第1章 机械工程CAD概述.ppt

机械工程CAD基础 机械工程CAD基础 第1章 机械工程CAD概述 1972年10月，国际信息处理联合会在荷兰召开的“关于CAD原理的工作会议”上对CAD提出了以下的定义： CAD是一种技术，其中人与机（计算机）结合为一个问题求解组，紧密配合，发挥各自所长，从而使其工作优于每一方，并为应用多学科的方法的综合性协作提供了可能。CAD是工程技术人员以计算机为工具，对产品和工程进行设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。 传统的机械设计过程的特点： 每一个环节都是依靠设计者用手工方式来完成的。经验设计者的大部分时间和精力都耗费在装配图和零部件工作图的绘制上（70%），方案的拟订取决于设计者的个人经验，分析计算粗糙，设计工作周期长，效率低。 传统的设计过程是一个“设计-评价-再设计”的反复迭代、不断优化的过程，在人工设计情况下，设计周期长，因此实现某种程度的设计自动化，缩短设计周期，降低设计成本，提高设计质量，就成为机械设计发展的迫切要求，正是在这样的背景下产生了计算机辅助设计（CAD）。 CAD技术的核心和基础是计算机图形处理技术，CAD技术的发展与计算机图形学的发展密切相关，并伴随着计算机及其外围设备的发展而发展。 计算机图形学(Computer Graphics)是研究通过计算机将数据转换成图形，并在专用设备上显示的原理、方法和技术的学科，其有关图形处理的理论和方法构成了CAD技术的重要基础。 1962年，在美国亚特兰大市召开的美国计算机会议上,美国麻省理工学院林肯实验室的Ivan.E.Sutherland 宣读了他的博士论文研究内容“Sketchpad:一个人机交互的图形系统”，文中首次使用了“Computer Graphics”这一术语，证明交互式计算机图形学是一个可行且有用的研究领域，从而确定计算机图形学作为一个崭新科学分支的地位。奠定了计算机图形学的基础，并开始出现CAD这一术语。 1.1 机械工程CAD的基础 图形符号是人类共同语言，图画、示意符号是没有国界的。语言在一定意义上可看作一群人的图符。 工程图纸是工程界的“世界通行语言”。 计算机绘图实质上是实现外在直观图形与内在数字化图形的相互表达。 工程CAD的本质是实现外部的具有真实感的图形图像信息、文字信息、公式符号模型信息在计算机内部做数字化处理（满足数学、物理、化学、图形学规律）并传输在异地再现。 计算机二维绘图解放了二维制图中重复繁杂性的工作，但是工作模式和思维方式仍然是电子图板化的工作。 计算机绘图只有从二维层次上升到三维层次，CAD才能真正从绘图意义上升成为设计意义。 在工程设计和图纸绘制方面，计算机交互绘图有无可比拟的优越性。 1) 绘图工具发生变化 2) 绘图实现了标准化、一体化 3) 复用能力 4) 修改能力 5) 智能设计绘图能力 6) 管理方式发生革命性变革 7) 三维设计能力 8) 多彩性 1.2 软硬件技术结合的应用系统 工程CAD顾名思义是应用于工程领域的计算机辅助设计软件。从软件层次看，工程CAD是位于操作系统、基础语言平台之上的支撑应用型软件，是以数值分析和图形输入输出为特征的工程设计与分析软件。 图形化工程CAD需要强有力的硬件和软件支撑。 具备了CAD硬件以后，软件配置水平决定了整个CAD系统性能的优劣。因而，硬件是CAD系统的物质基础，而软件则是CAD 系统的核心。从CAD系统发展趋势来看，软件占据着愈来愈重要的地位，软件的成本目前已超过了硬件，因此应十分重视软件工作。 CAD系统的软件可分成三个层次：系统软件、支撑软件、应用软件。 系统软件是与计算机硬件直接相关联的软件，一般由软件专业人员研制，它起着扩充计算机的功能和合理调度与运用计算机的作用。 支撑软件是在系统软件基础上研制的，它包括进行CAD作业时所需的各种通用软件。 应用软件则是在基础软件及支撑软件支持下，为实现某个应用领域内特定任务而编制的软件。 1.3 工程问题建模及其模型分类 任何一个复杂的系统及其周围环境的关系均可抽象成为激励（输入）、处理（系统）、响应（输出）的三个环节。 工程CAD按照输入、系统、输出已知的不同情况，相应可以分为工程分析类、工程仿真类、工程控制类、工程预估类、工程设计类、工程辨别类软件。 工程模型按照工程问题的维数，可以分为零维质点形心问题，一维线棒问题，二维面壳问题，三维体块问题。 按照表达问题的方式，工程建模方法从总体上分为数学解析建模、过程算法建模、图文表达建模三大类。 * * CAD系统 CAD硬件系统 CAD软件系统 应用软件 支撑软件 系统软件 外围设备 计算机