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二. 数字化设计与数字化产品开发 载重卡车的数字原型 先进制造技术 三. CAD技术及应用 三. CAD技术及应用 计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）是20 世纪50 年代末发展起来的综合性计算机应用技术。它是以计算机为工具，处理产品设计过程中的图形和数据信息，辅助完成产品设计过程的技术。 CAD 技术包含的内容有；①利用计算机进行产品的造型、装配、工程图绘制以及相关文档的设计；②进行产品渲染、动态显示；③对产品进行工程分析，如有限元分析、优化设计、可靠性设计、运动学及动力学仿真等。 先进制造技术 三. CAD技术及应用 三. CAD技术及应用 CAD技术的主要功能 零件造型、产品装配 产品渲染、动态显示、运动仿真 工程分析，如有限元分析、优化设计、可靠性设计 绘制工程图样、编制物料清单（BOM，Bill of Material ) 先进制造技术 三. CAD技术及应用 1. CAD 的关键技术 (1) 产品造型建模技术 线框模型：以顶点和棱边描述三维形体，为两表结构； 表面模型：以表面描述形体方法，为三表结构； 实体建模：能完整表示三维的几何信息和拓扑信息，有扫描表示法、边界表示法、构造实体几何法等结构形式； 特征造型：以具有工程语义的各类特征来定义描述形体的方法，便于CAD/CAM技术的集成。 先进制造技术 三. CAD技术及应用 (2) 单一数据库与相关性设计 单一数据库：与设计相关数据来自同一数据库，实现产品相关性设计，提高设计质量，缩短开发周期。 相关性设计：任何设计改动，都将及时反映到其它相关环节上。如：零件图-产品装配图-零件数控程序-二维工程图；左视图-主视图-俯视图-三维实体模型； 先进制造技术 三. CAD技术及应用 (3) NURBS曲面造型技术 NURBS（Non-Unifrom Rational B-Splines）可统一自由曲线/曲面和规则曲线/曲面的数学模型，简化系统结构，有利于曲线、曲面操作和修改。 (4) CAD与CAX集成技术 CAD与CAX集成涉及建模技术、工程数据管理、数据交换接口等技术。包括如下集成： ① CAD/CAE/CAPP/CAM--工程设计领域集成； ② CAD/ERP--与管理系统集成； ③?异地、异构系统企业间CAD集成，如全球化设计、虚拟设计、虚拟制造及虚拟企业等。 先进制造技术 三. CAD技术及应用 先进制造技术 三. CAD技术及应用 先进制造技术 三. CAD技术及应用 2. CAD 技术的研究热点 计算机辅助产品的概念设计：建模和推理 计算机支持的协同设计：信息实时可靠交换；异构环境下可靠运行；通讯方法与手段 海量信息处理： 存储、管理和检索技术 智能CAD技术：将人工智能技术与CAD技术融为一体，难题：解决人类思维模型建立和表达 CAD与虚拟现实（VR）技术的集成 ： VR向设计者提供视觉、听觉、触觉等直观、自然、实时的感知 先进制造技术 四. CAE 技术及应用 四. CAE 技术及应用 CAE仿真技术是以数学理论、相似原理、计算方法、评估理论为基本理论，以计算机技术、信息技术、图形图像技术、系统工程技术以及与仿真应用领域有关的专业技术为基础，以计算机和各种物理效能设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行动态试验研究的一门多学科综合性交叉技术 先进制造技术 四. CAE 技术及应用 有限元法FEM（Finite Element Method）一种求解工程数学物理问题近似解的数值分析方法，有限元分析FEA（Finite Element Analysis）则是采用有限元法来近似求解数学物理问题的过程。 有限元法的基本思想是将问题的求解区域划分离散为一组有限个单元，单元之间按一定方式仅靠节点相互连接在一起的组合体。单元内部点的待求物理量可由单元节点物理量通过选定的函数关系插值求得。将各个单元方程“装配”在一起而形成总体代数方程组，加入边界条件后即可对方程组求解。 先进制造技术 四. CAE 技术及应用 先进制造技术 四. CAE 技术及应用 变形结果 先进制造技术 四. CAE 技术及应用 并联运动机床的应力与应变分析 先进制造技术 四. CAE 技术及应用 先进制造技术 四. CAE 技术及应用 控制机构运动分析 先进制造技术 四. CAE 技术及应用 ①垂直进刀 ②步进进刀 ③斜线进刀 ④之字形进刀 ⑤螺旋进刀