计算机辅助设计.ppt

*5、计算机辅助设计（1）基本概念和特点计算机辅助设计（CompaterAidedDesign——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。

???计算机辅助设计是人和计算机相结合、各尽所长的新型设计方法。一个好的计算机辅助设计系统既能充分发挥人的创造性作用，又能充分利用计算机的高速分析计算能力，找到人和计算机最佳结合点。CAD的过程为：先进行设计方案构思、工作原理拟定等创造性的思维活动然后将设计思想、设计方法经过综合、分析，转换成计算机可以处理的数学模型最后编写能解析这些模型的计算机程序。计算机辅助设计包括的内容很多，如优化设计、有限元分析、计算机仿真、计算机绘图等。在计算机辅助设计工作中，计算机的任务实质上是进行大量信息的加工、管理和交换。在CAD作业过程中，逻辑判断、科学计算和创造性思维是反复交叉进行的。一个完整的CAD系统，应在设计过程中的各个阶段都能发挥作用。而要实现这一点，就必须具备以下三个条件：①建立完备的产品设计数据库。产品设计数据库是用来存储设计某类产品所需的各种信息，如标准、规范、公式等。②建立完备的应用程序库。即将解决某一类工程设计问题的通用及专用设计程序，如优化程序、有限元程序等。③建立多功能交互式图形库。利用图形库可以进行二维及三维图形的信息处理，能在此基础上绘制工程设计图，建立标准件库、零部件库等图形处理工作。与传统的机械设计相比，CAD技术都有着巨大的优越性。主要表现在：①CAD可以提高设计质量。②CAD可以节省时间，提高生产率。③CAD可以较大幅度地降低成本。④CAD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。（2）计算机辅助设计的研究热点及展望CAD技术现今及将来会在以下几方面进行重点研究，并将取得进展。①参数化设计???用CAD方法开发产品时，零件设计模型的建立速度是决定整个产品开发效率的关键。产品开发初期，零件形状和尺寸有一定模糊性，要在装配验证、性能分析和数控编程之后才能确定，这就希望零件模型具有易于修改的柔性。参数化设计方法就是将模型中的定量信息变量化，使之成为任意调整的参数。对于变量化参数赋予不同数值，就可得到不同大小和形状的零件模型。参数化设计可以大大提高模型的生成和修改速度，在产品的系列设计、相似设计及专用CAD系统开发方面都具有较大的应用价值。②智能CAD智能CAD是指通过运用专家系统、人工神经网络等人工智能技术使在作业过程中具有某种程度人工智能的CAD系统。

专家系统是一个能在某个特定领域内，用人类专家的知识、经验和能力去解决该领域中复杂困难问题的计算机程序系统。专家系统不同于通常的问题求解系统，其基本思想是使计算机的工作过程能尽量模似领域专家解决实际问题的过程。专家系统在CAD作业中适时给出智能化提示，告诉设计人员下一步该做什么，当前设计存在的问题，建议解决问题的途径；或模拟人的智慧，根据出现的问题提出合理的解决方案。

???专家系统是基于知识的系统，专家系统技术是知识获取、处理和运用的技术。知识工程是专家系统技术的基础。专家系统通常由知识库、推理机、知识获取系统、解释机构和一些界面组成。

人工神经网络具有下列特征：a.它包含大量的人工神经元，提供了大量可供调节的变量；b.信息是分布式存储的，从而提供了联想与全息记忆的能力；c.具有高度的自适应能力，高度的容错能力，很强的计算能力以及自组织能力。?人工神经网络已在语音识别、模式分类、自动控制等领域取得了比较成功的应用，在工程设计中的应用正在不断地研究发展，如基于人工神经网络的机械设计领域知识表达方法的研究，智能系统的知识自动获取、基因遗传算法的原理在机械工程中的应用。???目前，神经网络和专家系统有联合起来的趋势，神经网络也可设计成某种专家系统，实现专家系统的功能。基于神经网络的专家系统在知识获取、并行推理、适应性学习、联想推理、容错能力方面明显优于传统的专家系统。

③基于特征的设计特征设计是用易于识别的、包含加工信息的几何单元(如孔、槽，倒角等)来取代以往设计中所用的纯几何描述(如直线、圆弧等)。特征是构造零件的最基本的单元要素，它们能以较高的抽象级别、不需要解释的方式来标示一个产品。它既反映零件的几