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1、计算机辅助设计技术,向辉 山东大学软件学院 工程硕士2003年秋季,2020/7/31,1,计算机辅助设计技术概述,授课教师,向辉 山东大学计算机学院 人机交互与虚拟现实研究室 ,2020/7/31,2,计算机辅助设计技术概述,教材说明,计算机辅助设计技术基础（第二版） 作者: 孙家广 书号: 7-302-03917-8 出版社: 清华大学出版社 出版日期: 2000-1-1,2020/7/31,3,计算机辅助设计技术概述,参考书说明,最新计算机辅助设计 作者:文福安 书号:7-5635-0419-2 出版社:北京邮电大学出版社 出版日期: 2000-5-1,2020/7/31,4,计算机辅助
2、设计技术概述,课程主要内容,概述 交互技术与应用接口 产品造型与设计 特征造型技术 参数化设计 装配造型 工程图生成 CAD相关技术 CAPP、CAM、有限元分析、ERP、PDM 新技术展望,2020/7/31,5,计算机辅助设计技术概述,本讲内容,CAD概念 CAD发展过程 发展历史 发展趋势 热点讨论 CAD系统选型,2020/7/31,6,计算机辅助设计技术概述,计算机辅助设计定义,CAD Computer Aided Design Computer Aided Drawing？ Computer Aided Drafting？ 手工绘图计算机绘图 （电子图板） 有意义，但不是CAD的全
3、部 有效的全面辅助设计,2020/7/31,7,计算机辅助设计技术概述,CAD技术发展历史,1952：MIT 伺服机构实验室完成数控铣床研究 D. T. Ross, 计算机辅助制造开端,2020/7/31,8,计算机辅助设计技术概述,CAD技术发展历史,50年代中期：US Air Forces SAGE MIT Lincoln Laboratory 最早使用光笔,2020/7/31,9,计算机辅助设计技术概述,CAD技术发展历史,1962年，S. A. Coons发表：An outline of the requirements for the computer Aided Design 计算
4、机辅助设计需求纲要 设计者使用 CRT显示器与光笔操作 从概念设计、生产设计以及制造均采用计算机辅助 仅仅是设想了计算机辅助设计的形式,2020/7/31,10,计算机辅助设计技术概述,CAD技术发展历史,60年代初期，Ivan Sutherland，SKETCHPAD 光笔实现人机交互，定位图形元素 工程图轮廓、尺寸等的分层表示 交互式图形学与计算机辅助设计的基础,2020/7/31,11,计算机辅助设计技术概述,CAD技术发展历史,Sutherland在1968左右发明了HMD，Head Mounted Display，即头盔显示器 VR应用,2020/7/31,12,计算机辅助设计技术概
5、述,CAD技术发展历史,1959，DAC-1（Design Automated by Computer ）, 第一个commercial CAD 系统，由IBM为General Motors开发,Dr. Patrick J. Hanratty 于1957 开发了第一个commercial numerical-control programming system 被称为：“the Father of CADD/CAM ”,2020/7/31,13,计算机辅助设计技术概述,CAD技术发展历史,1963年，Stanford Research Institute的Doug Englebart 发明鼠标
6、,2020/7/31,14,计算机辅助设计技术概述,CAD技术发展历史,In 1960 McDonnell Douglas Automation Company (McAuto) 的CADD 是最早的 CAD程序 可以显示2D与3D的线条 1967 Dr. Jason R Lemon 创建了 SDRC David Evans and Ivan Sutherland founded in 1968 Evans and Sutherland In 1969 Computervision成立，第一个商用 CAD system 卖给了 Xerox 公司 （施乐） 1969年，Xerox PARC 成立
7、 ，GUI诞生,2020/7/31,15,计算机辅助设计技术概述,CAD技术发展历史,Windows 1995,Apple Macintosh 1984,Xerox Star, 1981,GUI 发展的几个主要产品,2020/7/31,16,计算机辅助设计技术概述,CAD技术发展历史,1969年，Bell Labs 建立第一个帧缓存framebuffer (3 bits) 1969年，SIGGRAPH 成立 (began as special interest committee in 1967 by Sam Matsa and Andy vanDam) 1969年，ARPANET 诞生 19
8、70年，法国Renault 公司的Pierre Bezier提出一种全新的数学方法，用于构造汽车自由曲面。由他领导研制的Unisurf曲面造型和UniAPT曲面加工系统，从1972年起应用于汽车外形打样和模具加工，为计算机辅助几何设计CAGD研究方向奠定了基础和发展方向。,2020/7/31,17,计算机辅助设计技术概述,CAD技术发展历史,美国的洛克希德公司从1974年起向市场推出了CADAM系统，成为70年代中至80年代末国际上最流行的第一代IBM主机版交互绘图系统 麦道公司从1976年起开发Unigraphics系统，简称UG，目前属于EDS公司（1975年建立） 法国 Dassault
9、 公司1975年花一百万美元买下了CADAM源程序，学习CADAM的技术诀窍，同时又发展Bezier曲面造型方法，自主开发了CATIA飞机外形设计和数控加工系统。,2020/7/31,18,计算机辅助设计技术概述,CAD技术发展历史,基于对于CAD/CAE一体化技术发展的探索，SDRC公司于1979年发布了世界上第一个完全基于实体造型技术的大型CAD/CAE软件I-DEAS。 由于实体造型技术 能够精确表达零件的全部属性，在理论上有助于统一CAD、CAE、CAM的模型表达，给设计带来了惊人的方便性。,2020/7/31,19,计算机辅助设计技术概述,CAD技术发展历史,通用实体造型平台 Par
10、asolid与Acis 均出自剑桥大学Ian Braid于1973年的博士论文 他和导师Charles Lang，以及同窗Alan Grayer都有很强的商业意识，1974年在剑桥买下了一幢小住宅楼，创办了Shape Data公司，并于1978年开发出第一代实体造型软件Romulus。 1981年美国E&S公司买下Shape Data，着手开发第二代产品Parasolid,1988年并入UG,2020/7/31,20,计算机辅助设计技术概述,CAD技术发展历史,1986年美国Spatial Technology公司再次找到Ian Braid等合作，开发了ACIS ACI是Alan Grayer
11、，Charles Lang和Ian Braid的名字字首，S是Solid（实体）的字首 ACIS于1989年上市 由于它的技术性能好，很多CAD厂商都用它替换了自己产品中的原有模块,包括Autodesk公司的MDT等,2020/7/31,21,计算机辅助设计技术概述,CAD技术发展历史,进入80年代中期，CV公司内部以高级副总裁为首的一批人提出了一种参数化实体造型方法 主要具有以下特点：基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改 Parametric Technology Corp. 最早推出T-FLEX 1989年，PRO/Engineer的第一个版本 80年代末，计算机技术迅猛发展
12、，硬件成本大幅度下降，大大推动了中小企业对CAD技术的应用,2020/7/31,22,计算机辅助设计技术概述,CAD技术发展历史,SDRC的开发人员以参数化技术为蓝本，提出了一种比参数化技术更为先进的实体造型技术变量化技术，作为今后的开发方向。 经三年时间，投资一亿多美元，将软件全部重新改写，于1993年推出全新体系结构的 I-DEAS Master Series 软件 在早期出现的大型CAD软件中，这是唯一一家在90年代将软件彻底重写的厂家。,2020/7/31,23,计算机辅助设计技术概述,CAD技术发展历史,约束求解标准模块DCM 支持参数化特征造型系统 剑桥大学，John Owen D
13、-Cubed 公司 DCM 2D，DCM 3D,2020/7/31,24,计算机辅助设计技术概述,CAD技术发展历史,组件式开发的典型例子：SolidWorks 利用PARASOLID作为实体几何建模器 D-Cubed公司的DCM作为尺寸约束管理器 Lightwork Design公司的Lightworks作为带真实感的浓淡处理器 Microsoft的Foundation Class作为其基于Windows应用的接口开发工具 其他如有限元分析模块,2020/7/31,25,计算机辅助设计技术概述,CAD技术发展历史,微机平台CAD系统：Autodesk公司 16个人于1982年合办 John
14、Walker：PC运行的$1000以内的CAD软件 第一版的AutoCAD 基于1981年由Mike Riddle 写的名为MicroCAD的软件（Interact） AutoCAD是当今最流行的二维绘图软件，它在二维绘图领域拥有广泛的用户群 MDT、Inventor三维设计,2020/7/31,26,计算机辅助设计技术概述,CAD技术发展历史,其它微机平台CAD系统 Bentley：Microstation SolidworksDassault Solidedge EDS Cimatron：以色列Cimatron公司的CAD/CAM/PDM产品，是较早在微机平台上实现三维CAD/CAM全功能
15、的系统 IronCAD创新式协同设计 韩道暘先生,2020/7/31,27,计算机辅助设计技术概述,CAD技术发展历史,国产CAD系统 高华CAD 清华 CAXA电子图板 北航 GS-CAD98 浙大 金银花系统 广州红地技术有限公司 开目CAD 华中理工大学机械学院 二维较成熟，三维开始起步 绘图技术较为成熟，全面整合较欠缺,2020/7/31,28,计算机辅助设计技术概述,CAD技术发展趋势,参数化 智能化 三维化 集成化 网络化 标准化,2020/7/31,29,计算机辅助设计技术概述,CAD技术发展趋势,硬件 大型主机智能终端小型机（TurnKey System）工作站微机网络化 软件
16、 线框系统曲线曲面造型实体造型技术参数化特征造型变量化创新协同设计 模块化，专业分工 PLM：产品生命周期管理,2020/7/31,30,计算机辅助设计技术概述,PLM:产品全生命周期管理,PLM不是一种现成的工具，而是面向产品创新的一种知识管理和流程优化的理念，同时又通过各种工具得以实现 核心是协同与创新 产品生命周期管理包括三个阶段 产品创新和新产品的开发阶段 生产组装和规划变更管理阶段 维护管理阶段,2020/7/31,31,计算机辅助设计技术概述,CAD系统选型,应用软件选择 软硬件运行环境 选择依据 工作需求分析 价格策略 技术支持,2020/7/31,32,计算机辅助设计技术概述,CAD系统应用软件,满足需要 模块化 易用性 开放性 二次开发能力 文件接口丰富 常用外设支持 公司背景 技术支持,2020/7/31,33,计算机辅助设计技术概述,CAD系统软件运行环境,Unix系列 高端 专用 Windows系列 Windows NT、2000、XP为主 Linux 具有潜力,2020/7/31,34,计算机辅助设计技术概述,CAD系统硬件运行环境,计算机硬件性能的提高已经
