華中科技大學大學CAD技術(shù)及應用第一部分CAD概論

1、先先修修課課程程計算機圖形學計算機語言計算方法數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)CAD技術(shù)及應用技術(shù)及應用概論圖形學基礎(chǔ)曲線曲面基礎(chǔ)CAD關(guān)鍵技術(shù)介紹課課程程安安排排題外話 1）本科生與研究生的區(qū)別）本科生與研究生的區(qū)別本科生：傳授知識為主，培養(yǎng)自學能力、動手能力研究生：自學知識為主，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、 解決問題能力 2）如何提高分析問題的能力）如何提高分析問題的能力（瓶頸問題1）廣閱讀：擴大知識面（廣度）勤思考：多問為什么，刨根問底深鉆研：感興趣方向重點鉆研（深度）常交流：納人所長、同時也提高表達能力多總結(jié)：有系統(tǒng)、有邏輯地抽象、凝練 例如：漢字輸入方法研究 3）如何提高論文寫作能力）如何提高論文寫作能力（瓶頸

2、問題2）讀范文：學習寫作手法（科技文章套路相似）勤動手：多寫多練，精雕細啄 （切忌一稿多投）持之以恒，終有收獲；只有付出，才有回報；機遇偏愛有準備的人。 4）學習）學習CAD的幾個要點的幾個要點1）熟練掌握編程語言（目前許多方面研究都需編程來實現(xiàn)自己的想法），這是獨立從事CAD相關(guān)研究的基礎(chǔ)；2）對CAD系統(tǒng)中的每一個重要功能的實現(xiàn)原理及算法多思考，提高分析問題能力；3）對CAD系統(tǒng)的整體系統(tǒng)架構(gòu)要了解，這對提高獨立開發(fā)軟件系統(tǒng)能力的提高大有幫助；4）CAD軟件開發(fā)考慮算法時，一定要優(yōu)先考慮用戶的使用需求，牢固樹立“用戶至上”的觀念。5）開發(fā)CAD軟件系統(tǒng)（其它軟件也類似）時依次考慮：功能的可

3、行性（技術(shù)、成本）、統(tǒng)一的表達模型（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）、系統(tǒng)架構(gòu)（模塊、數(shù)據(jù)流）、交互與顯示、實現(xiàn)算法、輸入輸出接口。6）CAD軟件評估：功能、成本、效率，可靠性、維護性、開放性，生命周期（軟件的壽命、企業(yè)業(yè)務的壽命）本課程目的CAD的共性基礎(chǔ)技術(shù)：的共性基礎(chǔ)技術(shù)： 1）設計對象（產(chǎn)品）的表達及顯示原理（圖形學內(nèi)容） 2）二維CAD系統(tǒng)的基本原理 3）三維CAD系統(tǒng)的基本原理 4）CAD系統(tǒng)部分關(guān)鍵技術(shù)CAD課程學習要求本科生 了解CAD基本原理 學會一種CAD軟件 為今后專業(yè)化二次開發(fā)奠定基礎(chǔ)碩士生 了解CAD原理 了解CAD部分關(guān)鍵技術(shù) 能進行部分算法研究及二次開發(fā)博士生 掌握CAD原理 了解系統(tǒng)

4、體系架構(gòu) 核心算法研究學習方法：善于提出問題，簡單辦法CAD系統(tǒng)中每項菜單如何實現(xiàn)的？參考書目參考書目 計算機輔助設計技術(shù)與應用，殷國富，科學出版社 計算機圖形學，孫家廣，第三版 自由曲線曲面造型技術(shù) ，朱心雄 計算機輔助與非均勻有理B樣條，施發(fā)中 CAD/CAM/CAE系統(tǒng)原理，Kunwoo LeeCAXCAX論壇論壇http:/ CAD發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢6CAD系統(tǒng)選型原則系統(tǒng)選型原則7. 典型系統(tǒng)介紹典型系統(tǒng)介紹8CAD設計應用實例設計應用實例我國制造業(yè)信息化工程我國制造業(yè)信息化工程9. CAD中心簡介中心簡介本本講講內(nèi)內(nèi)容容1、CAD技術(shù)概述 計算機輔助設計（計算機輔助設計（CAD）是指

5、產(chǎn)品設計技術(shù)人員在是指產(chǎn)品設計技術(shù)人員在計算機系統(tǒng)的支持下，根據(jù)產(chǎn)品設計流程進行設計計算機系統(tǒng)的支持下，根據(jù)產(chǎn)品設計流程進行設計的一項技術(shù)。的一項技術(shù)。用途不同，用途不同，CAD系統(tǒng)的配置與組織不同，這才能有系統(tǒng)的配置與組織不同，這才能有效地用于某類工程或產(chǎn)品的設計的全過程，即包括效地用于某類工程或產(chǎn)品的設計的全過程，即包括方案設計、總體設計與零件設計以及裝配設計等。方案設計、總體設計與零件設計以及裝配設計等。CAD含義的衍生：含義的衍生：CAD技術(shù)不斷發(fā)展，不同領(lǐng)域技術(shù)不斷發(fā)展，不同領(lǐng)域?qū)AD技術(shù)的應用程度不同，對技術(shù)的應用程度不同，對CAD技術(shù)的含義的技術(shù)的含義的理解也略有差異理解也略

6、有差異 drawing design develepmentCG：研究物體幾何對象的計算機圖形信息的表達、輸入、存儲、顯示、輸出、檢索及運算等。以顯示效果為目標，側(cè)重研究共性的顯示技術(shù)，工程設計背景考慮不是重點。如：科學數(shù)據(jù)可視化，物體（或場景）的渲染顯示效果 。大致有以下內(nèi)容：1）圖形的輸入方法2）圖形的內(nèi)部表達及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3）產(chǎn)生圖形的算法4）圖形的變換及運算6）圖形描述語言7）圖形軟件的標準化CG 與 CAD 的異同 CAD：研究某一設計對象的計算機表達、顯示，設計計算與分析，更側(cè)重專業(yè)對象的設計應用工具的強大與使用的方便（CG是其圖形顯示基礎(chǔ)）。 如：通用二維CAD、三維CAD工具，機械

7、設計工具（飛機、汽車設計工具）等。主要研究內(nèi)容： CAD圖形交互處理技術(shù)圖形交互處理技術(shù) 工程設計對象的表達技術(shù)工程設計對象的表達技術(shù) 工程計算與分析技術(shù)工程計算與分析技術(shù) 數(shù)據(jù)交換與集成共享技術(shù)數(shù)據(jù)交換與集成共享技術(shù) 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理與過程管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理與過程管理CAD作用 可重用性好，效率高（對拷貝進行簡單修改） 信息、知識及資源共享（通過網(wǎng)絡） 支持協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)（通過網(wǎng)絡），多學科專家協(xié)作 3D設計更直觀，能直接進行產(chǎn)品性能分析與優(yōu)化，有利提高產(chǎn)品質(zhì)量 提供復雜計算，計算精度高，減輕設計強度 有利于產(chǎn)品全生命周期的信息集成u 過去生產(chǎn)一個大規(guī)模集成電路芯片，要花兩年時間，用CAD只要兩周即

8、可完成；u 美國道格拉斯公司生產(chǎn)F15戰(zhàn)斗機，用CAD技術(shù)試制第一架飛機便解決了發(fā)動機氣道和機艙密封等關(guān)鍵問題；u 英國的三叉戟飛機比美國的波音747飛機早開工，卻晚一年完成，其原因就是美國的747采用了CAD技術(shù)；u 美國GM公司汽車設計中應用CAD技術(shù)，使新型汽車的設計周期由5年縮短為3年，新產(chǎn)品的可信度由20提高到60；u 以前波音公司的飛機維修手冊最在一起有3米多厚，而現(xiàn)在一張光盤上可儲存l000多張圖樣信息。 CAD技術(shù)帶來的經(jīng)濟效益明顯 ,CAD技術(shù)的發(fā)展與應用水平已成為衡量一個國家的科學技術(shù)現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化的重要標志之一 1CAD技術(shù)概述技術(shù)概述2CAD的發(fā)展歷程的發(fā)展歷程3C

9、AD系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成4CAD標準介紹標準介紹5. CAD發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢6CAD系統(tǒng)選型原則系統(tǒng)選型原則7. 典型系統(tǒng)介紹典型系統(tǒng)介紹8CAD設計應用實例設計應用實例我國制造業(yè)信息化工程我國制造業(yè)信息化工程9. CAD中心簡介中心簡介2、CAD的發(fā)展歷程1）計算機、計算機圖形學和圖形顯示技術(shù)是）計算機、計算機圖形學和圖形顯示技術(shù)是CAD技術(shù)的重技術(shù)的重要基礎(chǔ)之一。要基礎(chǔ)之一。（任何技術(shù)發(fā)展都離不開市場需求，沒有需求，研究將任何技術(shù)發(fā)展都離不開市場需求，沒有需求，研究將缺乏土壤，缺乏應用支撐背景，成果不能產(chǎn)業(yè)化）缺乏土壤，缺乏應用支撐背景，成果不能產(chǎn)業(yè)化）2）40年代計算機問世，直至年代計算機問

10、世，直至50年代中期，計算機尚不普遍，年代中期，計算機尚不普遍，而且主要計算。而且主要計算。3）50年代末期，麻省理工圖形顯示器誕生。年代末期，麻省理工圖形顯示器誕生。 （被動顯示，缺乏人機交互設計）（被動顯示，缺乏人機交互設計）4）1963年，麻省理工年，麻省理工Sutherland光筆在圖形顯示器上實現(xiàn)光筆在圖形顯示器上實現(xiàn)選擇、定位等交互功能被公認為對交互圖形生成和顯示技選擇、定位等交互功能被公認為對交互圖形生成和顯示技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。（術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。（CAD技術(shù)的創(chuàng)始）技術(shù)的創(chuàng)始）5）60年代中期后，美國的一些大公司都十分重視這一技術(shù)，年代中期后，美國的一些大公司都十分重視這

11、一技術(shù)，并投入資金對并投入資金對CAD技術(shù)進行研究和開發(fā)，研制了一些技術(shù)進行研究和開發(fā)，研制了一些CAD系統(tǒng)。如洛克希德公司研制的主要用于二維繪圖系統(tǒng)。如洛克希德公司研制的主要用于二維繪圖CADAM系系統(tǒng)。（最早的商業(yè)系統(tǒng)，僅二維繪圖）。統(tǒng)。（最早的商業(yè)系統(tǒng)，僅二維繪圖）。6）從）從60年代末期至年代末期至70年代中期，年代中期，CAD/CAM技術(shù)的發(fā)技術(shù)的發(fā)展較快，已有商品化的硬件和軟件，以小型和超級小型展較快，已有商品化的硬件和軟件，以小型和超級小型計算機為主。計算機為主。7）70年代末以后，年代末以后，32位工作站和微型計算機的出現(xiàn)對位工作站和微型計算機的出現(xiàn)對CAD技術(shù)的發(fā)展起了極大的

12、推動作用，技術(shù)的發(fā)展起了極大的推動作用，32位工作站之間位工作站之間可以聯(lián)網(wǎng)，共享系統(tǒng)內(nèi)資源?？梢月?lián)網(wǎng)，共享系統(tǒng)內(nèi)資源。8）80年代中期后，這種以工作站為基礎(chǔ)的年代中期后，這種以工作站為基礎(chǔ)的CAD系統(tǒng)發(fā)系統(tǒng)發(fā)展很快，其功能達到甚至超過小型機展很快，其功能達到甚至超過小型機CAD系統(tǒng)。系統(tǒng)。9）90年代后，由于微型計算機的性能和價格比的提高，年代后，由于微型計算機的性能和價格比的提高，目前以目前以PC為主機的為主機的CAD系統(tǒng)不斷增加，由于微機及系統(tǒng)不斷增加，由于微機及WINDOWS系統(tǒng)的發(fā)展，系統(tǒng)的發(fā)展，CAD迅速普及。迅速普及。10）現(xiàn)在的）現(xiàn)在的CAD技術(shù)和系統(tǒng)，完全普及，個人化，家技術(shù)

13、和系統(tǒng)，完全普及，個人化，家庭化，具有良好的開放性。庭化，具有良好的開放性。60年代：二維、三維線框造型；年代：二維、三維線框造型；70年代：自由曲面造型；年代：自由曲面造型；80年代中期：實體造型；年代中期：實體造型；80年代后期：參數(shù)化造型；年代后期：參數(shù)化造型；90年代初期：特征造型；年代初期：特征造型；90年代后期：知識驅(qū)動、協(xié)同年代后期：知識驅(qū)動、協(xié)同CAD；當今：專業(yè)化細分當今：專業(yè)化細分CAD的發(fā)展里程碑CUSTOMERTOOLSCAETOOLSCOSTMODELINGPRODUCI-BILITYKBEDESIGNDRIVERSLIBRARYDRMB2BWEBSERVERWORK

14、FLOW3rd PartyCommercialDRMCADTOOLSDATAEXCHANGEADDITIONALCOMPONENTS.ADDITIONALEXTENSIONS.3rd PartyCommercialPDM3rd PartyCommercialDatabasesCUSTOMERTOOLSCAETOOLSCOSTMODELINGPRODUCI-BILITYKBEDESIGNDRIVERSLIBRARYDRMB2BWEBSERVERWORKFLOW3rd PartyCommercialDRMCADTOOLSDATAEXCHANGEADDITIONALCOMPONENTS.ADDITI

15、ONALEXTENSIONS.3rd PartyCommercialPDM3rd PartyCommercialDatabasesCUSTOMERTOOLSCAETOOLSCOSTMODELINGPRODUCI-BILITYKBEDESIGNDRIVERSLIBRARYDRMB2BWEBSERVERWORKFLOW3rd PartyCommercialDRMCADTOOLSDATAEXCHANGEADDITIONALCOMPONENTS.ADDITIONALEXTENSIONS.3rd PartyCommercialPDM3rd PartyCommercialDatabases70年代，以二維

16、繪圖為基礎(chǔ)的CAD設計技術(shù)80年代后期，以三維參數(shù)化特征造型為基礎(chǔ)的3D數(shù)字化產(chǎn)品建模90年代中期，以多體動力學、多領(lǐng)域建模仿真、多學科協(xié)同優(yōu)化為理論基礎(chǔ)的數(shù)字樣機技術(shù)90年代后期，以PLM為平臺基礎(chǔ)的多學科、多團隊、跨地域的協(xié)同設計與仿真技術(shù)Realistic Simulation基于真實仿真的產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)（2010年以后）1CAD技術(shù)概述技術(shù)概述2CAD的發(fā)展歷程的發(fā)展歷程3CAD系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成4CAD標準介紹標準介紹5. CAD發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢6CAD系統(tǒng)選型原則系統(tǒng)選型原則7. 典型系統(tǒng)介紹典型系統(tǒng)介紹8CAD設計應用實例設計應用實例我國制造業(yè)信息化工程我國制造業(yè)信息化工程9. CA

17、D中心簡介中心簡介3 3CADCAD系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成硬件組成：硬件組成：計算機系統(tǒng)、常用外設、輸入設備、計算機系統(tǒng)、常用外設、輸入設備、 輸出設備，其中：輸出設備，其中： 計算機系統(tǒng)：計算機主機；計算機系統(tǒng)：計算機主機； 外圍設備：存儲設備，網(wǎng)絡設備；外圍設備：存儲設備，網(wǎng)絡設備； 圖形輸入：鍵盤、鼠標、光筆、數(shù)字化儀、圖形輸入：鍵盤、鼠標、光筆、數(shù)字化儀、 掃描儀、虛擬現(xiàn)實輸入設備等；掃描儀、虛擬現(xiàn)實輸入設備等； 輸出設備：顯示器、繪圖機、打印機、輸出設備：顯示器、繪圖機、打印機、 虛擬現(xiàn)實輸出設備虛擬現(xiàn)實輸出設備主機 外存儲器 圖形輸入設備 繪圖輸出設備 圖形顯示設備 軟件組成：軟件組

18、成：CADCAD軟件系統(tǒng)的發(fā)展軟件系統(tǒng)的發(fā)展 lCAD系統(tǒng)作為計算機應用系統(tǒng)的一個重要分支，經(jīng)歷了三個發(fā)展階段： l集中式系統(tǒng)：一臺主機控制多臺終端（早期模式，80年代中期，微機沒普及）；l分離式系統(tǒng)：一臺主機一套系統(tǒng)，毫無關(guān)系，工作站與微機的發(fā)展；l分布式系統(tǒng)：網(wǎng)絡時代的產(chǎn)物，C/S或B/S結(jié)構(gòu)，支持異地、異構(gòu)（采用工作站和微機網(wǎng)絡系統(tǒng)） CAD系統(tǒng)層次架構(gòu)思考思考 l你使用過哪些CAD系統(tǒng)？l該系統(tǒng)有哪些應用模塊？l這些應用模塊之間的關(guān)系如何？l這些應用模塊的后臺支撐工具是什么？系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件支撐軟件支撐軟件應用軟件應用軟件CAD系統(tǒng)層次架構(gòu)系統(tǒng)軟件：系統(tǒng)軟件： 操作系統(tǒng)（操作系統(tǒng)（Wi

19、ndows、Unix）、基礎(chǔ)圖形平臺）、基礎(chǔ)圖形平臺（OpenGL、Direct X）、基礎(chǔ)類庫（）、基礎(chǔ)類庫（MathLIB、MFC）、圖形接口及接口標準等；）、圖形接口及接口標準等；支撐軟件：支撐軟件： 集成化集成化CAD/CAM/CAE軟件、數(shù)據(jù)庫管理系軟件、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（統(tǒng)（DBMS）、產(chǎn)品全生命周期管理軟件、網(wǎng)絡服）、產(chǎn)品全生命周期管理軟件、網(wǎng)絡服務軟件；務軟件；應用軟件應用軟件 按專業(yè)、行業(yè)開發(fā)的應用軟件按專業(yè)、行業(yè)開發(fā)的應用軟件1CAD技術(shù)概述技術(shù)概述2CAD的發(fā)展歷程的發(fā)展歷程3CAD系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成4CAD標準介紹標準介紹5. CAD發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢6CAD系統(tǒng)選型原則系統(tǒng)

20、選型原則7. 典型系統(tǒng)介紹典型系統(tǒng)介紹8CAD設計應用實例設計應用實例我國制造業(yè)信息化工程我國制造業(yè)信息化工程9. CAD中心簡介中心簡介4 4、 CADCAD標準標準思考思考 為什么需要標準？ 需要哪些標準？ 輸入輸出設備的接口 與操作系統(tǒng)的接口 CAD系統(tǒng)間的交換 系統(tǒng)集成接口？ 為什么國際上對標準非常重視（電訊行業(yè)更甚）？ 你能設想CAD（圖形）與手機、信息家電的關(guān)系嗎？拓展：拓展：圖形接口標準圖形接口標準IGESSTEP圖形接口標準圖形接口標準 向高級語言提供相應的接口程序(函數(shù)庫)，以實現(xiàn)圖形向設備的輸出 依賴于所用的操作系統(tǒng)的圖形接口 Borland C+的DOS版提供BGI接口

21、Windows的GUI提供與設備無關(guān)的繪圖函數(shù) UNIX操作系統(tǒng)由具有統(tǒng)一接口的Xlib庫 統(tǒng)一不同硬件環(huán)境和操作系統(tǒng)平臺下的接口 GKS、PHIGS、GL/OpenGL、DirectXCAD數(shù)據(jù)交換標準 為了滿足不同CAx應用系統(tǒng)之間對工程產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型的交換、共享需要，制訂了圖形(產(chǎn)品)信息交換標準 DXF: Data Exchange Format（AutoCAD） IGES: Initial Graphics Exchange Specification STEP: Standard for the Exchange of Product model Data 在不同的CAD/CAM系統(tǒng)

22、之間進行交換數(shù)據(jù) 過去常采用的方法是把一個系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)文件翻譯成另一個CAD/CAM系統(tǒng)能識別的數(shù)據(jù)文件 多個CAD/CAM系統(tǒng)就需要多個翻譯器基本圖形轉(zhuǎn)換規(guī)范IGES： 如數(shù)據(jù)要從系統(tǒng)A傳遞到系統(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)換為IGES格式，再由系統(tǒng)B中的IGES后處理器把其從IGES格式轉(zhuǎn)換為該系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)格式，反之亦然 IGES 1982年成為ANSI標準，目前雖然不是ISO標準，實際上已是工業(yè)標準 數(shù)據(jù)格式相對簡單 不能精確地完整轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，其原因是在不同的CAD/CAM系統(tǒng)之間許多概念不一樣，使得某些定義數(shù)據(jù)或信息會丟失 在轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的過程中可能會產(chǎn)生錯

23、誤，且很難確定，常要人工去處理IGES文件 產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量太大事實標準事實標準 國際標準化組織ISO制定產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換標準STEP 克服IGES存在的問題，擴大轉(zhuǎn)換CAD/CAM系統(tǒng)中幾何、拓撲數(shù)據(jù)的范圍 產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型覆蓋產(chǎn)品整個生命周期，全面定義了產(chǎn)品所以得數(shù)據(jù)單元，包括設計、分析、制造、測試、檢驗零部件或機構(gòu)所需的幾何、拓撲、公差、關(guān)系、屬性和性能等數(shù)據(jù) 針對不同的領(lǐng)域制定了相應的應用協(xié)議 ，覆蓋的領(lǐng)域包括二維工程圖、一般機械設計和工藝、造船、建筑、汽車制造 。STEP標準標準 AutoCAD、UG、CATIA1CAD技術(shù)概述技術(shù)概述2CAD的發(fā)展歷程的發(fā)展歷程3CAD系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成4C

24、AD標準介紹標準介紹5. CAD發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢6CAD系統(tǒng)選型原則系統(tǒng)選型原則7. 典型系統(tǒng)介紹典型系統(tǒng)介紹8CAD設計應用實例設計應用實例我國制造業(yè)信息化工程我國制造業(yè)信息化工程9. CAD中心簡介中心簡介 集成化 網(wǎng)絡化 智能化 標準化 專業(yè)化（工具化）5. CAD5. CAD發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢集成化思考1、集成什么內(nèi)容？ 數(shù)據(jù)、過程、資源、知識、系統(tǒng)2、怎樣集成？ 接口轉(zhuǎn)換、集成平臺框架、統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫 一個企業(yè)存在著許多不同時期、不同人員開發(fā)的互相缺乏聯(lián)系的獨立應用軟件(或模塊)，這些獨立的軟件互相封閉、各自獨立運行。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和應用水平的提高，用戶使用要求的不斷擴大與深入，這些

25、不同功能的、孤立的系統(tǒng)遠不能滿足實際工程的需要，表現(xiàn)在： 1）功能各異、孤立存在的話系統(tǒng)封閉運行，難于取得及時、正確的綜合信息； 2）各孤立系統(tǒng)(或模塊)自成一體，數(shù)據(jù)重復和冗余浪費計算機資源； 3）各孤立系統(tǒng)(或模塊)相互需要取用的信息，只能通過各自的輸入輸出接口進行轉(zhuǎn)換，易造成信息丟失； 4）各孤立系統(tǒng)之間不能直接通過工程數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡實現(xiàn)信息和資源共享； 5）各孤立系統(tǒng)自行開發(fā)，低水平重復，人力資源浪費。集成化的意義集成化的含義：二種定義 1）多種軟件的數(shù)據(jù)共享、重用，減少數(shù)據(jù)冗余和重復勞動 如產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)（BOM），在設計、工藝、采購、制 造、銷售及維護階段的集成共享。 2）多種軟件系統(tǒng)

26、在一個統(tǒng)一框架下運行，操作更方便 如在統(tǒng)一環(huán)境下（PDM）集成CAD、CAPP、CAE等軟件 系統(tǒng)工具，這些軟件之間通過某種機制可互訪。 不同集成系統(tǒng)有不同的集成層次，系統(tǒng)集成化可以指各種功能的CAD系統(tǒng)的集成化，也可以指CAD和CAM系統(tǒng)的集成化，進而指CAD/CAE/CAM/PDM/ERP/MES/SCM系統(tǒng)集成化，直至計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)。 系統(tǒng)集成既包括硬件集成，也包括系統(tǒng)軟件和應用軟件的集成、數(shù)據(jù)的集成、過程的集成?？梢圆捎镁W(wǎng)絡系統(tǒng)的集成技術(shù)，也可以不采用網(wǎng)絡技術(shù)。一般系統(tǒng)的集成需要滿足： 1）集成系統(tǒng)有暢通的信息流和正確的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換； 2）提供信息共享和軟件共享的機制； 3

27、）提供所有軟件信息的版本控制及管理； 4）信息項改動時，自動跟蹤相關(guān)信息項； 5）保證內(nèi)部有一致性的接口和外部有統(tǒng)一的、友好的人機界面； 6）用統(tǒng)一的執(zhí)行控制程序來組織各種信息的傳遞和運行。如UGUG集成了工程繪圖、三維建模、裝配建模、運動仿真、數(shù)控加工、有限元分析及各種專業(yè)化應用模塊等，基于PDM平臺（Teamcenter）進行數(shù)據(jù)集成、過程集成、軟件集成。在汽車行業(yè)應用較廣。CATIACatia同樣集成了工程繪圖、三維建模、裝配建模、運動仿真、數(shù)控加工、有限元分析及各種專業(yè)化應用模塊等，基于PDM平臺（Smarteam）進行數(shù)據(jù)集成、過程集成、軟件集成。在航空、汽車行業(yè)應用較廣。Paras

28、olid ACIS等等網(wǎng)絡化CAD網(wǎng)絡化的含義是什么? 使用網(wǎng)絡（包括移動通訊、網(wǎng)絡信息家電）進行： 數(shù)據(jù)傳輸 即時消息 局域團隊協(xié)作（跨部門、跨學科、異構(gòu)集成） 全球協(xié)作、動態(tài)企業(yè)聯(lián)盟（跨地域、全球資源優(yōu)化）設想未來CAD網(wǎng)絡化人們的產(chǎn)品開發(fā)工作模式 在家里、旅行中.，總之，不受地域限制思考提供多學科領(lǐng)域開發(fā)團隊的協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)支持跨部門、跨行業(yè)、跨地域的企業(yè)協(xié)作使數(shù)據(jù)共享、知識共享、資源共享垂直尾翼垂直尾翼水平尾翼水平尾翼 空中客車在4國5地進行異地專業(yè)化聯(lián)合設計，之后分別在這4個國家的多家生產(chǎn)基地進行異地專業(yè)化制造，最后在法國的圖盧茲和德國的漢堡進行最后的總裝配。 空中客車公司的采購網(wǎng)絡遍

29、布全球30個國家，有1500家以上的供應商加盟，為了保證整個供應鏈采購信息的及時溝通，空客建立了采購門戶網(wǎng)站 Supirworld 。這個網(wǎng)站使空客實現(xiàn)了采購過程的和諧化、自動化和簡化，并加強了與供應商之間的合作。 空中客車公司由歐洲航空防務及航天公司和英宇航系統(tǒng)公司共同擁有，擁有最先進的產(chǎn)品和最齊全的生產(chǎn)線。總部位于法國圖盧茲的空中客車公司?？罩锌蛙嚬镜脑O計機構(gòu)和工廠屬于四個全資子公司：空中客車法國公司、德國公司、西班牙公司、英國公司。智能化CAD智能化的含義是什么? 設計過程中能捕捉工程師設計意圖： 判斷并提示設計錯誤 提供設計指導（如多方案的選擇） 設計過程的自動化你用什么手段提高CA

30、D系統(tǒng)的智能化，甚至自動化水平 智能推理、模板化、智能化過程驅(qū)動思考 現(xiàn)有交互式CAD系統(tǒng)優(yōu)勢在于處理數(shù)值型的工作（如計算與繪圖），但工程設計中需要經(jīng)驗或知識決策，使用過程中往往要人為干預，因而設計質(zhì)量在一定程度上依賴用戶的經(jīng)驗和知識水平。對CAD來說，它是一個設計過程，從方案設計開始，一步步求解，整個設計過程要經(jīng)過反復修改、設計；設計與制造可能是多方案的，并且不是僅有唯一的解，因此要進行多方案的優(yōu)化選擇與評價；設計是以設計師為主導完成的一個循環(huán)迭代過程：需求分析需求分析方案設計方案設計建模建模分析分析改進改進將人工智能技術(shù)，特別是專家系統(tǒng)的技術(shù)，與傳統(tǒng)CAD技術(shù)結(jié)合起來，形成智能化CAD系統(tǒng)

31、是機械CAD發(fā)展的必然趨勢。在使用CAD設計過程中，需要符號、邏輯等多方面的知識表達與推理工具；不同的知識源有自己的推理策略，知識源一般表示為過程和規(guī)則集，以適應邏輯推理和數(shù)值計算的需要。CAD是一個多知識源求解問題，工程設計中所用知識的表達方式多種多樣，如經(jīng)驗性知識、啟發(fā)性知識、數(shù)據(jù)圖表、標準元件等，CAD中也需要多種知識表達方式；在設計中也會用到一些計算理論，如分析計算的知識，這些知識在CAD中表現(xiàn)為某個算法的實現(xiàn)等；所有知識均可用知識庫資源管理。知識庫中任一特定子問題的知識，相對獨立，互不干擾。標準化 （前面已經(jīng)介紹過） 七十年代末八十年代初，為避免不同應用系統(tǒng)之間點對點的網(wǎng)型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換對

32、多種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口開發(fā)的要求,國際上許多國家和組織機構(gòu)對數(shù)據(jù)交換標準進行了大量的研究、制定工作，誕生了許多區(qū)域性的標準。 面向圖形設備的標準CGI 面向用戶的圖形標準GKS ,OPENGL面向不同CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換標準IGES和STEP 事實標準：CATIA與UG文件格式，DXF，X_T，SET等思考：思考：為什么需要標準化？CADCAPPCAMDFX系統(tǒng)間點對點直接交換數(shù)據(jù)，要了解其它CAD所有格式通過中性的標準格式交換數(shù)據(jù)，只需了解標準格式專業(yè)化 （工具化）思考：思考：為什么需要專業(yè)化？越專業(yè)，使用越方便，效率越高專業(yè)化開發(fā)需要行業(yè)領(lǐng)域的專家知識需要經(jīng)過二次開發(fā)，今后從事CAD工作需要重視

33、（能夠獲得比較優(yōu)勢）專業(yè)化CAD設計系統(tǒng)及工具集通用CAD設計平臺及開發(fā)工具1CAD技術(shù)概述技術(shù)概述2CAD的發(fā)展歷程的發(fā)展歷程3CAD系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成4CAD標準介紹標準介紹5. CAD發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢6CAD系統(tǒng)選型原則系統(tǒng)選型原則7. 典型系統(tǒng)介紹典型系統(tǒng)介紹8CAD設計應用實例設計應用實例我國制造業(yè)信息化工程我國制造業(yè)信息化工程9. CAD中心簡介中心簡介總體原則6 6CADCAD系統(tǒng)選型原則系統(tǒng)選型原則明確系統(tǒng)需求明確系統(tǒng)需求 設計哪類產(chǎn)品，解決問題的深度 要達到的具體目標，存在的關(guān)鍵技術(shù) 確定近期目標與確定近期目標與長遠目標長遠目標 近期目標：根據(jù)人力、資金、現(xiàn)有技術(shù)水平 長遠目標

34、：考慮到將來的發(fā)展選擇準則 硬件系統(tǒng)要有良好的開放性且符硬件系統(tǒng)要有良好的開放性且符合工業(yè)標準合工業(yè)標準 軟件系統(tǒng)要滿足以下三點要求軟件系統(tǒng)要滿足以下三點要求 用標準操作系統(tǒng) 良好的用戶界面 齊全的技術(shù)文檔，優(yōu)良的可讀性功能齊全功能齊全（零件、曲面、裝配、繪圖、接口、專業(yè)功能等） 良好的二次開發(fā)接口良好的二次開發(fā)接口 良好的系統(tǒng)集成良好的系統(tǒng)集成可靠性高、維護簡單、性價比高可靠性高、維護簡單、性價比高 良好的售后良好的售后 、持續(xù)的支持持續(xù)的支持主要商用CAD、CAE系統(tǒng)AutoCAD由美國AutoDesk公司支持SolidworksPro/ECATIA由法國Dassault公司開發(fā)，IBM公

35、司統(tǒng)一銷售UG NX由美國麥道(MD)公司開發(fā)，現(xiàn)將 Ideas并購ANSYSMSC NASTRANADAMS由美國SolidWorks公司開發(fā)，現(xiàn)被Dassault并購 1CAD技術(shù)概述技術(shù)概述2CAD的發(fā)展歷程的發(fā)展歷程3CAD系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成4CAD標準介紹標準介紹5. CAD發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢6CAD系統(tǒng)選型原則系統(tǒng)選型原則7. 典型系統(tǒng)介紹典型系統(tǒng)介紹8CAD設計應用實例設計應用實例我國制造業(yè)信息化工程我國制造業(yè)信息化工程9. CAD中心簡介中心簡介各種CAx軟件工具： CAD（2D、3D） CAE、CAPP、CAM等7. 7. 典型系統(tǒng)介紹典型系統(tǒng)介紹目前國際知名CAD軟件公司兩大陣

36、營 ：CATIA為代表（整體方案） UG 為代表（整體方案）其它：Pro/E為表（整體方案） AutoCAD為代表高檔：CATIA、UG中檔： Pro/E低檔：Solidworks、Solidedges、Inventor二維：AutoCAD常用CAD軟件簡介Solidworkl 最早基于Windows原創(chuàng)的三維設計軟件產(chǎn)品l 友好的界面，易學易用、價格便宜、性價比高l 完全自動捕捉設計意圖和引導設計修改l 裝配設計中可以直接參照已有的零件生成新的零件，支持“自頂而下”方法還是“自底而上”的方法進行裝配設計l 全面的零件實體建模功能，二維和三維全關(guān)聯(lián)l 標注和細節(jié)繪制工具，能快捷地工程圖紙l 具

37、有全相關(guān)的鈑金設計能力l 提供完整的、免費的開發(fā)工具(API)，用戶可以用微軟的Visual Basic、Visual C+或其它支持OLE的編程語言建立自己的應用方案l 豐富的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口Pro/El Pro/Engineer是一套由設計至生產(chǎn)的機械自動化軟件，是新一代產(chǎn)品造型系統(tǒng)，采用參數(shù)化設計的、基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設計人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型l 建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，工程中的資料全部來自一個庫，在整個設計過程的任何一處發(fā)生改動，亦可以前后反應在整個設計過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上l Pro/E發(fā)展了三維線框設計的思想，首先建立基準面，在基準面上勾畫二維草圖，用

38、掃成法將二維輪廓引伸成三維形體。依次更換參考面，用顯式操作生成形體，盡量避免面面求交、裁剪的集合運算。l 隨時記錄特征元素的生成操作過程，當修改標注尺寸值后，用尺寸驅(qū)動方法修改相應二維輪廓，重新運行零件設計過程的全部操作命令，由此實現(xiàn)參數(shù)化特征建模，使曲面、實體、參數(shù)化特征設計融為一體，可以任意構(gòu)造復雜零件和裝配件，而且修改設計方便。CATIAl 達索飛機公司67年用Bzier曲面建立飛機外形數(shù)學模型，70年展開幻影數(shù)字化設計。74年擴大CAD規(guī)模，從美國引進洛克希德飛機公司CADAM系統(tǒng)，75年100萬美元引進CADAM源程序。l 77年開發(fā)三維交互CAD軟件，78年投入使用CATIA。同時

39、建立主數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)一管ADAM二維結(jié)構(gòu)圖和CATIA三維模型文件。81年IBM公司開始負責經(jīng)銷CATIA系統(tǒng)，并組建達索系統(tǒng)公司。l 90年IBM用2.7億美元收購CADAM，92年托付達索管理，97年3.1億美元收購SolidWorks，97年1.05億美元收購Deneb精益制造布局仿真軟件Delmia，98年在美成立ENOVIA公司開發(fā)PDMII，98年達索接管法國馬特拉（MATRA）的CAD/CAM業(yè)務，包括Euclid等，99年收購SmarTeam業(yè)務，2000年用2150萬并購ACIS 3D業(yè)務。l 至此，達索/CATIA完成了PLM的戰(zhàn)略布局，形成產(chǎn)品全生命期的CAD/CAM/CAE

40、/PDMII一體化管理，為數(shù)字化企業(yè)提供電子商務的完整工具，實現(xiàn)產(chǎn)品從初步設計到售后服務的全過程仿真。l 其中CATIA和SolidWorks支持產(chǎn)品數(shù)字化設計和仿真；Delmia完成精益制造過程的數(shù)字定義和仿真；Enovia提供數(shù)字化產(chǎn)品、過程和資源的集成化、分布式協(xié)同管理。三者構(gòu)成產(chǎn)品全生命期流程，支持企業(yè)協(xié)同的知識重用。l CATIA V4適合IBM主機和工作站，98年推出CATIA V5 Windows NT。CATIA V4的曲面系統(tǒng)使用Bzier形式，現(xiàn)在改成NURBS形式，且采用DCM約束管理軟件。CATIA V4是93年推出的，有113種獨立的功能模塊。 UGl UG是Unig

41、raphics Solutions公司的拳頭產(chǎn)品l 首次突破傳統(tǒng)CAD/CAM模式，優(yōu)越的參數(shù)化和變量化技術(shù)與傳統(tǒng)的實體、線框和表面功能結(jié)合，被大多數(shù)CAD/CAM軟件廠商所采用l UG起源于美國麥道飛機公司，它是從二維繪圖、數(shù)控加工編程、曲面造型等功能發(fā)展起來的軟件l 90年代初，美國通用汽車公司選中UG作為全公司的CAD、CAE、CAM、IMAN作為CIM主導系統(tǒng)，進一步推動UG發(fā)展l 97年10月UnigraphicsSolutions公司與Intergraph公司簽約，合并了后者的機械CAD產(chǎn)品，將微機版的SOLIDEDGE軟件統(tǒng)一到Parasolid平臺上l 為了實現(xiàn)強強聯(lián)手的發(fā)展戰(zhàn)

42、略，2001年EDS并購了SDRC，預計2004年SDRC的IDEAS和EDS的UG推出第一個合并版本NX1.0。2003年11月，UGS從EDS中分離出來獨立發(fā)展l 目前UG形成了一個從低端到高端，兼有Unix工作站版和Windows NT微機版的較完善的企業(yè)級CAD、CAE、CAM、PDM集成系統(tǒng) 。CAD在我國 清華、華科大、浙大、北航等 華中科技大學：天喻InteCAD、 InteSolid，KMCAD等 清華：TiOpenCAD，TiGEMS等 北航海爾：CAXA 浙大大天： 新洲軟件：Solid 3000技術(shù)、市場份額與國外差距很大與國外與國外CADCAD技術(shù)的差距技術(shù)的差距 在設

43、計理念及方法學方面，差不多所有先進的設計理念、設計理在設計理念及方法學方面，差不多所有先進的設計理念、設計理論及方法均由國外學者提出。如論及方法均由國外學者提出。如CADCAD、CAECAE、CAMCAM、CPCCPC、PLMPLM、CIMSCIMS等。等。 在軟件工具及手段方面，我國自主開發(fā)的軟件除二維在軟件工具及手段方面，我國自主開發(fā)的軟件除二維CADCAD、CAPPCAPP、PDMPDM系統(tǒng)占有一定的市場外（主要是低端市場），高端系統(tǒng)占有一定的市場外（主要是低端市場），高端CADCAD、PLMPLM市場均為國外市場占有；市場均為國外市場占有；CAMCAM、CAECAE市場幾乎被國外軟件廠

44、商市場幾乎被國外軟件廠商所壟斷，在該領(lǐng)域目前與國外軟件的差距有拉大的趨勢。所壟斷，在該領(lǐng)域目前與國外軟件的差距有拉大的趨勢。 我國我國CAxCAx軟件商在基礎(chǔ)算法及系統(tǒng)級軟件開發(fā)方面沉淀不深、經(jīng)軟件商在基礎(chǔ)算法及系統(tǒng)級軟件開發(fā)方面沉淀不深、經(jīng)驗不足，導致系統(tǒng)功能、穩(wěn)定性、復雜度、開放性等方面與國外廠驗不足，導致系統(tǒng)功能、穩(wěn)定性、復雜度、開放性等方面與國外廠商難以抗衡。商難以抗衡。 在數(shù)字化設計技術(shù)的應用方面，我國中小企業(yè)多數(shù)甩掉圖版，并在數(shù)字化設計技術(shù)的應用方面，我國中小企業(yè)多數(shù)甩掉圖版，并逐步推廣普及三維逐步推廣普及三維CADCAD應用技術(shù)。而許多大型集團企業(yè)在軟件和硬件應用技術(shù)。而許多大型

45、集團企業(yè)在軟件和硬件環(huán)境方面的建設與國外同步，甚至版本更新，但是運用軟件工具進行環(huán)境方面的建設與國外同步，甚至版本更新，但是運用軟件工具進行產(chǎn)品創(chuàng)新開發(fā)的能力與國外差距很大。主要原因在于我國企業(yè)產(chǎn)品開產(chǎn)品創(chuàng)新開發(fā)的能力與國外差距很大。主要原因在于我國企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、經(jīng)驗積累不夠，多數(shù)企業(yè)進行簡單的發(fā)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、經(jīng)驗積累不夠，多數(shù)企業(yè)進行簡單的“仿制仿制”開發(fā)，未開發(fā)，未能形成自主的產(chǎn)品研發(fā)體系，缺乏綜合集成創(chuàng)新能力。能形成自主的產(chǎn)品研發(fā)體系，缺乏綜合集成創(chuàng)新能力。1CAD技術(shù)概述技術(shù)概述2CAD的發(fā)展歷程的發(fā)展歷程3CAD系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成4CAD標準介紹標準介紹5. CAD發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢

46、6CAD系統(tǒng)選型原則系統(tǒng)選型原則7. 典型系統(tǒng)介紹典型系統(tǒng)介紹8CAD設計應用實例設計應用實例我國制造業(yè)信息化工程我國制造業(yè)信息化工程9. CAD中心簡介中心簡介8 8CADCAD設計應用實例設計應用實例概念設計概念設計工程繪圖工程繪圖結(jié)構(gòu)設計結(jié)構(gòu)設計結(jié)構(gòu)有限元分析結(jié)構(gòu)有限元分析機械系統(tǒng)動態(tài)分析（運動學、動力學）機械系統(tǒng)動態(tài)分析（運動學、動力學）加工仿真加工仿真生產(chǎn)過程仿真生產(chǎn)過程仿真（數(shù)字化車間）（數(shù)字化車間）1CAD技術(shù)概述技術(shù)概述2CAD的發(fā)展歷程的發(fā)展歷程3CAD系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成4CAD標準介紹標準介紹5. CAD發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢6CAD系統(tǒng)選型原則系統(tǒng)選型原則7. 典型系統(tǒng)介紹典型系

47、統(tǒng)介紹8CAD設計應用實例設計應用實例我國制造業(yè)信息化工程我國制造業(yè)信息化工程9. CAD中心簡介中心簡介l制造業(yè)信息化將信息技術(shù)、自動化技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)與制造技術(shù)相結(jié)合， 帶動產(chǎn)品設計方法和工具的創(chuàng)新，企業(yè)管理模式的創(chuàng)新，企業(yè)間協(xié)作關(guān)系的創(chuàng)新； 實現(xiàn)產(chǎn)品設計制造和企業(yè)管理的信息化、生產(chǎn)過程控制的智能化、制造裝備的數(shù)字化、咨詢服務的網(wǎng)絡化，全面提升我國制造業(yè)的競爭力。 l中央提出以信息化帶動工業(yè)化，以工業(yè)化促進信息化，就是要通過信息技術(shù)對傳統(tǒng)工業(yè)的改造、融合、集成，構(gòu)筑一種新型的先進工業(yè)能力。9. 9. 我國制造業(yè)信息化工程我國制造業(yè)信息化工程管理數(shù)字化管理數(shù)字化設計數(shù)字化設計數(shù)字化生產(chǎn)過程

48、數(shù)字化生產(chǎn)過程數(shù)字化制造裝備數(shù)字化制造裝備數(shù)字化企業(yè)數(shù)字化企業(yè)數(shù)字化制造業(yè)信息化的基礎(chǔ)CAD 應用l從20世紀80年代中期CIMS起步階段強調(diào)的功能集成，設計、制造和管理的集成，到90年代的基于并行工程和業(yè)務重組的業(yè)務流集成，乃至發(fā)展到21世紀的基于制造網(wǎng)絡的企業(yè)間集成，“集成”和“協(xié)同”一直是制造業(yè)信息化發(fā)展的主旋律。lCAD 是“集成”和“協(xié)同”的產(chǎn)品數(shù)據(jù)來源，是制造業(yè)信息化的基礎(chǔ)CADCAECAPPCAMPDM/PLMERPMES生產(chǎn)SCMCUSTOMERTOOLSCAETOOLSCOSTMODELINGPRODUCI-BILITYKBEDESIGNDRIVERSLIBRARYDRMB2

49、BWEBSERVERWORKFLOW3rd PartyCommercialDRMCADTOOLSDATAEXCHANGEADDITIONALCOMPONENTS.ADDITIONALEXTENSIONS.3rd PartyCommercialPDM3rd PartyCommercialDatabasesCUSTOMERTOOLSCAETOOLSCOSTMODELINGPRODUCI-BILITYKBEDESIGNDRIVERSLIBRARYDRMB2BWEBSERVERWORKFLOW3rd PartyCommercialDRMCADTOOLSDATAEXCHANGEADDITIONALCOMPONENTS.ADDITIONALEXTENSIONS.3rd PartyCommercialPDM3rd PartyCommercialDatabasesCUSTOMERTOOLSCAETOOLSCOSTMODELINGPRODUCI-BILITYKBEDESIGNDRIVERSLIBRARYDRMB2BWEBSERVERWORKFLOW3rd PartyCommercialDRMCADTOOLSDATAEXCH