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1、CAD技术及其在工程中的应用,计算机的介入给设计带来了巨大了的变革，传统意义上的设计观念、设计方法及设计方式等都在计算机的冲击下进行着不断的调整和变化。“21世纪的产品设计是计算机辅助下的设计”，已经成为事实，无需语言的证明。任何工程技术人员如果不能掌握这项技术，都是无法想象的。,如何成为一名CAD设计师,三个问题：,CAD技术及其发展历程和趋势， CAD系统的构成和功能，常用 CAD软件,CAD技术在工程中的应用,CAD技术及其发展历程和趋势，CAD系统的 组成和功能，常用CAD软件,1.1 CAD技术,1.1.1 什么是CAD,CAD是工程技术人员与计算机相结合、各尽所长、应用多学科的方法
2、综合有效地进行问题求解的先进信息处理技术。它把人类的决策判断、创造能力与计算机的高速运算、信息存储等功能有机结合起来，从而达到缩短工程产品设计周期、提高设计质量的目的。 简单地讲，CAD是工程技术人员利用计算机达到最佳的设计目的。,CAD是Computer Aided Design（计算机辅助设计）的缩写,CAD概念的实质在于： （1）人机各尽所长； （2）人机交互结合； （3）最佳设计效率。 CAD技术的主要作用如下: （1）提高设计质量和设计效率。 （2）能够充分发挥设计人员创造性。 （3）缩短设计周期。,CAD的优点 人、机设计能力比较 项目 人 计算机,1.1.2 CAD技术发展历程
3、CAD技术随着计算机及其外围设备、图形输入输出设备、软件技术的发展而发展。 （1）准备和诞生时期（20世纪50-60年代） 电子管计算机 1950 麻省理工学院（MIT）能够显示简单图形的图形显示器 1958 滚筒式绘图机 1959 麻省理工学院（MIT）在一次学会上明确提出了CAD的 概念,（2） 蓬勃发展和进入应用的时期（ 20世纪60年代） 两次对CAD产生重大影响的事件： 1963，MIT的研究生Ivan研究出了Sketchpad交互式图形 系统； 1963年，GM和IBM公司开发出了DAC1系统（世界上第一 套CAD系统）； 计算机及图形设备价格昂贵，技术复杂。 （3）广泛应用时期（
4、 20世纪70年代） 集成电路用于计算机，使计算机平台的性能大为提高。 出现了以小型计算机为平台的CAD系统。 图形软件和CAD应用支撑软件不断得到充实与提高。,（4）飞速发展时期（ 20世纪80年代） 出现了大规模与超大规模集成电路，使微机进入市场。 推出了以UNIX系统支撑的SUN工作站。 图形软件更加成熟 。 （5）日趋成熟的时期（ 20世纪90年代以后） 出现基于PC平台的价廉物美的CAD系统。 CAD系统的标准化：推出了CGI、OpenGL、IGES、STEP等 图形标准。,1.1.3 CAD技术的发展方向,集成化：信息集成、过程集成、企业集成； 智能化：将人工智能技术引入CAD系统
5、达到设计 自动化的目的 ； 标准化：目前已制定了一系列相关标准； 网络化：基于网络的完善的协同设计环境； 科学计算可视化:海量的数据使数据的分析和处理变得越来 越难，用图形来表示数据成为必然。 广泛应用于医学、流体力学、有限元分析、气象分析 虚拟设计:计算机技术来生成一个逼真的三维视觉世界，让用户可以 从自己的视点出发，对虚拟世界客体进行浏览和交互考察。,1.2 CAD系统的构成及功能,1) 从硬件层面: 计算机硬件+软件+人,1.2.1 CAD系统的构成,2) 从软件层面: 数值计算与处理+交互绘图与图形输入输出+存储和管理设计数据库,二维绘图、三维造型 图形处理 有限元分析 优化设计 三维
6、运动机构分析与仿真 二次开发工具 数据管理 数据交换,1.2.2 CAD系统的功能,1.3 常用CAD软件,1) AutoCAD AutoCAD是Autodesk公司开发的，是我们最为熟悉、用途最为广泛的计算机辅助设计软件，该软件以几分之一的成本提供了与专用小型机系统几乎相当的绘图能力，它向原来只能用手工进行绘图和草图设计的工程师、设计师和建筑师提供了CAD能力。AutoCAD的功能非常健全，用起来相当容易，用户一旦学会程序命令和菜单结构，就能很快地完成手工所不可能完成或干起来非常烦琐的工作。,AutoCAD的性能由宠大的第三方的工作而得到进一步增强。AutoCAD自身只提供了一些程序，使特殊
7、的用户能对基本的AutoCAD进行改造工作。目前国内的许多机械设计、建筑设计的中文版专业软件的内核都是AutoCAD。 AutoCAD最大的优势是绘制工程制图，它专业性强，绘制精度高，几乎可以满足机械制图中的所有精度要求。这一特点使AutoCAD在建筑、室内设计中的运用相当广泛，但对产品建模却有一定的限制性。,AutoCad平面绘图,AutoCad三维建模,CAXA电子图板是北航海尔软件公司推出的一套高效、方便、智能化的二维设计和绘图软件。2005r4是CAXA电子图板的最新版本，它在继承CAXA电子图板V2及XP诸多优点的基础上又有了质的飞跃。它具有以下特点；低成本运行环境，高速度图形显示；
8、全中文人机界面，自由的定制操作；符合标准的开放体系，全面开放的开发平台；快捷的交互方式，直观的拖画设计；动态导航定位，全程在线帮助等特点。,2) CAXA电子图板,3) 3DSMAX 3D Studio MAX（3DMAX）是由Autodesk公司开发的微机动画制作系统，在1996年，该软件一发布，其优异的性能就引起了广大动画制作用户的关注，并迅速推广，甚至应用于影视方面的动画制作。 3DMAX由于有参数尺寸直接键入的功能和强大的Nurbs曲面功能，制作出来的模型精度极高。而且所建模型的占有容易广大，在一般的PC机上都能自如运用。因此，在建模上已逐渐取代AutoCAD而被广泛运用。,4) Pr
9、o/Engineer Pro/ENGINEER（Pro/E）是由美国PTC公司开发的惟一的一整套工业设计自动化软件产品，它以参数化和基于特征建模的技术，提供给设计师一个革命性的方法去实现工业设计自动化。 Pro/E是由一个产品系列模块组成的，专门应用于产品从设计到制造全过程的产品系列，这些模块都可以在应用包中购买，允许用户构成适合自己需要的Pro/E结构，另外还允许持有许可证的共享用户在网络中“浮动地”选择模块。所以，Pro/E是目前计算机辅助设计中最为专业的软件之一。,减速器建模与装配,Pro/E下动画仿真,5) Solidworks Solidworks是美国Solidworks公司产品，
10、自1995年问世以来，以其优异的性能、易用性和创新性，极大地提高了机械设计工程师的设计效率，在与同类软件的激烈竞争中已经确立了它的市场地位，成为三维机械设计软件的标准，在全球拥有近30万用户。 Solidwokrs 可充分发挥用三维工具进行产品开发的威力，它提供从现有二维数据建立三维模型的强大转换工具。Solidworks 能够直接读取DWG格式的文件，在人工干预下，将 AutoCAD 的图形转换成Solidworks三维实体模型。另一方面，Solidworks 软件对于熟悉Windows的用户特别易懂易用，它的开放性体现在符合Windows标准的应用软件，可以集成到Solidworks软件中
11、，从而为用户提供一体化的解决方案。,6） Photoshop Photoshop是专业图像处理软件，在通过三维软件的场景渲染输出后，对产品的细节补充或色彩调整等工作，基本上可在该软件中完成。,2 CAD技术在工程中的应用,CAD是计算机科学与工程设计学科相结合形成的新兴技术，是计算机在工程中最有影响的应用技术之一。CAD技术曾被美国国家工程科学院评为当代十项最杰出的工程技术成就之一。,当前，无论是军事工业还是民用工业，无论是建筑行业还是制造加工行业，无论是机械、电子、轻纺行业还是文体、影视广告行业等都离不开CAD技术。,这是一项既实用而又具美感的系統化设计。从设计物的生产方式来看，它包括了以下
12、两大类型：,手工艺设计,工业设计,2.1 产品设计,手工艺设计具有文化性、多样性和个性化的特征：,2.1.1 手工艺设计,首饰和摆设,手工艺设计（一） 珠宝首饰设计,珠宝设计,手工艺设计（二） 家俱设计,这是以群体和大量生产为基础，应用不同功能的设备，对原料进行标准化、大批量加工的设计形式。 是当前最热门专业之一。,工业设计是以作为 人产品环境社会的中介为设计原则,2.1.2 工业设计,工业设计（一） 工业产品设计(机械产品）,浴室用品设计,工业设计（二） 家庭用品设计,烹饪产品的设计,工业设计（三） 电子产品设计,乔布斯苹果电脑, 科技产品中的精品,罗技的顶级鼠标,数码相机,儿童玩具设计,工
13、业设计（四） 玩具设计,这是指以构成人类生存空间为目的的设计，它包括：,室内环境设计,室外环境设计,2.3 空间/环境设计,建筑设计,这是建筑物的结构、空间、造型及功能等方面的设计：,空间/环境设计（一） 建筑设计,这是建筑物内部的空间构成、功能要求和样式风格的设计。由于家具在室內环境中起著重要的作用，家具设计也可属于这一范畴。,空间/环境设计（二） 室内环境设计,空间/环境设计（三） 室外环境设计,在CAD设计的实践活动中，跨领域的运作是非常普遍的，例如“企业形象设计” ，是以企业管理为基础，融合传播学、市场学、心理学等多种学科的研究成果，运用设计领域中的设计原理和方法，共同构成的综合性学科
14、。,2.4 商标、店面设计,2.5 产品模拟试验,计算机辅助设计始终被认为是计算机图形的一个主要应用领域。利用动画技术，设计者能够使虚拟模型运动起来，由此来检查只有制造过程结束后才能验证的一些模型特征，如运动机构的协调性、稳定性及干涉检查等，以使设计者及早发现设计上的缺陷。,3 如何成为一名CAD设计师,将计算机+应用软件称为“电脑”是一个概念性错误，因为计算机设计系统至今仍然不能（也许很远的将来也不能）象人一样思考，即使这个人是一个不太成熟的设计师。实际上，一个CAD系统的组成应当包括硬件、软件和使用者，无论设计软件的能力有多强，人的操作才是决定这个软件使用之效果的决定性因素。十分清楚，同一
15、个CAD软件，在不同的人手中，会有相当不同的使用效果。例如：AutoCAD在一些人手中仅仅是电子图板，而在另一些人手中却成为很好的二维设计平台。,1) 树立正确的辅助设计概念 人是CAD系统中的主要成员,2） CAD设计师必须具备的基本技能:,1、应有优秀的素描和徒手作画的能力。作为设计者，下笔应快而流畅，而不是缓慢迟滞。这里并不要求精细的描画，但迅速地勾出轮廓并稍事渲染是必要的。关键是要快而不拘谨。,2、有很好的制作模型的技术。能使用泡沫塑料、石膏、树脂、MDF板等塑型，并了解用硅胶到快速铸模的技巧。,3、必须掌握一种矢量绘图软件（比如Freehand、Coredraw）和一种像素绘图软件（
16、如Photoshop、PhotoStyler）。,4、在三维造型软件方面能使用如PRO/E、ALIAS、CATIA、I-DEAS、SOLIDWORKS、RHINO3D、3D MAX等。,5、二维绘图方面能使用AUTOCAD。,6、善于独立思考同时掌握与人交流的技巧，具备写作设计报告的 能力,有制造业方面的工作经验则更好。,7、在形态方面具有很好的鉴赏力，对正负空间的架构有敏锐的感 受能力。,8、拿出的设计图样从流畅的草图到细致的刻画到三维渲染一应俱全。 至少经有细节完备、公差尺寸精细的图稿和制作精良的模型照片。,9、对产品从设计制造到走向市场的全过程应有足够的了解。如果能在工业制造技术方面懂得更多则更好。,10、在设计流程地时间安排上要十分精确。三维渲染、制模、精细图样的绘制等应规定明确的时段。,
