第1讲-计算机图形学与CAD技术-绪论.

1、华中科技大学华中科技大学国家国家CAD支撑软件工程技术研究中心支撑软件工程技术研究中心32学时上课学时上课 （8-12，14-16周）周） 星期一（星期一（7-8），），D12201；星期三（；星期三（3-4），），D9D21916学时上机实验学时上机实验 地点：东校区机房 时间：星期四，11、12、14、15周， 第912节 上机内容安排： 曲面建模 （4学时） 零件设计 （4学时） 装配设计 （4学时） 计算分析 （4学时） 注意：上机时间安排考试（考试（70%）+上机实习（上机实习（30%） 计算机辅助设计系统组成 （软件、硬件、常用CAD系统等） 计算机图形学本原理 (图形的描述、图形

2、变换、图形显示） 计算机辅助设计中的建模技术 （曲线曲面建模、实体建模、特征建模、装配建模等） 计算机辅助设计中的工程计算处理 （一般工程数据处理、工程设计及计算处理） 专业机械CAD系统的应用开发方法简介 （二维CAD系统及三维CAD系统的应用开发简介） 典型机械产品的CAD应用计算机图形学教程计算机图形学教程，唐荣锡等，第二版，唐荣锡等，第二版计算机图形学计算机图形学，孙家广，第三版，孙家广，第三版计算机辅助与非均匀有理计算机辅助与非均匀有理B样条样条，施法中，施法中NURBS，Les Piegl等等CAD/CAM/CAE系统原理，系统原理，Kunwoo Lee等等计算机辅助设计技术与应用

3、计算机辅助设计技术与应用，殷国富，殷国富http:/ 。CAD：研究某一工程设计对象的计算机表达、显示，设计计算与分析；更侧重专业对象的设计应用工具的强大，通常CG是其图形显示基础。如通用二、三维CAD软件工具，专业的机械设计工具，飞机、汽车设计工具等。CG 和CAD的关系类似于发动机引擎与汽车的关系注：本课程将结合机械工程的学科特点来主要介绍CAD技术机械CAD技术，CG内容将穿插在CAD技术中，使CG、CAD融合为一个有机整体。本章目的：本章目的：了解机械CAD基本概念了解机械CAD的主要内容和作用了解机械CAD系统的构成了解机械CAD发展的历史和趋势1机械机械CAD技术概述技术概述11

4、机械机械CAD的概念的概念12 机械机械CAD的内容的内容13 机械机械CAD的作用的作用2机械CAD系统的构成21 机械CAD系统的构成22 机械CAD系统的硬件23 机械CAD系统的软件3机械CAD技术的发展31 机械CAD的发展历程32 机械CAD的发展趋势 机械设计机械设计就是根据使用要求使用要求确定产品应该具备的功能，构想出产品的工作原理、结构工作原理、结构形状、运动方式、力和能量形状、运动方式、力和能量的传递、以及所用材料等事项，并转化为具体的描述，例如图纸和设计文件等，以此作为制造的依据。 机械设计是产品从需求分析、设计、制造、销售、使用和回收整个产品全生命周期产品全生命周期中的

5、一个重要环节，对产品成本的影响占80。 1、机械CAD技术概述1.1机械CAD的概念 1、机械CAD技术概述1.1机械CAD的概念 市场需求调查市场需求调查提出开发计划提出开发计划设计任务书设计任务书功能分析功能分析寻求解决方案寻求解决方案拟订总体布局拟订总体布局机械运动机械运动方案设计方案设计原理方案图原理方案图主要尺寸主要尺寸及参数设计及参数设计总体结构设计总体结构设计装配图装配图零部件零部件结构设计结构设计零件图零件图技术文档技术文档产品规划阶段产品规划阶段(需求分析需求分析)方案设计阶段方案设计阶段（概念设计）（概念设计）技术设计阶段技术设计阶段（详细设计）（详细设计）传统设计过程1、

6、机械CAD技术概述1.1机械CAD的概念 l需求分析调查研究、分析用户需求、收集资料，在此基础上确定产品功能，提出需调查研究、分析用户需求、收集资料，在此基础上确定产品功能，提出需求报告求报告l概念设计构思方案，分析和论证，获得一组可行的原理性方案，然后确定设计中一构思方案，分析和论证，获得一组可行的原理性方案，然后确定设计中一些大的框架，如绘制总体布局草图，确定各零部件的基本结构和形状，些大的框架，如绘制总体布局草图，确定各零部件的基本结构和形状，建立数学模型，进行主要设计参数的分析计算与优化建立数学模型，进行主要设计参数的分析计算与优化l详细设计确定对象的细部结构，完成装配图和零件图的绘制

7、，编写技术文件确定对象的细部结构，完成装配图和零件图的绘制，编写技术文件l工艺设计确定工艺流程，编制工序文件，进行工装夹具设计，编写工艺技术文件确定工艺流程，编制工序文件，进行工装夹具设计，编写工艺技术文件1、机械CAD技术概述1.1机械CAD的概念 详细设计的终结并不意味着最终获得了一个好的设计详细设计的终结并不意味着最终获得了一个好的设计机械产品在经历了制造加工、样机测试、批量生产、以及机械产品在经历了制造加工、样机测试、批量生产、以及销售使用后，会返回大量信息，需要对产品进行不断修改销售使用后，会返回大量信息，需要对产品进行不断修改1、机械CAD技术概述1.1机械CAD的概念 设计设计评

8、价评价产品产品报报废废 品品报报废废 品品制造制造原料原料外在因素变化外在因素变化设备设备厂房厂房人员人员试制试制原料原料设备设备厂房厂房人员人员1、机械CAD技术概述1.1机械CAD的概念 详细设计的终结并不意味着最终获得了一个好的设计详细设计的终结并不意味着最终获得了一个好的设计机械产品在经历了制造加工、样机测试、批量生产、以及机械产品在经历了制造加工、样机测试、批量生产、以及销售使用后，会返回大量信息，需要对产品进行不断修改销售使用后，会返回大量信息，需要对产品进行不断修改1、机械CAD技术概述1.1机械CAD的概念 机械设计是一个机械设计是一个“设计设计评价评价再设计再设计”的反复迭代

9、、不断优化的过程的反复迭代、不断优化的过程 在人工设计情况下，存在许多的缺点在人工设计情况下，存在许多的缺点传统设计工具： 绘图板， 计算器（尺） 产生设计蓝图1、机械CAD技术概述1.1机械CAD的概念 手工计算计算器（尺）绘图板设计蓝图u每一环节靠手工完成每一环节靠手工完成u设计方案靠经验，方案少，不设计方案靠经验，方案少，不优化优化u不能进行复杂的力学分析不能进行复杂的力学分析 ，难，难以按动态的、精确的的方法计以按动态的、精确的的方法计算，容易出错算，容易出错u大部分时间花在零件图、装配大部分时间花在零件图、装配图上，可重用性差图上，可重用性差 u设计周期长、效率低设计周期长、效率低1

10、、机械CAD技术概述1.1机械CAD的概念 详细设计的终结并不意味着最终获得了一个好的设计详细设计的终结并不意味着最终获得了一个好的设计机械产品在经历了制造加工、样机测试、批量生产、以及机械产品在经历了制造加工、样机测试、批量生产、以及销售使用后，会返回大量信息，需要对产品进行不断修改销售使用后，会返回大量信息，需要对产品进行不断修改机械设计是一个机械设计是一个“设计设计评价评价再设计再设计”的反复迭代、的反复迭代、不断优化的过程不断优化的过程 在人工设计情况下，存在许多的缺点在人工设计情况下，存在许多的缺点1、机械CAD技术概述1.1机械CAD的概念 因此实现某种程度的设计自动化，缩短设计周

11、期，降低设因此实现某种程度的设计自动化，缩短设计周期，降低设计成本，提高设计质量，就成为机械设计发展的迫切要求，计成本，提高设计质量，就成为机械设计发展的迫切要求，正是在这样的背景下产生了计算机辅助设计正是在这样的背景下产生了计算机辅助设计(Computer Aided Design)20世纪60年代的观点科学计算和分析或计算机控制绘图机绘制出工程图 1967年，美国学者D.T.ROSS的定义把设计者与计算机结合为一个问题求解组，使之较各自单独工作时能更有效地达到设计问题的目标 1972年，国际信息处理联合会的定义CAD是一种技术，其中人与机（计算机）结合为一个问题求解组，紧密配合，发挥各自所

12、长，从而使其工作优于每一方，并为应用多学科的方法的综合性协作提供了可能 1、机械CAD技术概述1.1机械CAD的概念 n 是用计算机硬、软件系统辅助人们对产品或工程进行设计、修改、分析和优化的一种设计方法。n 在CAD系统中人与计算机密切合作，在不同的方面人与计算机充分发挥各自的特长，因此CAD系统是一个人机结合的系统。n CAD技术是一门多学科的综合性应用新技术，它涉及到以下基础技术：图形处理技术图形处理技术工程分析技术工程分析技术数据管理与数据交换技术数据管理与数据交换技术 文档处理技术文档处理技术 软件设计技术软件设计技术 1、机械CAD技术概述1.1机械CAD的概念 CAD技术不断发展

13、，不同领域对CAD技术的应用程度不同，对CAD技术的含义的理解也略有差异。Computer Aided DraftingComputer Aided DesignComputer Adied Development1、机械CAD技术概述1.1机械CAD的概念 1、机械CAD技术概述1.1机械CAD的概念 产品开发周期与数字化制造技术之间的关系产品开发周期与数字化制造技术之间的关系设计需求分析设计需求分析可行性研究与可行性研究与分析分析设计建模与设计建模与仿真仿真设计设计优化优化设计设计评价评价设计设计结果结果设计分设计分析析概念设概念设计计市场信息市场信息工艺工艺规划规划编程控制编程控制工装夹

14、具工装夹具生产计划生产计划物料需求物料需求运输运输制造制造包装包装质量质量检验检验装配装配营销营销数字化制造数字化制造数字化设计数字化设计数字化生产规划数字化生产规划现在的现在的CADCAD往往与往往与CAECAE、CAPPCAPP、CAMCAM、PDMPDM（PLMPLM）集成形成集成化的集成形成集成化的CAD/CAE/CAPP/CAM/PDMCAD/CAE/CAPP/CAM/PDM系统系统( (即即C4PC4P) ) 。 CADCAD几何建模，结构设计；几何建模，结构设计；CAECAE工程分析，性能优化；工程分析，性能优化；CAPPCAPP 工艺路线及工序的编制；工艺路线及工序的编制；CA

15、MCAM生成刀具加工轨迹，生成加工代码；生成刀具加工轨迹，生成加工代码；PDMPDM（PLMPLM）管理产品开发过程中的数据、流程、）管理产品开发过程中的数据、流程、团队、项目任务，实现协同开发（并行工程），团队、项目任务，实现协同开发（并行工程），集成开发平台。集成开发平台。CADCAECAPPCAMu 设计工具软件化（设计工具软件化（CAx）u 强有力的计算、图形、数据处理能力强有力的计算、图形、数据处理能力u 设计、分析综合，性能选优设计、分析综合，性能选优 u 提高了设计精度和可靠性提高了设计精度和可靠性u 信息共享、资源共享、设计过程共享信息共享、资源共享、设计过程共享 u 设计效率

16、高、周期短设计效率高、周期短 1、机械CAD技术概述1.1机械CAD的概念 数据/信息原料原料设备设备厂房厂房产产品品实际制造实际制造人员人员报废品报废品设计设计虚拟样机虚拟样机评价评价反反馈馈 信信息息虚拟加工虚拟加工虚拟装配虚拟装配虚拟检测虚拟检测市场信息市场信息1、机械CAD技术概述1.1机械CAD的概念 1、机械CAD技术概述1.2机械CAD的内容 1 1计算功能计算功能机械CAD系统除了要进行各种数值的计算之外，还应能运用已积累的设计经验，获得设计对象的几种设计方案，对结构进行物性参数计算和力学性能分析。2 2人机交互功能人机交互功能在机械CAD系统中，人机接口是用户与系统连接的桥梁

17、。友好的界面是保证用户直接。有效地完成复杂设计任务的基本条件，除此之外，还需要交互设备，以实现任与计算机之间的对话。3 3图形显示功能图形显示功能从产品的造型、构思、方案的确定，到结构分析评价，系统应能保证用户随时观察、修改中间结果，实时进行编辑处理。图形显示功能不仅能够对二维平面图形进行显示控制，还具有对三维实体进行处理等功能。4 4存储功能存储功能利用机械CAD系统进行设计时，会涉及到大量的相关资料数据、图形数据、计算结果等各种数据，要求CAD系统具有强大的存储功能。5 5输入输出功能输入输出功能利用机械CAD系统进行设计时，一方面用户需要不断地将有关设计要求、计算条件等输入计算机内，一方

18、面通过计算机的处理，能够将系统处理的结果及时输出。相应的输入输出功能是系统的基本功能。 1、机械CAD技术概述1.2机械CAD的内容 1）产品设计信息获取2）产品定义3）几何造型常用方法：用二维和三维的建模技术来生成；由二维和三维基本元素来建立；宏编程或者变量程序；使用参数CAD系统和基于特征的CAD系统，或者利用应用系统或设计系统。4）计算分析结构分析计算；检查和校验计算；优化计算。5）验证评价计算机对设计对象进行自动化的评价一般要求对该对象的几何特征进行解释，其目的是为了推导出设计对象的特性。6）修改设计7）提供文档基于CAD的设计过程1、机械CAD技术概述1.2机械CAD的内容 机械机械

19、CADCAD的应用的应用CAD概念设计概念设计1、机械CAD技术概述1.3 机械CAD的作用 二维建模二维建模1、机械CAD技术概述1.3 机械CAD的作用 机械机械CADCAD的应用的应用三维几何建模及装配三维几何建模及装配1、机械CAD技术概述1.3 机械CAD的作用 机械机械CADCAD的应用的应用结构性能计算结构性能计算1、机械CAD技术概述1.3 机械CAD的作用 机械机械CADCAD的应用的应用运动学分析运动学分析1、机械CAD技术概述1.3 机械CAD的作用 机械机械CADCAD的应用的应用大齿轮 大拉杆 横 梁 侧 销 导 轮 墙 板 起模行程（93秒）停顿3秒合模时间（90秒

20、）电机功率电机功率大齿轮功率大齿轮功率停机重启停机重启功率异增功率异增起模行程起模行程合模行程合模行程1、机械CAD技术概述1.3 机械CAD的作用 可重用性好，效率高（对拷贝进行简单修改）信息、知识及资源共享（通过网络）支持协同产品开发（通过网络），多学科专家协作3D设计更直观，能直接进行产品性能分析与优化，有利提高产品质量提供复杂计算，计算精度高，减轻设计强度 有利于产品全生命周期的信息集成机械机械CADCAD的作用的作用u 过去生产一个大规模集成电路芯片，要花两年时间，用CAD只要两周即可完成；u 美国道格拉斯公司生产F15战斗机，用CAD技术试制第一架飞机便解决了发动机气道和机舱密封等

21、关键问题；u 英国的三叉戟飞机比美国的波音747飞机早开工，却晚一年完成，其原因就是美国的747采用了CAD技术；u 美国GM公司汽车设计中应用CAD技术，使新型汽车的设计周期由5年缩短为3年，新产品的可信度由20提高到60；u 以前波音公司的飞机维修手册最在一起有3米多厚，而现在一张光盘上可储存l000多张图样信息。 CAD技术带来的经济效益明显 ,CAD技术的发展与应用水平已成为衡量一个国家的科学技术现代化和工业现代化的重要标志之一 机械机械CADCAD的作用的作用1机械CAD技术概述11 机械CAD的概念12 机械CAD的内容13 机械CAD的作用2机械机械CAD系统的构成系统的构成21

22、 机械机械CAD系统的构成系统的构成22 机械机械CAD系统的硬件系统的硬件23 机械机械CAD系统的软件系统的软件3机械CAD技术的发展31 机械CAD的发展历程32 机械CAD的发展趋势2、机械CAD系统的构成2.1机械CAD系统的构成硬件平台：网络，计算机，绘图机，打印机， 网络协议：TCP/IP，SPX/IPX数据库：Oracle，Sybase，SQL Server支撑软件：AutoCAD、CATIA、Pro/E，UG，Solidworks专业机械CAD软件 Internet/Intranet，操作系统：Windows，UNIX，LinuxCAD系统硬件组成：系统硬件组成：计算机系统：

23、 主机外围设备： 存储设备、网络设备图形输入： 键盘、鼠标、光笔、 数字化仪、扫描仪、 虚拟现实输入设备输出设备： 显示器、绘图机、 打印机、 虚拟现实输出设备2、机械CAD系统的构成2.2 机械CAD系统的硬件2、机械CAD系统的构成2.2 机械CAD系统的硬件外围设备手动输入设备输出设备外存设备键盘鼠标图形板轨迹球二维数字化仪光屏显示器磁存储器“虚拟现实”输入设备“虚拟现实”输出设备磁光存存储器三维数字化仪扫描器快速原型生成外围设备光存储器自动输入设备滚筒式绘图机静电绘图机直热式绘图机喷墨式绘图机激光绘图机磁盘可换式磁盘数字录音带驱动器视频驱动器CD-ROM存储器光盘驱动器数字视频光盘磁光

24、盘磁式光碟机绘图机双向监视器屏幕头盔环境自动拟实数据手套数据外衣跟踪系统2、机械CAD系统的构成2.3 机械CAD系统的软件CAD软件系统的三个发展阶段集中式系统：一台主机控制多台终端（早期模式，集中式系统：一台主机控制多台终端（早期模式，80年代中期，年代中期， 微机没普及），主机微机没普及），主机故障影响全部；故障影响全部；分离式系统：一台主机一套系统，工作相互不受影响，得益于工分离式系统：一台主机一套系统，工作相互不受影响，得益于工 作站与微机的发展；作站与微机的发展；分布式系统：网络时代的产物，分布式系统：网络时代的产物，C/S或或B/S结构，支持异地、异构结构，支持异地、异构 平台协

25、同工作（采用平台协同工作（采用工作站和微机网络系统）工作站和微机网络系统） 操作系统、基础图形支撑平操作系统、基础图形支撑平台、图形标准等台、图形标准等集成化集成化CAD / CAM软件、软件、数据库管理系统、产品数据库管理系统、产品全生命周期管理软件等全生命周期管理软件等面向行业的专面向行业的专业化设计工具业化设计工具软件等软件等各种CAx软件工具： CAD（2D、3D）、CAE、CAPP、CAM等典型系统介绍典型系统介绍AutoDesk及及AutoCAD AutoCAD是微机上是微机上CAD技术软件，国际上广为流行的绘图工具。技术软件，国际上广为流行的绘图工具。可以绘制任意二维和三维图形，

26、速度快、精度高，在航空航天、造船、可以绘制任意二维和三维图形，速度快、精度高，在航空航天、造船、建筑、机械、电子、化工、美工等很多领域得到广泛应用。建筑、机械、电子、化工、美工等很多领域得到广泛应用。AutoCAD具有良好的用户界面，通过交互菜单或命令行方式便可具有良好的用户界面，通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操作。它的多文档设计环境，让非计算机专业人员也能很快以进行各种操作。它的多文档设计环境，让非计算机专业人员也能很快地学会使用，从而不断提高工作效率。地学会使用，从而不断提高工作效率。AutoCAD可以在各种操作系统支持的微型计算机和工作站上运行，可以在各种操作系统支持的微型计算机

27、和工作站上运行，并支持分辨率由并支持分辨率由320200到到20481024的各种图形显示设备的各种图形显示设备40多种，以多种，以及数字仪和鼠标器及数字仪和鼠标器30多种，绘图仪和打印机数十种。多种，绘图仪和打印机数十种。AutoCAD的发展可分为初级阶段（的发展可分为初级阶段（1982.11-84.10，AutoCAD R1.0,1.2, 2.0 ）、中级阶段（）、中级阶段（85.5-87.9,，R2.17,2.5，, 9.03 ） 、提、提高阶段（高阶段（88.8-92，R10.0，, 12.0 ） 、高级阶段（、高级阶段（96.6-99.1, R13,R14, R2000 ）和完善阶段

28、（）和完善阶段（2001.9-， R2002, ） 。 Autodesk 是世界领先的设计软件和数字内容创建公司，用于建筑、是世界领先的设计软件和数字内容创建公司，用于建筑、机械、通信、娱乐等领域，帮助机械、通信、娱乐等领域，帮助 150 多个国家的多个国家的400多万用户推动业务。多万用户推动业务。当今没有哪家公司能在当今没有哪家公司能在产品品种产品品种和和市场占有率市场占有率方面与之匹敌。方面与之匹敌。 Autodesk公司公司1982年成立，年成立，AutoCAD面市；面市；85年成为首家上市的年成为首家上市的 PC CAD 公司；公司；90年，年，Autodesk 成立多媒体部，推出了

29、第一个动画工成立多媒体部，推出了第一个动画工作作3D Studio 软件；软件；94年，年，Autodesk售出第售出第100万套万套AutoCAD，同，同时进入中国市场；时进入中国市场；99年，推出年，推出Autodesk Inventor；1992年年2004年，年，Autodesk收购多家公司；收购多家公司；05年，年，Autodesk营业收入已超过营业收入已超过10亿美元。亿美元。l友好的界面，易学易用、价格便宜、性价比高友好的界面，易学易用、价格便宜、性价比高l完全自动捕捉设计意图和引导设计修改完全自动捕捉设计意图和引导设计修改l装配设计中可以直接参照已有的零件生成新的零件，支持装配

30、设计中可以直接参照已有的零件生成新的零件，支持“自顶自顶而下而下”方法还是方法还是“自底而上自底而上”的方法进行装配设计的方法进行装配设计l全面的零件实体建模功能，二维和三维全关联全面的零件实体建模功能，二维和三维全关联l标注和细节绘制工具，能快捷地工程图纸标注和细节绘制工具，能快捷地工程图纸l具有全相关的钣金设计能力具有全相关的钣金设计能力l提供完整的开发工具提供完整的开发工具(API)，用户可以用微软的，用户可以用微软的VB、V C或其它或其它支持支持OLE的编程语言建立自己的应用方案的编程语言建立自己的应用方案l丰富的数据转换接口丰富的数据转换接口Solidwork最早基于最早基于Win

31、dows的三维设计软件的三维设计软件Pro/ElPro/E采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型l建立在统一基层上的数据库上，在整个设计过程的任何一处发生建立在统一基层上的数据库上，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上lPro/E采用三维线框设计的思想，首先建立基准面，在基准面上画采用三维线框设计的思想，首先建立基准面，在基准面上画二维草图，用扫成法将二维

32、轮廓生成三维形体。依次更换参考面，二维草图，用扫成法将二维轮廓生成三维形体。依次更换参考面，用显式操作生成形体，尽量避免求交、裁剪等集合运算。用显式操作生成形体，尽量避免求交、裁剪等集合运算。l随时记录特征元素的生成操作过程，当修改标注尺寸值后，用尺随时记录特征元素的生成操作过程，当修改标注尺寸值后，用尺寸驱动方法修改相应二维轮廓，重新运行零件设计过程的全部操寸驱动方法修改相应二维轮廓，重新运行零件设计过程的全部操作命令，由此实现参数化特征建模，使曲面、实体、参数化特征作命令，由此实现参数化特征建模，使曲面、实体、参数化特征设计融为一体，可以任意构造复杂零件和装配件。设计融为一体，可以任意构造

33、复杂零件和装配件。Pro/E开创了参数化开创了参数化特征设计的先河特征设计的先河CATIA 达索飞机公司达索飞机公司67年用年用Bzier曲面建立飞机外形数学模型，曲面建立飞机外形数学模型，70年展开幻影年展开幻影数字化设计。数字化设计。 74年扩大年扩大CAD规模，从美国引进洛克希德飞机公司规模，从美国引进洛克希德飞机公司CADAM系统，系统，75年年100万美元引进万美元引进CADAM源程序。源程序。 77年开发三维交互年开发三维交互CAD软件，软件，78年投入使用年投入使用CATIA。同时建立主数据库，。同时建立主数据库，统一管统一管ADAM二维结构图和二维结构图和CATIA三维模型文件

34、。三维模型文件。 81年年IBM公司开始负责经销公司开始负责经销CATIA系统，并组建达索系统公司。系统，并组建达索系统公司。90年年IBM用用2.7亿美元收购亿美元收购CADAM，92年托付达索管理。年托付达索管理。 97年年3.1亿美元收购亿美元收购SolidWorks，97年年1.05亿美元收购亿美元收购Deneb精益制造精益制造布局仿真软件布局仿真软件Delmia，98年在美成立年在美成立ENOVIA公司开发公司开发PDMII，98年达年达索接管法国马特拉（索接管法国马特拉（MATRA）的）的CAD/CAM业务，包括业务，包括Euclid等，等，99年年收购收购SmarTeam业务，业

35、务，2000年用年用2150万并购万并购ACIS 3D业务。业务。 至此，达索至此，达索/CATIA完成了完成了PLM的战略布局，形成产品全生命期的的战略布局，形成产品全生命期的CAD/CAM/CAE/PDM一体化管理，为数字化企业提供电子商务的完整工一体化管理，为数字化企业提供电子商务的完整工具，实现产品从初步设计到售后服务的全过程仿真。具，实现产品从初步设计到售后服务的全过程仿真。 其中其中CATIA和和SolidWorks支持产品数字化设计和仿真，支持产品数字化设计和仿真，Delmia完成精益完成精益制造过程的数字定义和仿真，制造过程的数字定义和仿真，Enovia提供数字化产品、过程和资

36、源的集提供数字化产品、过程和资源的集成化、分布式协同管理。三者构成产品全生命期流程，支持企业协同的成化、分布式协同管理。三者构成产品全生命期流程，支持企业协同的知识重用。知识重用。 CATIA V4 93年推出，适合年推出，适合IBM主机和工作站，有主机和工作站，有113种独立的功能模块。种独立的功能模块。 98年推出年推出CATIA V5 Windows NT。CATIA V4的曲面系统使用的曲面系统使用Bzier形形式，现在改成式，现在改成NURBS形式，且采用形式，且采用DCM约束管理软件。约束管理软件。UG UG起源于美国麦道飞机公司，美国通用汽车公司选中起源于美国麦道飞机公司，美国通

37、用汽车公司选中UG作为全公司的作为全公司的CAD、CAE、CAM、IMAN作为作为CIM主导系统，进一步推动主导系统，进一步推动UG发展。发展。97年年10月月Unigraphics Solutions公司与公司与Intergraph公司签约，合并了公司签约，合并了后者的机械后者的机械CAD产品，将产品，将Solidedge软件统一到软件统一到Parasolid平台上。平台上。 为了实现强强联手的发展战略，为了实现强强联手的发展战略，2001年年EDS并购了并购了SDRC，2004年年SDRC的的IDEAS和和EDS的的UG推出第一个合并版本推出第一个合并版本NX1.0。2003年年11月，月

38、，UGS从从EDS中分离出来独立发展。现在又被中分离出来独立发展。现在又被Simens公司收购，称公司收购，称Simens PLM Software公司，公司，UG Nx被称为被称为Simens NX。 UG是从二维绘图、数控加工编程、曲面造型等功能发展起来的软件，是从二维绘图、数控加工编程、曲面造型等功能发展起来的软件，采用参数化和变量化技术与传统的实体、线框和表面功能结合。目前采用参数化和变量化技术与传统的实体、线框和表面功能结合。目前UG形成了一个从低端到高端，兼有形成了一个从低端到高端，兼有Unix工作站版和工作站版和Windows NT微机微机版的较完善的企业级版的较完善的企业级CA

39、D、CAE、CAM、PDM集成系统集成系统 。国产国产CAD 国产国产CAD公司：清华、华科大、浙大、北航等公司：清华、华科大、浙大、北航等 华中科技大学：天喻华中科技大学：天喻InteCAD、 InteSolid，KMCAD等等 清华：清华：TiOpenCAD，TiGEMS等等 北航海尔：北航海尔：CAXA 浙大大天：浙大大天： 新洲软件：新洲软件：Solid 3000 国产国产CAD技术成熟度、市场份额与国外技术成熟度、市场份额与国外CAD差距很大差距很大 在设计理念及方法学方面，差不多所有先进的设计理念、设计理论及方法均由国外学者提出。如CAD、CAE、CAM、CPC、PLM、CIMS等

40、。 在软件工具及手段方面，我国自主开发的软件除二维CAD、CAPP、PDM系统占有一定的市场外（主要是低端市场），高端CAD、PLM市场均为国外市场占有；CAM、CAE市场几乎被国外软件厂商所垄断，在该领域目前与国外软件的差距有拉大的趋势。 我国CAx软件商在基础算法及系统级软件开发方面沉淀不深、经验不足，导致系统功能、稳定性、复杂度、开放性等方面与国外厂商难以抗衡。 在数字化设计技术的应用方面，我国中小企业多数甩掉图版，并逐步推广普及三维CAD应用技术。而许多大型集团企业在软件和硬件环境方面的建设与国外同步，甚至版本更新，但是运用软件工具进行产品创新开发的能力与国外差距很大。主要原因在于我国

41、企业产品开发基础数据、经验积累不够，多数企业进行简单的“仿制”开发，未能形成自主的产品研发体系，缺乏综合集成创新能力。1机械CAD技术概述11 机械CAD的概念12 机械CAD的内容13 机械CAD的作用2机械CAD系统的构成21 机械CAD系统的构成22 机械CAD系统的硬件23 机械CAD系统的软件3机械机械CAD技术的发展技术的发展31 机械机械CAD的发展历程的发展历程32 机械机械CAD的发展趋势的发展趋势qCAD技术是在计算机软、硬件技术的基础上发展起来的，它的发展过程与计算机技术的发展息息相关。q自从1945年美国制造出世界上第一台真空管数字式计算机ENIAC(Electroni

42、c Numerical Integrator And Computer 电子数字积分计算机) 以来，利用计算机进行产品辅助设计技术的发展，大致经历了如下三个阶段： 孕育形成阶段（20世纪40年代末一50年代末） 成长发展阶段（50年代末一60年代后期） 应用开发拓展阶段(70年代至今) 3机械CAD技术的发展31 机械CAD的发展历程20世纪40年代末50年代末真空管计算机机器语言编制程序设计变压器、电动机、发电机等美国、欧洲、日本50年代末60年代后期晶体管计算机高级语言(FORTRAN,ALGOL,COBOL）文件系统 (数据管理)磁带、磁鼓、磁盘 （数据存储)图形显示、输出交互式图形生成

43、技术 (人机交互）I.E.Sutherland“人机图形通信系统”SKETCHPAD发展很快，但规模大，价格昂贵 70年代以后 大规模集成电路时代 分时操作系统 数据库系统 计算机网络 图形处理软硬件技术进一步发展人机交互图形生成技术更完善鼠标、数字化仪、图形输入板取代光笔光栅扫描图形显示器使图形更形象、逼真计算机控制的精密绘图机输出高质量的图纸 各种现代设计方法、设计计算和分析方法 优化设计、可靠性设计、系统工程 有限元法、数值积分、偏微分方程数值解法 CAD技术走向成熟 70年代 小型机为基础的CAD系统进入市场，“交钥匙” 系统(Turn Key System) 80年代 超级小型机及超

44、级微机工作站给CAD技术极大推动 90年代 以微机为基础的CAD系统受到欢迎CUSTOMERTOOLSCAETOOLSCOSTMODELINGPRODUCI-BILITYKBEDESIGNDRIVERSLIBRARYDRMB2BWEBSERVERWORKFLOW3rd PartyCommercialDRMCADTOOLSDATAEXCHANGEADDITIONALCOMPONENTS.ADDITIONALEXTENSIONS.3rd PartyCommercialPDM3rd PartyCommercialDatabasesCUSTOMERTOOLSCAETOOLSCOSTMODELINGPR

45、ODUCI-BILITYKBEDESIGNDRIVERSLIBRARYDRMB2BWEBSERVERWORKFLOW3rd PartyCommercialDRMCADTOOLSDATAEXCHANGEADDITIONALCOMPONENTS.ADDITIONALEXTENSIONS.3rd PartyCommercialPDM3rd PartyCommercialDatabasesCUSTOMERTOOLSCAETOOLSCOSTMODELINGPRODUCI-BILITYKBEDESIGNDRIVERSLIBRARYDRMB2BWEBSERVERWORKFLOW3rd PartyCommer

46、cialDRMCADTOOLSDATAEXCHANGEADDITIONALCOMPONENTS.ADDITIONALEXTENSIONS.3rd PartyCommercialPDM3rd PartyCommercialDatabases6070年代，以二维绘图为基础的年代，以二维绘图为基础的CAD设计技术设计技术80年代后期，以三维参数化特征造型为基础的年代后期，以三维参数化特征造型为基础的3D数字化产品建模数字化产品建模90年代中期，以多体动力学、多领域建模仿真、多年代中期，以多体动力学、多领域建模仿真、多学科协同优化为理论基础的数字样机技术学科协同优化为理论基础的数字样机技术90年代后期

47、，以年代后期，以PLM为平台基础的多学科、为平台基础的多学科、多团队、跨地域的协同设计与仿真技术多团队、跨地域的协同设计与仿真技术Realistic Simulation基于真实仿真的产品基于真实仿真的产品开发技术（开发技术（2010年以年以后）后）CADCAD发展历程及展望发展历程及展望 集成化 智能化 网络化 标准化 专业化 3机械CAD技术的发展32 机械CAD的发展趋势 集成化、集成化、网络化、网络化、智能化、标准化、智能化、标准化、专业化（工具化）专业化（工具化）集成化的意义集成化一个企业存在着许多不同时期、不同人员开发的互相缺乏联系的独立一个企业存在着许多不同时期、不同人员开发的互

48、相缺乏联系的独立应用软件应用软件(或模块或模块)，主要表现在：，主要表现在： 1）功能各异、孤立的系统封闭运行，难于取得及时综合信息；）功能各异、孤立的系统封闭运行，难于取得及时综合信息； 2）各孤立系统自成一体，数据重复和冗余、浪费资源；）各孤立系统自成一体，数据重复和冗余、浪费资源； 3）各孤立系统只能通过各自接口进行转换，易造成信息丢失；）各孤立系统只能通过各自接口进行转换，易造成信息丢失； 4）各孤立系统间不能直接通过数据库和网络实现信息共享；）各孤立系统间不能直接通过数据库和网络实现信息共享； 5）各孤立系统自行开发，低水平重复，人力资源浪费。）各孤立系统自行开发，低水平重复，人力资

49、源浪费。集成化的含义多种软件的数据共享、重用，减少数据冗余和重复劳动。如产品多种软件的数据共享、重用，减少数据冗余和重复劳动。如产品BOM数据在设计、工艺、制造、售后阶段的集成共享。数据在设计、工艺、制造、售后阶段的集成共享。多种软件系统在一个统一框架下运行，操作更方便。如在多种软件系统在一个统一框架下运行，操作更方便。如在PDM统统一环境下集成一环境下集成CAx软件，软件间采用内部互访机制。软件，软件间采用内部互访机制。不同集成系统有不同的集成层次，如各种功能的不同集成系统有不同的集成层次，如各种功能的CAD系统的集成系统的集成化，化，CAx/PDM/ERP系统集成化，计算机集成制造系统系统

50、集成化，计算机集成制造系统(CIMS)。系统集成既包括硬件集成，也包括系统软件和应用软件的集成、系统集成既包括硬件集成，也包括系统软件和应用软件的集成、数据的集成、过程的集成。数据的集成、过程的集成。集成化的要求集成化的示意图一般系统的集成需要满足：一般系统的集成需要满足： 1）集成系统有畅通的信息流和正确的数据转换；）集成系统有畅通的信息流和正确的数据转换； 2）提供信息共享和软件共享的机制；）提供信息共享和软件共享的机制； 3）提供所有软件信息的版本控制及管理；）提供所有软件信息的版本控制及管理； 4）信息项改动时，自动跟踪相关信息项；）信息项改动时，自动跟踪相关信息项； 5）保证内部有一

51、致性的接口和外部有统一的、友好的人机界面；）保证内部有一致性的接口和外部有统一的、友好的人机界面； 6）用统一的执行控制程序来组织各种信息的传递和运行。）用统一的执行控制程序来组织各种信息的传递和运行。天喻软件集成解决方案你能设想网络时代你能设想网络时代 ，人们如何利用，人们如何利用CAD系统工具进行产品开发系统工具进行产品开发 在家里、在旅途在家里、在旅途.。总之，不受任何时空限制。总之，不受任何时空限制网络化的作用 提供多学科领域开发团队的协同产品开发提供多学科领域开发团队的协同产品开发 支持跨部门、跨行业、跨地域的企业协作支持跨部门、跨行业、跨地域的企业协作 使数据共享、知识共享、资源共

52、享使数据共享、知识共享、资源共享网络化应用垂直尾翼垂直尾翼水平尾翼水平尾翼 空中客车公司由欧洲航空防务及航天公司和英宇航系统公司共同拥有，空中客车公司由欧洲航空防务及航天公司和英宇航系统公司共同拥有，总部位于法国图卢兹的空中客车公司。空客公司的设计机构和工厂属于四个总部位于法国图卢兹的空中客车公司。空客公司的设计机构和工厂属于四个全资子公司：法国、德国、西班牙、英国等公司。全资子公司：法国、德国、西班牙、英国等公司。 空中客车在空中客车在4国国5地进行异地联合设计，分别在地进行异地联合设计，分别在4个国家的多家生产基地异地个国家的多家生产基地异地制造，在法国的图卢兹和德国的汉堡进行最后的总装配

53、。制造，在法国的图卢兹和德国的汉堡进行最后的总装配。 空客公司的采购网络遍布全球空客公司的采购网络遍布全球30个国家，有个国家，有1500家以上的供应商加盟，为了家以上的供应商加盟，为了保证整个供应链采购信息的及时沟通，建立了采购门户网站保证整个供应链采购信息的及时沟通，建立了采购门户网站 Supirworld 。该。该网站加强了空客公司与供应商之间的合作。网站加强了空客公司与供应商之间的合作。 网络化工作模式网络化CAD意义企业生产过程是一个包括产品规划、企业生产过程是一个包括产品规划、产品设计产品设计、工艺准备、零部件生产、标准、工艺准备、零部件生产、标准件件/外购件采购、产品组装检验、产

54、品销售及服务等的信息协作过程。当前，随外购件采购、产品组装检验、产品销售及服务等的信息协作过程。当前，随着并行工程等先进制造技术的发展，建立动态联盟制造体系已成为全球化制造着并行工程等先进制造技术的发展，建立动态联盟制造体系已成为全球化制造系统的发展趋势，要求现代系统的发展趋势，要求现代CAD技术实现从单机到网络化技术实现从单机到网络化CAD技术的转变，支技术的转变，支持动态联盟中持动态联盟中协同设计协同设计所需的环境和设计技术。所需的环境和设计技术。 智能化的含义研究人们设计思维方式，并用智能技术来表达和处理研究人们设计思维方式，并用智能技术来表达和处理CAD设计过程中的知识，产设计过程中的

55、知识，产生高效的生高效的CAD系统，提高设计自动化程度。系统，提高设计自动化程度。 将人工智能技术，特别是专家系统的技术，与传统将人工智能技术，特别是专家系统的技术，与传统CAD技术结合起来，形成智能技术结合起来，形成智能化化CAD系统是机械系统是机械CAD发展的必然趋势。发展的必然趋势。智能化的必要性现有交互式现有交互式CAD系统优势在于处理数值型的工作（如计算与绘图），但工程设系统优势在于处理数值型的工作（如计算与绘图），但工程设计中需要经验或知识决策，使用过程中往往要人为干预，因而设计质量在一定计中需要经验或知识决策，使用过程中往往要人为干预，因而设计质量在一定程度上依赖用户的经验和知识水平。程度上依赖用户的经验和知识水平。对对CAD来说，它是一个设计过程，