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2019/10/24计算机辅助设计主讲赵振华ComputerAidedDesign2第1章概述前言1.1什么是计算机辅助设计1.2产品设计的过程1.3CAD的发展及特点1.4计算机辅助设计的应用1.5CAD系统的组成与配置1.6CAD的发展趋势作业3前言——任务及学习方法本课程的任务（目的）1.提高计算机应用能力；2.为有效地选择、使用CAD系统奠定基础。3.为自主开发CAD程序（系统）提供基本认识。（1）本课程学习中应做好课堂笔记。由于CAD是一门新兴技术，其发展较快，因此在教学的内容上将在教材的基础上对一些问题扩展。笔记将有助于复习和进一步消化课程内容。（2）基本概念是学习的重点。本课程教学的目的是为今后的学习和工作建立基础，因此基本概念的掌握最重要。（3）上机练习有助于理解教学内容。更重要的是CAD技术本身就是一门可以直接在生产实际中产生效益的新兴技术。（4）每一章的最后都提出了一些思考题。希望同学们独立地去完成思考题，这样有助于大家加深对本课程的理解。前言——学习方法前言——参考书目参考书：[1]计算机图形学原理及算法教程:VisualC++版.第2版和青芳编著清华大学出版社2010.1[2]Windows程序设计.第5版(美)CharlesPetzold著清华大学出版社2010.9[3]UG二次开发技术基础,吴立军编著电子工业出版社2005.9[4]机械优化设计王科社编著国防工业出版社2007.4……前言——学习要求学习形式：课堂讲述、上机学习、课后练习上课要求：不得无故缺课，3次取消考试资格成绩评定：平时(考勤、作业)20%；上机操作(60分钟)40%；期终考试(60分钟)40%。1.1什么是计算机辅助设计计算机辅助设计：ComputerAidedDesign，CAD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。☆中心是设计采用计算机技术解决设计中可能存在的问题——这是CAD的内涵。计算机辅助设计包括的内容很多，如概念设计、优化设计、有限元分析、计算机仿真、计算机绘图等。1.1什么是计算机辅助设计设计的重要性“设计工作是新产品研制的第一道工序，设计工作的质量和水平，直接关系到产品质量、性能、研制周期和技术经济效益”——书本P1设计的广泛性除了花草树木这些自然景物，从茶杯到桌子、建筑、公路、桥梁、火车……所有跟普通人生活息息相关的物品和工程设施，都需要设计。1.2产品设计过程产品设计过程的步骤：（1）提出任务（2）明确设计要求（3）方案设计（4）技术设计（5）制造加工及试验。明确设计要求构造设计模型确定设计方案满意工艺设计、加工制造满意性能试验用户使用设计定型满意是否是否是否1.2产品设计模式正向设计过程：最短路径原则相似性联想逆向设计过程新零件的设计，主要用于产品改型或仿型设计；已有零件的复制和仿制，再现原产品设计、复杂产品仿制等；损坏或磨损零件的还原，以便修复或重制；产品的检测，例如检测分析产品的变形，检测焊接质量等，以及对加工产品与三维数字化模型之间的误差进行分析。1.2产品设计过程——常规设计缺点：“传统的产品开发方法，其设计、制造以及检测环节相互独立，严重脱节，须反复进行产品的试制——检测——修改设计”“严重的结构缺陷及设计原理、基本参数的错误在设计阶段也往往不能及时发现，有的到了产品开发的后期或正式生产甚至在投入使用一段时间后才发现”“这样的产品开发程序效率低，浪费了大量时间、人力和资金”需求分析问题定义综合设计分析、优化评价表示不满足要求风扇、压气机、燃烧室、涡轮、进排气、管路。成千上万个零件。固体力学、流体力学、燃烧、传热、控制仿真。材料性能、试验数据、载荷谱、零件加工返修资料客户提出基本要求：航程、推力、可靠性、寿命、排放等。根据基本要求给出基本方案，包括：发动机类型；长度、直径等基本尺寸；压气机级数、涡轮级数、燃烧室类型以及转子支撑方式等方案；各部件详细设计；强度和寿命考核部件详细设计。压气机涡轮燃烧室附件强度、寿命、可靠性考核1.2产品设计过程设计需要：（1）确定对象的形状图纸（2）确定尺寸计算（3）对像属性的描述资料（4）产品实验计算机特点：图形显示，各种外设计算速度快存储量大、检索快仿真计算机的特点和所能解决的问题141.3CAD的发展——历史151.大型机～：60年代使用大型计算机，只有少数大企业有能力购置，用在航空和汽车业中2.小型机～：70年代使用小型计算机，更多的企业有能力购置，用在微电子行业中3.微机和工作站～：80年代以来使用微机和工作站，在更多行业中得到应用1.3CAD的发展——阶段161.大型机～：60年代通用汽车公司：DAC-I系统，用于汽车设计洛克希德公司：CADAM系统，用于飞机设计2.小型机～：70年代Applicon公司：AGS系统ComputerVision公司：CADDS系统3.微机和工作站～：80年代以来Autodesk公司：AutoCADPTC公司：Pro/ENGINEERING1.3CAD的发展——代表性产品17工作内容•设计数据库•图形数据库•应用程序库1.3CAD的特点18•建立模型；•设计计算；•图形显示；•仿真；•出图样、文档等。在数据库的基础上开展CAD工作五个方面：1.3CAD的特点1.3CAD的特点1）提高设计质量综合性的技术知识；人机交互使产品设计更加合理；优化设计；数据的一致性。2）提高生产率自动化；设计与分析、制造的一体化。3）降低成本节省了劳动力；节约时间成本；原材料的节省（优化设计）；市场竞争力提高（更新快）4）CAD技术将设计人员从繁琐的计算和绘图工作中解放出来，使其可以从事更多的创造性劳动。1.4计算机辅助设计的应用1.工程制图（机械）1.4计算机辅助设计的应用1.工程制图（建筑）1.4计算机辅助设计的应用1.工程制图（电子）1.4计算机辅助设计的应用1.工程制图（服装设计）1.4计算机辅助设计的应用2.造型1.4计算机辅助设计的应用3.模拟仿真（静力学）1.4计算机辅助设计的应用3.模拟仿真（动力学）烟囱爆破拆除模拟1.4计算机辅助设计的应用3.模拟仿真（流体力学）1.4计算机辅助设计的应用3.模拟仿真（机械传动）1.4计算机辅助设计的应用4.汽车1.4计算机辅助设计的应用5.航空发动机制图造型流场计算强度分析CAD的技术层次（1）应用已有软件（2）二次开发（3）全新开发•已有软件不能满足需求•二次开发存在版权问题•二次开发效率过低•出现新的技术需要全新开发1.4计算机辅助设计的应用都需要知道什么知识？CAD的基本技术1.交互技术在计算机辅助设计中，交互技术是必不可少的。交互式cad系统，指用户在使用计算机系统进行设计时，人和计算机可以及时地交换信息。采用交互式系统，人们可以边构思、边打样、边修改，随时可从图形终端屏幕上看到每一步操作的显示结果，非常直观1.4计算机辅助设计的应用CAD的基本技术2.图形变换技术图形变换的主要功能是把用户坐标系和图形输出设备的坐标系联系起来；对图形作平移、旋转、缩放、透视变换；通过矩阵运算来实现图形变换。1.4计算机辅助设计的应用CAD的基本技术3.曲面与实体造型技术是计算机视觉、计算机动画、计算机虚拟现实等领域中建立3D实体模型的关键技术。实体造型技术是指描述几何模型的形状和属性的信息并存于计算机内，由计算机生成具有真实感的可视的三维图形的技术。1.4计算机辅助设计的应用CAD的基本技术4.科学计算模拟真实世界的数学、力学方法。例如有限元、边界元等计算方法等。1.4计算机辅助设计的应用CAD的基本技术5.优化设计选定在设计时力图改善的一个或几个量作为目标函数，在一定约束条件下，以数学方法和电子计算机为工具，不断调整设计参量，最后使目标函数获得最佳的设计。1.4计算机辅助设计的应用CAD的基本技术6.二次开发技术在现有的软件上进行定制修改，功能的扩展，然后达到自己想要的功能，一般来说都不会改变原有系统的内核。1.4计算机辅助设计的应用1.5CAD系统的组成与配置1.5.1CAD系统的分类按硬件分：主机系统、小型机系统、工作站系统、微机系统和基于网络的微机-工作站系统系统。按系统配置分：主机终端形式、分布式台式计算机形式、客户/服务器形式、浏览器/服务器形式。按工作方法及功能分类:检索型、自动型、交互型、智能型。1.5CAD系统的组成与配置（1）检索型数据库类型+参数化（2）自动型数据库类型+参数化+计算（3）交互型人机交互系统（4）智能型加入人工智能和专家系统，能进行推理和判断，能对方案进行构思和判断，比较“傻瓜”1.5CAD系统的组成与配置1.5.2CAD的硬件组成文件服务器绘图仪打印机扫描仪数控机床机器人自动测试装置CAM工作站CAPP工作站CAD工作站CAE工作站管理工作站数据服务器企业内部网络1.5CAD系统的组成与配置1.5.3CAD的软件组成（1）系统软件：如WindowsXP等（2）支撑软件：a图形处理软件b工程分析及计算机软件c数据库管理系统d网络通信及管理软件e文档制作软件（3）应用软件1.5.3.2常用CAD软件介绍1.绘图软件AutoCAD-欧特克公司特点：专业制图，三维建模，渲染1.5CAD系统的组成与配置1.5.3.2常用CAD软件介绍2.造型软件UG-美国麦道Pro/Engineer-美国参数技术公司CATIA-法国达索飞机公司特点：三维，CAD/CAM，参数化设计1.5CAD系统的组成与配置1.5.3.2常用CAD软件介绍3.分析软件CAE（ComputerAidedEngineering）计算机辅助工程ANSYS——美国ANSYS公司特点：有限元分析-固体、流体、热、电磁场，动态，非线性、多场耦合分析……（Fluent，AN-SOFT，CFX）ABAQUS——SIMULIA公司（后并入法国达索系统公司）被广泛地认为是功能最强的有限元软件，可以分析复杂的固体力学结构力学系统，非线性MSC/NASTRANMSC/MARCADINALS-DYNAPamcrash1.5CAD系统的组成与配置1.5.3.2常用CAD软件介绍3.分析软件CFD（ComputationalFluidDynamics）计算流体动力学CFX——英国AEA公司用于模拟流体流动、传热、多相流、化学反应、燃烧问题。其优势在于处理流动物理现象简单而几何形状复杂的问题。FLUENT灵活的非结构化网格和基于解的自适应网格技术及成熟的物理模型，湍流、相变、化学反应与燃烧、多相流……。1.5CAD系统的组成与配置1.机械创新设计2.机械优势设计3.稳健设计4.模糊设计5.虚拟设计6.绿色设计参数性能性能安全性经济性可维护性风险1.6CAD的发展趋势1.协同工作并具智能化2.引入人工智能3.建立在网络上的CAD系统是主要趋势4.从二维转向三维5.切实加强对人才的培养和对在职人员的再教育1.6CAD的发展趋势1.6CAD的发展趋势CAD技术无止尽科技发展，永无止境，没有一种技术是“常青树”。CAD技术一直处于不断地发展与探索之中。正是这种此消彼长的互动与交替，造就了目前CAD技术的兴旺与繁荣，促进了工业的高速发展。今天，越来越多的人认识到CAD是一种巨大的生产力，不断加入到用户行列之中。作业作业：现有的常用CAD软件有哪些？这些软件的主要功能？应用的行业？要熟练掌握这些软件，我们还需要准备哪些知识？