計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)0901-35

1、3.5 軟件應(yīng)用與開(kāi)發(fā)這是問(wèn)題的兩個(gè)方面，應(yīng)用與開(kāi)發(fā)者的設(shè)計(jì)思想有關(guān)，開(kāi)發(fā)要考慮應(yīng)用者的思維與人們的表達(dá)習(xí)慣。軟件應(yīng)用與開(kāi)發(fā)可以從各自的角度來(lái)闡述。簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，應(yīng)用主要考慮軟件的架構(gòu)、內(nèi)部運(yùn)行機(jī)制、界面操作方法、人機(jī)交互內(nèi)容與數(shù)據(jù)輸入等。開(kāi)發(fā)主要考慮機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的階段、表征形式與自然表征與計(jì)算機(jī)表征的轉(zhuǎn)換、軟件架構(gòu)與層次性、信息交互方式與操作方法等。這里的機(jī)械設(shè)計(jì)智能表達(dá)、非專(zhuān)利技術(shù)表達(dá)是要再研究的問(wèn)題。1. 軟件應(yīng)用開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)介軟件開(kāi)發(fā)問(wèn)題主要有：開(kāi)發(fā)的理論問(wèn)題（思想、方法等）、技術(shù)問(wèn)題（分析、工具、實(shí)現(xiàn)等）、管理問(wèn)題（項(xiàng)目策劃、人員組織、資金、質(zhì)量與進(jìn)度等）等?？傊浖_(kāi)發(fā)就像機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)

2、過(guò)程一樣，是個(gè)工程問(wèn)題，需要規(guī)劃。機(jī)械產(chǎn)品需要市場(chǎng)調(diào)研、設(shè)計(jì)制造、試驗(yàn)銷(xiāo)售等，需要項(xiàng)目策劃、可行性研究、人員組織、資金、設(shè)計(jì)與加工設(shè)備、場(chǎng)地、生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量與進(jìn)度管理等等。軟件產(chǎn)品也需要市場(chǎng)調(diào)研、設(shè)計(jì)制造、試驗(yàn)銷(xiāo)售等，需要項(xiàng)目策劃、可行性研究、人員組織、資金、設(shè)計(jì)與加工設(shè)備、場(chǎng)地、生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量與進(jìn)度管理等等。對(duì)機(jī)械產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，小型的、簡(jiǎn)單的、數(shù)量個(gè)別的機(jī)械產(chǎn)品可以由單人完成，但是，復(fù)雜的、批量的、成套的機(jī)械產(chǎn)品依靠單人完成是不可想象的，必須是團(tuán)隊(duì)和集團(tuán)化的協(xié)作，企業(yè)化的運(yùn)作和生產(chǎn)。軟件產(chǎn)品也是如此，小型的、簡(jiǎn)單的、專(zhuān)用的軟件產(chǎn)品可以由單人完成，但是，復(fù)雜的、大量的軟件產(chǎn)品依靠單人完成是不可想象

3、的，也必須是團(tuán)隊(duì)和集團(tuán)化的協(xié)作，企業(yè)化的運(yùn)作和生產(chǎn)。2. 軟件應(yīng)用的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)軟件應(yīng)用的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)，主要是操作系統(tǒng)的基本知識(shí)。如對(duì)多數(shù)的PC機(jī)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，就是WINDOWS操作系統(tǒng)的基本知識(shí)。而WINDOWS操作系統(tǒng)基本知識(shí)的操作基礎(chǔ)是消息驅(qū)動(dòng)機(jī)制及函數(shù)（處理過(guò)程指令集）概念。這種操作系統(tǒng)的界面（人機(jī)交互方式）是以圖標(biāo)或菜單的形式來(lái)顯示計(jì)算機(jī)中的內(nèi)容與操作目的、任務(wù)，以菜單或圖標(biāo)單（雙）擊的形式接受該任務(wù)而發(fā)出消息，用函數(shù)（過(guò)程、子程序等）處理該消息相關(guān)的事件，用視覺(jué)能接收的適當(dāng)形式應(yīng)答事件處理結(jié)果。a) 在VB中鼠標(biāo)單擊產(chǎn)生的時(shí)間、發(fā)送的消息、處理函數(shù)（過(guò)程）及其響應(yīng)與結(jié)果輸出代碼對(duì)象名對(duì)象的

4、方法對(duì)象的事件或過(guò)程圖3-17 WINDOWS操作界面風(fēng)格的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言處理格式與實(shí)現(xiàn)圖3-16 WINDOWS操作界面的風(fēng)格、資料文件、地址與路徑等圖標(biāo)菜單地址與路徑在界面上看到的是圖標(biāo)、按鈕、菜單等形式的操作對(duì)象（參見(jiàn)圖3-16、圖3-15）。該對(duì)象的表面上標(biāo)明了操作的目的（對(duì)象、事件、方法等），其后臺(tái)連接著一個(gè)事件的處理過(guò)程及其處理結(jié)果、輸出形式等（參見(jiàn)圖3-17）。如兩個(gè)窗體（對(duì)話(huà)框）之間的切換，其計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的指令是：Private Sub Command1_Click() 私有過(guò)程，按鈕Command1，操作是單擊Click，其下是過(guò)程內(nèi)容Form1.Hide 對(duì)象Form1的方法Hi

5、de，Hide是VB提供的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的處理函數(shù)Form2.Show 對(duì)象Form2的方法Show，Show是VB提供的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的處理函數(shù)圖3-18 兩個(gè)窗體之間切換的處理結(jié)果與輸出形式單擊此按鈕輸出此結(jié)果End Sub 過(guò)程結(jié)束指令該處理過(guò)程的編碼實(shí)現(xiàn)，參見(jiàn)圖3-17。處理結(jié)果與輸出形式參見(jiàn)圖3-18。從這些圖所表示的形式中可見(jiàn)基于WINDOWS的操作系統(tǒng)的人機(jī)交互方式，從而有助于理解各種機(jī)械設(shè)計(jì)軟件操作的基本方法與信息交換方式。也就是人機(jī)應(yīng)答方式的一般原理，進(jìn)而掌握機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的操作應(yīng)用。b) 在VC+中鼠標(biāo)單擊產(chǎn)生的時(shí)間、發(fā)送的消息、處理函數(shù)（過(guò)程）及其響應(yīng)與結(jié)果輸出在VC+中，有同樣的格式

6、，只是指令（計(jì)算機(jī)語(yǔ)言）有所不同而已。例如，單擊按鈕以結(jié)束一段工作，代碼實(shí)現(xiàn)為：void CADlg:OnExit() /相當(dāng)于VB中的Private Sub Command1_Click()/ TODO: Add your control notification handler code here /其余各行為自動(dòng)添加。OnOK(); /本行為設(shè)計(jì)者（程序員）手工添加。表明結(jié)束，該處理函數(shù)為VC+提供。3. 軟件開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)軟件開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)主要是技術(shù)與方法基礎(chǔ)。在進(jìn)行軟件產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必備的技術(shù)基礎(chǔ)主要有，機(jī)械產(chǎn)品的機(jī)械建模技術(shù)、數(shù)學(xué)物理建模技術(shù)，圖形處理技術(shù)，資料處理技術(shù)，軟

7、件建模技術(shù)，程序編寫(xiě)技術(shù)，程序測(cè)試技術(shù)等。這里主要闡述與計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)有關(guān)的幾個(gè)概念。1) 函數(shù)函數(shù)的概念是軟件開(kāi)發(fā)中最基本的概念之一，可以從數(shù)學(xué)中函數(shù)的概念來(lái)理解。一般說(shuō)來(lái)，函數(shù)是指一個(gè)自變量X發(fā)生變化時(shí)，另一個(gè)因變量Y會(huì)按照某種規(guī)則f而發(fā)上改變，記為Y=f(X)。請(qǐng)注意這里的三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：一個(gè)是有自變量，一個(gè)是有關(guān)聯(lián)規(guī)則，最后一個(gè)是規(guī)則控制下的另一個(gè)變量?？梢詫⑵浞Q(chēng)之為有一個(gè)輸入，有一個(gè)處理規(guī)則，最后一個(gè)是經(jīng)過(guò)處理后的輸出（響應(yīng)）。這里的處理規(guī)則就是程序指令所描述的處理過(guò)程，也就是相對(duì)計(jì)算機(jī)硬件來(lái)說(shuō)的操作過(guò)程，或說(shuō)計(jì)算機(jī)的行為。由于計(jì)算機(jī)處理的是數(shù)據(jù)，故可稱(chēng)之為數(shù)據(jù)的處理為操作，或稱(chēng)之為對(duì)用戶(hù)的

8、服務(wù)，或稱(chēng)之為對(duì)事件的處理方法等。多個(gè)函數(shù)有機(jī)的組織在一起，并和相應(yīng)的數(shù)據(jù)被打包而構(gòu)成對(duì)象及類(lèi)。這樣的函數(shù)有稱(chēng)之為成員函數(shù)，而數(shù)據(jù)則相應(yīng)的稱(chēng)之為數(shù)據(jù)成員。對(duì)象是類(lèi)的一個(gè)特例，或說(shuō)一個(gè)具體的實(shí)例，而類(lèi)是對(duì)大量有共性的對(duì)象或?qū)嵗某橄蟆?) 過(guò)程過(guò)程的概念是軟件開(kāi)發(fā)中最基本的概念之一，可以從最初的計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言及其最簡(jiǎn)單和基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)計(jì)算的程序?qū)崿F(xiàn)開(kāi)始理解。從程序?qū)崿F(xiàn)中子程序、模塊等的概念來(lái)理解。在Visual Basic中，可以使用兩種類(lèi)型的過(guò)程：一種是沒(méi)有返回值的Sub過(guò)程，稱(chēng)為子過(guò)程，有時(shí)也簡(jiǎn)稱(chēng)為過(guò)程；另一種是擁有返回值的Function過(guò)程，稱(chēng)為函數(shù)。3) 結(jié)構(gòu)化方法結(jié)構(gòu)化方法是傳統(tǒng)的

9、、基本的軟件開(kāi)發(fā)方法，它通過(guò)數(shù)據(jù)流圖、數(shù)據(jù)字典、結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言、權(quán)限制定、判定表等工具來(lái)邏輯的描述一個(gè)系統(tǒng)。這種方法使用面向功能思想，根據(jù)用戶(hù)需求的功能畫(huà)出數(shù)據(jù)流圖，然后再對(duì)要求的功能進(jìn)行分解，得到系統(tǒng)的子功能，繼續(xù)進(jìn)行這種分解直至得到的每個(gè)子功能都是可以管理的。然后把這些數(shù)據(jù)流圖變換成對(duì)應(yīng)的軟件結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)化方法將軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程分為三個(gè)階段：結(jié)構(gòu)化分析、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)化編程等。（1）結(jié)構(gòu)化分析 結(jié)構(gòu)化分析階段，開(kāi)發(fā)者定義系統(tǒng)需要做什么（處理需求），需要存儲(chǔ)和使用那些數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)需求），需要什么樣的輸入和輸出以及如何把這些功能結(jié)合在一起來(lái)完成任務(wù)。在結(jié)構(gòu)化分析中使用的表示工具是數(shù)據(jù)流圖（DFD）。它是

10、系統(tǒng)需求的主要圖形模型，顯示了系統(tǒng)的輸入、處理、存儲(chǔ)和輸出以及如何在一起協(xié)調(diào)工作。（2）結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)階段包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)（概要設(shè)計(jì)）和詳細(xì)設(shè)計(jì)兩部分。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)是提出實(shí)施方案，包括將系統(tǒng)劃分成模塊，決定每個(gè)模塊的功能，決定模塊的調(diào)用關(guān)系，決定模塊的界面（模塊間信息的傳遞）等；詳細(xì)設(shè)計(jì)包括代碼設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、輸入設(shè)計(jì)、輸出設(shè)計(jì)、人機(jī)對(duì)話(huà)設(shè)計(jì)、處理過(guò)程設(shè)計(jì)等。（3）結(jié)構(gòu)化編程 結(jié)構(gòu)化編程采用自頂向下程序設(shè)計(jì)，把復(fù)雜的程序分解為程序模塊的層次圖。每個(gè)程序模塊都有一個(gè)開(kāi)始和一個(gè)結(jié)束，在程序執(zhí)行過(guò)程中，執(zhí)行的邏輯進(jìn)程的每一步都由計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的順序語(yǔ)句、選擇語(yǔ)句、循環(huán)語(yǔ)句等組成。結(jié)構(gòu)化分析數(shù)據(jù)流

11、圖實(shí)體聯(lián)系圖結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)根據(jù)數(shù)據(jù)流圖定義程序模塊的結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)化編程使用結(jié)構(gòu)化編程結(jié)構(gòu)為每個(gè)模塊編寫(xiě)代碼圖3-19 結(jié)構(gòu)化方法順序內(nèi)容系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)的模型根據(jù)系統(tǒng)需要存儲(chǔ)信息的事物類(lèi)型使用實(shí)體聯(lián)系圖（ERD）模型分析。實(shí)體聯(lián)系圖的數(shù)據(jù)實(shí)體對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)流圖中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。圖3-19說(shuō)明了從結(jié)構(gòu)化分析到結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)再到結(jié)構(gòu)化編程的順序及內(nèi)容。結(jié)構(gòu)化方法已經(jīng)成功地使用了幾十年，是目前應(yīng)用比較廣泛的一種軟件工程方法，它具有以下特點(diǎn)。 （1）面向用戶(hù)的觀點(diǎn) 用戶(hù)的要求是系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的出發(fā)點(diǎn)和歸宿。整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中始終與用戶(hù)保持聯(lián)系，不斷的讓用戶(hù)了解工作的進(jìn)展情況，校準(zhǔn)工作方向。（2）嚴(yán)格區(qū)分工作階段 每個(gè)階段都有明確的任

12、務(wù)和應(yīng)得的結(jié)果。強(qiáng)調(diào)按時(shí)間順序、工作內(nèi)容將系統(tǒng)開(kāi)發(fā)劃分為系統(tǒng)分析階段、系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段、實(shí)施階段以及運(yùn)行維護(hù)階段等。（3）自頂向下完成系統(tǒng)的研制工作 在系統(tǒng)分析階段將系統(tǒng)逐層逐級(jí)進(jìn)行分解，構(gòu)建系統(tǒng)的信息模型。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，把系統(tǒng)功能作為一個(gè)大模塊，逐層分解，完成系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在實(shí)施階段，先實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的框架，自上而下完善系統(tǒng)功能。（4）工作結(jié)果文獻(xiàn)化、標(biāo)準(zhǔn)化 每個(gè)開(kāi)發(fā)階段的成果都用文字、圖表等表達(dá)出來(lái)，資料格式要求標(biāo)準(zhǔn)化、格式化。隨著軟件規(guī)模的不斷增大，軟件復(fù)雜程度的不斷提高，軟件功能的逐步完善和改進(jìn)，由結(jié)構(gòu)化開(kāi)發(fā)方法得到的軟件的弊端和不適應(yīng)性主要表現(xiàn)在，（1）軟件結(jié)構(gòu)嚴(yán)重依賴(lài)于系統(tǒng)功能 在軟件

13、開(kāi)發(fā)過(guò)程中，為用戶(hù)提供最佳的解決方案是首要問(wèn)題，而用戶(hù)的功能需求是最不穩(wěn)定的開(kāi)發(fā)因素。用戶(hù)隨著軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程的進(jìn)行而加深對(duì)軟件的認(rèn)識(shí)，因而改變其需求。這些改變會(huì)導(dǎo)致軟件結(jié)構(gòu)的相應(yīng)改變，給軟件的開(kāi)發(fā)以及維護(hù)造成很大的困難。（2）模塊數(shù)據(jù)和操作相互分離 通過(guò)編制功能模塊和全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)完成軟件系統(tǒng)，如需要修改某項(xiàng)功能，那么必須修改數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)的某一部分，同時(shí)修改或增加某個(gè)模塊，這給軟件維護(hù)帶來(lái)很大的困難。結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)術(shù)采用自頂向下逐步求精的設(shè)計(jì)方法，單入口單出口的計(jì)算機(jī)處理控制結(jié)構(gòu)。這種控制結(jié)構(gòu)有三種基本形式，即：順序、選擇、循環(huán)結(jié)構(gòu)，其對(duì)信息的處理過(guò)程可以用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言按照流程圖的要求變換為機(jī)內(nèi)指令。

14、對(duì)于計(jì)算機(jī)最底層的有關(guān)函數(shù)的指令設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，仍然需要結(jié)構(gòu)化方法。4) 面向?qū)ο蠓椒嫦驅(qū)ο蠓椒ㄔ从诮Y(jié)構(gòu)化方法，確別于結(jié)構(gòu)化方法，是一種新的軟件開(kāi)發(fā)方法。同傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化方法相比，有利于提高軟件的可理解性、可維護(hù)性和重用性，更符合人們解決問(wèn)題的思維形式和過(guò)程。面向?qū)ο蠓椒ò凑杖祟?lèi)認(rèn)識(shí)世界的方法和思維方式來(lái)分析和解決問(wèn)題，將自然界中的任何事物、概念都看作是對(duì)象。在計(jì)算機(jī)中建立的對(duì)象與現(xiàn)實(shí)世界存在的對(duì)象是一一對(duì)應(yīng)的。對(duì)應(yīng)的人們分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的過(guò)程，就是對(duì)計(jì)算機(jī)中的對(duì)象進(jìn)行分析和加工的過(guò)程。從機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)到軟件實(shí)現(xiàn)的整個(gè)過(guò)程中，用面向?qū)ο笏枷脒M(jìn)行思考、分析、組織、模型化表達(dá)等，顯然容易從機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)

15、過(guò)渡到軟件實(shí)現(xiàn)。面向?qū)ο蠓椒ú捎脤?duì)象觀點(diǎn)，主要思想如下：（1）客觀世界是由許多對(duì)象組成的，每種對(duì)象都有其自身的狀態(tài)和改變其狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。（2）面向?qū)ο蠓椒ɡ谩俺橄髷?shù)據(jù)類(lèi)型”對(duì)客觀世界進(jìn)行擬合。在對(duì)象中，現(xiàn)實(shí)世界中對(duì)象的狀態(tài)用數(shù)據(jù)來(lái)描述，狀態(tài)的改變規(guī)律用處理過(guò)程 (操作)來(lái)描述。相似的對(duì)象抽象為類(lèi)。類(lèi)由數(shù)據(jù)和操作共同組成，并進(jìn)行必要的封裝。對(duì)象由類(lèi)來(lái)生成并自動(dòng)擁有類(lèi)所定義的特性。（3）對(duì)象之間相互通訊的唯一方式是消息傳遞。系統(tǒng)內(nèi)各對(duì)象之間的聯(lián)系是通過(guò)消息通訊方式進(jìn)行的。這不僅真實(shí)地模擬了現(xiàn)實(shí)世界，而且使得構(gòu)建的軟件系統(tǒng)呈柔性，是真正的松耦合系統(tǒng)。面向?qū)ο蠓椒▽④浖_(kāi)發(fā)過(guò)程分為系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)

16、計(jì)、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)等階段。（1）系統(tǒng)分析 系統(tǒng)分析階段涉及對(duì)應(yīng)用領(lǐng)域的理解及現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的建模。它以問(wèn)題描述作為出發(fā)點(diǎn)，說(shuō)明要解決的問(wèn)題并提供對(duì)構(gòu)建系統(tǒng)的概念總覽。通過(guò)同用戶(hù)不斷對(duì)話(huà)來(lái)了解客觀世界背景知識(shí)。系統(tǒng)分析的結(jié)果是一個(gè)形式化模型。該模型概括了系統(tǒng)的三個(gè)本質(zhì)因素：對(duì)象及對(duì)象之間的關(guān)系、動(dòng)態(tài)的控制流以及帶有約束的功能數(shù)據(jù)變換。（2）系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段和對(duì)象設(shè)計(jì)階段。系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段以對(duì)象模型為指導(dǎo)，把對(duì)象組織成聚集的并發(fā)任務(wù)；對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及實(shí)現(xiàn)、動(dòng)態(tài)模型中的對(duì)象間相互通信等要制定全面的策略；在權(quán)衡設(shè)計(jì)方案時(shí)要建立優(yōu)先順序，進(jìn)而確定整個(gè)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。對(duì)象設(shè)計(jì)階段精心考慮和細(xì)化分

17、析模型，將對(duì)象設(shè)計(jì)重點(diǎn)從應(yīng)用概念轉(zhuǎn)到計(jì)算機(jī)概念上來(lái)。（3）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)階段主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段提出的物理模型，按實(shí)施方案完成一個(gè)可以實(shí)際運(yùn)行的系統(tǒng)，交付用戶(hù)使用。這個(gè)階段的主要任務(wù)包括硬件設(shè)備的購(gòu)買(mǎi)、安裝調(diào)試，系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)等的購(gòu)買(mǎi)和相關(guān)程序的編寫(xiě)，文檔編制和人員培訓(xùn)等內(nèi)容。4. 工具基礎(chǔ)機(jī)械產(chǎn)品的軟件化所需工具主要是計(jì)算機(jī)及其軟硬件。將其可以細(xì)化為，圖形支撐工具（如：AutoCAD、CAXA、UG、SOLIDWORKS等），數(shù)據(jù)支撐工具（如：VF），理論分析支撐工具（如：SAP、MATLAB、ANSYS等），編程支撐工具（如：VB、VC+、VJ等）,語(yǔ)言支撐工具(如：BASI

18、C、FORTRAN 、C與C+、PASCAL、JAVA、匯編等)，操作平臺(tái)（WINDOWS、UINX等）。對(duì)這些工具的了解，如同對(duì)機(jī)械加工工具（如：機(jī)床）的了解一樣，要了解其基本原理、基本構(gòu)造、使用方法、主要性能、輸入輸出接口等。對(duì)語(yǔ)言支撐工具BASIC、FORTRAN 、C與C+、PASCAL、JAVA、匯編等的了解，應(yīng)該非常詳細(xì)。可以抓住基本概念來(lái)進(jìn)行，這個(gè)支撐工具的根本實(shí)質(zhì)是語(yǔ)言，是自然語(yǔ)言與計(jì)算機(jī)這個(gè)機(jī)器的語(yǔ)言。語(yǔ)言之間的翻譯成為另一個(gè)對(duì)問(wèn)題理解的關(guān)鍵。語(yǔ)言基礎(chǔ)還可以從人類(lèi)、數(shù)控機(jī)器、語(yǔ)言學(xué)和語(yǔ)言構(gòu)造等方面來(lái)理解。人類(lèi)語(yǔ)言的基本要點(diǎn)是發(fā)音器官的構(gòu)造決定的，無(wú)論是西語(yǔ)系、拉丁語(yǔ)系、漢語(yǔ)系

19、，都是以韻母（元音）、聲母（輔音）的組合來(lái)發(fā)音和來(lái)區(qū)別的，都有字、詞、句、段、篇及其標(biāo)點(diǎn)符號(hào)，計(jì)算機(jī)語(yǔ)言也不例外。這個(gè)機(jī)器的語(yǔ)言特點(diǎn)是滿(mǎn)足各種信息的數(shù)字化處理，這個(gè)機(jī)器的語(yǔ)言的基本要點(diǎn)是：（1）具有約定的數(shù)據(jù)類(lèi)型與格式。（2）具有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的操作指令及格式（如：賦值語(yǔ)句）。（3）具有對(duì)數(shù)據(jù)處理的操作進(jìn)行控制的指令及格式（如：跳轉(zhuǎn)語(yǔ)句）。尤其要理解C+語(yǔ)言中的函數(shù)概念與含義，并與BASIC,FORTRAN語(yǔ)言中的函數(shù)、子程序加以比較。計(jì)算機(jī)是對(duì)數(shù)字進(jìn)行自動(dòng)化處理的機(jī)器，處理語(yǔ)言中使用函數(shù)這個(gè)名詞，是利用了由數(shù)學(xué)語(yǔ)言的概念擴(kuò)充而來(lái)，其本質(zhì)是具有設(shè)定功能的信息或數(shù)據(jù)處理程序段。5. 機(jī)械工程師的

20、理論與經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)對(duì)機(jī)械工程師而言的，首先應(yīng)該熟知機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造理論，具備機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的豐富經(jīng)驗(yàn)，尤其是在理論與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的基礎(chǔ)上獲得的設(shè)計(jì)思想（傳統(tǒng)的、現(xiàn)代的、創(chuàng)新的、系列化的、改造的等）、分析計(jì)算方法（傳統(tǒng)的、現(xiàn)代的、解析的、數(shù)值的、近似的、精確的、物理模型處理、數(shù)學(xué)模型處理等）。中心目的在于熟悉機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中使用的理論、工具（設(shè)計(jì)工具、加工制造工具、安裝調(diào)試工具、運(yùn)輸工具等）及其原理與特點(diǎn)、材料、資料、經(jīng)驗(yàn)、設(shè)計(jì)順序等。其次，應(yīng)該詳細(xì)了解軟件產(chǎn)品的理論、工具（設(shè)計(jì)工具、加工制造工具、安裝調(diào)試工具等）及其原理與特點(diǎn)、材料、資料、經(jīng)驗(yàn)、設(shè)計(jì)順序等、軟件分析的原則與方法（系統(tǒng)論）、軟件設(shè)計(jì)

21、的原則與方法（編譯原理）、數(shù)據(jù)抽象的理論與方法（離散數(shù)學(xué)）、工程數(shù)據(jù)庫(kù)、工程項(xiàng)目策劃與管理等，尤其是高級(jí)語(yǔ)言的理論與經(jīng)驗(yàn)。機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程是一種藝術(shù)創(chuàng)造過(guò)程。設(shè)計(jì)過(guò)程與方法因人而異、靈活性中帶來(lái)創(chuàng)造性。軟件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程是一種藝術(shù)創(chuàng)造過(guò)程。設(shè)計(jì)過(guò)程與方法因人而異，兩種藝術(shù)的結(jié)合本身就是一種藝術(shù)。兩種藝術(shù)結(jié)合的靈活性代來(lái)更大的創(chuàng)造性，同時(shí)帶來(lái)的還有對(duì)理論與經(jīng)驗(yàn)的淵博要求和解決問(wèn)題的艱難性。從設(shè)計(jì)思想上要綜合考慮靈活性與規(guī)格、戒律之間的矛盾及其解決方法，要巧妙的構(gòu)造系統(tǒng)框架和嚴(yán)密的邏輯過(guò)程。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)、軟件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)三者的有機(jī)結(jié)合與統(tǒng)一，分析計(jì)算方法（傳統(tǒng)的、現(xiàn)代的、解析

22、的、數(shù)值的、近似的、精確的、物理模型處理、數(shù)學(xué)模型處理等）的進(jìn)入，傳統(tǒng)方法的程序化、傳統(tǒng)方法的精確化模型（物理的、數(shù)學(xué)的等），解析表達(dá)的數(shù)值化，數(shù)據(jù)函數(shù)關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)化，靜態(tài)問(wèn)題的動(dòng)態(tài)化，數(shù)據(jù)結(jié)果的圖形化以及模擬與仿真等，都是現(xiàn)代機(jī)械工程師應(yīng)該了解與掌握的。通過(guò)計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言（如：QBASIC）的反復(fù)編程練習(xí)積累經(jīng)驗(yàn)，是機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)軟件化必須經(jīng)歷的過(guò)程。在應(yīng)用各種計(jì)算機(jī)軟件時(shí)（如：WINDOWS,OFFICE,WPS,AUTOCAD,CAXA,SOLDWORKS等），應(yīng)該特別留意他們的交互界面，包括菜單布局，操作方式，提示與警告等。機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的軟件化的基礎(chǔ)涉及到兩個(gè)方面，對(duì)于機(jī)械工程師來(lái)說(shuō)，應(yīng)該

23、學(xué)習(xí)掌握計(jì)算機(jī)及其軟硬件方面的知識(shí)，尤其是軟件開(kāi)發(fā)方法與工具。對(duì)于軟件工程師、計(jì)算機(jī)工程師來(lái)說(shuō)，應(yīng)該學(xué)習(xí)掌握機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面的知識(shí)，尤其是產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法與工具。對(duì)于工具，可以從交響樂(lè)指揮的角度來(lái)理解，他們必須熟悉所有交響樂(lè)中所有的樂(lè)器性能及其配合，熟悉音樂(lè)作曲、演奏、劇場(chǎng)、聲像效果等等的理論與技術(shù)方法。經(jīng)驗(yàn)是必不可少且非常重要的。本書(shū)內(nèi)容主要是針對(duì)機(jī)械工程師而言的。6. 機(jī)械CAD前處理的關(guān)鍵技術(shù)這里講的機(jī)械CAD的關(guān)鍵技術(shù)就是基本技術(shù)、當(dāng)前的難點(diǎn)、愛(ài)好者的主攻方向。而在這里闡述是為計(jì)算機(jī)及其軟件研究提出問(wèn)題而說(shuō)。無(wú)論是應(yīng)用已有軟件、硬件環(huán)境進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)，或是在特定條件下，為某種機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)

24、開(kāi)發(fā)新的工程軟件，或是改進(jìn)外圍設(shè)備，都將涉及到機(jī)械 CAD應(yīng)用中的一些關(guān)鍵技術(shù)。主要有：產(chǎn)品設(shè)計(jì)問(wèn)題的建模、圖形處理技術(shù)、三維產(chǎn)品造型技術(shù)、數(shù)據(jù)交換技術(shù)、有限元分析與前后處理技術(shù)、工程數(shù)據(jù)管理技術(shù)等。國(guó)外國(guó)內(nèi)的CAD技術(shù)，目前主要是用于大型、特大型企業(yè)和財(cái)團(tuán)。他們?nèi)肆Y源充裕，財(cái)力雄厚，承受風(fēng)險(xiǎn)的能力很強(qiáng)，可以進(jìn)行大投入大產(chǎn)出作業(yè)。以多品種、小批量、快速換型生產(chǎn)為基礎(chǔ)的中小型企業(yè)，在機(jī)上進(jìn)行此類(lèi)機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，尤其應(yīng)注意這些技術(shù)。根據(jù)我國(guó)實(shí)際情況和微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，未來(lái)的工程師大學(xué)生們，尤其應(yīng)該研究這些技術(shù)、掌握這些技術(shù)、精通這些技術(shù)、應(yīng)用這些技術(shù)，用小的投入得到大的收益。這一點(diǎn)已成為未來(lái)的發(fā)

25、展方向。本節(jié)概要敘述關(guān)鍵技術(shù)的要點(diǎn)，這是本教材的核心內(nèi)容之一（參見(jiàn)其它章節(jié)）。1） 機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的建模(機(jī)械、物理、數(shù)學(xué)、軟件模型)技術(shù)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，首先應(yīng)提出的議題是產(chǎn)品的基本工作原理和基本結(jié)構(gòu)組成，從概念到方案設(shè)計(jì)，并且要將這些用自然語(yǔ)言進(jìn)行描述和表達(dá)的內(nèi)容轉(zhuǎn)換為圖形構(gòu)造。這需要涉及有關(guān)的機(jī)械模型、力學(xué)模型、數(shù)學(xué)模型等。建立這些模型，一方面要考慮使其盡可能接近實(shí)際情況，另一方面，還要考慮到將來(lái)分析計(jì)算的自身特點(diǎn)，能否得到解析解、精確解、數(shù)值解及其解的精度等等。就目前人類(lèi)對(duì)機(jī)電產(chǎn)品的要求來(lái)看，實(shí)際的機(jī)械工程設(shè)計(jì)問(wèn)題，其精度要求都極高，一般的解析式表達(dá)的力學(xué)關(guān)系與數(shù)字關(guān)系，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足實(shí)際問(wèn)

26、題中各量之間的固有特征和內(nèi)在規(guī)律，需要精確的力學(xué)、數(shù)學(xué)描述。精確的描述是的幾何形態(tài)復(fù)雜化、使得尋找解析解成為不可能，基本上都將轉(zhuǎn)化為近似的數(shù)值解問(wèn)題。另一方面，具體的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，最終都需將用一個(gè)個(gè)具體的數(shù)字來(lái)描述，并非是函數(shù)與字母（代數(shù)）。不是抽象的，而是具體的。不是類(lèi)屬，而是實(shí)例。這些要求與計(jì)算機(jī)的優(yōu)點(diǎn)恰好吻合。設(shè)計(jì)者要想利用計(jì)算機(jī)達(dá)到最優(yōu)產(chǎn)品，必須仔細(xì)研究產(chǎn)品設(shè)計(jì)問(wèn)題的建模。a) 機(jī)械與力學(xué)建模：機(jī)械與力學(xué)建模是機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的核心。這是因?yàn)榉桨冈O(shè)計(jì)的結(jié)果應(yīng)該是表達(dá)功能的構(gòu)造設(shè)計(jì)，而這些構(gòu)造的行為分析、力學(xué)性能分析（強(qiáng)度、剛度）、運(yùn)動(dòng)形式設(shè)計(jì)（運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)），都是圍繞功能及其性能（功能的達(dá)到

27、程度）進(jìn)行的。力學(xué)模型又是數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)，它們從根本上決定了產(chǎn)品的未來(lái)性能。例如：履帶式起重機(jī)，它的最基本性能是平穩(wěn)起吊重物且可短距離移動(dòng)?；拘阅苡镁唧w參數(shù)表示為：最大起重量、最大起吊高度、最大起吊速度、最大回轉(zhuǎn)半徑等。機(jī)械與學(xué)模型如圖3-20所示b) 數(shù)學(xué)建模圖3-20 機(jī)械產(chǎn)品的機(jī)械與力學(xué)模型數(shù)學(xué)模型給方案設(shè)計(jì)提供產(chǎn)品性能的一般表述，是產(chǎn)品性能在設(shè)計(jì)階段就可以進(jìn)行優(yōu)化的基石，是機(jī)械產(chǎn)品性能數(shù)字化的橋梁。大型的、成套的、機(jī)電一體化的、柔性的制造系統(tǒng)尤其如此。也應(yīng)該研究某個(gè)單件產(chǎn)品的整體性能的數(shù)學(xué)模型，而這個(gè)模型一般來(lái)說(shuō)都是多元方程組。例如：變速箱設(shè)計(jì)。必須建立整體尺寸、傳動(dòng)比、齒輪尺寸、齒

28、輪軸尺寸、傳動(dòng)功率、傳動(dòng)效率、齒輪軸的強(qiáng)度與剛度、齒輪的強(qiáng)度與剛度、齒輪的齒數(shù)、齒輪的模數(shù)、輪齒的強(qiáng)度與剛度、齒輪的結(jié)構(gòu)形式、安裝與加工、工藝性能、成本與壽命等等諸多參數(shù)的數(shù)學(xué)關(guān)系。將基本的數(shù)學(xué)關(guān)系羅列如下：a = m(Z +Z)/2 , d = mZ , i = Z /Z ,h = h m , h = (h +c )m , h = h + h , d = d + 2h , d = d 2h式中：a兩齒輪的中心距 m齒輪的模數(shù)Z齒輪的齒數(shù) d分度園直經(jīng)h齒全高 h齒頂高h(yuǎn)齒根高 K齒輪強(qiáng)度荷載系數(shù)T小齒輪傳遞的扭矩 Y齒形系數(shù)Y輪齒應(yīng)力較正系數(shù) 輪齒危險(xiǎn)截面的容許應(yīng)力齒寬系數(shù)數(shù)學(xué)建模的任務(wù)就是

29、從它們中間觀察和研究其固有的特征和內(nèi)在的規(guī)律，抓住問(wèn)題的主要矛盾，矛盾的主要方面，提出假設(shè)，經(jīng)過(guò)抽象簡(jiǎn)化，建立反映實(shí)際問(wèn)題的數(shù)量關(guān)系，簡(jiǎn)化計(jì)算，提高精度。在數(shù)學(xué)建模中，要利用深厚的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，也要?jiǎng)?chuàng)造性的建立新的、前人沒(méi)有建立的數(shù)學(xué)關(guān)系，這些關(guān)系往往是由工程技術(shù)人員而非專(zhuān)門(mén)的數(shù)學(xué)人員建立的。有限元方法就是一例。而建立數(shù)學(xué)模型的過(guò)程就是將自然語(yǔ)言的描述轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)符號(hào)描述的過(guò)程。在計(jì)算機(jī)工作原理清楚的基礎(chǔ)上，問(wèn)題會(huì)轉(zhuǎn)向?yàn)橥瓿蓹C(jī)械設(shè)計(jì)工作而編制的指令序列的編排，為此應(yīng)該回顧計(jì)算機(jī)指令的發(fā)展過(guò)程。由極少數(shù)人使用的僅用于特定計(jì)算機(jī)工作的機(jī)器指令到使用助記符的匯編語(yǔ)言，進(jìn)而演變成不依賴(lài)于機(jī)器又便于人們理解、

30、交流、轉(zhuǎn)換的高級(jí)語(yǔ)言。這種過(guò)程使得機(jī)器與人之間的交流鴻溝在逐步縮小。當(dāng)前的條件下，還需要人的思維建立軟件模型，以便轉(zhuǎn)化和填補(bǔ)語(yǔ)言鴻溝，這個(gè)工作就是c) 軟件建模機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)軟件的開(kāi)發(fā)，實(shí)際上是機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程與設(shè)計(jì)內(nèi)容的程序化。軟件建模是未能自動(dòng)化的手工工作。需要機(jī)械設(shè)計(jì)的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，需要計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，需要按照軟件工程的科學(xué)理論與技術(shù)，最終用軟件學(xué)科的語(yǔ)言符號(hào)表述機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程和內(nèi)容。，特別要強(qiáng)調(diào)的是建模是一個(gè)過(guò)程，建模的目的是為了將問(wèn)題簡(jiǎn)化。條理化、系統(tǒng)化，便于團(tuán)隊(duì)工作，提高效率，減少錯(cuò)誤等。建模的過(guò)程是通過(guò)軟件的需求分析、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)完成的。建模技術(shù)與使用的軟件

31、開(kāi)發(fā)方法有關(guān)，基于數(shù)據(jù)流的方法和基于面向?qū)ο蟮姆椒?，在需求分析、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)所關(guān)注的重點(diǎn)不同，描述的符號(hào)不同，數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)形式等都不同。2） 計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是圖形處理技術(shù)的數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)可以對(duì)圖形的各種狀態(tài)快速進(jìn)行處理，這是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的重大突破，開(kāi)拓了機(jī)械 CAD的新領(lǐng)域。想把圖形信息數(shù)字化，經(jīng)由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，以滿(mǎn)足各種圖形構(gòu)成的需要，則要涉及到許多技術(shù)問(wèn)題。主要有：用戶(hù)接口管理、二、三維圖形生成，真實(shí)感圖形顯示、圖形數(shù)據(jù)庫(kù)及其管理、圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)化等。從計(jì)算機(jī)自身特性看，這實(shí)際上是一個(gè)圖形軟件的接口問(wèn)題。它與計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備、應(yīng)用軟件、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言等均無(wú)

32、關(guān)。除此之外，還涉及到漢字處理、圖形變換、消隱、剪裁、拖動(dòng)以及智能化圖形處理技術(shù)等（模糊數(shù)學(xué)、模糊控制技術(shù)）。當(dāng)前，計(jì)算機(jī)生成圖形主要有兩種方法：一是交互式的圖形處理；生成一幅圖形后，可繼續(xù)對(duì)該圖形進(jìn)行修改、或?qū)υ搱D形進(jìn)行線(xiàn)性變換，以便從不同角度、用不同比例進(jìn)行觀察，并繪制該圖形。另一種是參數(shù)化方法；根據(jù)系列化產(chǎn)品的參數(shù)編寫(xiě)源程序，以滿(mǎn)足系列化產(chǎn)品圖形的需要。同樣，可以進(jìn)行交互式修改工作。上述兩種方法都存在著一定的問(wèn)題，交互式生成的圖形不能參數(shù)化，用參數(shù)化生成的圖形必須編寫(xiě)源程序。二者的圖形形狀信息與標(biāo)注信息的輸入工作量很大。必須設(shè)法克服目前圖形處理中存在的問(wèn)題，研究一種更好的圖形處理方法。計(jì)

33、算機(jī)圖形處理研究圖形的計(jì)算機(jī)處理原理、方法、技術(shù)，將圖形轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)的原理、方法、技術(shù)和將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形的原理、方法、技術(shù)，并將圖形在顯示設(shè)備上表達(dá)，在繪圖及上輸出等。計(jì)算機(jī)圖像處理研究圖像的數(shù)字化和計(jì)算機(jī)處理原理、方法、技術(shù)等?？偟膩?lái)說(shuō)有：幾何模型構(gòu)造技術(shù)，圖形生成技術(shù)，操作與處理方法，圖形信息的存儲(chǔ)、檢索與交換技術(shù)，人機(jī)交互與用戶(hù)接口技術(shù)，動(dòng)畫(huà)技術(shù)，圖形輸出設(shè)備與輸出技術(shù)，圖形標(biāo)準(zhǔn)與圖形軟件包的開(kāi)發(fā)技術(shù)等。3） 三維產(chǎn)品造型技術(shù)三維造型是產(chǎn)品造型的基礎(chǔ)，它涉及的問(wèn)題比較廣泛。目前通用的三維造型與幾何建模方式有：線(xiàn)框模型、表面模型、曲面模型、實(shí)體模型、特征造型等。該技術(shù)的主要目的是構(gòu)造產(chǎn)品的結(jié)

34、構(gòu)特征。難度在于計(jì)算機(jī)對(duì)模型數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與處理。用線(xiàn)框模型表示三維幾何形狀的傳統(tǒng)方法，已不能滿(mǎn)足CAD所提出的要求， 只有實(shí)體模型才能滿(mǎn)足CAD未來(lái)發(fā)展的要求，至少目前看來(lái)是這樣。計(jì)算機(jī)三維造型理論，主要研究的是如何在計(jì)算機(jī)內(nèi)用一個(gè)數(shù)學(xué)模型來(lái)描述一個(gè)三維物體。該理論的發(fā)展有兩個(gè)分支，一個(gè)分支是曲面造型，它研究在計(jì)算機(jī)內(nèi)如何描述一張曲面，如何對(duì)它的形狀進(jìn)行交互式的顯示和控制。從六十年代末的COONS 曲面到后來(lái)的BEZIER曲面、B 樣條曲面都屬于曲面造型的研究范疇。飛機(jī)、船舶、汽車(chē)等的外形設(shè)計(jì)，越來(lái)越多地趨向于使用流暢曲面，故此理論多用于它們的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。第二個(gè)分支是實(shí)體造型，它著重研究如何在計(jì)算

35、機(jī)內(nèi)定義和表示一個(gè)三維物體。利用實(shí)體模型描述三維物體，通常有兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：構(gòu)造實(shí)體幾何法、邊界表示法。構(gòu)造實(shí)體幾何法，是用交互式圖形系統(tǒng)提供的基本體素之間的布爾操作來(lái)描述一個(gè)物體。這種方法記錄的信息少，占用內(nèi)存儲(chǔ)量小。但顯示圖形時(shí)，需要進(jìn)行較多的運(yùn)算，處理速度沒(méi)有邊界表示法快，且只能產(chǎn)生某些形體。如對(duì)雕塑面的形體用它來(lái)表示，就比較困難。邊界表示法，通常把物體的邊界拆成一些有界的面，每一個(gè)面又通過(guò)它的邊界上的邊和頂點(diǎn)來(lái)表示。例如，一個(gè)四面體的表示，通常用體、面、邊和點(diǎn)建立一個(gè)有向樹(shù)。這個(gè)方法記錄的信息比較具體，因而占用較多的內(nèi)存，在顯示其圖形時(shí)，不需要較多的運(yùn)算，處理速度比較快。4） 有限元方法

36、及前后處理技術(shù)有限單元法是對(duì)復(fù)雜的連續(xù)體進(jìn)行數(shù)值分析的技術(shù)。它起源于結(jié)構(gòu)分析，快速走向連續(xù)體。由桿系結(jié)構(gòu)、梁、板、殼，到彈性體（固體、液體、氣體），還可處理流體、溫度場(chǎng)、電磁場(chǎng)及其它們的組合，尤其適應(yīng)復(fù)雜形狀下的工程問(wèn)題。詳細(xì)了解有限單元法，可閱讀有關(guān)的書(shū)籍資料。這里僅討論有限單元法的基本分析過(guò)程及其前、后處理，以使讀者能把幾何造型、受力分析的有限單元法有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，以便在機(jī)械CAD中有所作為。有限單元法的前后處理問(wèn)題，一直是個(gè)非常吸引人的研究課題。不規(guī)則形體自動(dòng)生成有限元網(wǎng)格，仍屬世界難題。有限元網(wǎng)格取決于物體的形狀、受力位置和受力特性，它給計(jì)算機(jī)內(nèi)部自動(dòng)處理帶來(lái)諸多不便。國(guó)內(nèi)外有限元前后

37、處理的方法，主要有：在圖形處理軟件中，把有限元的前后處理作為表面造型、實(shí)體造型的應(yīng)用層，即把幾何模型的線(xiàn)框幾何數(shù)據(jù)和體素的拓?fù)潢P(guān)系等數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，切分成有限元所需的網(wǎng)格，然后輸入有限元分析所需要的其它數(shù)據(jù)，生成不同有限元程序可識(shí)別的數(shù)據(jù)網(wǎng)格文件。其二是單獨(dú)為某一現(xiàn)有的有限元程序做前后處理，并把有限元前后處理與有限元分析程序集成為一套完整的有限元分析系統(tǒng)，并同時(shí)具有批處理和圖形編輯功能，即可在通用計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，又可在CAD工作站上運(yùn)行。在網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行已經(jīng)成為可能。有限元分析的前處理就是要方便靈活地為其它模塊提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)，即可以形成任意二、三維有限元網(wǎng)格圖形，生成結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)、單元信息、材料特性及荷載

38、數(shù)據(jù)，并能引進(jìn)邊界約束條件，自動(dòng)計(jì)算出物體的質(zhì)量和重心。有限元的后處理，主要是檢查輸入數(shù)據(jù)的正確性、顯示部分控制數(shù)據(jù)結(jié)果、繪制計(jì)算結(jié)果圖形并將最終數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式，傳遞給自動(dòng)繪圖軟件。5） 數(shù)據(jù)交換與產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)數(shù)據(jù)就是記載信息的各種物理符號(hào)，信息是向人們提供關(guān)于現(xiàn)實(shí)世界新的事實(shí)的知識(shí)。進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與交換時(shí)，首先應(yīng)將現(xiàn)實(shí)世界轉(zhuǎn)換為信息世界，再轉(zhuǎn)換為機(jī)器世界。信息世界的主要對(duì)象是實(shí)體，即任何一個(gè)為人們所關(guān)心的“事物”。實(shí)體由若干屬性值組成，屬性是事物的某一方面的特征。機(jī)器世界的對(duì)象是數(shù)據(jù)，相應(yīng)于每一實(shí)體的數(shù)據(jù)為記錄。隨著CAD技術(shù)在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用，人們需要將各自的數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部、網(wǎng)絡(luò)之間、計(jì)

39、算機(jī)外部、傳遞交換。為了統(tǒng)一各系統(tǒng)在機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)表示格式，使不同的系統(tǒng)之間、不同的模塊之間的數(shù)據(jù)交換順利進(jìn)行，必須建立CAD系統(tǒng)軟件都應(yīng)遵守的數(shù)據(jù)交換規(guī)范。基本圖形交換規(guī)范IGES，是目前應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)。它由美國(guó)IGES委員會(huì)研制開(kāi)發(fā)。它不僅包括描述產(chǎn)品數(shù)據(jù)的實(shí)體，還規(guī)定了用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈募袷?。IGES的作用是在不同的CAD/CAM系統(tǒng)之間交換數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)要從系統(tǒng)A傳到系統(tǒng)B， 必須由系統(tǒng)A中的IGES前處理器把這些傳送的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換成IGES格式,而IGES的實(shí)體數(shù)據(jù),再由系統(tǒng)B中的IGES后處理器把IGES轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)格式。反之，相同的交換過(guò)程發(fā)生。隨著CAD/CAM 系統(tǒng)的不斷發(fā)

40、展， 依然要求接口的通用性和兼容性。 特別要實(shí)現(xiàn)CAD/CAM的集成化，必須有可靠的數(shù)據(jù)交換技術(shù)作支持。信息的數(shù)據(jù)化是進(jìn)行CAD/CAM集成必須完成的一項(xiàng)重要內(nèi)容，系統(tǒng)接口的標(biāo)準(zhǔn)化是解決CAD/CAM系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換的根本方法。（目前只能如此）。隨著CAD技術(shù)在機(jī)械、土建工程、大規(guī)模集成電路等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，工程和機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)管理也逐步由數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)代替原來(lái)的文件管理系統(tǒng)。在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中如何設(shè)計(jì)工程數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，如何使用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，已成為當(dāng)前CAD技術(shù)領(lǐng)域中的一個(gè)亟待解決的核心問(wèn)題。CAD/CAM 系統(tǒng)中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)的發(fā)展方向是：建立工程數(shù)據(jù)模型，具有動(dòng)態(tài)模式修改的版本管理技術(shù)

41、，工程數(shù)據(jù)庫(kù)與應(yīng)用程序的聯(lián)接，用戶(hù)接口技術(shù)，建立多介質(zhì)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，以工程數(shù)據(jù)庫(kù)為核心的信息傳遞標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)，工程數(shù)據(jù)庫(kù)的可擴(kuò)充性、開(kāi)放性、標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題等。機(jī)械產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)系統(tǒng)所涉及到的數(shù)據(jù)可以用產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（PDM）來(lái)支持。當(dāng)前的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，大多是為了處理商用事務(wù)數(shù)據(jù)發(fā)展起來(lái)的，如，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù) DBASE,FOXBASE等。對(duì)于數(shù)據(jù)處理量大、形式多樣、結(jié)構(gòu)繁瑣、關(guān)系復(fù)雜、活動(dòng)規(guī)律性差、動(dòng)態(tài)特性強(qiáng)的CAD/CAM系統(tǒng)中的工程數(shù)據(jù)，則不能滿(mǎn)足要求。工程數(shù)據(jù)與商用數(shù)據(jù)的特點(diǎn)簡(jiǎn)單比較如下：序號(hào)商 用 數(shù) 據(jù)工 程 應(yīng) 用 數(shù) 據(jù)123456789記錄類(lèi)型少各種類(lèi)型的數(shù)據(jù)量大關(guān)系簡(jiǎn)單靜態(tài)數(shù)據(jù)模式

42、隨機(jī)存取的數(shù)據(jù)量少整體查詢(xún)多主要是系統(tǒng)存取產(chǎn)生的報(bào)表多簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)類(lèi)型記錄類(lèi)型多各種類(lèi)型的數(shù)據(jù)量不太大關(guān)系復(fù)雜動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)模式隨機(jī)存取的數(shù)據(jù)量大局部查詢(xún)多主要是過(guò)程存取產(chǎn)生的報(bào)表少數(shù)據(jù)類(lèi)型復(fù)雜 二者的管理系統(tǒng)比較如下：內(nèi)容商 用 庫(kù) 管 理 系 統(tǒng)工 程 庫(kù) 管 理 系 統(tǒng)管理對(duì)象現(xiàn)實(shí)世界是靜態(tài)的，實(shí)體和實(shí)體之間的關(guān)系比較清楚，能夠預(yù)先被完整地描述出來(lái)，并經(jīng)常被初始裝入數(shù)據(jù)庫(kù)中。對(duì)設(shè)計(jì)環(huán)境，包括一些設(shè)計(jì)規(guī)則、方法、標(biāo)準(zhǔn)元素等，相對(duì)是靜止的；設(shè)計(jì)對(duì)象數(shù)據(jù)，從初始的一個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)開(kāi)始，隨著設(shè)計(jì)過(guò)程的展開(kāi)，經(jīng)過(guò)修改、構(gòu)造、動(dòng)態(tài)地形成最終的設(shè)計(jì)結(jié)果，兩類(lèi)數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行管理。模式性質(zhì)信息可以預(yù)先描述，整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的模

43、式結(jié)構(gòu)基本上不變，或變化極少，且模式可編譯。CAD 本身是不斷進(jìn)行構(gòu)造的過(guò)程，在此過(guò)程中信息也隨之不斷變化，所以，庫(kù)模式也必須具有動(dòng)態(tài)構(gòu)造的性質(zhì)，直到設(shè)計(jì)結(jié)束，數(shù)據(jù)庫(kù)的模式構(gòu)造才算完成。數(shù)據(jù)性質(zhì)數(shù)據(jù)用字符和數(shù)表示，實(shí)體間的關(guān)系類(lèi)型較少，管理的數(shù)據(jù)量大，但比較穩(wěn)定。除字符和數(shù)之外，還有大量的文本和圖形數(shù)據(jù)，由此造成設(shè)計(jì)過(guò)程中實(shí)體間的關(guān)系是復(fù)雜多樣的，并呈現(xiàn)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，庫(kù)中的信息開(kāi)始只有一個(gè)較小的內(nèi)核，隨著設(shè)計(jì)過(guò)程的深入，庫(kù)中信息迅速增長(zhǎng)，庫(kù)中數(shù)據(jù)隨機(jī)調(diào)用。數(shù)據(jù)庫(kù)的變化數(shù)據(jù)庫(kù)的修改主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)值的多變上，結(jié)構(gòu)上的變化是緩慢的，用戶(hù)只改變數(shù)值，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)必須由數(shù)據(jù)庫(kù)管理員改動(dòng)。庫(kù)中的數(shù)值和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)經(jīng)常

44、發(fā)生變動(dòng)，設(shè)計(jì)者作為工程數(shù)據(jù)庫(kù)的全權(quán)使用者，必須允許其在數(shù)值和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上都可以隨時(shí)變動(dòng)。數(shù)據(jù)庫(kù)的性能必須具有并發(fā)性，一致性和安全性，許多用戶(hù)可以同時(shí)使用數(shù)據(jù)庫(kù)，為避免使用沖突，對(duì)數(shù)據(jù)要采取加鎖措施，規(guī)定用戶(hù)權(quán)限，保證數(shù)據(jù)的安全性，把驗(yàn)證規(guī)程附加盾性，使數(shù)據(jù)的一致性得到完全保證?；臼窃诙嘤脩?hù)方式下工作，對(duì)于響應(yīng)速度的要求和數(shù)據(jù)不斷變化的特點(diǎn)，加鎖方法已不適應(yīng)，必須研究新的結(jié)構(gòu)和方法，數(shù)據(jù)安全性的重要性相對(duì)減弱，但要嚴(yán)格防止數(shù)據(jù)錯(cuò)誤存取，設(shè)計(jì)過(guò)程的特殊性允許數(shù)據(jù)的暫時(shí)不一致性，而且這種現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，并要求數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)空間盡量少。用戶(hù)的要求在用戶(hù)指定的選擇范圍的基礎(chǔ)上，主要的設(shè)計(jì)是檢索，計(jì)算的復(fù)雜性

45、較小，在用戶(hù)的操作過(guò)程中，可以使用數(shù)據(jù)操作語(yǔ)言和交互兩種方式，但對(duì)交互的要求并不強(qiáng)烈，數(shù)據(jù)結(jié)果是用戶(hù)的關(guān)心重點(diǎn)。在工程應(yīng)用中，經(jīng)常需要很長(zhǎng)時(shí)間的計(jì)算才能獲得最終的設(shè)計(jì)結(jié)果，而且一個(gè)設(shè)計(jì)結(jié)果往往是一種反復(fù)試探、前后比較的過(guò)程，設(shè)計(jì)者的操作主要是一種適時(shí)性的交互處理，對(duì)響應(yīng)速度和用戶(hù)接口要求比較高，尤其是不同程序之間的數(shù)據(jù)軟件接口，直接影響數(shù)據(jù)庫(kù)的工作效率和正確性。6） 人與計(jì)算機(jī)的關(guān)系人與計(jì)算機(jī)的關(guān)系有以下幾個(gè)問(wèn)題，1.人在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中的地位與作用，2.人的工作范圍與工作方式，3.人與計(jì)算機(jī)的對(duì)話(huà)交互關(guān)系等。這些問(wèn)題貫穿著一個(gè)基本思想，人與計(jì)算機(jī)應(yīng)該充分發(fā)揮各自的特長(zhǎng)，人的工作特長(zhǎng)是對(duì)復(fù)雜的

46、、籠統(tǒng)抽象的問(wèn)題進(jìn)行思維、判斷、決策，計(jì)算機(jī)是按照人的指令對(duì)簡(jiǎn)單的、復(fù)雜而具體的問(wèn)題順序的進(jìn)行計(jì)算、判斷、決策等。人與計(jì)算機(jī)的關(guān)系最主要的是交互關(guān)系。a） 人在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中的地位與作用人類(lèi)處理信息的能力受到人類(lèi)本身能力的限制。信息的接收和應(yīng)答是通過(guò)大量的輸入輸出通道完成的，這些通道主要有：可視化通道，聲音通道，觸覺(jué)通道，運(yùn)動(dòng)通道等。接收到的信息必須進(jìn)行信息的存儲(chǔ)，以便積累和處理。信息存儲(chǔ)主要有：感官記憶，短期記憶，長(zhǎng)期記憶等。信息的處理和應(yīng)用方式主要通過(guò)推理、問(wèn)題的解決，技術(shù)的獲得，錯(cuò)誤的判別等進(jìn)行。人是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的中心。任何計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都是用來(lái)幫助人們解決問(wèn)題的。因此，計(jì)算機(jī)用戶(hù)的需求是優(yōu)先考慮的問(wèn)題。在認(rèn)知心理學(xué)領(lǐng)域，這方面的知識(shí)看似與人機(jī)交互關(guān)系密切。為某人設(shè)計(jì)一些東西，必須懂得這個(gè)人的能力和他的一些局限性。必須知道這個(gè)人可能要碰到的一些困難，甚至他根本沒(méi)有辦法解決的一些問(wèn)題。這將有利于找到容易的方法去幫助他們克服困難。與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相關(guān)的認(rèn)知心理學(xué)方面的知識(shí)涉及，人們?cè)趺礃痈兄麄冎車(chē)氖澜?，他們?cè)趺礃觾?chǔ)存和處理信息，他們?cè)趺礃咏鉀Q問(wèn)題以及他們?cè)趺礃觼?lái)操作實(shí)際的物體等。對(duì)于人來(lái)說(shuō)，分析智能信息處理，以及問(wèn)題的解決，知識(shí)的學(xué)習(xí)和錯(cuò)誤的出現(xiàn)。這模型是現(xiàn)實(shí)世界的簡(jiǎn)化，因?yàn)橛洃浟吞幚磉^(guò)程貫穿于所有的階段樣。人不像計(jì)算機(jī)，他要受到外部許多因素的影響，譬如：社會(huì)環(huán)境、組織