现代设计理论与方法第4章 计算机辅助设计.docx

第4章 计算机辅助 设计 IV Computer Aided Design (CAD) 第2章计算机辅助设计(CAD) 内容简介 计算机辅助设计 (CAD) 是现代产品设计中广泛采用的现代设 计方法和手段。它在产品设计中的应用，不仅能显著提高产品的设 计质量，而且可以大大缩减产品的设计周期。 本章主要介绍了如下方面内容： ● CAD 的基本概念、发展概况、发展趋势 ● CAD 系统的系统的组成及功能 ● 工程数据的处理方法及CAD 程序编制 ● 机械工程数据库的创建与应用 ● 计算机图形处理与三维造型 ● 专用机械CAD 系统的开发及应用 4.1 概述 4.1.1 CAD技术的基本概念 计算机辅助设计，即英文Computer Aided Design, 简称CAD。 它是一种利用计算机硬、软件系统辅助设计者对产品进行规 划、 分析计算、综合、模拟、评价、绘图和编写技术文件等设计活动的 总称。 这一技术的特点： 它将设计人员的思维、综合分析和创造能力与计算机的高速运 算、巨大数据存储和快速图形生成等能力很好地结合起来，来完成 设计工作。 因此， CAD 是一个人机结合的设计系统。在这个系统中，它充 分利甩语是种中分重要的现代来完成设 作。门多学科综合应 用的新技术。 CAD 技术是现代设计方法及手段的综合体现。 计算机辅助设计 (CAD) 涉及以下一些基础技术： 1)图形处理技术 如自动绘图、几何建模、图形仿真及其它图 形输入、输出技术。 2)工程分析技术 如有限元分析、优化设计及面向各种专业的 工程分析等。 3)数据管理与数据交换技术 如数据库管理、产品数据管理、 产品数据交换规范及接口技术等。 4)文档处理技术 如文档制作、编辑及文字处理等。 5)软件设计技术 如窗口界面设计、软件工具及软件工程规范 等。 CAD 这一术语，目前已广泛见于世界各种科技文献资料中，因而 已成为世界性的通用术语。 随着计算机技术的迅猛发展， CAD 技术已广泛应用于机械、电 子、建筑、土木工程、航天、纺织等众多领域。 应用CAD 技术来进行产品设计，能使设计、生产、维修工作快 速而高效率地进行，所带来的经济效益是十分明显的。 例如： 过去生产一个大规模集成电路芯片，要花两年时间，用 CAD 只要两周即可完成。 英国的三叉戟飞机比美国的波音747飞机早开工，却晚一年完 成，其原因就是美国的747采用了CAD 技术。 美国GM 公司汽车设计中应用CAD 技术，使新型汽车的设计周期 由5年缩短为3年， 新产品的可信度由20%提高到60%。 4.1.2 CAD技术的发展简史 CAD技术诞生于20世纪50年代，至今已有50多年的发展历史， 这一技术主要经历了如下几个发展时期： 孕育形成时期(20世纪50年代) 进入实际运用时期(20世纪60年代) 成熟达到完全实用时期(20世纪70年代) 广泛运用时期(20世纪80年代) CAD技术所经历的这几个重要发展阶段如下表4-a 所示： 阶段 时间 特 点 孕育形成阶段 20世纪 50年代 提出CAD设想， 为CAD应用进行硬、软件准备。 研制成长阶段 20世纪 60年代 研制成功实验性CAD系统， 其 中 ：有代表性的是美国GM公司和IBM公司开发的汽车前 窗玻璃线型设计DAC-1系统， 美国贝尔电话实验室用于印刷电路设计的CAD系统。 技术商品化 阶段 20世纪 70年代 CAD开始实用化， 从二维的电路设计发展到三维的飞机、汽车、造船等设计， 出现了许多开发CAD系统的公司，如CV、Calma、 Intergraph、Applicon、IBM等。 高速发展阶段 20世纪 80年代 由于解决了三维几何造型、仿真等问题，应用范围不断扩 大，大中型系统向微型化发展； 出现了应用极广的微机CAD系统和性能优良的工作站CAD 系 统 。 全面普及阶段 20世纪 90年代 随着CAD技术的发展，性能提高，价格降低， CAD开始在设计领域全面普及，成为必不可少的设计工具。 2.1.3 CAD 系统的功能及CAD 设计的特点 最近10年是CAD高速发展与广泛应用的时代， 许多行业 (如机 械、电子、航空、船舶、建筑等)已普遍接受CAD 技术。 CAD技术具有高智力、高效益、知识密集、更新速度快、综合性 强等优点。 CAD技术的主要应用有以下几方面： ?科学计算与分析 能进行各种复杂的设计计算、性能分析以及评价经济； 工程分析 常见的分析有：有限元分析、优化设计、可靠性设计、运动学 及动力学分析等。此外，针对某个具体设计对象还有它们自己的工程 分析问题，如注塑模设计中要进行塑流分析、冷却分析、变形分析 等 。 参数化设计 标准化或系列化的零部件具有相似结构，但尺寸需经常改变， 采用参