選優(yōu) u 提高了設(shè)計(jì)精度和可靠性提高了設(shè)計(jì)精度和可靠性u 信息共享、資源共享、設(shè)計(jì)過程共享信息共享、資源共享、設(shè)計(jì)過程共享 u 設(shè)計(jì)效率

16、高、周期短設(shè)計(jì)效率高、周期短 1、機(jī)械CAD技術(shù)概述1.1機(jī)械CAD的概念 數(shù)據(jù)/信息原料原料設(shè)備設(shè)備廠房廠房產(chǎn)產(chǎn)品品實(shí)際制造實(shí)際制造人員人員報(bào)廢品報(bào)廢品設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)虛擬樣機(jī)虛擬樣機(jī)評價(jià)評價(jià)反反饋饋 信信息息虛擬加工虛擬加工虛擬裝配虛擬裝配虛擬檢測虛擬檢測市場信息市場信息1、機(jī)械CAD技術(shù)概述1.1機(jī)械CAD的概念 1、機(jī)械CAD技術(shù)概述1.2機(jī)械CAD的內(nèi)容 1 1計(jì)算功能計(jì)算功能機(jī)械CAD系統(tǒng)除了要進(jìn)行各種數(shù)值的計(jì)算之外，還應(yīng)能運(yùn)用已積累的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，獲得設(shè)計(jì)對象的幾種設(shè)計(jì)方案，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行物性參數(shù)計(jì)算和力學(xué)性能分析。2 2人機(jī)交互功能人機(jī)交互功能在機(jī)械CAD系統(tǒng)中，人機(jī)接口是用戶與系統(tǒng)連接的橋梁

17、。友好的界面是保證用戶直接。有效地完成復(fù)雜設(shè)計(jì)任務(wù)的基本條件，除此之外，還需要交互設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)任與計(jì)算機(jī)之間的對話。3 3圖形顯示功能圖形顯示功能從產(chǎn)品的造型、構(gòu)思、方案的確定，到結(jié)構(gòu)分析評價(jià)，系統(tǒng)應(yīng)能保證用戶隨時(shí)觀察、修改中間結(jié)果，實(shí)時(shí)進(jìn)行編輯處理。圖形顯示功能不僅能夠?qū)ΧS平面圖形進(jìn)行顯示控制，還具有對三維實(shí)體進(jìn)行處理等功能。4 4存儲(chǔ)功能存儲(chǔ)功能利用機(jī)械CAD系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)涉及到大量的相關(guān)資料數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)、計(jì)算結(jié)果等各種數(shù)據(jù)，要求CAD系統(tǒng)具有強(qiáng)大的存儲(chǔ)功能。5 5輸入輸出功能輸入輸出功能利用機(jī)械CAD系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，一方面用戶需要不斷地將有關(guān)設(shè)計(jì)要求、計(jì)算條件等輸入計(jì)算機(jī)內(nèi)，一方

18、面通過計(jì)算機(jī)的處理，能夠?qū)⑾到y(tǒng)處理的結(jié)果及時(shí)輸出。相應(yīng)的輸入輸出功能是系統(tǒng)的基本功能。 1、機(jī)械CAD技術(shù)概述1.2機(jī)械CAD的內(nèi)容 1）產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息獲取2）產(chǎn)品定義3）幾何造型常用方法：用二維和三維的建模技術(shù)來生成；由二維和三維基本元素來建立；宏編程或者變量程序；使用參數(shù)CAD系統(tǒng)和基于特征的CAD系統(tǒng)，或者利用應(yīng)用系統(tǒng)或設(shè)計(jì)系統(tǒng)。4）計(jì)算分析結(jié)構(gòu)分析計(jì)算；檢查和校驗(yàn)計(jì)算；優(yōu)化計(jì)算。5）驗(yàn)證評價(jià)計(jì)算機(jī)對設(shè)計(jì)對象進(jìn)行自動(dòng)化的評價(jià)一般要求對該對象的幾何特征進(jìn)行解釋，其目的是為了推導(dǎo)出設(shè)計(jì)對象的特性。6）修改設(shè)計(jì)7）提供文檔基于CAD的設(shè)計(jì)過程1、機(jī)械CAD技術(shù)概述1.2機(jī)械CAD的內(nèi)容 機(jī)械機(jī)械

19、CADCAD的應(yīng)用的應(yīng)用CAD概念設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)1、機(jī)械CAD技術(shù)概述1.3 機(jī)械CAD的作用 二維建模二維建模1、機(jī)械CAD技術(shù)概述1.3 機(jī)械CAD的作用 機(jī)械機(jī)械CADCAD的應(yīng)用的應(yīng)用三維幾何建模及裝配三維幾何建模及裝配1、機(jī)械CAD技術(shù)概述1.3 機(jī)械CAD的作用 機(jī)械機(jī)械CADCAD的應(yīng)用的應(yīng)用結(jié)構(gòu)性能計(jì)算結(jié)構(gòu)性能計(jì)算1、機(jī)械CAD技術(shù)概述1.3 機(jī)械CAD的作用 機(jī)械機(jī)械CADCAD的應(yīng)用的應(yīng)用運(yùn)動(dòng)學(xué)分析運(yùn)動(dòng)學(xué)分析1、機(jī)械CAD技術(shù)概述1.3 機(jī)械CAD的作用 機(jī)械機(jī)械CADCAD的應(yīng)用的應(yīng)用大齒輪 大拉桿 橫 梁 側(cè) 銷 導(dǎo) 輪 墻 板 起模行程（93秒）停頓3秒合模時(shí)間（90秒

20、）電機(jī)功率電機(jī)功率大齒輪功率大齒輪功率停機(jī)重啟停機(jī)重啟功率異增功率異增起模行程起模行程合模行程合模行程1、機(jī)械CAD技術(shù)概述1.3 機(jī)械CAD的作用 可重用性好，效率高（對拷貝進(jìn)行簡單修改）信息、知識及資源共享（通過網(wǎng)絡(luò)）支持協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)（通過網(wǎng)絡(luò)），多學(xué)科專家協(xié)作3D設(shè)計(jì)更直觀，能直接進(jìn)行產(chǎn)品性能分析與優(yōu)化，有利提高產(chǎn)品質(zhì)量提供復(fù)雜計(jì)算，計(jì)算精度高，減輕設(shè)計(jì)強(qiáng)度 有利于產(chǎn)品全生命周期的信息集成機(jī)械機(jī)械CADCAD的作用的作用u 過去生產(chǎn)一個(gè)大規(guī)模集成電路芯片，要花兩年時(shí)間，用CAD只要兩周即可完成；u 美國道格拉斯公司生產(chǎn)F15戰(zhàn)斗機(jī)，用CAD技術(shù)試制第一架飛機(jī)便解決了發(fā)動(dòng)機(jī)氣道和機(jī)艙密封等

21、關(guān)鍵問題；u 英國的三叉戟飛機(jī)比美國的波音747飛機(jī)早開工，卻晚一年完成，其原因就是美國的747采用了CAD技術(shù)；u 美國GM公司汽車設(shè)計(jì)中應(yīng)用CAD技術(shù)，使新型汽車的設(shè)計(jì)周期由5年縮短為3年，新產(chǎn)品的可信度由20提高到60；u 以前波音公司的飛機(jī)維修手冊最在一起有3米多厚，而現(xiàn)在一張光盤上可儲(chǔ)存l000多張圖樣信息。 CAD技術(shù)帶來的經(jīng)濟(jì)效益明顯 ,CAD技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用水平已成為衡量一個(gè)國家的科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一 機(jī)械機(jī)械CADCAD的作用的作用1機(jī)械CAD技術(shù)概述11 機(jī)械CAD的概念12 機(jī)械CAD的內(nèi)容13 機(jī)械CAD的作用2機(jī)械機(jī)械CAD系統(tǒng)的構(gòu)成系統(tǒng)的構(gòu)成21

22、 機(jī)械機(jī)械CAD系統(tǒng)的構(gòu)成系統(tǒng)的構(gòu)成22 機(jī)械機(jī)械CAD系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)的硬件23 機(jī)械機(jī)械CAD系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)的軟件3機(jī)械CAD技術(shù)的發(fā)展31 機(jī)械CAD的發(fā)展歷程32 機(jī)械CAD的發(fā)展趨勢2、機(jī)械CAD系統(tǒng)的構(gòu)成2.1機(jī)械CAD系統(tǒng)的構(gòu)成硬件平臺：網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算機(jī)，繪圖機(jī)，打印機(jī)， 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：TCP/IP，SPX/IPX數(shù)據(jù)庫：Oracle，Sybase，SQL Server支撐軟件：AutoCAD、CATIA、Pro/E，UG，Solidworks專業(yè)機(jī)械CAD軟件 Internet/Intranet，操作系統(tǒng)：Windows，UNIX，LinuxCAD系統(tǒng)硬件組成：系統(tǒng)硬件組成：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：

23、 主機(jī)外圍設(shè)備： 存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備圖形輸入： 鍵盤、鼠標(biāo)、光筆、 數(shù)字化儀、掃描儀、 虛擬現(xiàn)實(shí)輸入設(shè)備輸出設(shè)備： 顯示器、繪圖機(jī)、 打印機(jī)、 虛擬現(xiàn)實(shí)輸出設(shè)備2、機(jī)械CAD系統(tǒng)的構(gòu)成2.2 機(jī)械CAD系統(tǒng)的硬件2、機(jī)械CAD系統(tǒng)的構(gòu)成2.2 機(jī)械CAD系統(tǒng)的硬件外圍設(shè)備手動(dòng)輸入設(shè)備輸出設(shè)備外存設(shè)備鍵盤鼠標(biāo)圖形板軌跡球二維數(shù)字化儀光屏顯示器磁存儲(chǔ)器“虛擬現(xiàn)實(shí)”輸入設(shè)備“虛擬現(xiàn)實(shí)”輸出設(shè)備磁光存存儲(chǔ)器三維數(shù)字化儀掃描器快速原型生成外圍設(shè)備光存儲(chǔ)器自動(dòng)輸入設(shè)備滾筒式繪圖機(jī)靜電繪圖機(jī)直熱式繪圖機(jī)噴墨式繪圖機(jī)激光繪圖機(jī)磁盤可換式磁盤數(shù)字錄音帶驅(qū)動(dòng)器視頻驅(qū)動(dòng)器CD-ROM存儲(chǔ)器光盤驅(qū)動(dòng)器數(shù)字視頻光盤磁光

24、盤磁式光碟機(jī)繪圖機(jī)雙向監(jiān)視器屏幕頭盔環(huán)境自動(dòng)擬實(shí)數(shù)據(jù)手套數(shù)據(jù)外衣跟蹤系統(tǒng)2、機(jī)械CAD系統(tǒng)的構(gòu)成2.3 機(jī)械CAD系統(tǒng)的軟件CAD軟件系統(tǒng)的三個(gè)發(fā)展階段集中式系統(tǒng)：一臺主機(jī)控制多臺終端（早期模式，集中式系統(tǒng)：一臺主機(jī)控制多臺終端（早期模式，80年代中期，年代中期， 微機(jī)沒普及），主機(jī)微機(jī)沒普及），主機(jī)故障影響全部；故障影響全部；分離式系統(tǒng)：一臺主機(jī)一套系統(tǒng)，工作相互不受影響，得益于工分離式系統(tǒng)：一臺主機(jī)一套系統(tǒng)，工作相互不受影響，得益于工 作站與微機(jī)的發(fā)展；作站與微機(jī)的發(fā)展；分布式系統(tǒng)：網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的產(chǎn)物，分布式系統(tǒng)：網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的產(chǎn)物，C/S或或B/S結(jié)構(gòu)，支持異地、異構(gòu)結(jié)構(gòu)，支持異地、異構(gòu) 平臺協(xié)

25、同工作（采用平臺協(xié)同工作（采用工作站和微機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)）工作站和微機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)） 操作系統(tǒng)、基礎(chǔ)圖形支撐平操作系統(tǒng)、基礎(chǔ)圖形支撐平臺、圖形標(biāo)準(zhǔn)等臺、圖形標(biāo)準(zhǔn)等集成化集成化CAD / CAM軟件、軟件、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、產(chǎn)品全生命周期管理軟件等全生命周期管理軟件等面向行業(yè)的專面向行業(yè)的專業(yè)化設(shè)計(jì)工具業(yè)化設(shè)計(jì)工具軟件等軟件等各種CAx軟件工具： CAD（2D、3D）、CAE、CAPP、CAM等典型系統(tǒng)介紹典型系統(tǒng)介紹AutoDesk及及AutoCAD AutoCAD是微機(jī)上是微機(jī)上CAD技術(shù)軟件，國際上廣為流行的繪圖工具。技術(shù)軟件，國際上廣為流行的繪圖工具。可以繪制任意二維和三維圖形，

26、速度快、精度高，在航空航天、造船、可以繪制任意二維和三維圖形，速度快、精度高，在航空航天、造船、建筑、機(jī)械、電子、化工、美工等很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。建筑、機(jī)械、電子、化工、美工等很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。AutoCAD具有良好的用戶界面，通過交互菜單或命令行方式便可具有良好的用戶界面，通過交互菜單或命令行方式便可以進(jìn)行各種操作。它的多文檔設(shè)計(jì)環(huán)境，讓非計(jì)算機(jī)專業(yè)人員也能很快以進(jìn)行各種操作。它的多文檔設(shè)計(jì)環(huán)境，讓非計(jì)算機(jī)專業(yè)人員也能很快地學(xué)會(huì)使用，從而不斷提高工作效率。地學(xué)會(huì)使用，從而不斷提高工作效率。AutoCAD可以在各種操作系統(tǒng)支持的微型計(jì)算機(jī)和工作站上運(yùn)行，可以在各種操作系統(tǒng)支持的微型計(jì)算機(jī)

27、和工作站上運(yùn)行，并支持分辨率由并支持分辨率由320200到到20481024的各種圖形顯示設(shè)備的各種圖形顯示設(shè)備40多種，以多種，以及數(shù)字儀和鼠標(biāo)器及數(shù)字儀和鼠標(biāo)器30多種，繪圖儀和打印機(jī)數(shù)十種。多種，繪圖儀和打印機(jī)數(shù)十種。AutoCAD的發(fā)展可分為初級階段（的發(fā)展可分為初級階段（1982.11-84.10，AutoCAD R1.0,1.2, 2.0 ）、中級階段（）、中級階段（85.5-87.9,，R2.17,2.5，, 9.03 ） 、提、提高階段（高階段（88.8-92，R10.0，, 12.0 ） 、高級階段（、高級階段（96.6-99.1, R13,R14, R2000 ）和完善階段

28、（）和完善階段（2001.9-， R2002, ） 。 Autodesk 是世界領(lǐng)先的設(shè)計(jì)軟件和數(shù)字內(nèi)容創(chuàng)建公司，用于建筑、是世界領(lǐng)先的設(shè)計(jì)軟件和數(shù)字內(nèi)容創(chuàng)建公司，用于建筑、機(jī)械、通信、娛樂等領(lǐng)域，幫助機(jī)械、通信、娛樂等領(lǐng)域，幫助 150 多個(gè)國家的多個(gè)國家的400多萬用戶推動(dòng)業(yè)務(wù)。多萬用戶推動(dòng)業(yè)務(wù)。當(dāng)今沒有哪家公司能在當(dāng)今沒有哪家公司能在產(chǎn)品品種產(chǎn)品品種和和市場占有率市場占有率方面與之匹敵。方面與之匹敵。 Autodesk公司公司1982年成立，年成立，AutoCAD面市；面市；85年成為首家上市的年成為首家上市的 PC CAD 公司；公司；90年，年，Autodesk 成立多媒體部，推出了

29、第一個(gè)動(dòng)畫工成立多媒體部，推出了第一個(gè)動(dòng)畫工作作3D Studio 軟件；軟件；94年，年，Autodesk售出第售出第100萬套萬套AutoCAD，同，同時(shí)進(jìn)入中國市場；時(shí)進(jìn)入中國市場；99年，推出年，推出Autodesk Inventor；1992年年2004年，年，Autodesk收購多家公司；收購多家公司；05年，年，Autodesk營業(yè)收入已超過營業(yè)收入已超過10億美元。億美元。l友好的界面，易學(xué)易用、價(jià)格便宜、性價(jià)比高友好的界面，易學(xué)易用、價(jià)格便宜、性價(jià)比高l完全自動(dòng)捕捉設(shè)計(jì)意圖和引導(dǎo)設(shè)計(jì)修改完全自動(dòng)捕捉設(shè)計(jì)意圖和引導(dǎo)設(shè)計(jì)修改l裝配設(shè)計(jì)中可以直接參照已有的零件生成新的零件，支持裝配

30、設(shè)計(jì)中可以直接參照已有的零件生成新的零件，支持“自頂自頂而下而下”方法還是方法還是“自底而上自底而上”的方法進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)l全面的零件實(shí)體建模功能，二維和三維全關(guān)聯(lián)全面的零件實(shí)體建模功能，二維和三維全關(guān)聯(lián)l標(biāo)注和細(xì)節(jié)繪制工具，能快捷地工程圖紙標(biāo)注和細(xì)節(jié)繪制工具，能快捷地工程圖紙l具有全相關(guān)的鈑金設(shè)計(jì)能力具有全相關(guān)的鈑金設(shè)計(jì)能力l提供完整的開發(fā)工具提供完整的開發(fā)工具(API)，用戶可以用微軟的，用戶可以用微軟的VB、V C或其它或其它支持支持OLE的編程語言建立自己的應(yīng)用方案的編程語言建立自己的應(yīng)用方案l豐富的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口豐富的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口Solidwork最早基于最早基于Win

31、dows的三維設(shè)計(jì)軟件的三維設(shè)計(jì)軟件Pro/ElPro/E采用參數(shù)化設(shè)計(jì)的、基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)采用參數(shù)化設(shè)計(jì)的、基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型l建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的任何一處發(fā)生建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的任何一處發(fā)生改動(dòng)，亦可以前后反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上改動(dòng)，亦可以前后反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上lPro/E采用三維線框設(shè)計(jì)的思想，首先建立基準(zhǔn)面，在基準(zhǔn)面上畫采用三維線框設(shè)計(jì)的思想，首先建立基準(zhǔn)面，在基準(zhǔn)面上畫二維草圖，用掃成法將二維

32、輪廓生成三維形體。依次更換參考面，二維草圖，用掃成法將二維輪廓生成三維形體。依次更換參考面，用顯式操作生成形體，盡量避免求交、裁剪等集合運(yùn)算。用顯式操作生成形體，盡量避免求交、裁剪等集合運(yùn)算。l隨時(shí)記錄特征元素的生成操作過程，當(dāng)修改標(biāo)注尺寸值后，用尺隨時(shí)記錄特征元素的生成操作過程，當(dāng)修改標(biāo)注尺寸值后，用尺寸驅(qū)動(dòng)方法修改相應(yīng)二維輪廓，重新運(yùn)行零件設(shè)計(jì)過程的全部操寸驅(qū)動(dòng)方法修改相應(yīng)二維輪廓，重新運(yùn)行零件設(shè)計(jì)過程的全部操作命令，由此實(shí)現(xiàn)參數(shù)化特征建模，使曲面、實(shí)體、參數(shù)化特征作命令，由此實(shí)現(xiàn)參數(shù)化特征建模，使曲面、實(shí)體、參數(shù)化特征設(shè)計(jì)融為一體，可以任意構(gòu)造復(fù)雜零件和裝配件。設(shè)計(jì)融為一體，可以任意構(gòu)造

33、復(fù)雜零件和裝配件。Pro/E開創(chuàng)了參數(shù)化開創(chuàng)了參數(shù)化特征設(shè)計(jì)的先河特征設(shè)計(jì)的先河CATIA 達(dá)索飛機(jī)公司達(dá)索飛機(jī)公司67年用年用Bzier曲面建立飛機(jī)外形數(shù)學(xué)模型，曲面建立飛機(jī)外形數(shù)學(xué)模型，70年展開幻影年展開幻影數(shù)字化設(shè)計(jì)。數(shù)字化設(shè)計(jì)。 74年擴(kuò)大年擴(kuò)大CAD規(guī)模，從美國引進(jìn)洛克希德飛機(jī)公司規(guī)模，從美國引進(jìn)洛克希德飛機(jī)公司CADAM系統(tǒng)，系統(tǒng)，75年年100萬美元引進(jìn)萬美元引進(jìn)CADAM源程序。源程序。 77年開發(fā)三維交互年開發(fā)三維交互CAD軟件，軟件，78年投入使用年投入使用CATIA。同時(shí)建立主數(shù)據(jù)庫，。同時(shí)建立主數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)一管統(tǒng)一管ADAM二維結(jié)構(gòu)圖和二維結(jié)構(gòu)圖和CATIA三維模型文件

34、。三維模型文件。 81年年IBM公司開始負(fù)責(zé)經(jīng)銷公司開始負(fù)責(zé)經(jīng)銷CATIA系統(tǒng)，并組建達(dá)索系統(tǒng)公司。系統(tǒng)，并組建達(dá)索系統(tǒng)公司。90年年IBM用用2.7億美元收購億美元收購CADAM，92年托付達(dá)索管理。年托付達(dá)索管理。 97年年3.1億美元收購億美元收購SolidWorks，97年年1.05億美元收購億美元收購Deneb精益制造精益制造布局仿真軟件布局仿真軟件Delmia，98年在美成立年在美成立ENOVIA公司開發(fā)公司開發(fā)PDMII，98年達(dá)年達(dá)索接管法國馬特拉（索接管法國馬特拉（MATRA）的）的CAD/CAM業(yè)務(wù)，包括業(yè)務(wù)，包括Euclid等，等，99年年收購收購SmarTeam業(yè)務(wù)，業(yè)

35、務(wù)，2000年用年用2150萬并購萬并購ACIS 3D業(yè)務(wù)。業(yè)務(wù)。 至此，達(dá)索至此，達(dá)索/CATIA完成了完成了PLM的戰(zhàn)略布局，形成產(chǎn)品全生命期的的戰(zhàn)略布局，形成產(chǎn)品全生命期的CAD/CAM/CAE/PDM一體化管理，為數(shù)字化企業(yè)提供電子商務(wù)的完整工一體化管理，為數(shù)字化企業(yè)提供電子商務(wù)的完整工具，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從初步設(shè)計(jì)到售后服務(wù)的全過程仿真。具，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從初步設(shè)計(jì)到售后服務(wù)的全過程仿真。 其中其中CATIA和和SolidWorks支持產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)和仿真，支持產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)和仿真，Delmia完成精益完成精益制造過程的數(shù)字定義和仿真，制造過程的數(shù)字定義和仿真，Enovia提供數(shù)字化產(chǎn)品、過程和資

36、源的集提供數(shù)字化產(chǎn)品、過程和資源的集成化、分布式協(xié)同管理。三者構(gòu)成產(chǎn)品全生命期流程，支持企業(yè)協(xié)同的成化、分布式協(xié)同管理。三者構(gòu)成產(chǎn)品全生命期流程，支持企業(yè)協(xié)同的知識重用。知識重用。 CATIA V4 93年推出，適合年推出，適合IBM主機(jī)和工作站，有主機(jī)和工作站，有113種獨(dú)立的功能模塊。種獨(dú)立的功能模塊。 98年推出年推出CATIA V5 Windows NT。CATIA V4的曲面系統(tǒng)使用的曲面系統(tǒng)使用Bzier形形式，現(xiàn)在改成式，現(xiàn)在改成NURBS形式，且采用形式，且采用DCM約束管理軟件。約束管理軟件。UG UG起源于美國麥道飛機(jī)公司，美國通用汽車公司選中起源于美國麥道飛機(jī)公司，美國通

37、用汽車公司選中UG作為全公司的作為全公司的CAD、CAE、CAM、IMAN作為作為CIM主導(dǎo)系統(tǒng)，進(jìn)一步推動(dòng)主導(dǎo)系統(tǒng)，進(jìn)一步推動(dòng)UG發(fā)展。發(fā)展。97年年10月月Unigraphics Solutions公司與公司與Intergraph公司簽約，合并了公司簽約，合并了后者的機(jī)械后者的機(jī)械CAD產(chǎn)品，將產(chǎn)品，將Solidedge軟件統(tǒng)一到軟件統(tǒng)一到Parasolid平臺上。平臺上。 為了實(shí)現(xiàn)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手的發(fā)展戰(zhàn)略，為了實(shí)現(xiàn)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手的發(fā)展戰(zhàn)略，2001年年EDS并購了并購了SDRC，2004年年SDRC的的IDEAS和和EDS的的UG推出第一個(gè)合并版本推出第一個(gè)合并版本NX1.0。2003年年11月，月

38、，UGS從從EDS中分離出來獨(dú)立發(fā)展?，F(xiàn)在又被中分離出來獨(dú)立發(fā)展?，F(xiàn)在又被Simens公司收購，稱公司收購，稱Simens PLM Software公司，公司，UG Nx被稱為被稱為Simens NX。 UG是從二維繪圖、數(shù)控加工編程、曲面造型等功能發(fā)展起來的軟件，是從二維繪圖、數(shù)控加工編程、曲面造型等功能發(fā)展起來的軟件，采用參數(shù)化和變量化技術(shù)與傳統(tǒng)的實(shí)體、線框和表面功能結(jié)合。目前采用參數(shù)化和變量化技術(shù)與傳統(tǒng)的實(shí)體、線框和表面功能結(jié)合。目前UG形成了一個(gè)從低端到高端，兼有形成了一個(gè)從低端到高端，兼有Unix工作站版和工作站版和Windows NT微機(jī)微機(jī)版的較完善的企業(yè)級版的較完善的企業(yè)級CA

39、D、CAE、CAM、PDM集成系統(tǒng)集成系統(tǒng) 。國產(chǎn)國產(chǎn)CAD 國產(chǎn)國產(chǎn)CAD公司：清華、華科大、浙大、北航等公司：清華、華科大、浙大、北航等 華中科技大學(xué)：天喻華中科技大學(xué)：天喻InteCAD、 InteSolid，KMCAD等等 清華：清華：TiOpenCAD，TiGEMS等等 北航海爾：北航海爾：CAXA 浙大大天：浙大大天： 新洲軟件：新洲軟件：Solid 3000 國產(chǎn)國產(chǎn)CAD技術(shù)成熟度、市場份額與國外技術(shù)成熟度、市場份額與國外CAD差距很大差距很大 在設(shè)計(jì)理念及方法學(xué)方面，差不多所有先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)理論及方法均由國外學(xué)者提出。如CAD、CAE、CAM、CPC、PLM、CIMS等

40、。 在軟件工具及手段方面，我國自主開發(fā)的軟件除二維CAD、CAPP、PDM系統(tǒng)占有一定的市場外（主要是低端市場），高端CAD、PLM市場均為國外市場占有；CAM、CAE市場幾乎被國外軟件廠商所壟斷，在該領(lǐng)域目前與國外軟件的差距有拉大的趨勢。 我國CAx軟件商在基礎(chǔ)算法及系統(tǒng)級軟件開發(fā)方面沉淀不深、經(jīng)驗(yàn)不足，導(dǎo)致系統(tǒng)功能、穩(wěn)定性、復(fù)雜度、開放性等方面與國外廠商難以抗衡。 在數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用方面，我國中小企業(yè)多數(shù)甩掉圖版，并逐步推廣普及三維CAD應(yīng)用技術(shù)。而許多大型集團(tuán)企業(yè)在軟件和硬件環(huán)境方面的建設(shè)與國外同步，甚至版本更新，但是運(yùn)用軟件工具進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新開發(fā)的能力與國外差距很大。主要原因在于我國

41、企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)積累不夠，多數(shù)企業(yè)進(jìn)行簡單的“仿制”開發(fā)，未能形成自主的產(chǎn)品研發(fā)體系，缺乏綜合集成創(chuàng)新能力。1機(jī)械CAD技術(shù)概述11 機(jī)械CAD的概念12 機(jī)械CAD的內(nèi)容13 機(jī)械CAD的作用2機(jī)械CAD系統(tǒng)的構(gòu)成21 機(jī)械CAD系統(tǒng)的構(gòu)成22 機(jī)械CAD系統(tǒng)的硬件23 機(jī)械CAD系統(tǒng)的軟件3機(jī)械機(jī)械CAD技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展31 機(jī)械機(jī)械CAD的發(fā)展歷程的發(fā)展歷程32 機(jī)械機(jī)械CAD的發(fā)展趨勢的發(fā)展趨勢qCAD技術(shù)是在計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它的發(fā)展過程與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)。q自從1945年美國制造出世界上第一臺真空管數(shù)字式計(jì)算機(jī)ENIAC(Electroni

42、c Numerical Integrator And Computer 電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)) 以來，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行產(chǎn)品輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，大致經(jīng)歷了如下三個(gè)階段： 孕育形成階段（20世紀(jì)40年代末一50年代末） 成長發(fā)展階段（50年代末一60年代后期） 應(yīng)用開發(fā)拓展階段(70年代至今) 3機(jī)械CAD技術(shù)的發(fā)展31 機(jī)械CAD的發(fā)展歷程20世紀(jì)40年代末50年代末真空管計(jì)算機(jī)機(jī)器語言編制程序設(shè)計(jì)變壓器、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)等美國、歐洲、日本50年代末60年代后期晶體管計(jì)算機(jī)高級語言(FORTRAN,ALGOL,COBOL）文件系統(tǒng) (數(shù)據(jù)管理)磁帶、磁鼓、磁盤 （數(shù)據(jù)存儲(chǔ))圖形顯示、輸出交互式圖形生成

43、技術(shù) (人機(jī)交互）I.E.Sutherland“人機(jī)圖形通信系統(tǒng)”SKETCHPAD發(fā)展很快，但規(guī)模大，價(jià)格昂貴 70年代以后 大規(guī)模集成電路時(shí)代 分時(shí)操作系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 圖形處理軟硬件技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展人機(jī)交互圖形生成技術(shù)更完善鼠標(biāo)、數(shù)字化儀、圖形輸入板取代光筆光柵掃描圖形顯示器使圖形更形象、逼真計(jì)算機(jī)控制的精密繪圖機(jī)輸出高質(zhì)量的圖紙 各種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)計(jì)算和分析方法 優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、系統(tǒng)工程 有限元法、數(shù)值積分、偏微分方程數(shù)值解法 CAD技術(shù)走向成熟 70年代 小型機(jī)為基礎(chǔ)的CAD系統(tǒng)進(jìn)入市場，“交鑰匙” 系統(tǒng)(Turn Key System) 80年代 超級小型機(jī)及超

44、級微機(jī)工作站給CAD技術(shù)極大推動(dòng) 90年代 以微機(jī)為基礎(chǔ)的CAD系統(tǒng)受到歡迎CUSTOMERTOOLSCAETOOLSCOSTMODELINGPRODUCI-BILITYKBEDESIGNDRIVERSLIBRARYDRMB2BWEBSERVERWORKFLOW3rd PartyCommercialDRMCADTOOLSDATAEXCHANGEADDITIONALCOMPONENTS.ADDITIONALEXTENSIONS.3rd PartyCommercialPDM3rd PartyCommercialDatabasesCUSTOMERTOOLSCAETOOLSCOSTMODELINGPR

45、ODUCI-BILITYKBEDESIGNDRIVERSLIBRARYDRMB2BWEBSERVERWORKFLOW3rd PartyCommercialDRMCADTOOLSDATAEXCHANGEADDITIONALCOMPONENTS.ADDITIONALEXTENSIONS.3rd PartyCommercialPDM3rd PartyCommercialDatabasesCUSTOMERTOOLSCAETOOLSCOSTMODELINGPRODUCI-BILITYKBEDESIGNDRIVERSLIBRARYDRMB2BWEBSERVERWORKFLOW3rd PartyCommer

46、cialDRMCADTOOLSDATAEXCHANGEADDITIONALCOMPONENTS.ADDITIONALEXTENSIONS.3rd PartyCommercialPDM3rd PartyCommercialDatabases6070年代，以二維繪圖為基礎(chǔ)的年代，以二維繪圖為基礎(chǔ)的CAD設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)技術(shù)80年代后期，以三維參數(shù)化特征造型為基礎(chǔ)的年代后期，以三維參數(shù)化特征造型為基礎(chǔ)的3D數(shù)字化產(chǎn)品建模數(shù)字化產(chǎn)品建模90年代中期，以多體動(dòng)力學(xué)、多領(lǐng)域建模仿真、多年代中期，以多體動(dòng)力學(xué)、多領(lǐng)域建模仿真、多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化為理論基礎(chǔ)的數(shù)字樣機(jī)技術(shù)學(xué)科協(xié)同優(yōu)化為理論基礎(chǔ)的數(shù)字樣機(jī)技術(shù)90年代后期

47、，以年代后期，以PLM為平臺基礎(chǔ)的多學(xué)科、為平臺基礎(chǔ)的多學(xué)科、多團(tuán)隊(duì)、跨地域的協(xié)同設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)多團(tuán)隊(duì)、跨地域的協(xié)同設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)Realistic Simulation基于真實(shí)仿真的產(chǎn)品基于真實(shí)仿真的產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)（開發(fā)技術(shù)（2010年以年以后）后）CADCAD發(fā)展歷程及展望發(fā)展歷程及展望 集成化 智能化 網(wǎng)絡(luò)化 標(biāo)準(zhǔn)化 專業(yè)化 3機(jī)械CAD技術(shù)的發(fā)展32 機(jī)械CAD的發(fā)展趨勢 集成化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化（工具化）專業(yè)化（工具化）集成化的意義集成化一個(gè)企業(yè)存在著許多不同時(shí)期、不同人員開發(fā)的互相缺乏聯(lián)系的獨(dú)立一個(gè)企業(yè)存在著許多不同時(shí)期、不同人員開發(fā)的互

48、相缺乏聯(lián)系的獨(dú)立應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件(或模塊或模塊)，主要表現(xiàn)在：，主要表現(xiàn)在： 1）功能各異、孤立的系統(tǒng)封閉運(yùn)行，難于取得及時(shí)綜合信息；）功能各異、孤立的系統(tǒng)封閉運(yùn)行，難于取得及時(shí)綜合信息； 2）各孤立系統(tǒng)自成一體，數(shù)據(jù)重復(fù)和冗余、浪費(fèi)資源；）各孤立系統(tǒng)自成一體，數(shù)據(jù)重復(fù)和冗余、浪費(fèi)資源； 3）各孤立系統(tǒng)只能通過各自接口進(jìn)行轉(zhuǎn)換，易造成信息丟失；）各孤立系統(tǒng)只能通過各自接口進(jìn)行轉(zhuǎn)換，易造成信息丟失； 4）各孤立系統(tǒng)間不能直接通過數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息共享；）各孤立系統(tǒng)間不能直接通過數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息共享； 5）各孤立系統(tǒng)自行開發(fā)，低水平重復(fù)，人力資源浪費(fèi)。）各孤立系統(tǒng)自行開發(fā)，低水平重復(fù)，人力資

49、源浪費(fèi)。集成化的含義多種軟件的數(shù)據(jù)共享、重用，減少數(shù)據(jù)冗余和重復(fù)勞動(dòng)。如產(chǎn)品多種軟件的數(shù)據(jù)共享、重用，減少數(shù)據(jù)冗余和重復(fù)勞動(dòng)。如產(chǎn)品BOM數(shù)據(jù)在設(shè)計(jì)、工藝、制造、售后階段的集成共享。數(shù)據(jù)在設(shè)計(jì)、工藝、制造、售后階段的集成共享。多種軟件系統(tǒng)在一個(gè)統(tǒng)一框架下運(yùn)行，操作更方便。如在多種軟件系統(tǒng)在一個(gè)統(tǒng)一框架下運(yùn)行，操作更方便。如在PDM統(tǒng)統(tǒng)一環(huán)境下集成一環(huán)境下集成CAx軟件，軟件間采用內(nèi)部互訪機(jī)制。軟件，軟件間采用內(nèi)部互訪機(jī)制。不同集成系統(tǒng)有不同的集成層次，如各種功能的不同集成系統(tǒng)有不同的集成層次，如各種功能的CAD系統(tǒng)的集成系統(tǒng)的集成化，化，CAx/PDM/ERP系統(tǒng)集成化，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)系統(tǒng)

50、集成化，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)。系統(tǒng)集成既包括硬件集成，也包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的集成、系統(tǒng)集成既包括硬件集成，也包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的集成、數(shù)據(jù)的集成、過程的集成。數(shù)據(jù)的集成、過程的集成。集成化的要求集成化的示意圖一般系統(tǒng)的集成需要滿足：一般系統(tǒng)的集成需要滿足： 1）集成系統(tǒng)有暢通的信息流和正確的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；）集成系統(tǒng)有暢通的信息流和正確的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換； 2）提供信息共享和軟件共享的機(jī)制；）提供信息共享和軟件共享的機(jī)制； 3）提供所有軟件信息的版本控制及管理；）提供所有軟件信息的版本控制及管理； 4）信息項(xiàng)改動(dòng)時(shí)，自動(dòng)跟蹤相關(guān)信息項(xiàng)；）信息項(xiàng)改動(dòng)時(shí)，自動(dòng)跟蹤相關(guān)信息項(xiàng)； 5）保證內(nèi)部有一

51、致性的接口和外部有統(tǒng)一的、友好的人機(jī)界面；）保證內(nèi)部有一致性的接口和外部有統(tǒng)一的、友好的人機(jī)界面； 6）用統(tǒng)一的執(zhí)行控制程序來組織各種信息的傳遞和運(yùn)行。）用統(tǒng)一的執(zhí)行控制程序來組織各種信息的傳遞和運(yùn)行。天喻軟件集成解決方案你能設(shè)想網(wǎng)絡(luò)時(shí)代你能設(shè)想網(wǎng)絡(luò)時(shí)代 ，人們?nèi)绾卫?，人們?nèi)绾卫肅AD系統(tǒng)工具進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)工具進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā) 在家里、在旅途在家里、在旅途.?？傊?，不受任何時(shí)空限制?？傊?，不受任何時(shí)空限制網(wǎng)絡(luò)化的作用 提供多學(xué)科領(lǐng)域開發(fā)團(tuán)隊(duì)的協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)提供多學(xué)科領(lǐng)域開發(fā)團(tuán)隊(duì)的協(xié)同產(chǎn)品開發(fā) 支持跨部門、跨行業(yè)、跨地域的企業(yè)協(xié)作支持跨部門、跨行業(yè)、跨地域的企業(yè)協(xié)作 使數(shù)據(jù)共享、知識共享、資源共

52、享使數(shù)據(jù)共享、知識共享、資源共享網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用垂直尾翼垂直尾翼水平尾翼水平尾翼 空中客車公司由歐洲航空防務(wù)及航天公司和英宇航系統(tǒng)公司共同擁有，空中客車公司由歐洲航空防務(wù)及航天公司和英宇航系統(tǒng)公司共同擁有，總部位于法國圖盧茲的空中客車公司。空客公司的設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)和工廠屬于四個(gè)總部位于法國圖盧茲的空中客車公司。空客公司的設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)和工廠屬于四個(gè)全資子公司：法國、德國、西班牙、英國等公司。全資子公司：法國、德國、西班牙、英國等公司。 空中客車在空中客車在4國國5地進(jìn)行異地聯(lián)合設(shè)計(jì)，分別在地進(jìn)行異地聯(lián)合設(shè)計(jì)，分別在4個(gè)國家的多家生產(chǎn)基地異地個(gè)國家的多家生產(chǎn)基地異地制造，在法國的圖盧茲和德國的漢堡進(jìn)行最后的總裝配

53、。制造，在法國的圖盧茲和德國的漢堡進(jìn)行最后的總裝配。 空客公司的采購網(wǎng)絡(luò)遍布全球空客公司的采購網(wǎng)絡(luò)遍布全球30個(gè)國家，有個(gè)國家，有1500家以上的供應(yīng)商加盟，為了家以上的供應(yīng)商加盟，為了保證整個(gè)供應(yīng)鏈采購信息的及時(shí)溝通，建立了采購門戶網(wǎng)站保證整個(gè)供應(yīng)鏈采購信息的及時(shí)溝通，建立了采購門戶網(wǎng)站 Supirworld 。該。該網(wǎng)站加強(qiáng)了空客公司與供應(yīng)商之間的合作。網(wǎng)站加強(qiáng)了空客公司與供應(yīng)商之間的合作。 網(wǎng)絡(luò)化工作模式網(wǎng)絡(luò)化CAD意義企業(yè)生產(chǎn)過程是一個(gè)包括產(chǎn)品規(guī)劃、企業(yè)生產(chǎn)過程是一個(gè)包括產(chǎn)品規(guī)劃、產(chǎn)品設(shè)計(jì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝準(zhǔn)備、零部件生產(chǎn)、標(biāo)準(zhǔn)、工藝準(zhǔn)備、零部件生產(chǎn)、標(biāo)準(zhǔn)件件/外購件采購、產(chǎn)品組裝檢驗(yàn)、產(chǎn)

54、品銷售及服務(wù)等的信息協(xié)作過程。當(dāng)前，隨外購件采購、產(chǎn)品組裝檢驗(yàn)、產(chǎn)品銷售及服務(wù)等的信息協(xié)作過程。當(dāng)前，隨著并行工程等先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，建立動(dòng)態(tài)聯(lián)盟制造體系已成為全球化制造著并行工程等先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，建立動(dòng)態(tài)聯(lián)盟制造體系已成為全球化制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，要求現(xiàn)代系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，要求現(xiàn)代CAD技術(shù)實(shí)現(xiàn)從單機(jī)到網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)從單機(jī)到網(wǎng)絡(luò)化CAD技術(shù)的轉(zhuǎn)變，支技術(shù)的轉(zhuǎn)變，支持動(dòng)態(tài)聯(lián)盟中持動(dòng)態(tài)聯(lián)盟中協(xié)同設(shè)計(jì)協(xié)同設(shè)計(jì)所需的環(huán)境和設(shè)計(jì)技術(shù)。所需的環(huán)境和設(shè)計(jì)技術(shù)。 智能化的含義研究人們設(shè)計(jì)思維方式，并用智能技術(shù)來表達(dá)和處理研究人們設(shè)計(jì)思維方式，并用智能技術(shù)來表達(dá)和處理CAD設(shè)計(jì)過程中的知識，產(chǎn)設(shè)計(jì)過程中的

55、知識，產(chǎn)生高效的生高效的CAD系統(tǒng)，提高設(shè)計(jì)自動(dòng)化程度。系統(tǒng)，提高設(shè)計(jì)自動(dòng)化程度。 將人工智能技術(shù)，特別是專家系統(tǒng)的技術(shù)，與傳統(tǒng)將人工智能技術(shù)，特別是專家系統(tǒng)的技術(shù)，與傳統(tǒng)CAD技術(shù)結(jié)合起來，形成智能技術(shù)結(jié)合起來，形成智能化化CAD系統(tǒng)是機(jī)械系統(tǒng)是機(jī)械CAD發(fā)展的必然趨勢。發(fā)展的必然趨勢。智能化的必要性現(xiàn)有交互式現(xiàn)有交互式CAD系統(tǒng)優(yōu)勢在于處理數(shù)值型的工作（如計(jì)算與繪圖），但工程設(shè)系統(tǒng)優(yōu)勢在于處理數(shù)值型的工作（如計(jì)算與繪圖），但工程設(shè)計(jì)中需要經(jīng)驗(yàn)或知識決策，使用過程中往往要人為干預(yù)，因而設(shè)計(jì)質(zhì)量在一定計(jì)中需要經(jīng)驗(yàn)或知識決策，使用過程中往往要人為干預(yù)，因而設(shè)計(jì)質(zhì)量在一定程度上依賴用戶的經(jīng)驗(yàn)和知識水平。程度上依賴用戶的經(jīng)驗(yàn)和知識水平。對對CAD來說，它是一個(gè)設(shè)計(jì)過程，