第二章-現(xiàn)代設計技術

先進制造技術

AdvancedManufacturingTechnology第三講

現(xiàn)代設計技術概述計算機輔助設計新內(nèi)容：現(xiàn)代設計技術概述

計算機輔助設計（CAD）技術現(xiàn)代設計技術的內(nèi)涵現(xiàn)代設計技術概述現(xiàn)代設計技術的特點現(xiàn)代設計技術體系設計

設計者根據(jù)生產(chǎn)和生活的需要，通過思維、規(guī)則、分析和決策過程，最終把設想變?yōu)楝F(xiàn)實的技術方案。本質(zhì)創(chuàng)新過程創(chuàng)造性思維過程目的尋求滿足用戶需求的最佳方案1現(xiàn)代設計技術概述現(xiàn)代設計技術的內(nèi)涵動態(tài)、科學、主動、現(xiàn)代方法和手段傳統(tǒng)設計技術的繼承和發(fā)展，多專業(yè)和多學科交叉，綜合性技術現(xiàn)代設計技術設計技術設計過程中解決具體設計問題的各種方法和手段靜態(tài)、經(jīng)驗、被動、手工傳統(tǒng)設計技術現(xiàn)代設計技術的定義：從系統(tǒng)工程的觀點分析，現(xiàn)代設計技術是一個由時間維、邏輯維和方法維共同組成的三維系統(tǒng)…方法維產(chǎn)品規(guī)劃方案設計技術設計施工設計分析綜合評價決策時間維邏輯維可靠性設計優(yōu)化設計

模塊化設計

現(xiàn)代設計技術的時間維產(chǎn)品規(guī)劃--需求分析、市場預測、可行性分析、總體參數(shù)、制約條件和設計要求；方案設計--功能原理設計，確定原理方案；技術設計--將產(chǎn)品的功能原理具體化為機器產(chǎn)品及其零部件的具體結(jié)構(gòu)；施工設計--指工程圖繪制，工藝文件編寫，說明書編寫等。現(xiàn)代設計技術的邏輯維分析--明確設計任務本質(zhì)；綜合--綜合各種因素，探求解決方案；評價--對多種方案進行比較和評定，方案調(diào)整和改進；決策--確定最佳的設計方案現(xiàn)代設計技術的方法維設計過程中的各種思維方法和工作方法運用各種先進的設計理論、方法和工具，使產(chǎn)品設計過程進入高效、優(yōu)質(zhì)和創(chuàng)新的新階段?，F(xiàn)代設計技術的特點

1、設計范疇的擴展化；2、設計手段的計算機化；3、設計過程的并行化；4、設計過程智能化；5、設計手段的擬實化；6、分析手段的精確化；7、多種手段綜合應用；8、強調(diào)設計的邏輯性和系統(tǒng)性；9、進行動態(tài)多變量的優(yōu)化；10、強調(diào)產(chǎn)品的環(huán)保性；11、強調(diào)產(chǎn)品的宜人性；12、強調(diào)用戶參與；13、強調(diào)設計階段的質(zhì)量控制；14、設計和制造一體化；15、強調(diào)產(chǎn)品全壽命周期最優(yōu)化。特點：歸納起來，現(xiàn)代設計技術具有如下特點：現(xiàn)代設計技術的體系結(jié)構(gòu)現(xiàn)代設計技術由4個不同層次的技術所組成，計算機輔助設計技術CAD是現(xiàn)代設計技術的主體技術主體技術基礎技術支撐技術應用技術傳統(tǒng)設計理論與方法各產(chǎn)品領域知識與技術計算機輔助設計技術現(xiàn)代設計方法學可信性設計技術設計試驗技術相關學科與技術先進制造工藝材料科學自動化技術系統(tǒng)管理技術自然科學政治經(jīng)濟文化社會科學市場營銷學……….現(xiàn)代設計技術體系結(jié)構(gòu)框圖1.基礎技術基礎技術是指傳統(tǒng)的設計理論與方法，特別是運動學、靜力學與動力學、材料力學、結(jié)構(gòu)力學、熱力學、電磁學、工程數(shù)學的基本原理與方法等。2.主體技術現(xiàn)代設計技術的誕生和發(fā)展與計算機技術的發(fā)展息息相關、相輔相成。計算機科學與設計技術結(jié)合產(chǎn)生計算機輔助設計、智能CAD(IntelligentCAD，ICAD)、優(yōu)化設計、有限元分析程序、模擬仿真、虛擬設計和工程數(shù)據(jù)庫等技術。運用現(xiàn)代設計技術的多種理論與方法如優(yōu)化設計、可靠性設計、模糊設計等理論構(gòu)造的數(shù)學模型，來編制計算機應用程序，可以更廣泛、更深入地模擬人的推理與思維，從而提高計算機的“智力”。而計算機輔助設計技術正是以它對數(shù)值計算和對信息與知識的獨特處理能力，成為現(xiàn)代設計技術群體的主干，即主體技術。3.支撐技術支撐技術主要有現(xiàn)代設計方法學、可信性設計技術、試驗設計技術?，F(xiàn)代設計方法學涉及的內(nèi)容很廣，如并行設計、系統(tǒng)設計、功能設計、模塊化設計、價值工程、質(zhì)量功能配制、反求工程、綠色設計、模糊設計、面向?qū)ο笤O計、工業(yè)造型設計等。可信性設計是廣義的可靠性設計的擴展，主要指可靠性與安全性設計、動態(tài)分析與設計、防斷裂設計、健壯設計、耐環(huán)境設計等。設計試驗技術包括可靠性試驗、環(huán)保性能試驗與控制，以及運用計算機技術的數(shù)字仿真試驗和虛擬試驗等。4.應用技術應用技術是針對實用目的解決各類具體產(chǎn)品設計問題的技術，如機床、汽車、工程機械、精密機械的現(xiàn)代設計內(nèi)容可以看作是現(xiàn)代設計技術派生出來的具體技術群?，F(xiàn)代設計已擴展到產(chǎn)品規(guī)劃、制造、營銷、運行、回收等各個方面，除了必要的傳統(tǒng)設計理論與方法的基礎知識外，相關的學科與技術，尤其是制造工藝、自動化技術、系統(tǒng)管理技術、材料知識與經(jīng)驗及廣泛的自然科學知識等也是十分必要的。此外，設計產(chǎn)品總是以滿足社會需求為目的的，因此，設計人員還應具備政治、經(jīng)濟、法律、人文社會、藝術等方面的知識與素養(yǎng)。計算機輔助設計技術有限元法、優(yōu)化設計、反求工程、模糊智能CAD、工程數(shù)據(jù)庫等。性能優(yōu)良設計基礎技術可靠性設計；安全性設計；動態(tài)分析與設計；防斷裂設計；疲勞設計；防腐蝕設計；減摩和耐磨損設計；健壯設計；耐環(huán)境設計；維修性設計和維修性保障設計；測試性設計；人機工程設計等?，F(xiàn)代設計技術的分類競爭優(yōu)勢創(chuàng)建技術

快速響應設計；智能設計；仿真與虛擬設計；工業(yè)設計；價值工程設計；模塊化設計等。全壽命周期設計技術并行設計；面向制造的設計；全壽命周期設計?？沙掷m(xù)性發(fā)展產(chǎn)品設計技術

主要有綠色設計設計試驗技術產(chǎn)品可靠性試驗；產(chǎn)品環(huán)保性能試驗與控制、仿真試驗與虛擬試驗1.CAD技術應用與發(fā)展概況2.CAD系統(tǒng)的軟硬件技術基礎CAD的關鍵技術計算機輔助產(chǎn)品設計方法

計算機輔助設計（CAD）技術1.CAD技術應用與發(fā)展概況1.1計算機輔助設計(CAD)的概念CAD是工程技術人員與計算機相結(jié)合、各盡所長、應用多學科的方法綜合有效地進行問題求解的先進信息處理技術。它把人類的決策判斷、創(chuàng)造能力與計算機的高速運算、信息存儲等功能有機結(jié)合起來，從而達到縮短工程產(chǎn)品設計周期、提高設計質(zhì)量的目的。簡單地講，CAD是工程技術人員利用計算機達到最佳的設計目的。

CAD概念的實質(zhì)在于：（1）人機各盡所長；（2）人機交互結(jié)合；（3）最佳設計效率。

CAD技術的主要作用如下:（1）提高設計質(zhì)量和設計效率。（2）能夠充分發(fā)揮設計人員創(chuàng)造性。（3）縮短產(chǎn)品的設計周期。1.2CAD技術的重要應用CAD是計算機科學與工程設計學科相結(jié)合形成的新興技術，是計算機在工程中最有影響的應用技術之一。CAD技術曾被美國國家工程科學院評為當代十項最杰出的工程技術成就之一。無論是軍事工業(yè)還是民用工業(yè)，無論是建筑行業(yè)還是制造加工行業(yè)，無論是機械、電子、輕紡行業(yè)還是文體、影視廣告行業(yè)等都離不開CAD技術。CAD技術是企業(yè)界爭奪市場份額和生存發(fā)展不可缺少的手段。

在制造業(yè)中的應用：如波音777飛機是世界上第一架實現(xiàn)無紙設計與制造的飛機。在工程領域中的應用：如建筑設計CAD、電子沙盤；機械設計CAD等。仿真模擬和動畫制作：在電影制作中的成功應用，如“未來世界”、“玩具總動員”、“侏羅記公園”等在輕工行業(yè)的應用：如模具CAD和服裝CAD等。在醫(yī)學中的應用：計算機輔助手術規(guī)劃和手術模擬。在電子電路中的應用：超大規(guī)模集成電路的設計制造。我國科學技術部在CAD應用工程2000年規(guī)劃綱要中指出：“到2000年，在國民經(jīng)濟主要部門的科研、設計單位和企業(yè)中全面普及推廣CAD技術，實現(xiàn)‘甩掉圖板’（指傳統(tǒng)設計中的描圖板），提高智能勞動效率，推廣我國CAD市場，扶持發(fā)展以CAD為突破口的我國自主創(chuàng)新的軟件產(chǎn)業(yè)，建立起我國的CAD產(chǎn)業(yè)”。到2000年，我國機械制造業(yè)應用CAD技術的普及率和覆蓋率均達70%以上；工程設計行業(yè)CAD技術的普及率和覆蓋率均達100%。CAD技術在我國工程和產(chǎn)品設計的一些應用實例：（1）沈陽變壓器廠用CAD技術輸出三峽工程項目三維彩色產(chǎn)品設計圖和計算機分析的數(shù)據(jù)，從而贏得了三峽工程的招標項目。（2）瀘東造船廠應用CAD技術后，生產(chǎn)技術準備周期縮短1/3以上，造船的設計開發(fā)能力提高一倍。（3）西北電力設計院用CAD系統(tǒng)建渭河電廠主廠房三維模型，對該廠原設計方案自動校驗，共查出6處隱藏在圖紙中的錯誤，當即進行了修改。（4）寰球化工工程公司應用CAD技術，在盤綿乙烯裝置工程中，進行碰撞檢測后，使95%以上的錯誤得以糾正，在總長20多萬米的管道設計中，施工結(jié)束后剩余鋼管不到10米。1.3CAD技術應用實例圖示一些圖形網(wǎng)站如/gallery/id/具有豐富的圖片，可顯示CAD技術在各個領域的應用效果。1.4CAD技術發(fā)展歷程CAD技術隨著計算機及其外圍設備、圖形輸入輸出設備、軟件技術的發(fā)展而發(fā)展。（1）準備和誕生時期（20世紀50~60年代）電子管計算機1950MIT能夠顯示簡單圖形的圖形顯示器

1958Calcomp滾筒式繪圖機20世紀50年代末SAGE戰(zhàn)術防空系統(tǒng)

請看圖片：1950年美國麻省理工學院研制的whirlWind圖形顯示設備光筆滾筒式繪圖儀平板繪圖儀（2）蓬勃發(fā)展和進入應用的時期（20世紀60年代）1962，IvanSutherland研究出了Sketchpad交互式圖形系統(tǒng)。計算機及圖形設備價格昂貴，技術復雜。計算機圖形學的發(fā)展，如Coons曲面。（3）廣泛應用時期（20世紀70年代）集成電路用于計算機，使計算機平臺的性能大為提高。出現(xiàn)了以小型計算機為平臺的CAD系統(tǒng)。圖形設備相繼推出并完善。圖形軟件和CAD應用支撐軟件不斷得到充實與提高。（4）飛速發(fā)展時期（20世紀80年代）出現(xiàn)了大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路，使微機進入市場。推出了以UNIX系統(tǒng)支撐的SUN工作站。圖形軟件更加成熟。（5）日趨成熟的時期（20世紀90年代）出現(xiàn)基于PC平臺的價廉物美的CAD系統(tǒng)。CAD系統(tǒng)的標準化：CGI、GKS、GKS-3D、PHIGS、OpenGL、IGES、STEP。智能化CAD系統(tǒng)。集成化?？茖W計算可視化、虛擬設計、虛擬制造。1.5

CAD軟件技術的發(fā)展以機械行業(yè)為例，說明CAD軟件技術的發(fā)展歷程。20世紀60年代，CAD的主要技術特點是交互式二維繪圖和三維線框模型。20世紀70年代，CAD的主要技術特征是自由曲線曲面生成算法和表面造型理論，代表軟件CATIA。20世紀80年代，CAD的主要技術特征是實體造型理論和幾何建模方法，代表軟件I-DEAS。20世紀90年代，CAD技術基礎理論主要是以PTC的Pro/Engineer為代表的參數(shù)化造型理論和以SDRC的I-DEAS為代表的變量化造型理論，形成了基于特征的實體建模技術。1.6發(fā)展趨勢微機化、集成化、智能化、網(wǎng)絡化、可視化、并行化、標準化。2.CAD系統(tǒng)的軟硬件技術基礎什么是CAD系統(tǒng)？CAD系統(tǒng)是以計算機硬件為基礎，系統(tǒng)軟件和支撐軟件為主體，應用軟件為核心組成的面向工程設計問題的信息處理系統(tǒng)。CAD系統(tǒng)與一般計算機系統(tǒng)的差別：一般計算機系統(tǒng)：計算機+外圍設備。CAD系統(tǒng)：人與計算機及外圍設備協(xié)調(diào)運行的系統(tǒng)。其基本功能是交互性（對話功能）。2.1CAD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能1）.CAD系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可用分層體系結(jié)構(gòu)進行描述。硬件平臺：網(wǎng)絡，計算機，繪圖機，打印機...操作系統(tǒng)：Windows3.x,Windows95/98/NT,UNIX網(wǎng)絡協(xié)議：TCP/IP,SPX/IPX數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：Oracle,Sybase,Forpro…CAD工具軟件：AutoCAD,Solidworks,Pro/E...CAD工程應用軟件...硬件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件支撐軟件應用軟件CAD系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)2）.系統(tǒng)功能分析（1）硬件應具備的基本功能：計算功能、存儲功能、輸入輸出功能、交互功能。

（2）軟件應具備的基本功能：就機械產(chǎn)品CAD系統(tǒng)來講，應是：產(chǎn)品幾何造型的功能（線框、曲面與實體造型）、2D和3D圖形處理功能、有限元分析功能、優(yōu)化設計過程、數(shù)據(jù)庫管理功能等。

CAD軟件CAD專用軟件CAD支撐軟件優(yōu)化方法庫圖形支撐軟件數(shù)據(jù)庫軟件有限元分析軟件系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)高級語言編譯器網(wǎng)絡軟件3）.CAD系統(tǒng)軟件層次結(jié)構(gòu)（1）系統(tǒng)軟件主要用于計算機的管理、維護、控制以及計算機程序的翻譯、裝入與運行。操作系統(tǒng)：Windows95/98、UNIX、WindowsNT等。語言編譯系統(tǒng)：VisualC/C++、VisualBasic、AutoLisp等。（2）支撐軟件是為滿足CAD/CAM用戶共同需要而開發(fā)的通用軟件。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：Foxpro/ORACLE/INFORMIX/Sybase等。計算機分析軟件：ANSYS/NASTRAN/ADAMS等。圖形支撐軟件：可分為圖形處理語言及交互式繪圖軟件。

（3）應用軟件用戶利用計算機所提供的各種系統(tǒng)軟件、支撐軟件，編制解決用戶各種實際問題的程序稱為應用軟件。開發(fā)應用軟件是CAD工作者的一項重要工作。

（4）常用CAD軟件國內(nèi)應用較廣的微機CAD軟件有：Autodesk公司的AutoCAD及MDT,Solidworks公司的Solidworks，美國CV公司的CADDS軟件的微機版本PD（PersonalDesigner）;MicroStation軟件，Micro-CADAM軟件，CADKEY軟件，SolidEdge軟件等。工程工作站CAD/CAM系統(tǒng)軟件有：美國SDRC公司開發(fā)的I-DEAS（IntegratedEngineeringAnalysisSoftware），IBM公司開發(fā)的CATIA（Computer-GraphicsAidedThree-DimensionalInteractiveApplications），法國Matra公司EUCLID軟件，美國EDS公司UGII(UNIGRAPHICSII)軟件，美國PTC公司Pro/Engineer系統(tǒng)。2.2CAD系統(tǒng)的類型按照CAD系統(tǒng)中采用的計算機類型、外圍設備以及它們之間的聯(lián)系方式，CAD系統(tǒng)可分為主機型CAD系統(tǒng)、工程工作站CAD系統(tǒng)、微機CAD系統(tǒng)和基于網(wǎng)絡環(huán)境的CAD系統(tǒng)。CAD系統(tǒng)經(jīng)歷過三個階段的發(fā)展，即許多用戶共享一臺計算機；一個用戶用一臺計算機；一個用戶共享多臺計算機。（1）工程工作站系統(tǒng)工程工作站是具有高速的科學計算、豐富的圖形處理、靈活的窗口及網(wǎng)絡管理功能的交互式計算機系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的特點是：一個用戶用一臺計算機，并且具有聯(lián)網(wǎng)功能。這也是它與具有分時系統(tǒng)的超級小型機的不同之處。SUN、SGI、HP、DEC和IBM等大型計算機公司廣泛采用工程工作站系統(tǒng)，因此工程工作站在國外CAD系統(tǒng)中占有主導地位。（2）微機CAD系統(tǒng)是以一臺微機為主的單用戶系統(tǒng)。

微機CAD硬件系統(tǒng)主機操作系統(tǒng)顯示設備：圖形顯示器輸入設備外存儲器輸出設備通訊接口（3）網(wǎng)絡分布CAD系統(tǒng)應用計算機技術和通信技術，將分布于各地的各類計算機以網(wǎng)絡形式連接起來進行產(chǎn)品的設計工作。CAD網(wǎng)絡示例TCP/IPServerClient文件服務器數(shù)據(jù)庫服務器微機工作站...2.3計算機及其輸入輸出設備CAD硬件計算機主機圖形輸入設備圖形繪制設備圖形顯示設備掃描儀數(shù)字化儀數(shù)碼相機光柵掃描顯示器液晶顯示器打印機繪圖機筆式繪圖機噴墨繪圖機CAD硬件設備1）.微機組成與分類

按微機的設備組成，微機設備可分為內(nèi)、外兩部分：內(nèi)部設備通常包括主板、CPU、內(nèi)存儲器、顯示卡、電源、輸入輸出接口等；其中輸入輸出接口又分為串行口和并行口，它們分別可以連接鼠標、打印機等外部設備；主板上通常有幾個擴展槽，用來連接外部設備等。外部設備一般包括軟盤驅(qū)動器、硬盤驅(qū)動器、光盤驅(qū)動器、鍵盤、鼠標、顯示器、聲卡、網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器等。

2）.計算機輸入設備

圖形輸入設備可將用戶的圖形結(jié)果及各種命令等轉(zhuǎn)換為電信號，并傳送給計算機。（1）物理設備鍵盤、鼠標器、數(shù)字化儀、圖形輸入板鍵盤由一組按陣列方式裝配在一起的按鍵開關組成。鼠標器可以方便、準確地移動光標進行定位，它是窗口軟件和繪圖軟件的首選輸入設備。數(shù)字化儀和圖形輸入板矢量圖形輸入設備。語音輸入與掃描輸入（2）邏輯設備圖形輸入設備從邏輯上分為6種功能，即定位（locator）、筆劃（stroke）、數(shù)值（valuator）、選擇（choice）、拾?。╬ick）及字符（string），也可稱為6種邏輯設備。圖形輸入設備的邏輯分類名稱相應的典型設備基本功能定位鼠標器、拇指輪輸入一個點的坐標筆劃鼠標器、拇指輪輸入一系列點的坐標數(shù)值數(shù)字鍵盤輸入一個整數(shù)或?qū)崝?shù)選擇功能鍵、鼠標器由一個整數(shù)得到某種選擇拾取光筆、鼠標器拾取一個顯示著的圖素字符串字符鍵盤輸入一串字符所謂邏輯設備，是指按邏輯功能定義的設備，而不是具體的物理設備。一種邏輯設備對應于一種或一類特定的物理設備，而實際的圖形輸入設備又往往是某些邏輯輸入功能的組合。3）.計算機圖形輸出設備

常用的圖形輸出設備可以分為兩大類。一類是與圖形輸入設備相結(jié)合，構(gòu)成具有交互功能的可以快速地生成、刪除和修改圖形的顯示設備。另一類是在紙上或其他介質(zhì)上輸出可以永久性保存的圖形的繪圖設備。后者也稱為硬拷貝設備。硬拷貝設備:（1）打印機（Printer）按打印機的打印方式來分，目前常用的打印機有：點陣打印機、噴墨打印機與激光打印機。（2）繪圖儀（Plotter）根據(jù)在圖紙上形成圖形的不同原理，繪圖儀分為噴墨、激光、靜電和筆式繪圖儀。噴墨和筆式繪圖儀是目前常用的繪圖設備。計算機輔助設計技術的特點和功能已被人們所接受，并廣泛地應用于產(chǎn)品的設計和開發(fā)。而就CAD系統(tǒng)而言，其技術的實現(xiàn)涉及到如下一些關鍵技術。1．產(chǎn)品的幾何造型技術CAD的幾何造型過程也就是對被設計對象進行描述，并用合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)儲存在計算機內(nèi)，以建立計算機內(nèi)部模型的過程。被設計對象的造型建模技術的發(fā)展，經(jīng)歷了線框模型、表面(曲面)模型、實體建模、特征造型、特征參數(shù)模型、產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型的演變過程，主要模型類型如圖所示。l)線框模型2)表面模型3)實體模型4)特征造型3.CAD的關鍵技術

計算機輔助設計技術的特點和功能已被人們所接受，并廣泛地應用于產(chǎn)品的設計和開發(fā)。而就CAD系統(tǒng)而言，其技術的實現(xiàn)涉及到如下一些關鍵技術。1．產(chǎn)品的幾何造型技術CAD的幾何造型過程也就是對被設計對象進行描述，并用合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)儲存在計算機內(nèi)，以建立計算機內(nèi)部模型的過程。被設計對象的造型建模技術的發(fā)展，經(jīng)歷了線框模型、表面(曲面)模型、實體建模、特征造型、特征參數(shù)模型、產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型的演變過程，主要模型類型如圖所示。l)線框模型2)表面模型3)實體模型4)特征造型2．單一數(shù)據(jù)庫與相關性設計技術單一數(shù)據(jù)庫是指與設計相關的全部數(shù)據(jù)信息來自于一個數(shù)據(jù)庫。所謂相關性設計，是指任何設計改動都將及時地反映到設計過程的其他相關環(huán)節(jié)上。建立在單一數(shù)據(jù)庫基礎上的產(chǎn)品開發(fā)，可以實現(xiàn)產(chǎn)品的相關性設計。單一數(shù)據(jù)庫和相關性設計技術的應用有利于減少設計中的差錯，提高設計質(zhì)量，縮短開發(fā)周期。3．CAD與其它CAX系統(tǒng)的集成技術CAD技術為產(chǎn)品的設計開發(fā)提供了基本的數(shù)據(jù)化模型，然而，它只是計算機參與產(chǎn)品生產(chǎn)制造的一個環(huán)節(jié)。為了使產(chǎn)品生產(chǎn)后續(xù)的作業(yè)環(huán)節(jié)有效地利用CAD作業(yè)所構(gòu)造的產(chǎn)品信息模型，充分利用已有的信息資源，提高綜合生產(chǎn)效率，必須將CAD技術與其他CAX技術進行有效的集成，包括CAD/CAM技術的集成、CAD與CIMS其他功能系統(tǒng)的集成等。CAD技術的主要功能是進行產(chǎn)品的設計造型，為其他功能系統(tǒng)提供共享的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，它已成為CIMS或其他制造系統(tǒng)的基礎和關鍵。3．CAD與其它CAX系統(tǒng)的集成技術CAD技術與其他CAX系統(tǒng)的集成，涉及到產(chǎn)品的造型建模、工程數(shù)據(jù)的管理、數(shù)據(jù)交換接口等技術。CAD技術的集成體現(xiàn)在以下幾個方面：(1)CAD與CAE集成、CAD與CAPP/CAM集成、CAD與PDM集成、CAD與ERP等軟件模塊集成。CAD與這些系統(tǒng)模塊的集成為企業(yè)提供了產(chǎn)品生產(chǎn)制造一體化解決方案，推動了企業(yè)的信息化進程。(2)將CAD技術的算法、功能模塊以至整個系統(tǒng)以專用芯片的形式加以固化，這樣一方面可以提高CAD系統(tǒng)的運行效率，另一方面可以供其他系統(tǒng)直接調(diào)用。(3)CAD在網(wǎng)絡計算環(huán)境下實現(xiàn)異地、異構(gòu)系統(tǒng)的企業(yè)間集成，如全球化設計、虛擬設計、虛擬制造以及虛擬企業(yè)就是該集成層次的具體體現(xiàn)。4．標準化技術由于CAD軟件產(chǎn)品眾多，為實現(xiàn)信息共享，相關軟件必須支持異構(gòu)、跨平臺的工作環(huán)境。該問題的解決主要依靠CAD技術的標準化。國際標準化組織(ISO)制定了“產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型交換標準”(StandardfortheExchangeofProductModelData，STEP)。STEP采用統(tǒng)一的數(shù)字化定義方法，涵蓋了產(chǎn)品的整個生命周期，是CAD技術最新的國際標準。目前，主流的CAD軟件系統(tǒng)都支持ISO標準及其他工業(yè)標準，面向應用的標準構(gòu)件及零部件庫的標準化也成為CAD系統(tǒng)的必備內(nèi)容，為實現(xiàn)信息共享創(chuàng)造了條件。計算機輔助設計的研究熱點計算機輔助產(chǎn)品的概念設計難題：建模和推理計算機支持的協(xié)同設計難題：信息實時可靠交換；異構(gòu)環(huán)境下可靠運行；通訊方法與手段海量信息處理存儲、管理和檢索技術智能CAD技術：將人工智能技術與CAD技術融為一體，難題：解決人類思維模型建立和表達CAD與虛擬現(xiàn)實（VR）技術的集成

VR向設計者提供視覺、聽覺、觸覺等直觀、自然、實時的感知，目前VR所需軟硬件價格昂貴，技術開發(fā)難度大計算機安全技術保密，防病毒感染計算機輔助產(chǎn)品設計方法A探討計算機應用的必要性B研究產(chǎn)品概念設計的創(chuàng)新C產(chǎn)品設計的可變性繼承性D可視化技術等CAD相關技術研究計算機輔助產(chǎn)品設計方法1、計算機輔助設計過程分析需求分析可行性論證制定任務書任務規(guī)劃階段實質(zhì)：功能原理設計確定設計方案概念設計階段結(jié)構(gòu)草圖設計確定裝配草圖結(jié)構(gòu)設計階段零部件設計實驗、改進繪制技術圖樣詳細設計階段用戶試用設計定型投入生產(chǎn)定型生產(chǎn)階段計算機應用的可行性設計過程符合計算機系統(tǒng)化、程式化工作性質(zhì)。

設計類型任務性質(zhì)功能設計布局設計參數(shù)設計公差設計任務所占比重新設計適應性設計參數(shù)化設計1、計算機輔助設計過程分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)功能設計階段1、計算機輔助設計過程分析

產(chǎn)品工藝過程設計階段

產(chǎn)品加工制造階段新設計比重很小人工效率低、工作繁瑣加工停留時間短，流通時間長計算機應用的必要性概念設計定義在確定任務后，通過抽象化，擬定功能結(jié)構(gòu)，尋求適當?shù)淖饔迷砑捌浣M合等，確定出基本求解途徑，得出求解方案的設計工作。新產(chǎn)品設計創(chuàng)新產(chǎn)品概念設計過程的早期階段2、計算機輔助概念設計關鍵技術原理方案設計技術——關鍵概念設計建模技術——核心設計創(chuàng)新技術并行和協(xié)同概念設計技術基于設計目標和知識的原理方案求解產(chǎn)品模型和過程模型的建立方法研究創(chuàng)新技法1、產(chǎn)品功能、原理、結(jié)構(gòu)等2、制造、成本等3、設計師間的協(xié)作2、計算機輔助概念設計

產(chǎn)品除了滿足人們的使用功能要求外，還要適應使用者的美學感覺，滿足人們的心理需求。產(chǎn)品的造型、質(zhì)感、色彩等給人的感官感受常常會起到出人意料的作用。2、計算機輔助概念設計美學設計美學設計產(chǎn)品造型設計材質(zhì)色彩形態(tài)2、計算機輔助概念設計美學設計形態(tài)任何設計最終都將物化為形態(tài)，是人們認識、使用產(chǎn)品的根本。