第二章-現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)

先進(jìn)制造技術(shù)

AdvancedManufacturingTechnology第三講

現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)概述計算機(jī)輔助設(shè)計新內(nèi)容：現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)概述

計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)概述現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的特點(diǎn)現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)體系設(shè)計

設(shè)計者根據(jù)生產(chǎn)和生活的需要，通過思維、規(guī)則、分析和決策過程，最終把設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的技術(shù)方案。本質(zhì)創(chuàng)新過程創(chuàng)造性思維過程目的尋求滿足用戶需求的最佳方案1現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)概述現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵動態(tài)、科學(xué)、主動、現(xiàn)代方法和手段傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)的繼承和發(fā)展，多專業(yè)和多學(xué)科交叉，綜合性技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)設(shè)計技術(shù)設(shè)計過程中解決具體設(shè)計問題的各種方法和手段靜態(tài)、經(jīng)驗(yàn)、被動、手工傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的定義：從系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)分析，現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)是一個由時間維、邏輯維和方法維共同組成的三維系統(tǒng)…方法維產(chǎn)品規(guī)劃方案設(shè)計技術(shù)設(shè)計施工設(shè)計分析綜合評價決策時間維邏輯維可靠性設(shè)計優(yōu)化設(shè)計

模塊化設(shè)計

現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的時間維產(chǎn)品規(guī)劃--需求分析、市場預(yù)測、可行性分析、總體參數(shù)、制約條件和設(shè)計要求；方案設(shè)計--功能原理設(shè)計，確定原理方案；技術(shù)設(shè)計--將產(chǎn)品的功能原理具體化為機(jī)器產(chǎn)品及其零部件的具體結(jié)構(gòu)；施工設(shè)計--指工程圖繪制，工藝文件編寫，說明書編寫等。現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的邏輯維分析--明確設(shè)計任務(wù)本質(zhì)；綜合--綜合各種因素，探求解決方案；評價--對多種方案進(jìn)行比較和評定，方案調(diào)整和改進(jìn)；決策--確定最佳的設(shè)計方案現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的方法維設(shè)計過程中的各種思維方法和工作方法運(yùn)用各種先進(jìn)的設(shè)計理論、方法和工具，使產(chǎn)品設(shè)計過程進(jìn)入高效、優(yōu)質(zhì)和創(chuàng)新的新階段?，F(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的特點(diǎn)

1、設(shè)計范疇的擴(kuò)展化；2、設(shè)計手段的計算機(jī)化；3、設(shè)計過程的并行化；4、設(shè)計過程智能化；5、設(shè)計手段的擬實(shí)化；6、分析手段的精確化；7、多種手段綜合應(yīng)用；8、強(qiáng)調(diào)設(shè)計的邏輯性和系統(tǒng)性；9、進(jìn)行動態(tài)多變量的優(yōu)化；10、強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的環(huán)保性；11、強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的宜人性；12、強(qiáng)調(diào)用戶參與；13、強(qiáng)調(diào)設(shè)計階段的質(zhì)量控制；14、設(shè)計和制造一體化；15、強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品全壽命周期最優(yōu)化。特點(diǎn)：歸納起來，現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)具有如下特點(diǎn)：現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)由4個不同層次的技術(shù)所組成，計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)CAD是現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的主體技術(shù)主體技術(shù)基礎(chǔ)技術(shù)支撐技術(shù)應(yīng)用技術(shù)傳統(tǒng)設(shè)計理論與方法各產(chǎn)品領(lǐng)域知識與技術(shù)計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計方法學(xué)可信性設(shè)計技術(shù)設(shè)計試驗(yàn)技術(shù)相關(guān)學(xué)科與技術(shù)先進(jìn)制造工藝材料科學(xué)自動化技術(shù)系統(tǒng)管理技術(shù)自然科學(xué)政治經(jīng)濟(jì)文化社會科學(xué)市場營銷學(xué)……….現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)體系結(jié)構(gòu)框圖1.基礎(chǔ)技術(shù)基礎(chǔ)技術(shù)是指傳統(tǒng)的設(shè)計理論與方法，特別是運(yùn)動學(xué)、靜力學(xué)與動力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、熱力學(xué)、電磁學(xué)、工程數(shù)學(xué)的基本原理與方法等。2.主體技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的誕生和發(fā)展與計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)、相輔相成。計算機(jī)科學(xué)與設(shè)計技術(shù)結(jié)合產(chǎn)生計算機(jī)輔助設(shè)計、智能CAD(IntelligentCAD，ICAD)、優(yōu)化設(shè)計、有限元分析程序、模擬仿真、虛擬設(shè)計和工程數(shù)據(jù)庫等技術(shù)。運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的多種理論與方法如優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、模糊設(shè)計等理論構(gòu)造的數(shù)學(xué)模型，來編制計算機(jī)應(yīng)用程序，可以更廣泛、更深入地模擬人的推理與思維，從而提高計算機(jī)的“智力”。而計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)正是以它對數(shù)值計算和對信息與知識的獨(dú)特處理能力，成為現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)群體的主干，即主體技術(shù)。3.支撐技術(shù)支撐技術(shù)主要有現(xiàn)代設(shè)計方法學(xué)、可信性設(shè)計技術(shù)、試驗(yàn)設(shè)計技術(shù)?，F(xiàn)代設(shè)計方法學(xué)涉及的內(nèi)容很廣，如并行設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)計、功能設(shè)計、模塊化設(shè)計、價值工程、質(zhì)量功能配制、反求工程、綠色設(shè)計、模糊設(shè)計、面向?qū)ο笤O(shè)計、工業(yè)造型設(shè)計等?？尚判栽O(shè)計是廣義的可靠性設(shè)計的擴(kuò)展，主要指可靠性與安全性設(shè)計、動態(tài)分析與設(shè)計、防斷裂設(shè)計、健壯設(shè)計、耐環(huán)境設(shè)計等。設(shè)計試驗(yàn)技術(shù)包括可靠性試驗(yàn)、環(huán)保性能試驗(yàn)與控制，以及運(yùn)用計算機(jī)技術(shù)的數(shù)字仿真試驗(yàn)和虛擬試驗(yàn)等。4.應(yīng)用技術(shù)應(yīng)用技術(shù)是針對實(shí)用目的解決各類具體產(chǎn)品設(shè)計問題的技術(shù)，如機(jī)床、汽車、工程機(jī)械、精密機(jī)械的現(xiàn)代設(shè)計內(nèi)容可以看作是現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)派生出來的具體技術(shù)群?，F(xiàn)代設(shè)計已擴(kuò)展到產(chǎn)品規(guī)劃、制造、營銷、運(yùn)行、回收等各個方面，除了必要的傳統(tǒng)設(shè)計理論與方法的基礎(chǔ)知識外，相關(guān)的學(xué)科與技術(shù)，尤其是制造工藝、自動化技術(shù)、系統(tǒng)管理技術(shù)、材料知識與經(jīng)驗(yàn)及廣泛的自然科學(xué)知識等也是十分必要的。此外，設(shè)計產(chǎn)品總是以滿足社會需求為目的的，因此，設(shè)計人員還應(yīng)具備政治、經(jīng)濟(jì)、法律、人文社會、藝術(shù)等方面的知識與素養(yǎng)。計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)有限元法、優(yōu)化設(shè)計、反求工程、模糊智能CAD、工程數(shù)據(jù)庫等。性能優(yōu)良設(shè)計基礎(chǔ)技術(shù)可靠性設(shè)計；安全性設(shè)計；動態(tài)分析與設(shè)計；防斷裂設(shè)計；疲勞設(shè)計；防腐蝕設(shè)計；減摩和耐磨損設(shè)計；健壯設(shè)計；耐環(huán)境設(shè)計；維修性設(shè)計和維修性保障設(shè)計；測試性設(shè)計；人機(jī)工程設(shè)計等?，F(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的分類競爭優(yōu)勢創(chuàng)建技術(shù)

快速響應(yīng)設(shè)計；智能設(shè)計；仿真與虛擬設(shè)計；工業(yè)設(shè)計；價值工程設(shè)計；模塊化設(shè)計等。全壽命周期設(shè)計技術(shù)并行設(shè)計；面向制造的設(shè)計；全壽命周期設(shè)計。可持續(xù)性發(fā)展產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)

主要有綠色設(shè)計設(shè)計試驗(yàn)技術(shù)產(chǎn)品可靠性試驗(yàn)；產(chǎn)品環(huán)保性能試驗(yàn)與控制、仿真試驗(yàn)與虛擬試驗(yàn)1.CAD技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展概況2.CAD系統(tǒng)的軟硬件技術(shù)基礎(chǔ)CAD的關(guān)鍵技術(shù)計算機(jī)輔助產(chǎn)品設(shè)計方法

計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）技術(shù)1.CAD技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展概況1.1計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)的概念CAD是工程技術(shù)人員與計算機(jī)相結(jié)合、各盡所長、應(yīng)用多學(xué)科的方法綜合有效地進(jìn)行問題求解的先進(jìn)信息處理技術(shù)。它把人類的決策判斷、創(chuàng)造能力與計算機(jī)的高速運(yùn)算、信息存儲等功能有機(jī)結(jié)合起來，從而達(dá)到縮短工程產(chǎn)品設(shè)計周期、提高設(shè)計質(zhì)量的目的。簡單地講，CAD是工程技術(shù)人員利用計算機(jī)達(dá)到最佳的設(shè)計目的。

CAD概念的實(shí)質(zhì)在于：（1）人機(jī)各盡所長；（2）人機(jī)交互結(jié)合；（3）最佳設(shè)計效率。

CAD技術(shù)的主要作用如下:（1）提高設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計效率。（2）能夠充分發(fā)揮設(shè)計人員創(chuàng)造性。（3）縮短產(chǎn)品的設(shè)計周期。1.2CAD技術(shù)的重要應(yīng)用CAD是計算機(jī)科學(xué)與工程設(shè)計學(xué)科相結(jié)合形成的新興技術(shù)，是計算機(jī)在工程中最有影響的應(yīng)用技術(shù)之一。CAD技術(shù)曾被美國國家工程科學(xué)院評為當(dāng)代十項(xiàng)最杰出的工程技術(shù)成就之一。無論是軍事工業(yè)還是民用工業(yè)，無論是建筑行業(yè)還是制造加工行業(yè)，無論是機(jī)械、電子、輕紡行業(yè)還是文體、影視廣告行業(yè)等都離不開CAD技術(shù)。CAD技術(shù)是企業(yè)界爭奪市場份額和生存發(fā)展不可缺少的手段。

在制造業(yè)中的應(yīng)用：如波音777飛機(jī)是世界上第一架實(shí)現(xiàn)無紙?jiān)O(shè)計與制造的飛機(jī)。在工程領(lǐng)域中的應(yīng)用：如建筑設(shè)計CAD、電子沙盤；機(jī)械設(shè)計CAD等。仿真模擬和動畫制作：在電影制作中的成功應(yīng)用，如“未來世界”、“玩具總動員”、“侏羅記公園”等在輕工行業(yè)的應(yīng)用：如模具CAD和服裝CAD等。在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用：計算機(jī)輔助手術(shù)規(guī)劃和手術(shù)模擬。在電子電路中的應(yīng)用：超大規(guī)模集成電路的設(shè)計制造。我國科學(xué)技術(shù)部在CAD應(yīng)用工程2000年規(guī)劃綱要中指出：“到2000年，在國民經(jīng)濟(jì)主要部門的科研、設(shè)計單位和企業(yè)中全面普及推廣CAD技術(shù)，實(shí)現(xiàn)‘甩掉圖板’（指傳統(tǒng)設(shè)計中的描圖板），提高智能勞動效率，推廣我國CAD市場，扶持發(fā)展以CAD為突破口的我國自主創(chuàng)新的軟件產(chǎn)業(yè)，建立起我國的CAD產(chǎn)業(yè)”。到2000年，我國機(jī)械制造業(yè)應(yīng)用CAD技術(shù)的普及率和覆蓋率均達(dá)70%以上；工程設(shè)計行業(yè)CAD技術(shù)的普及率和覆蓋率均達(dá)100%。CAD技術(shù)在我國工程和產(chǎn)品設(shè)計的一些應(yīng)用實(shí)例：（1）沈陽變壓器廠用CAD技術(shù)輸出三峽工程項(xiàng)目三維彩色產(chǎn)品設(shè)計圖和計算機(jī)分析的數(shù)據(jù)，從而贏得了三峽工程的招標(biāo)項(xiàng)目。（2）瀘東造船廠應(yīng)用CAD技術(shù)后，生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備周期縮短1/3以上，造船的設(shè)計開發(fā)能力提高一倍。（3）西北電力設(shè)計院用CAD系統(tǒng)建渭河電廠主廠房三維模型，對該廠原設(shè)計方案自動校驗(yàn)，共查出6處隱藏在圖紙中的錯誤，當(dāng)即進(jìn)行了修改。（4）寰球化工工程公司應(yīng)用CAD技術(shù)，在盤綿乙烯裝置工程中，進(jìn)行碰撞檢測后，使95%以上的錯誤得以糾正，在總長20多萬米的管道設(shè)計中，施工結(jié)束后剩余鋼管不到10米。1.3CAD技術(shù)應(yīng)用實(shí)例圖示一些圖形網(wǎng)站如/gallery/id/具有豐富的圖片，可顯示CAD技術(shù)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用效果。1.4CAD技術(shù)發(fā)展歷程CAD技術(shù)隨著計算機(jī)及其外圍設(shè)備、圖形輸入輸出設(shè)備、軟件技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。（1）準(zhǔn)備和誕生時期（20世紀(jì)50~60年代）電子管計算機(jī)1950MIT能夠顯示簡單圖形的圖形顯示器

1958Calcomp滾筒式繪圖機(jī)20世紀(jì)50年代末SAGE戰(zhàn)術(shù)防空系統(tǒng)

請看圖片：1950年美國麻省理工學(xué)院研制的whirlWind圖形顯示設(shè)備光筆滾筒式繪圖儀平板繪圖儀（2）蓬勃發(fā)展和進(jìn)入應(yīng)用的時期（20世紀(jì)60年代）1962，IvanSutherland研究出了Sketchpad交互式圖形系統(tǒng)。計算機(jī)及圖形設(shè)備價格昂貴，技術(shù)復(fù)雜。計算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展，如Coons曲面。（3）廣泛應(yīng)用時期（20世紀(jì)70年代）集成電路用于計算機(jī)，使計算機(jī)平臺的性能大為提高。出現(xiàn)了以小型計算機(jī)為平臺的CAD系統(tǒng)。圖形設(shè)備相繼推出并完善。圖形軟件和CAD應(yīng)用支撐軟件不斷得到充實(shí)與提高。（4）飛速發(fā)展時期（20世紀(jì)80年代）出現(xiàn)了大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路，使微機(jī)進(jìn)入市場。推出了以UNIX系統(tǒng)支撐的SUN工作站。圖形軟件更加成熟。（5）日趨成熟的時期（20世紀(jì)90年代）出現(xiàn)基于PC平臺的價廉物美的CAD系統(tǒng)。CAD系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化：CGI、GKS、GKS-3D、PHIGS、OpenGL、IGES、STEP。智能化CAD系統(tǒng)。集成化?？茖W(xué)計算可視化、虛擬設(shè)計、虛擬制造。1.5

CAD軟件技術(shù)的發(fā)展以機(jī)械行業(yè)為例，說明CAD軟件技術(shù)的發(fā)展歷程。20世紀(jì)60年代，CAD的主要技術(shù)特點(diǎn)是交互式二維繪圖和三維線框模型。20世紀(jì)70年代，CAD的主要技術(shù)特征是自由曲線曲面生成算法和表面造型理論，代表軟件CATIA。20世紀(jì)80年代，CAD的主要技術(shù)特征是實(shí)體造型理論和幾何建模方法，代表軟件I-DEAS。20世紀(jì)90年代，CAD技術(shù)基礎(chǔ)理論主要是以PTC的Pro/Engineer為代表的參數(shù)化造型理論和以SDRC的I-DEAS為代表的變量化造型理論，形成了基于特征的實(shí)體建模技術(shù)。1.6發(fā)展趨勢微機(jī)化、集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、可視化、并行化、標(biāo)準(zhǔn)化。2.CAD系統(tǒng)的軟硬件技術(shù)基礎(chǔ)什么是CAD系統(tǒng)？CAD系統(tǒng)是以計算機(jī)硬件為基礎(chǔ)，系統(tǒng)軟件和支撐軟件為主體，應(yīng)用軟件為核心組成的面向工程設(shè)計問題的信息處理系統(tǒng)。CAD系統(tǒng)與一般計算機(jī)系統(tǒng)的差別：一般計算機(jī)系統(tǒng)：計算機(jī)+外圍設(shè)備。CAD系統(tǒng)：人與計算機(jī)及外圍設(shè)備協(xié)調(diào)運(yùn)行的系統(tǒng)。其基本功能是交互性（對話功能）。2.1CAD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能1）.CAD系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可用分層體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。硬件平臺：網(wǎng)絡(luò)，計算機(jī)，繪圖機(jī)，打印機(jī)...操作系統(tǒng)：Windows3.x,Windows95/98/NT,UNIX網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：TCP/IP,SPX/IPX數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：Oracle,Sybase,Forpro…CAD工具軟件：AutoCAD,Solidworks,Pro/E...CAD工程應(yīng)用軟件...硬件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件支撐軟件應(yīng)用軟件CAD系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)2）.系統(tǒng)功能分析（1）硬件應(yīng)具備的基本功能：計算功能、存儲功能、輸入輸出功能、交互功能。

（2）軟件應(yīng)具備的基本功能：就機(jī)械產(chǎn)品CAD系統(tǒng)來講，應(yīng)是：產(chǎn)品幾何造型的功能（線框、曲面與實(shí)體造型）、2D和3D圖形處理功能、有限元分析功能、優(yōu)化設(shè)計過程、數(shù)據(jù)庫管理功能等。

CAD軟件CAD專用軟件CAD支撐軟件優(yōu)化方法庫圖形支撐軟件數(shù)據(jù)庫軟件有限元分析軟件系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)高級語言編譯器網(wǎng)絡(luò)軟件3）.CAD系統(tǒng)軟件層次結(jié)構(gòu)（1）系統(tǒng)軟件主要用于計算機(jī)的管理、維護(hù)、控制以及計算機(jī)程序的翻譯、裝入與運(yùn)行。操作系統(tǒng)：Windows95/98、UNIX、WindowsNT等。語言編譯系統(tǒng)：VisualC/C++、VisualBasic、AutoLisp等。（2）支撐軟件是為滿足CAD/CAM用戶共同需要而開發(fā)的通用軟件。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：Foxpro/ORACLE/INFORMIX/Sybase等。計算機(jī)分析軟件：ANSYS/NASTRAN/ADAMS等。圖形支撐軟件：可分為圖形處理語言及交互式繪圖軟件。

（3）應(yīng)用軟件用戶利用計算機(jī)所提供的各種系統(tǒng)軟件、支撐軟件，編制解決用戶各種實(shí)際問題的程序稱為應(yīng)用軟件。開發(fā)應(yīng)用軟件是CAD工作者的一項(xiàng)重要工作。

（4）常用CAD軟件國內(nèi)應(yīng)用較廣的微機(jī)CAD軟件有：Autodesk公司的AutoCAD及MDT,Solidworks公司的Solidworks，美國CV公司的CADDS軟件的微機(jī)版本PD（PersonalDesigner）;MicroStation軟件，Micro-CADAM軟件，CADKEY軟件，SolidEdge軟件等。工程工作站CAD/CAM系統(tǒng)軟件有：美國SDRC公司開發(fā)的I-DEAS（IntegratedEngineeringAnalysisSoftware），IBM公司開發(fā)的CATIA（Computer-GraphicsAidedThree-DimensionalInteractiveApplications），法國Matra公司EUCLID軟件，美國EDS公司UGII(UNIGRAPHICSII)軟件，美國PTC公司Pro/Engineer系統(tǒng)。2.2CAD系統(tǒng)的類型按照CAD系統(tǒng)中采用的計算機(jī)類型、外圍設(shè)備以及它們之間的聯(lián)系方式，CAD系統(tǒng)可分為主機(jī)型CAD系統(tǒng)、工程工作站CAD系統(tǒng)、微機(jī)CAD系統(tǒng)和基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的CAD系統(tǒng)。CAD系統(tǒng)經(jīng)歷過三個階段的發(fā)展，即許多用戶共享一臺計算機(jī)；一個用戶用一臺計算機(jī)；一個用戶共享多臺計算機(jī)。（1）工程工作站系統(tǒng)工程工作站是具有高速的科學(xué)計算、豐富的圖形處理、靈活的窗口及網(wǎng)絡(luò)管理功能的交互式計算機(jī)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的特點(diǎn)是：一個用戶用一臺計算機(jī)，并且具有聯(lián)網(wǎng)功能。這也是它與具有分時系統(tǒng)的超級小型機(jī)的不同之處。SUN、SGI、HP、DEC和IBM等大型計算機(jī)公司廣泛采用工程工作站系統(tǒng)，因此工程工作站在國外CAD系統(tǒng)中占有主導(dǎo)地位。（2）微機(jī)CAD系統(tǒng)是以一臺微機(jī)為主的單用戶系統(tǒng)。

微機(jī)CAD硬件系統(tǒng)主機(jī)操作系統(tǒng)顯示設(shè)備：圖形顯示器輸入設(shè)備外存儲器輸出設(shè)備通訊接口（3）網(wǎng)絡(luò)分布CAD系統(tǒng)應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)，將分布于各地的各類計算機(jī)以網(wǎng)絡(luò)形式連接起來進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計工作。CAD網(wǎng)絡(luò)示例TCP/IPServerClient文件服務(wù)器數(shù)據(jù)庫服務(wù)器微機(jī)工作站...2.3計算機(jī)及其輸入輸出設(shè)備CAD硬件計算機(jī)主機(jī)圖形輸入設(shè)備圖形繪制設(shè)備圖形顯示設(shè)備掃描儀數(shù)字化儀數(shù)碼相機(jī)光柵掃描顯示器液晶顯示器打印機(jī)繪圖機(jī)筆式繪圖機(jī)噴墨繪圖機(jī)CAD硬件設(shè)備1）.微機(jī)組成與分類

按微機(jī)的設(shè)備組成，微機(jī)設(shè)備可分為內(nèi)、外兩部分：內(nèi)部設(shè)備通常包括主板、CPU、內(nèi)存儲器、顯示卡、電源、輸入輸出接口等；其中輸入輸出接口又分為串行口和并行口，它們分別可以連接鼠標(biāo)、打印機(jī)等外部設(shè)備；主板上通常有幾個擴(kuò)展槽，用來連接外部設(shè)備等。外部設(shè)備一般包括軟盤驅(qū)動器、硬盤驅(qū)動器、光盤驅(qū)動器、鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、聲卡、網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器等。

2）.計算機(jī)輸入設(shè)備

圖形輸入設(shè)備可將用戶的圖形結(jié)果及各種命令等轉(zhuǎn)換為電信號，并傳送給計算機(jī)。（1）物理設(shè)備鍵盤、鼠標(biāo)器、數(shù)字化儀、圖形輸入板鍵盤由一組按陣列方式裝配在一起的按鍵開關(guān)組成。鼠標(biāo)器可以方便、準(zhǔn)確地移動光標(biāo)進(jìn)行定位，它是窗口軟件和繪圖軟件的首選輸入設(shè)備。數(shù)字化儀和圖形輸入板矢量圖形輸入設(shè)備。語音輸入與掃描輸入（2）邏輯設(shè)備圖形輸入設(shè)備從邏輯上分為6種功能，即定位（locator）、筆劃（stroke）、數(shù)值（valuator）、選擇（choice）、拾?。╬ick）及字符（string），也可稱為6種邏輯設(shè)備。圖形輸入設(shè)備的邏輯分類名稱相應(yīng)的典型設(shè)備基本功能定位鼠標(biāo)器、拇指輪輸入一個點(diǎn)的坐標(biāo)筆劃鼠標(biāo)器、拇指輪輸入一系列點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)值數(shù)字鍵盤輸入一個整數(shù)或?qū)崝?shù)選擇功能鍵、鼠標(biāo)器由一個整數(shù)得到某種選擇拾取光筆、鼠標(biāo)器拾取一個顯示著的圖素字符串字符鍵盤輸入一串字符所謂邏輯設(shè)備，是指按邏輯功能定義的設(shè)備，而不是具體的物理設(shè)備。一種邏輯設(shè)備對應(yīng)于一種或一類特定的物理設(shè)備，而實(shí)際的圖形輸入設(shè)備又往往是某些邏輯輸入功能的組合。3）.計算機(jī)圖形輸出設(shè)備

常用的圖形輸出設(shè)備可以分為兩大類。一類是與圖形輸入設(shè)備相結(jié)合，構(gòu)成具有交互功能的可以快速地生成、刪除和修改圖形的顯示設(shè)備。另一類是在紙上或其他介質(zhì)上輸出可以永久性保存的圖形的繪圖設(shè)備。后者也稱為硬拷貝設(shè)備。硬拷貝設(shè)備:（1）打印機(jī)（Printer）按打印機(jī)的打印方式來分，目前常用的打印機(jī)有：點(diǎn)陣打印機(jī)、噴墨打印機(jī)與激光打印機(jī)。（2）繪圖儀（Plotter）根據(jù)在圖紙上形成圖形的不同原理，繪圖儀分為噴墨、激光、靜電和筆式繪圖儀。噴墨和筆式繪圖儀是目前常用的繪圖設(shè)備。計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的特點(diǎn)和功能已被人們所接受，并廣泛地應(yīng)用于產(chǎn)品的設(shè)計和開發(fā)。而就CAD系統(tǒng)而言，其技術(shù)的實(shí)現(xiàn)涉及到如下一些關(guān)鍵技術(shù)。1．產(chǎn)品的幾何造型技術(shù)CAD的幾何造型過程也就是對被設(shè)計對象進(jìn)行描述，并用合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)儲存在計算機(jī)內(nèi)，以建立計算機(jī)內(nèi)部模型的過程。被設(shè)計對象的造型建模技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)歷了線框模型、表面(曲面)模型、實(shí)體建模、特征造型、特征參數(shù)模型、產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型的演變過程，主要模型類型如圖所示。l)線框模型2)表面模型3)實(shí)體模型4)特征造型3.CAD的關(guān)鍵技術(shù)

計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的特點(diǎn)和功能已被人們所接受，并廣泛地應(yīng)用于產(chǎn)品的設(shè)計和開發(fā)。而就CAD系統(tǒng)而言，其技術(shù)的實(shí)現(xiàn)涉及到如下一些關(guān)鍵技術(shù)。1．產(chǎn)品的幾何造型技術(shù)CAD的幾何造型過程也就是對被設(shè)計對象進(jìn)行描述，并用合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)儲存在計算機(jī)內(nèi)，以建立計算機(jī)內(nèi)部模型的過程。被設(shè)計對象的造型建模技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)歷了線框模型、表面(曲面)模型、實(shí)體建模、特征造型、特征參數(shù)模型、產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型的演變過程，主要模型類型如圖所示。l)線框模型2)表面模型3)實(shí)體模型4)特征造型2．單一數(shù)據(jù)庫與相關(guān)性設(shè)計技術(shù)單一數(shù)據(jù)庫是指與設(shè)計相關(guān)的全部數(shù)據(jù)信息來自于一個數(shù)據(jù)庫。所謂相關(guān)性設(shè)計，是指任何設(shè)計改動都將及時地反映到設(shè)計過程的其他相關(guān)環(huán)節(jié)上。建立在單一數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上的產(chǎn)品開發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的相關(guān)性設(shè)計。單一數(shù)據(jù)庫和相關(guān)性設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用有利于減少設(shè)計中的差錯，提高設(shè)計質(zhì)量，縮短開發(fā)周期。3．CAD與其它CAX系統(tǒng)的集成技術(shù)CAD技術(shù)為產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)提供了基本的數(shù)據(jù)化模型，然而，它只是計算機(jī)參與產(chǎn)品生產(chǎn)制造的一個環(huán)節(jié)。為了使產(chǎn)品生產(chǎn)后續(xù)的作業(yè)環(huán)節(jié)有效地利用CAD作業(yè)所構(gòu)造的產(chǎn)品信息模型，充分利用已有的信息資源，提高綜合生產(chǎn)效率，必須將CAD技術(shù)與其他CAX技術(shù)進(jìn)行有效的集成，包括CAD/CAM技術(shù)的集成、CAD與CIMS其他功能系統(tǒng)的集成等。CAD技術(shù)的主要功能是進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計造型，為其他功能系統(tǒng)提供共享的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，它已成為CIMS或其他制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。3．CAD與其它CAX系統(tǒng)的集成技術(shù)CAD技術(shù)與其他CAX系統(tǒng)的集成，涉及到產(chǎn)品的造型建模、工程數(shù)據(jù)的管理、數(shù)據(jù)交換接口等技術(shù)。CAD技術(shù)的集成體現(xiàn)在以下幾個方面：(1)CAD與CAE集成、CAD與CAPP/CAM集成、CAD與PDM集成、CAD與ERP等軟件模塊集成。CAD與這些系統(tǒng)模塊的集成為企業(yè)提供了產(chǎn)品生產(chǎn)制造一體化解決方案，推動了企業(yè)的信息化進(jìn)程。(2)將CAD技術(shù)的算法、功能模塊以至整個系統(tǒng)以專用芯片的形式加以固化，這樣一方面可以提高CAD系統(tǒng)的運(yùn)行效率，另一方面可以供其他系統(tǒng)直接調(diào)用。(3)CAD在網(wǎng)絡(luò)計算環(huán)境下實(shí)現(xiàn)異地、異構(gòu)系統(tǒng)的企業(yè)間集成，如全球化設(shè)計、虛擬設(shè)計、虛擬制造以及虛擬企業(yè)就是該集成層次的具體體現(xiàn)。4．標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)由于CAD軟件產(chǎn)品眾多，為實(shí)現(xiàn)信息共享，相關(guān)軟件必須支持異構(gòu)、跨平臺的工作環(huán)境。該問題的解決主要依靠CAD技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)制定了“產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型交換標(biāo)準(zhǔn)”(StandardfortheExchangeofProductModelData，STEP)。STEP采用統(tǒng)一的數(shù)字化定義方法，涵蓋了產(chǎn)品的整個生命周期，是CAD技術(shù)最新的國際標(biāo)準(zhǔn)。目前，主流的CAD軟件系統(tǒng)都支持ISO標(biāo)準(zhǔn)及其他工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，面向應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件及零部件庫的標(biāo)準(zhǔn)化也成為CAD系統(tǒng)的必備內(nèi)容，為實(shí)現(xiàn)信息共享創(chuàng)造了條件。計算機(jī)輔助設(shè)計的研究熱點(diǎn)計算機(jī)輔助產(chǎn)品的概念設(shè)計難題：建模和推理計算機(jī)支持的協(xié)同設(shè)計難題：信息實(shí)時可靠交換；異構(gòu)環(huán)境下可靠運(yùn)行；通訊方法與手段海量信息處理存儲、管理和檢索技術(shù)智能CAD技術(shù)：將人工智能技術(shù)與CAD技術(shù)融為一體，難題：解決人類思維模型建立和表達(dá)CAD與虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)的集成

VR向設(shè)計者提供視覺、聽覺、觸覺等直觀、自然、實(shí)時的感知，目前VR所需軟硬件價格昂貴，技術(shù)開發(fā)難度大計算機(jī)安全技術(shù)保密，防病毒感染計算機(jī)輔助產(chǎn)品設(shè)計方法A探討計算機(jī)應(yīng)用的必要性B研究產(chǎn)品概念設(shè)計的創(chuàng)新C產(chǎn)品設(shè)計的可變性繼承性D可視化技術(shù)等CAD相關(guān)技術(shù)研究計算機(jī)輔助產(chǎn)品設(shè)計方法1、計算機(jī)輔助設(shè)計過程分析需求分析可行性論證制定任務(wù)書任務(wù)規(guī)劃階段實(shí)質(zhì)：功能原理設(shè)計確定設(shè)計方案概念設(shè)計階段結(jié)構(gòu)草圖設(shè)計確定裝配草圖結(jié)構(gòu)設(shè)計階段零部件設(shè)計實(shí)驗(yàn)、改進(jìn)繪制技術(shù)圖樣詳細(xì)設(shè)計階段用戶試用設(shè)計定型投入生產(chǎn)定型生產(chǎn)階段計算機(jī)應(yīng)用的可行性設(shè)計過程符合計算機(jī)系統(tǒng)化、程式化工作性質(zhì)。

設(shè)計類型任務(wù)性質(zhì)功能設(shè)計布局設(shè)計參數(shù)設(shè)計公差設(shè)計任務(wù)所占比重新設(shè)計適應(yīng)性設(shè)計參數(shù)化設(shè)計1、計算機(jī)輔助設(shè)計過程分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)功能設(shè)計階段1、計算機(jī)輔助設(shè)計過程分析

產(chǎn)品工藝過程設(shè)計階段

產(chǎn)品加工制造階段新設(shè)計比重很小人工效率低、工作繁瑣加工停留時間短，流通時間長計算機(jī)應(yīng)用的必要性概念設(shè)計定義在確定任務(wù)后，通過抽象化，擬定功能結(jié)構(gòu)，尋求適當(dāng)?shù)淖饔迷砑捌浣M合等，確定出基本求解途徑，得出求解方案的設(shè)計工作。新產(chǎn)品設(shè)計創(chuàng)新產(chǎn)品概念設(shè)計過程的早期階段2、計算機(jī)輔助概念設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)原理方案設(shè)計技術(shù)——關(guān)鍵概念設(shè)計建模技術(shù)——核心設(shè)計創(chuàng)新技術(shù)并行和協(xié)同概念設(shè)計技術(shù)基于設(shè)計目標(biāo)和知識的原理方案求解產(chǎn)品模型和過程模型的建立方法研究創(chuàng)新技法1、產(chǎn)品功能、原理、結(jié)構(gòu)等2、制造、成本等3、設(shè)計師間的協(xié)作2、計算機(jī)輔助概念設(shè)計

產(chǎn)品除了滿足人們的使用功能要求外，還要適應(yīng)使用者的美學(xué)感覺，滿足人們的心理需求。產(chǎn)品的造型、質(zhì)感、色彩等給人的感官感受常常會起到出人意料的作用。2、計算機(jī)輔助概念設(shè)計美學(xué)設(shè)計美學(xué)設(shè)計產(chǎn)品造型設(shè)計材質(zhì)色彩形態(tài)2、計算機(jī)輔助概念設(shè)計美學(xué)設(shè)計形態(tài)任何設(shè)計最終都將物化為形態(tài)，是人們認(rèn)識、使用產(chǎn)品的根本。