计算机辅助设计技术(概述及CAD系统)
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1、（）已经成为企业提高创新能力、产品开发能力和增强企业竞争能力的一项关键技术。 CAD技术是集计算机图形学、数据库、网络通讯等计算机及其他领域知识于一体的综合性高新技术；是先进制造技术的重要组成部分；也是提高设计水平、缩短产品开发周期、增强行业竞争能力的一项关键技术。CAD技术具有涉及面广、技术变化快、投入产出高、功能强等特点，能够满足广大用户需求的变化和不断增长的要求。1.1 计算机辅助设计概述1.1.1 计算机辅助设计概念 （Computer Aided Design，)完备的CAD系统包括:和 （机械）设计过程雷诺汽车概念设计CATIA汽车设计流程先进的辅助设计软件CATIA是法国达索公司
2、的产品开发旗舰解决方案。它可以帮助制造厂商设计他们未来的产品，并支持从项目前阶段、具体的设计、分析、模拟、组装到维护在内的全部工业设计流程。 设计过程与CAX的关系设计过程、CAD、计算机绘图和CG的关系。CAD/CAM系统工作流程图CAD/CAM系统工作流程、工程数据库和应用软件关系。1.1.1.1 CAD的基本功能 交互功能交互功能 图形显示功能图形显示功能 存储功能存储功能 输入输出功能输入输出功能 交互功能友好的用户界面，是用户直接而有效地完成复杂设计任务的必要条件除软件中界面设计外，还必须有交互设备实现人与计算机之间的不断通信图形显示功能 CAD是一个人机交互的过程，从产品的造型、构
3、思、方案的确定，结构分析到加工过程的仿真，系统随时保证用户能够观察、修改中间结果，实时编辑处理 用户的每一次操作都要能从显示器上及时得到反馈，直到取得最佳的设计结果。 图形显示功能不仅能够对二维平面图形进行显示控制，还应当包含三维实体的处理存储功能 为了保证系统正常的运行，CAD系统必须配置容量较大的存储设备，支持数据在模块运行时的正确流通； 其次，工程数据库系统的运行也必须有存贮空间的保障 CADCAD系统运行时，数据量系统运行时，数据量很大，有很多算法往往生成很大，有很多算法往往生成大量的中间数据，尤其是对大量的中间数据，尤其是对图形的操作、交互式的设计图形的操作、交互式的设计以及结构分析
4、中的网格划分以及结构分析中的网格划分等。等。IBM737 Magnetic core storage unit输入输出功能 CAD系统运行中，用户需不断地将有关设计的要求、各步骤的具体数据等输入计算机内，通过计算机的处理，能够输出系统处理的结果输入输出的信输入输出的信息既可以是数息既可以是数值的，也可以值的，也可以是非数值的，是非数值的，如图形数据、如图形数据、文本文本1.1.1.2 CAD的主要任务几何建模几何建模 工程绘图工程绘图 计算分析计算分析优化设计优化设计 有限元分析有限元分析计算机辅助工艺规程设计计算机辅助工艺规程设计数控编程数控编程 动态仿真动态仿真计算机辅助测试技术计算机辅助
5、测试技术 工程数据管理工程数据管理 几何建模。几何建模技术几何建模技术是CAD系统的核心，为产品设计、制造提供基本数据和原始信息 工程绘图 CAD系统有处理二维图形处理二维图形的能力，包括基本图元的生成，标注尺寸，图形编辑（比例变换、平移、拷贝、删除等）CAD系统的重要环节，产品最终结果的表达方式 系统还应具备从几何造型的系统还应具备从几何造型的三维图形直接向二维图形转换三维图形直接向二维图形转换的功能的功能计算分析 计算分析对象包括几何特征几何特征（如体积、表面积、质量、重心位置、转动惯量）和物理特征物理特征（如应力、 温度、位移）低压冷涡轮叶片结构分析 要求CAD系统对各类计算分析的算法正
6、确、全面，且有较高的计算精度油井压缩机头部封盖失效的原因分析优化设计 CAD系统应具有优化求解的功能，也就是在某些条件的限制下，使产品或工程设计中的预定指标达到最优。优化设计包括： 总体方案的优化 产品零件结构的优化 工艺参数的优化 优化设计是现代设计方法学中的重要的组成部分 有限元分析 CAD 系统结构分析中的常用方法是有限元法有限元法，这是一种数值近似解方法，用来解决结构形状比较复杂零件的静态、动态特性计算，强度、振动、热变形、磁场、温度场强度、应力分布状态等计算分析。 计算机辅助工艺规程设计 CAPP根据建模生成的产品信息及制造要求，人机交互或自动决策出加工该产品所采用的加工方法、加工步
7、骤、加工设备及加工参数 CAPP设计结果一方面生成工艺卡片文件被生产实际应用，一方面直接输出信息，为CAM中的接收、识别，直接转换为刀位文件1.1.2 CAD技术的发展()1946年，ENIAC 50年代，APT1962年，SKETCHPAD 70年代末，以小型和超级小型计算机为主机的CAD系统进入市场并形成主流，形成CAD产业 1.1.2 CAD技术的发展()KMCAD摩托车曲轴箱体柔性加工生产线1.1.3 CAD技术发展趋势1 集成化多功能化.2 智能化数据库高度综合集成.3 网络化跨地域同步工作.1.1.4 CAD技术的应用1.1.4 CAD技术的应用将设计人员从大量繁琐的重复劳动中解放
8、出来，减少设计、计算、制图、制表所需的时间，缩短了，提高了产品的有利于发挥设计人员借助计算机辅助分析技术，可从多方案中进行分析、比较、选出最佳方案，实现设计方案的有利于实现产品的促进先进生产设备的应用， 在较大范围内适应加工对象的变化，提高生产过程自动化水平，有利于企业提高和市场竞争力 CAD的一体化，可以实现信息集成，使产品的设计、制造过程形成一个，在经济上、技术上给企业带来综合效益CATIA汽车点云1CATIA汽车点云21.2 CAD系统硬件提供CAD系统潜在的能力软件是开发、利用其能力的钥匙 CAD系统运行环境构成：硬件、软件和人（重要的是人的创新能力！）1.2.1 CAD1.2.1 C
