現(xiàn)代CAD設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵及其發(fā)展ppt課件

1、現(xiàn)代CAD設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵及其開展 現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的集成化、 網(wǎng)絡(luò)化、智能化 劉 子 建 教授快眼看書 s8zz主要內(nèi)容設(shè)計技術(shù)的含義與現(xiàn)代設(shè)計方法數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的開展現(xiàn)代CAD技術(shù)計算機仿真設(shè)計技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計中知識的作用終了語一、設(shè)計技術(shù)的意義和方法 1、 設(shè)計的含義引言 設(shè)計過程，研討處理怎樣設(shè)計HOW的問題 方法論 描畫特性 設(shè)計程序 發(fā)明性思想 設(shè)計結(jié)果，研討處理設(shè)計應(yīng)該怎樣WHY的 問題 社會 價值特性 經(jīng)濟 文化 有限的資源 設(shè)計環(huán)境 有限的理性 入道者成“師，不入道者成“匠 “以技入道 設(shè)計師的生長 “由理入道 設(shè)計的定義Archer阿切爾 “設(shè)計是圍繞目的的問題求解活動，以心思學(xué)研討

2、為根底 問題的定義 問題的求解過程 問題的求解戰(zhàn)略 評價設(shè)計的規(guī)范： 設(shè)計思想過程的合理性 設(shè)計任務(wù)的目的性 Asimow阿西莫夫“設(shè)計是高風(fēng)險，高不確定條件下的決策過程設(shè)計本質(zhì)特性是“多方案選擇 有限理性 希望“足夠稱心 不求“獨一最正確方案Booker 鮑克“設(shè)計是獲得足夠把握前，對未來產(chǎn)品盡能夠多地模擬 實物模型 強調(diào)模型的作用 數(shù)字模型 計算機模擬真型Gregory (葛雷佳利)“設(shè)計是拿出使人稱心的產(chǎn)品 設(shè)計以人為本的思想Reswick李斯威克“設(shè)計是從無到有的發(fā)明，發(fā)明新的有用的事物： 科學(xué)是研討已有的東西 設(shè)計是發(fā)明新的有用的東西 設(shè)計知識是科學(xué) 用科學(xué)活動解釋設(shè)計 設(shè)計是藝術(shù)，

3、雖然用到了科學(xué)知識 V.Hubka的學(xué)術(shù)思想 功能和構(gòu)造設(shè)計 以人的需求為根據(jù)，利用系統(tǒng)分析的方法經(jīng)過“技術(shù)過程 “技術(shù)系統(tǒng) “功能構(gòu)造圖 “形狀學(xué)矩陣 多個可行方案 綜合擇優(yōu)等過程，確定尺寸、構(gòu)造設(shè)計的根據(jù)。 人設(shè)計主體 設(shè)計包含了 物設(shè)計對象 時間設(shè)計過程 客觀科學(xué)知識 設(shè)計的哲學(xué) 科學(xué)性和藝術(shù)性 客觀創(chuàng)新精神我們的定義：設(shè)計是利用必要的的資源和手段，經(jīng)過人類發(fā)明性思想與研討活動，促使理性想象達成“物化的過程。 資源知識、閱歷、資料、信息、 環(huán)境人文、社會、經(jīng)濟等 手段設(shè)計方法、工具、軟硬件 思想與研討 知識構(gòu)成、綜合、 升華、飛躍 理性構(gòu)思符合實踐環(huán)境條件和設(shè)計 目的的方案，并經(jīng)過驗證2

4、、傳統(tǒng)設(shè)計的特點方法類比、閱歷、模型實驗依賴于經(jīng) 驗過程初步設(shè)計 技術(shù)設(shè)計 詳細設(shè)計 串聯(lián)方式按部就班進展環(huán)境手工方法、設(shè)計手冊、模型、閱歷思想方式收斂式思想，強調(diào)部分設(shè)計結(jié)果少方案，設(shè)計費用低3、現(xiàn)代設(shè)計的特點系統(tǒng)性視設(shè)計對象為系統(tǒng)，思索內(nèi)、外 聯(lián)絡(luò)，力求整體最正確發(fā)明性注重人的發(fā)明潛力，以創(chuàng)新為目 的和標(biāo)志綜合性市場需求為導(dǎo)向，兼顧消費、管 理、銷售、用戶要素，探求多種 處理問題的途徑多解性可短期提供多個方案，保證設(shè)計 結(jié)果相對最優(yōu)設(shè)計的環(huán)境信息極為豐富，知識高度交融，新資料、新工藝層出不窮，計算機軟、硬件技術(shù)為設(shè)計提供了前所未有的良好環(huán)境，市場經(jīng)濟的高度興隆，產(chǎn)品的猛烈競爭，成為推進現(xiàn)代

5、設(shè)計方法開展的社會背景設(shè)計觀念閱歷的、類比的、部分的， 變成邏輯的、推理的、系統(tǒng)的思想方式靜態(tài)的、少變量和方案的、收 斂的變成動態(tài)的、多變量的、 多方案的、分散的。 設(shè)計手段依賴于閱歷、手工、實物模型 變?yōu)橐劳蟹治觥⒂嬎銠C軟、硬 件功能、數(shù)學(xué)模型與仿真。設(shè)計方法優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、計算 機仿真設(shè)計、多剛體動力學(xué)分 析、有限元分析、現(xiàn)代工業(yè)設(shè) 計、價值工程、反求工程、相 似設(shè)計，綠色設(shè)計等 適用設(shè)計技術(shù)CAID、CAD、仿真設(shè)計、 網(wǎng)絡(luò)協(xié)同設(shè)計、虛擬現(xiàn)實與數(shù)字化樣機等 機電產(chǎn)品現(xiàn)代設(shè)計實例Ribs二、數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的開展1、設(shè)計模型及其開展模型數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的根底，在現(xiàn)代設(shè) 計中起作中心作用模

6、型的種類 靜態(tài)模型 實物模型 動態(tài)模型 幾何模型 符號模型 物理模型 化學(xué)模型等 產(chǎn)品設(shè)計中模型的作用 信息的載體：幾何拓撲、物理特性、 工藝裝配、功能維護 設(shè)計表現(xiàn)方式：外觀視覺、操作性能、 構(gòu)造特點、銷售價值設(shè)計信息的載體產(chǎn)品設(shè)計模型的特征線框模型Wire Frame Model支持簡單的圖形表示外表模型Surface Model準確表示物體外表，如曲線、曲面實體模型Solid Model幾何和拓撲意義上完備的設(shè)計模型特征模型Feature Model真正意義上的產(chǎn)品信息載體模型可包含零部件和產(chǎn)品的外表質(zhì)量、構(gòu)造、工藝、裝配、維護等信息，對設(shè)計、制造、管理過程意義艱苦自在曲線面的描畫 A、

7、水下的船體物理樣條 1二階延續(xù)，小撓度 2三類邊境條件 3無幾何不變性B、三次參數(shù)曲線 0=t=1 (1)便于矢量和矩陣表示，規(guī)格化變量外形僅與型值點位置有關(guān)，與坐標(biāo)系無關(guān)外形數(shù)學(xué)描畫的規(guī)范方式Ferguson,1964C、三次參數(shù)曲線的Hermite方式知參數(shù)曲線端點位置和切矢即可定義Hermite曲線，如圖由1可得 2 Hermite矩陣 Hermite幾何矢量D、Bezier曲線的 假設(shè)： ， ； ；那么2中的 可表示為代入2，令那么 i=0,1,2,3. 0=t=1 (3)為三次Bezier曲線的矩陣方式。Bezier曲線的參數(shù)方程可寫為 0=t=1 (4)式中 稱為Bernstein

8、基函數(shù)當(dāng)n=3時4式即為3式三、現(xiàn)代CAD技術(shù)一、先進制造技術(shù)對CAD的需求T、 Q、 C、 S、 E需求 T-最快的上市速度Time to market Q-最好的質(zhì)量(Quality) C-最低的本錢(Cost) S-最優(yōu)的效力(Service) E-最清潔的環(huán)境(Environment)由于設(shè)計階段決議了產(chǎn)品本錢的70%以上，采用先進制造技術(shù)的企業(yè)必然將產(chǎn)品設(shè)計這個環(huán)節(jié)視作其生命線，先進設(shè)計技術(shù)必然成為先進制造技術(shù)的中心之一。CAD(Computer Aided Design)是運用計算機系統(tǒng)來輔助一項產(chǎn)品或工程設(shè)計的建模、修正、分析和優(yōu)化的過程和技術(shù).它是一種新的設(shè)計方法，也是一門多學(xué)

9、科綜合運用新技術(shù)。 CAD技術(shù)開展的幾個階段第一代CAD系統(tǒng)出現(xiàn)于60年代，技術(shù)特點是利用解析幾何的方法定義點、線、圓等圖素,主要用于平面繪圖。第二代CAD系統(tǒng)始于70年代，技術(shù)特點是交互式技術(shù)及幾何外型系統(tǒng)。三維線框模型、外表模型、實體模型和Sweep 、 CSG 、 B-rep等表示法可用于復(fù)雜構(gòu)造的設(shè)計.第三代CAD系統(tǒng)始于80年代中期，特征建模和基于約束的參數(shù)化和變量化建模方法是其技術(shù)特點，保證了二、三維模型修正時的相互關(guān)聯(lián)性，以及CAD/CAM信息集成。 二、先進制造技術(shù)對CAD的影響CIMS(Computer Integrated Manufacturing System) 的影響

10、-信息的集成 處理異構(gòu)環(huán)境下信息集成的三個關(guān)鍵問題 1 產(chǎn)品建模問題 2數(shù)據(jù)交換問題 3工程數(shù)據(jù)管理問題并行工程 (Concurrent Engineering,CE)的影響 -過程的集成 對CAD技術(shù)提出了以下要求: (1) 支持開發(fā)過程的重構(gòu)和建模。 (2) 實現(xiàn)協(xié)同設(shè)計的環(huán)境，支持多學(xué)科隊 伍的協(xié)同任務(wù)。 (3) 提供功能集成、信息集成的支持并行 設(shè)計的CAx (CAD CAPP CAM)和DFx 工具.矯捷制造(Agile Manufacturing,AE)的影響-企業(yè)的集成 矯捷制造方式必需具有矯捷設(shè)計的方式: 1提供實現(xiàn)產(chǎn)品矯捷設(shè)計的使能技術(shù),如 資源共享、信息效力、協(xié)作建模、聯(lián)

11、盟內(nèi)的數(shù)據(jù)管理與設(shè)計過程管理等技術(shù)。 2提供支持產(chǎn)品矯捷設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)通訊平臺 及相關(guān)技術(shù)的處理方案 三、現(xiàn)代CAD技術(shù)的提出先進制造技術(shù)閱歷了信息集成過程集成企業(yè)集成的開展歷程，現(xiàn)代CAD技術(shù)也在沿著信息集成過程集成企業(yè)集成的道路開展?，F(xiàn)代CAD技術(shù)是指在復(fù)雜的大系統(tǒng)環(huán)境下,支持產(chǎn)品自動化設(shè)計的設(shè)計實際和方法、設(shè)計環(huán)境、設(shè)計工具各相關(guān)技術(shù)的總稱，它們能使設(shè)計任務(wù)實現(xiàn)集成化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化，到達提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量、降低產(chǎn)品本錢和縮短設(shè)計周期的目的。 現(xiàn)代CAD技術(shù)研討的主要問題研討現(xiàn)代設(shè)計實際與方法學(xué)并行設(shè)計、協(xié)同設(shè)計、虛擬設(shè)計、大規(guī)模定制設(shè)計、綠色設(shè)計協(xié)同設(shè)計環(huán)境的支持技術(shù)協(xié)同設(shè)計的管理技術(shù)產(chǎn)品數(shù)

12、字化定義及建模技術(shù)基于PDM產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理與任務(wù)流過程管理技術(shù)開展集成的CAx和DFx工具和計算機仿真技術(shù) 四、現(xiàn)代CAD與計算機仿真技術(shù)在機械設(shè)計中的運用與展望 例：高速卷煙機械的特點高速、高效的自動化機器 乖巧機械與快速丈量、 控制的綜合系統(tǒng)高速、 動態(tài)、 高可靠性機電一體化典型加工對象資料特殊 煙草機械的開展趨勢更高的速度和可靠性, 更好的動態(tài)性能大量運用數(shù)字化技術(shù),完成動作及位置的控制,實現(xiàn)柔性調(diào)整新的資料保送原理和技術(shù)(如氣動送絲等)新的煙支成型與加工原理新的高速動態(tài)檢測原理和技術(shù)煙支切割安裝的特征建模研討的主要相關(guān)成果1 在Pro/E環(huán)境下用FBABMS系統(tǒng)完好地建立了獵豹 越野車一個車型的車身和底板各塊曲面零件的三維CAD特征模型，并實現(xiàn)了上述各零件的三維裝配 ; 部件分別圖 內(nèi)部廣角視圖1 2 3 4成果用于車身改型設(shè)計 基于獵豹越野車整車三維模型的工程運用仿真研討： 車身改型設(shè)計多剛體與有限元耦合仿真煙支切割安裝仿真分析SAAB900車平安防護安裝仿真研討平安氣囊氣體壓力分布仿真分析研討的主要相關(guān)成果46000米深海集礦機運動仿真中國大洋協(xié)會組織的專家鑒定意見：“用多剛體動力學(xué)對復(fù)雜的深海集礦機系統(tǒng)進展運動和動力學(xué)仿真技術(shù)屬國際