计算机辅助设计与制造技术精选文档.ppt

《计算机辅助设计与制造技术精选文档.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机辅助设计与制造技术精选文档.ppt（31页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、计算机辅助设计与制造技术本讲稿第一页，共三十一页第第1章章 CAD技术概述技术概述 1.1CAD技术应用与发展概况技术应用与发展概况1.2 CAD系统的软硬件技术基础系统的软硬件技术基础 本讲稿第二页，共三十一页1.1CAD技术应用与发展概况技术应用与发展概况1.1.1计算机辅助设计计算机辅助设计(CAD)的概念的概念 CADCAD是工程技术人员与计算机相结合、各尽所长、应用多学是工程技术人员与计算机相结合、各尽所长、应用多学科的方法综合有效地进行问题求解的先进信息处理技术。它把人科的方法综合有效地进行问题求解的先进信息处理技术。它把人类的决策判断、创造能力与计算机的高速运算、信息存储等功能类

2、的决策判断、创造能力与计算机的高速运算、信息存储等功能有机结合起来，从而达到缩短工程产品设计周期、提高设计质量有机结合起来，从而达到缩短工程产品设计周期、提高设计质量的目的。的目的。简单地讲，简单地讲，CAD是工程技术人员利用计算机达到最佳的设是工程技术人员利用计算机达到最佳的设计目的。计目的。本讲稿第三页，共三十一页CAD概念的实质在于：概念的实质在于：（1）人机各尽所长；人机各尽所长；（2）人机交互结合；人机交互结合；（3）最佳设计效率。最佳设计效率。CAD技术的主要作用如下技术的主要作用如下:（1）提高设计质量和设计效率。）提高设计质量和设计效率。（2）能够充分发挥设计人员创造性。）能够

3、充分发挥设计人员创造性。（3）缩短产品的设计周期。）缩短产品的设计周期。本讲稿第四页，共三十一页1.1.2CAD技术的重要应用技术的重要应用CAD是计算机科学与工程设计学科相结合形成的新兴技是计算机科学与工程设计学科相结合形成的新兴技术，是计算机在工程中最有影响的应用技术之一。术，是计算机在工程中最有影响的应用技术之一。CAD技术技术曾被美国国家工程科学院评为当代十项最杰出的工程技术成就之一。曾被美国国家工程科学院评为当代十项最杰出的工程技术成就之一。无论是军事工业还是民用工业，无论是建筑行业还是制造无论是军事工业还是民用工业，无论是建筑行业还是制造加工行业，无论是机械、电子、轻纺行业还是文体

4、、影视广告加工行业，无论是机械、电子、轻纺行业还是文体、影视广告行业等都离不开行业等都离不开CAD技术。技术。CAD技术是企业界争夺市场份额和技术是企业界争夺市场份额和生存发展不可缺少的手段。生存发展不可缺少的手段。本讲稿第五页，共三十一页在制造业中的应用：如波音在制造业中的应用：如波音777飞机是世界上第一架实现无纸设飞机是世界上第一架实现无纸设计与制造的飞机。计与制造的飞机。在工程领域中的应用：如建筑设计在工程领域中的应用：如建筑设计CAD、电子沙盘；机械设计、电子沙盘；机械设计CAD等。等。仿真模拟和动画制作：在电影制作中的成功应用，如仿真模拟和动画制作：在电影制作中的成功应用，如“未来

5、世界未来世界”、“玩具总动员玩具总动员”、“侏罗记公园侏罗记公园”等等在轻工行业的应用：如模具在轻工行业的应用：如模具CAD和服装和服装CAD等。等。在医学中的应用：在医学中的应用：计算机辅助手术规划和手术模拟。计算机辅助手术规划和手术模拟。在电子电路中的应用：超大规模集成电路的设计制造。在电子电路中的应用：超大规模集成电路的设计制造。本讲稿第六页，共三十一页我国科学技术部在我国科学技术部在CAD应用工程应用工程2000年规划纲要中指出：年规划纲要中指出：“到到2000年，在国民经济主要部门的科研、设计单位和企业中年，在国民经济主要部门的科研、设计单位和企业中全面普及推广全面普及推广CAD技术

6、，实现技术，实现甩掉图板甩掉图板（指传统设计（指传统设计中的描图板），提高智能劳动效率，推广我国中的描图板），提高智能劳动效率，推广我国CAD市场，市场，扶持发展以扶持发展以CAD为突破口的我国自主创新的软件产业，建立为突破口的我国自主创新的软件产业，建立起我国的起我国的CAD产业产业”。到到2000年，我国机械制造业应用年，我国机械制造业应用CAD技术的普及率和覆盖技术的普及率和覆盖率均达率均达70%以上；工程设计行业以上；工程设计行业CAD技术的普及率和覆盖率技术的普及率和覆盖率均达均达100%。本讲稿第七页，共三十一页CAD技术在我国工程和产品设计的一些应用实例：技术在我国工程和产品设计

7、的一些应用实例：（1）沈阳变压器厂用沈阳变压器厂用CAD技术输出三峡工程项目三维彩技术输出三峡工程项目三维彩色产品设计图和计算机分析的数据，从而赢得了三峡工程色产品设计图和计算机分析的数据，从而赢得了三峡工程的招标项目。的招标项目。（2）泸东造船厂应用）泸东造船厂应用CAD技术后，生产技术准备周期缩技术后，生产技术准备周期缩短短1/3以上，造船的设计开发能力提高一倍。以上，造船的设计开发能力提高一倍。（3）西北电力设计院用）西北电力设计院用CAD系统建渭河电厂主厂房三维模系统建渭河电厂主厂房三维模型，对该厂原设计方案自动校验，共查出型，对该厂原设计方案自动校验，共查出6处隐藏在图纸中处隐藏在图

8、纸中的错误，当即进行了修改。的错误，当即进行了修改。（4）寰球化工工程公司应用）寰球化工工程公司应用CAD技术，在盘绵乙烯装置工程中，技术，在盘绵乙烯装置工程中，进行碰撞检测后，使进行碰撞检测后，使95%以上的错误得以纠正，在总长以上的错误得以纠正，在总长20多多万米的管道设计中，施工结束后剩余钢管不到万米的管道设计中，施工结束后剩余钢管不到10米。米。本讲稿第八页，共三十一页1.1.3CAD技术应用实例图示技术应用实例图示一些图形网站如一些图形网站如http:/ 本讲稿第十页，共三十一页（2）蓬勃发展和进入应用的时期（蓬勃发展和进入应用的时期（20世纪世纪60年代）年代）1962，IvanS

9、utherland研究出了研究出了Sketchpad交互式图形系统。交互式图形系统。计算机及图形设备价格昂贵，技术复杂。计算机及图形设备价格昂贵，技术复杂。计算机图形学的发展，如计算机图形学的发展，如Coons曲面曲面。（3）广泛应用时期（）广泛应用时期（20世纪世纪70年代）年代）集成电路用于计算机，使计算机平台的性能大为提高。集成电路用于计算机，使计算机平台的性能大为提高。出现了以小型计算机为平台的出现了以小型计算机为平台的CAD系统。系统。图形设备相继推出并完善。图形设备相继推出并完善。图形软件和图形软件和CAD应用支撑软件不断得到充实与提高应用支撑软件不断得到充实与提高。本讲稿第十一页

10、，共三十一页（4）飞速发展时期（）飞速发展时期（20世纪世纪80年代）年代）出现了大规模与超大规模集成电路，使微机进入市场。出现了大规模与超大规模集成电路，使微机进入市场。推出了以推出了以UNIX系统支撑的系统支撑的SUN工作站。工作站。图形软件更加成熟图形软件更加成熟。（5）日趋成熟的时期（）日趋成熟的时期（20世纪世纪90年代）年代）出现基于出现基于PC平台的价廉物美的平台的价廉物美的CAD系统。系统。CAD系系 统统 的的 标标 准准 化化：CGI、GKS、GKS-3D、PHIGS、OpenGL、IGES、STEP。智能化智能化CAD系统。系统。集成化集成化。科学计算可视化、虚拟设计、虚

11、拟制造。科学计算可视化、虚拟设计、虚拟制造。本讲稿第十二页，共三十一页1.1.5CAD软件技术的发展软件技术的发展以机械行业为例，说明以机械行业为例，说明CAD软件技术的发展历程。软件技术的发展历程。20世纪世纪60年代，年代，CAD的主要技术特点是交互式二维绘图和三维线框模的主要技术特点是交互式二维绘图和三维线框模型。型。20世纪世纪70年代，年代，CAD的主要技术特征是自由曲线曲面生成算法和的主要技术特征是自由曲线曲面生成算法和表面造型理论，代表软件表面造型理论，代表软件CATIA。20世纪世纪80年代，年代，CAD的主要技术特征是实体造型理论和几何建模方的主要技术特征是实体造型理论和几何

12、建模方法，法，代表软件代表软件I-DEAS。20世纪世纪90年代，年代，CAD技术基础理论主要是以技术基础理论主要是以PTC的的Pro/Engineer为为代表的参数化造型理论和以代表的参数化造型理论和以SDRC的的I-DEAS为代表的变量化造型理论，为代表的变量化造型理论，形成了基于特征的实体建模技术。形成了基于特征的实体建模技术。本讲稿第十三页，共三十一页1.1.6发展趋势发展趋势微机化、集成化、智能化、网络化、可视化、并行化、标准微机化、集成化、智能化、网络化、可视化、并行化、标准化化。本讲稿第十四页，共三十一页1.2CAD系统的软硬件技术基础系统的软硬件技术基础什么是什么是CAD系统？

13、系统？CAD系统是以计算机硬件为基础，系统软件和支撑软件为主体，应系统是以计算机硬件为基础，系统软件和支撑软件为主体，应用软件为核心组成的面向工程设计问题的信息处理系统。用软件为核心组成的面向工程设计问题的信息处理系统。CAD系统与一般计算机系统的差别：系统与一般计算机系统的差别：一般计算机系统：计算机一般计算机系统：计算机+外围设备。外围设备。CADCAD系统：人与计算机及外围设备协调运行的系统。其基本系统：人与计算机及外围设备协调运行的系统。其基本功能是交互性（对话功能）。功能是交互性（对话功能）。本讲稿第十五页，共三十一页1.2.1CAD系统结构与功能系统结构与功能1.CAD系统的结构可

14、用分层体系结构进行描述。系统的结构可用分层体系结构进行描述。硬件平台：网络，计算机，绘图机，打印机硬件平台：网络，计算机，绘图机，打印机.操作系统：操作系统：Windows3.x,Windows95/98/NT,UNIX网络协议：网络协议：TCP/IP,SPX/IPX数据库系统：数据库系统：Oracle,Sybase,ForproCAD工具软件：工具软件：AutoCAD,Solidworks,Pro/E.CAD工程应用软件工程应用软件.硬件系统硬件系统系统软件系统软件支撑软件支撑软件应用软件应用软件CAD系统的体系结构系统的体系结构本讲稿第十六页，共三十一页2.系统功能分析系统功能分析（1）硬

15、件应具备的基本功能：）硬件应具备的基本功能：计算功能、存储功能、输入输出功能、交互功能计算功能、存储功能、输入输出功能、交互功能。（2）软件应具备的基本功能：）软件应具备的基本功能：就机械产品就机械产品CAD系统来讲，应是：系统来讲，应是：产品几何造型的功能（线框、曲面与实体造型）、产品几何造型的功能（线框、曲面与实体造型）、2D和和3D图形处理功能、图形处理功能、有限元分析功能、有限元分析功能、优化设计过程、优化设计过程、数据库管理功能等。数据库管理功能等。本讲稿第十七页，共三十一页 CAD CAD 软件软件CAD专专用软件用软件CAD支撑软件支撑软件优化方法库优化方法库图形支撑软件图形支撑

16、软件数据库软件数据库软件有限元分析软件有限元分析软件系统软件系统软件操作系统操作系统高级语言编译器高级语言编译器网络软件网络软件3.CAD系统软件层次结构系统软件层次结构本讲稿第十八页，共三十一页（1）系统软件系统软件主主要要用用于于计计算算机机的的管管理理、维维护护、控控制制以以及及计计算算机机程程序序的的翻翻译译、装装入入与与运行。运行。操作系统：操作系统：Windows95/98、UNIX、WindowsNT等。等。语言编译系统：语言编译系统：VisualC/C+、VisualBasic、AutoLisp等。等。（2 2）支撑软件）支撑软件 是为满足是为满足CAD/CAM用户共同需要而开

17、发的通用软件。用户共同需要而开发的通用软件。数据库管理系统：数据库管理系统：Foxpro/ORACLE/INFORMIX/Sybase等。等。计算机分析软件：计算机分析软件：ANSYS/NASTRAN/ADAMS等。等。图形支撑软件：可分为图形处理语言及交互式绘图软件。图形支撑软件：可分为图形处理语言及交互式绘图软件。本讲稿第十九页，共三十一页（3）应用软件）应用软件 用户利用计算机所提供的各种系统软件、支撑软件，编制解用户利用计算机所提供的各种系统软件、支撑软件，编制解决用户各种实际问题的程序称为应用软件。开发应用软件是决用户各种实际问题的程序称为应用软件。开发应用软件是CAD工作者的一项重

18、要工作。工作者的一项重要工作。（4）常用）常用CAD软件软件国内应用较广的微机国内应用较广的微机CAD软件有：软件有：Autodesk公司的公司的AutoCAD及及MDT,Solidworks公司的公司的Solidworks，美国美国CV公司的公司的CADDS软件的微机版本软件的微机版本PD（PersonalDesigner）;MicroStation软件，软件，Micro-CADAM软件，软件，CADKEY软件，软件，SolidEdge软件等。软件等。本讲稿第二十页，共三十一页工程工作站工程工作站CAD/CAM系统软件有：系统软件有：美美国国SDRC公公司司开开发发的的I-DEAS（Inte

19、grated EngineeringAnalysisSoftware），），IBM公公司司开开发发的的CATIA（Computer-GraphicsAidedThree-DimensionalInteractiveApplications），），法国法国Matra公司公司EUCLID软件，软件，美国美国EDS公司公司UGII(UNIGRAPHICSII)软件，软件，美国美国PTC公司公司Pro/Engineer系统系统。本讲稿第二十一页，共三十一页1.2.2CAD系统的类型系统的类型按按照照CAD系系统统中中采采用用的的计计算算机机类类型型、外外围围设设备备以以及及它它们们之之间间的的联联系系

20、方方式式，CAD系系统统可可分分为为主主机机型型CAD系系统统、工工程程工工作作站站CAD系统系统、微机、微机CAD系统系统和基于网络环境的和基于网络环境的CAD系统。系统。CAD系系统统经经历历过过三三个个阶阶段段的的发发展展，即即许许多多用用户户共共享享一一台台计计算算机；一个用户用一台计算机；一个用户共享多台计算机。机；一个用户用一台计算机；一个用户共享多台计算机。本讲稿第二十二页，共三十一页（1）工程工作站系统工程工作站系统工工程程工工作作站站是是具具有有高高速速的的科科学学计计算算、丰丰富富的的图图形形处处理理、灵灵活活的的窗窗口口及及网网络络管管理理功功能能的的交交互互式式计计算算

21、机机系系统统。这这种种系系统统的的特特点点是是：一一个个用用户户用用一一台台计计算算机机，并并且且具具有有联联网网功功能能。这也是它与具有分时系统的超级小型机的不同之处。这也是它与具有分时系统的超级小型机的不同之处。SUN、SGI、HP、DEC和和IBM等等大大型型计计算算机机公公司司广广泛泛采采用用工工程程工工作作站站系系统统，因因此此工工程程工工作作站站在在国国外外CAD系系统统中中占占有有主主导导地位地位。本讲稿第二十三页，共三十一页（2）微机）微机CAD系统系统是以一台微机为主的单用户系统。是以一台微机为主的单用户系统。微机微机CAD硬件系统硬件系统主机主机操作系统操作系统显示设备：图

22、形显示器显示设备：图形显示器输入设备输入设备外存储器外存储器输出设备输出设备通讯接口通讯接口本讲稿第二十四页，共三十一页（3）网络分布网络分布CAD系统系统应用计算机技术和通信技术，将分布于各地的各类计算机应用计算机技术和通信技术，将分布于各地的各类计算机以网络形式连接起来进行产品的设计工作。以网络形式连接起来进行产品的设计工作。CAD网络示例网络示例TCP/IPServerClient文件服务器文件服务器数据库服务器数据库服务器微机微机工作站工作站.本讲稿第二十五页，共三十一页1.2.3计算机及其输入输出设备计算机及其输入输出设备CADCAD硬件硬件计算机主机计算机主机图形输入设备图形输入设

23、备图形绘制设备图形绘制设备图形显示设备图形显示设备扫描仪扫描仪数字化仪数字化仪数码相机数码相机光栅扫描显示器光栅扫描显示器液晶显示器液晶显示器打印机打印机绘图机绘图机笔式绘图机笔式绘图机喷墨绘图机喷墨绘图机CAD硬件设备硬件设备本讲稿第二十六页，共三十一页1.微机组成与分类微机组成与分类按按微微机机的的设设备备组组成成，微微机机设设备备可可分分为为内内、外外两两部部分分：内内部部设设备备通通常常包包括括主主板板、CPU、内内存存储储器器、显显示示卡卡、电电源源、输输入入输输出出接接口口等等；其其中中输输入入输输出出接接口口又又分分为为串串行行口口和和并并行行口口，它它们们分分别别可可以以连连接

24、接鼠鼠标标、打打印印机机等等外外部部设设备备；主主板板上上通通常常有有几几个个扩扩展展槽槽，用用来来连连接接外部设备等。外部设备等。外部设备一般包括软盘驱动器、硬盘驱动器、光盘外部设备一般包括软盘驱动器、硬盘驱动器、光盘驱动器、键盘、鼠标、显示器、声卡、网卡、调制驱动器、键盘、鼠标、显示器、声卡、网卡、调制解调器等。解调器等。本讲稿第二十七页，共三十一页2.计算机输入设备计算机输入设备 图形输入设备可将用户的图形结果及各种命令等转换为电信号，并传图形输入设备可将用户的图形结果及各种命令等转换为电信号，并传送给计算机。送给计算机。（1）物理设备物理设备 键盘、鼠标器、数字化仪、图形输入板键盘、鼠

25、标器、数字化仪、图形输入板 键盘键盘 由一组按阵列方式装配在一起的按键开关组成。由一组按阵列方式装配在一起的按键开关组成。鼠标器鼠标器 可以方便、准确地移动光标进行定位，它是窗口软件和绘可以方便、准确地移动光标进行定位，它是窗口软件和绘图软件的首选输入设备。图软件的首选输入设备。数字化仪和图形输入板数字化仪和图形输入板 矢量图形输入设备。矢量图形输入设备。语音输入与扫描输入语音输入与扫描输入本讲稿第二十八页，共三十一页（2）逻辑设备逻辑设备图图形形输输入入设设备备从从逻逻辑辑上上分分为为6种种功功能能，即即定定位位（locator）、笔笔划划（stroke）、数数值值（valuator）、选选

26、择择（choice）、拾拾取取（pick）及字符（）及字符（string），也可称为），也可称为6种逻辑设备。种逻辑设备。图形输入设备的逻辑分类图形输入设备的逻辑分类名称名称相应的典型设备相应的典型设备基本功能基本功能定位定位鼠标器、拇指轮鼠标器、拇指轮输入一个点的坐标输入一个点的坐标笔划笔划鼠标器、拇指轮鼠标器、拇指轮输入一系列点的坐标输入一系列点的坐标数值数值数字键盘数字键盘输入一个整数或实数输入一个整数或实数选择选择功能键、鼠标器功能键、鼠标器由一个整数得到某种选择由一个整数得到某种选择拾取拾取光笔、鼠标器光笔、鼠标器拾取一个显示着的图素拾取一个显示着的图素字符串字符串字符键盘字符键盘输

27、入一串字符输入一串字符本讲稿第二十九页，共三十一页3.计算机图形输出设备计算机图形输出设备 常用的图形输出设备可以分为两大类。一类是与图形输入设备常用的图形输出设备可以分为两大类。一类是与图形输入设备相结合，构成具有交互功能的可以快速地生成、删除和修改图形的相结合，构成具有交互功能的可以快速地生成、删除和修改图形的显示设备。另一类是在纸上或其他介质上输出可以永久性保存的图显示设备。另一类是在纸上或其他介质上输出可以永久性保存的图形的绘图设备。后者也称为硬拷贝设备。形的绘图设备。后者也称为硬拷贝设备。硬拷贝设备硬拷贝设备:1）打印机（）打印机（Printer）按打印机的打印方式来分，目前常用的打

28、印机有：点阵打印机、按打印机的打印方式来分，目前常用的打印机有：点阵打印机、喷墨打印机与激光打印机。喷墨打印机与激光打印机。2）绘图仪（）绘图仪（Plotter）根据在图纸上形成图形的不同原理，绘图仪分为喷墨、激根据在图纸上形成图形的不同原理，绘图仪分为喷墨、激光、静电和笔式绘图仪。喷墨和笔式绘图仪是目前常用的绘图光、静电和笔式绘图仪。喷墨和笔式绘图仪是目前常用的绘图设备。设备。本讲稿第三十页，共三十一页所谓逻辑设备，是指按逻辑功能定义的设备，而所谓逻辑设备，是指按逻辑功能定义的设备，而不是具体的物理设备。一种逻辑设备对应于一种或一类不是具体的物理设备。一种逻辑设备对应于一种或一类特定的物理设备，而实际的图形输入设备又往往是某些特定的物理设备，而实际的图形输入设备又往往是某些逻辑输入功能的组合。逻辑输入功能的组合。本讲稿第三十一页，共三十一页