《化工设备机械基础应用教程 教学课件 ppt 作者 蔡晓君 第10章 计算机辅助设计技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工设备机械基础应用教程 教学课件 ppt 作者 蔡晓君 第10章 计算机辅助设计技术（24页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第10章 计算机辅助机械设计,10.1 计算机辅助设计的发展简史 1943年底，英国人为了破译德国的密码系统建造了一台叫做“Colossus”的电子计算机。与此同时在美国的康恩(Corn)有几个大学和研究所为了进行高速度的数值计算也在研制计算机。 1946年，具有真正意义的第一代计算机“ENIAC”诞生了。,1952年，麻省理工学院(MIT)的伺服机构实验室完成了数控铣床的研究，首先将计算机用于机械制造。 1962年，D.T.Ross和机械工程系的S.A.Coons合作，开始在机械设计方面探索计算机辅助的可能。从概念设计、生产设计直到制造，都通过人机对话方式获得计算机的协助。 另一个具有划时代
2、意义的工作由MIT的林肯研究所完成。I.E.Sutherland提出了用光笔在显示器上选取、定位图形要素的Sketch-pad系统，实现了人机对话式的交互作业。,汽车工业对计算机辅助设计技术的发明首先做出了响应。 美国通用汽车公司和IBM公司率先开发了DAC-1(Design Augmented by Computer)系统，用来设计汽车外型与结构。 美国洛克希德公司和IBM公司联合开发了基于大型计算机的图形增强设计与制造软件包CADAM，用于设计与绘图，并具有三维结构分析能力。 随后计算机辅助绘图、设计、制造、分析技术在英、日、意等国的汽车公司也都获得了广泛的应用，并逐渐扩展到其它部门。,到
3、了20世纪70年代，出现了将硬件与软件配套交付用户使用的“交钥匙系统”(Turn-Key System)，这种系统是在小型机和超级小型机的基础上增加图形处理功能，按分时处理的原则，一台主机可以带几个到几十个终端。 80年代初期，随着计算机制造技术的发展，所有配套的软硬件都可以集成到一台工作站上。工作站系统可以作为一个独立的单用户系统，到80年代中后期就成为计算机辅助绘图、设计、制造、分析的主流系统。,进入90年代以来，随着个人计算机(PC)的飞速发展，其性能迅速赶上了10年前高档工作站的性能。可以预见，在不久的将来个人计算机将成为计算机辅助设计的主流机型。 因特网(Internet)起源于60
4、年代末，兴盛于90年代，目前已经把世界上各种类型的计算机如大、中、小型机、工作站和个人计算机连接成一个有机的整体，实现全球范围的资源共享、数据共享和设备共享。利用成熟的Internet技术建立企业内部网络(Intranet)，从而将计算机辅助绘图、设计、分析、制造和管理系统密切地联系在一起相互协作，已经在各种企业中迅速推广和普及。,计算机技术为机械工业带来了革命性的变革，反过来计算机在机械工业中的应用也推动了计算机技术的迅速发展。新的设备、新的操作系统、新的软件、新的数据交换标准，正在迅速扩大计算机在工业中的应用范围，掀起一场新技术革命的浪潮，成为20世纪全球最杰出的工程技术成果。,10.2
5、计算机辅助设计的特点和应用,1 计算机辅助设计及相关问题 利用计算机可以进行产品的- 计算机辅助设计(Computer Aided Design)、 计算机辅助绘图(Computer Aided Drawing)、 计算机辅助制造(CAM)、 计算机辅助工程分析(CAE)、 计算机辅助工艺规划(CAPP)、 产品数据管理(PDM)、 企业资源计划(ERP)等。,这些技术一开始是各自独立、平行地开发应用的，因而被称为孤岛技术。由于在技术上和应用上都密切相关，后来在工程实践中这些技术逐渐结合在一起，为企业带来了更大的经济效益。因此出现了CAD/CAM/CAPP/ERP/PDM的集成。这些技术不同程
6、度的集成，可以满足从构建中小规模CAD/CAM系统，到建立企业级CIMS，实施并行工程等各个层次的需求。,2 CAD技术的特点 缩短产品开发周期； 提高产品设计质量； 降低生产成本； 提高管理水平：,10.3 计算机辅助设计的应用 计算机辅助设计开始用于机械行业，到现在CAD已是一个包括范围很广的概念。概括来说，CAD的设计对象有两大类，一类是机械、电气、电子、轻工和纺织产品；另一类是工程建筑。而如今，CAD技术的应用范围已经延伸到艺术、电影、动画、广告和娱乐等领域，产生了巨大的经济及社会效益，有着广泛的应用前景。,CAD在机械制造行业的应用最早，也最为广泛。如今世界各大航空、航天及汽车等制造
7、业巨头不但广泛采用CAD/CAM技术进行产品设计，而且投入大量的人力物力及资金进行CAD/CAM软件的开发，以保持自己技术上的领先地位和国际市场上的优势。 计算机辅助建筑设计(Computer Aided Architecture Design，简称CAAD)是CAD在建筑方面的应用，它为建筑设计带来了一场真正的革命。不但可以提高设计质量，缩短工程周期，还可以节约2%至5%的建设投资，而近几年来我国每年的基本建设投资都有几千亿元之多，如果全国大小近万个工程设计单位都采用CAAD技术，则可以大大提高基本建设的投资效益。,CAD技术还被用于轻纺及服装行业中。以前我国纺织品花样设计、图案的协调、色彩
8、的变化、图案的分色、描稿及配色等均由人工完成，速度慢、效率低，而目前国际市场上对纺织品及服装的要求是批量小、花色多、质量高、交货要迅速，这使得我国纺织产品在国际市场上的竞争力不强。采用CAD技术以后，大大加快了我国纺织及服装企业走向国际市场的步伐。 电影拍摄中利用CAD技术已有十余年的历史。动画和广告制作中也充分利用了计算机造型技术，实质上也是一种虚拟现实技术。虚拟现实技术还被用于各种模拟器及景物的实时漫游、娱乐游戏中。 近十年来，在CIMS工程和CAD应用工程的推动下，我国计算机辅助设计技术应用越来越普遍，越来越多的设计单位和企业采用这一技术来提高设计效率、产品质量和改善劳动条件。,10.4
9、 CAD技术展望,1 CAD的推广和应用 CAD是20世纪全球最杰出的工程技术成果之一，是跨世纪的国家关键技术。因此CAD技术的发展与应用水平已成为衡量一个国家工业现代化的重要标志，在一定程度上反映出一个国家的综合实力。,企业推广CAD技术可以按照效益驱动、总体规划、分步实施、重点突破的原则进行。 第一步建立以“甩掉图板”为目标的计算机辅助绘图与设计系统。 第二步建立以资源共享、权限控制为目标的产品信息管理系统。 第三步引进先进的计算机辅助设计、分析、仿真模拟、加工集成系统。建立全局产品模型，实现无纸化设计、加工。 第四步实现以控制产品生命周期为目标的并行工程。并行工程的基本要素是优化设计，并
10、且从产品性能设计、产品制造工艺性设计、产品可检测性设计、产品可维护性设计以及产品依从性设计入手进行优化，加速新产品的开发周期。,2 CAD的发展趋势,（1）集成化大型的CAD软件与CAPP/CAM/CAE各环节紧密结合。 （2）智能化智能CAD把工程数据库及管理系统、知识库及其专家系统、拟人化用户接口管理系统集于一体。 （3）标准化为了适应CAD发展的需求，制定了相关的国际标准。 （4）网络化运用CAD技术建立网络企业联盟，迅速应对市场需求,2 CAD的发展趋势,（1）标准化：除了CAD支撑软件逐步实现ISO标准和工业标准外，面向应用的标准构件（零部件库）、标准化方法也已成为CAD系统中的必备
11、内容，且向着合理化工程设计的应用方向发展。 （2）开放性：CAD系统目前广泛建立在开放式操作系统窗口9598NT和UNIX平台上，在Java LINUX平台上也有CAD产品，此外CAD系统都为最终用户提供二次开发环境，甚至这类环境可开发其内核源码，使用户可定制自已的CAD系统。 （3）集成化：其一是广义CAD功能CAD/CAE/CAPP/CAM/CAQ/PDM/ERP经过多种集成形式成为企业一体化解决方案；其二，是将CAD技术能采用的算法，甚至功能模块或系统，做成专用芯片，以提高CAD系统的效率；其三是CAD基于网络计算环境实现异地、异构系统在企业间的集成。 （4）智能化：设计是一个含有高度智
12、能的人类创造性活动领域，智能CAD是CAD发展的必然方向。,10.5 主流2D/3D软件介绍,AutoCAD(Auto Computer Aided Design)，是美国Autodesk公司首次于1982年生产的自动计算机辅助设计软件，用于二维绘图、详细绘制、设计文档和基本三维设计。 AutoCAD Civil 3D是美国Autodesk公司开发的一款面向土木工程行业的建筑信息模型（BIM）解决方案。主要应用在交通运输、土地开发以及环境项目。该软件采用基于模型的方法，有助于简化耗时的任务并保持设计的协调性，进而提高文档和可视化作品的质量。 3DS Max 美国Autodesk公司开发的，是一
13、个全功能的 3D 建模、动画、渲染和视觉特效解决方案，广泛用于制作游戏以及电影和视频内容。,Inventor美国Autodesk公司的产品，是一款集三维机械设计、仿真、工装模具的可视化和文档编制工具集的三维设计软件。 Maya美国Autodesk公司的产品，具有衣料、毛发、毛皮、流体和粒子模拟工具。具有高动态范围合成系统、摄像机跟踪器、批处理渲染和网络渲染队列管理器。其使用者多为艺术家、设计师和三维爱好者，常用来制作动画。 CATIA是英文 Computer Aided Tri-Dimensional Interface Application 的缩写。是法国达索公司的产品开发旗舰解决方案，产
14、品开发商Dassault System 成立于1981年，是世界上一种主流的CAD/CAE/CAM 一体化软件。,NX(UG) 是美国UGS(Unigraphics Solutions)公司的主导产品，是集CAD/CAE/CAM于一体的三维参数化软件，是面向制造行业的CAID/CAD/CAE/CAM高端软件，是当今最先进，最流行的工业设计软件之一。 Pro/Engineer(简称Pro/E)是美国参数技术公司(Parametric Technology Corporation，PTC)推出的三维设计软件，是一款提供了产品的三维设计、加工、分析及绘图等功能的完整的CAD/CAM/CAE解决方案，
15、是一款单一数据库、参数化、基于特征、全相关概念的通用CAD系统。 SolidWorks是由美国Solidworks公司研制开发的一套CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系统，是基于Windows平台的全参数化特征造型软件。 SolidEdge 是Siemens PLM Software公司旗下的三维CAD软件，是基于Windows平台、功能强大且易用的三维CAD软件。,Imageware是世界上著名的逆向工程软件，当将具体的实物模型的外形精确地输入计算机成为电子模型时，就需要采用逆向工程软件、首先利用三坐标测量仪器测出模型表面点阵数据，利用逆向工程软件进行处理，获得物体的曲面。 I-DEAS
16、 是美国SDRC公司开发的一套完整的CAD/CAM系统，其侧重点是工程分析和产品建模。 Master CAM 是一种应用广泛的中低档CAD/CAM软件，由美国CNC Soft-ware公司开发，运行于Windows或Windows NT。,ThinkDesign 高档机械设计，超现代造型设计软件。 CAXA由北京数码大方科技有限公司开发，通过与IRONCAD合并，获得了三维CAD产品。 Rhino 3D NURBS(Non-Uniform Rational B-Spline) 非均匀有理B样条曲线。是一个功能强大的高级建模软件；也是三维专家们所说的犀牛软件，是美国Robert McNeel & Assoc.开发的PC上强大的专业3D造型软件，它可以广泛地应用于三维动画制作、工业制造、科学研究以及机械设计等领域。,SINOVATION：SINOVATION=SINO+INOVATION，SINO是中国的意思，INOVATION有创新的意思。是华天软件通过与日本合作获得的CAD/CAM软件，支持二轴、三轴、五轴固定数控铣加工，该软件具有混合型建模、参
