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CADCAD中心中心 了解了解CAD技术的基本原理技术的基本原理 了解了解CAD的建模理论及方法的建模理论及方法 了解利用了解利用CAD进行机械产品设计的过程进行机械产品设计的过程 了解了解CAD中的计算分析基本原理及过程中的计算分析基本原理及过程 基本掌握典型基本掌握典型CAD系统的简单操作系统的简单操作 了解了解CAD技术的工程应用技术的工程应用华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心 计算机辅助设计系统组成 （软件、硬件、常用CAD系统等） 计算机图形学基本原理 (图形的描述、图形变换、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

2、、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） CAD技术在典型机械产品设计中的应用华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心 课程教学思路：形体定义形体定义输入输入1形体定义形体定义输入输入2形体定义形体定义输入输入n内部内部CSGBREP表达表达布尔布尔运算运算结果形体结果形体BREP表达表达三角三角剖分剖分显示数显示数据结构据结构显示显示渲染渲染显示参显示参数定义数定义工程工程应用应用华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心 32学时上课 20学时上机实

3、验 地点：东校区机房 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：上机时间安排华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心参考书目参考书目机械机械CAD技术技术，王书亭等，王书亭等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等等先修课程：先修课程：机械设计机械设计、计算方法计算方法等等华

4、中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心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。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。华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心1.1机械设计过程概述1.2机械CAD技术概述1.2.1 机械CAD的概念1.2.2 机械CAD的内容1.2.3 机械CAD的作用1.3机械CAD系统构成1.3.1

5、机械CAD系统层次结构1.3.2 机械CAD系统的硬件1.3.3 机械CAD系统的软件1.4机械CAD技术的发展1.4.1 机械CAD的发展历程1.4.2 机械CAD的发展趋势1.5CAD系统的选型附 1. 典型CAD系统软件介绍华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心本章目的：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发展的历史和趋势华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心机械设计就是根据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

6、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中的一个重要环节，对产品成本的影响占80。 1.1机械设计过程概述华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心l电机驱动蜗杆减速器，带动曲柄连杆机构，从而推动输送执行机构，实现工件自动输送l电能转化为机械能，实现机械运动例：某工件输送机构原理示意图华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心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

7、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）传统设计方法及流程:华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心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l详细设计确定对

8、象的细部结构，完成装配图和零件图的绘制，编写技术文档l工艺设计确定工艺流程，编制工序文件，设计工装夹具，编写工艺技术文档华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心 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“设计评价再设计”的反复迭代、不断优化的过程 华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心传统设计方法及工具： 手工计算，计算器（尺），绘图板，最后产生设计蓝图华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心l每一环节靠手工完成，容易出错l设计方案靠经验，方案少，不优化l不

9、能进行复杂的力学分析 ，难以按动态的、精确的的方法计算l大部分时间花在零件图、装配图上，可重用性差 l设计周期长、效率低，工作繁重华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心 在人工设计情况下，存在许多的缺点，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 正是在这样的背景下产生了计算机辅助设计（CAD，Computer Aided Design ）华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心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

10、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 1.2机械CAD技术概述华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心lCAD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。l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。lCAD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 工程分析

11、技术 数据管理与数据交换技术 文档处理技术 软件设计技术 CAD软件数学 编程 工程华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心 CAD含义的衍生：CAD技术不断发展，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 Development华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心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设计需求分析析可行性研究可行性研究与分析与分析设计建模设计建模与仿真与仿真设计设计优化优化

12、设计设计评价评价设计设计结果结果设计设计分析分析概念概念设计设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华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心基于CAD的数字化设计过程华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心现在的CAD往往与CAE、CAPP、CAM、PLM（PDM）集成，形成集成化的CAD/CAE/CAPP/CAM/PLM（PDM）系统(即C4P) 。 CAD几何建模，结构设计；CAE工程分析，性能优化；

13、CAPP工艺路线及工序的编制；CAM生成刀具加工轨迹，生成加工代码；PLM（PDM）管理产品全生命开发过程中的数据、流程、团队、项目任务，实现协同开发（并行工程），集成开发平台。华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心CADCAECAPPCAM华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心1) 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) 人机交互功能在机械CAD中，人机接口是用户与系统的桥梁。友好的界面是保证用户有效地完成复杂设计任务的基本条件，此外还需要交互设备，以实现人与计算机之间

14、的对话。华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心3) 图形显示功能从产品的构思、方案、造型的确定，到结构分析评价，系统应能实时编辑处理，保证用户随时观察修改中间结果。图形显示功能应二维、三维图形处理等功能。4) 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) 输入输出功能利用机械CAD系统进行设计时，用户需要不断输入设计要求，同时也需要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。 华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心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

15、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 利用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）提供文档华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心l强有力的计算、图形、数据处理能力，设计方法、工具软件化， 3D设计更直观l支持复杂计算，计算精度高，减轻设计强度，提高了设计精度和可靠性l设计、分析综合，能进行产品性能分析优化，有利提高产品质量l设计信息、知识、资

16、源及设计过程共享 l可重用性好（拷贝修改） ，设计效率高、周期短 l有利于产品全生命周期的信息集成华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心CAD的工程应用CADCAD概念设计：概念设计：功能原理、方案、布局等方面设计。思考问题：思考问题：结合自己的专业背景，指出CAD的优势有哪些 ? ?华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心二维工程制图华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心三维几何建模及装配华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心结构性能计算：结构性能计算：如强度、刚度、动态特性等如强度、刚度、动态特性等华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心运动学及动力学分析运动学及

17、动力学分析华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心l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；l美国道格拉斯公司生产F15战斗机，用CAD技术解决了发动机气道和机舱密封等问题；l英国三叉戟飞机比美国波音747早开工，却晚一年完成，波音747采用了CAD技术；l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；l波音飞机早期维修手册有3米多厚，而现在一张光盘上可储存数千张图纸信息。 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CAD的应用效果华中科技大学华中

18、科技大学CADCAD中心中心1.3.1 机械CAD系统层次结构硬件平台：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，Linux1.3机械CAD系统构成华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心 计算机系统： 主机 存储及网络设备： 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

19、、 打印机、 虚拟现实输出设备1.3.2 机械CAD系统的硬件组成华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心1.3.3 机械CAD系统的软件组成CAD软件系统的三个发展阶段：集中式系统：集中式系统：一台主机控制多台一台主机控制多台终端（早期模式，终端（早期模式，8080年代中期，年代中期， 微机没普及），主机故障影响全微机没普及），主机故障影响全部部分离式系统：分离式系统：一台主机一套系统，一台主机一套系统，工作相互不受影响，得益于工工作相互不受影响，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：分布式系统：网络时代的产物，网络时代的产物，

20、支持异地、异构支持异地、异构 平台协同工作平台协同工作（采用工作站和微机网络系统）（采用工作站和微机网络系统） 华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心CAD系统软件层次结构：操作系统、基础图形支撑平台、图形标准等集成化CAD / CAM软件、数据库管理系统、产品全生命周期管理软件等面向行业的专业化设计工具软件等华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心uCAD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。u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(Electronic Numerical Integrator And Co

21、mputer 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，大致经历了如下几个阶段：1.4机械CAD技术的发展1.4.1 机械CAD的发展历程孕育萌芽阶段（20世纪40年代末一50年代末）成长阶段（50年代末一60年代后期）应用发展阶段(70 -80年代)成熟拓展阶段（90年代至今）华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心l早期机械式计算机l20世纪40年代50年代l真空管计算机l机器语言l编制程序设计变压器、电动机、发电机等l美国、欧洲、日本华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心l50年代末60年代后期l晶体管计算机l高级语言(FORTRAN,ALGOL等）l文

22、件系统 (数据管理)l磁带、磁鼓、磁盘 （数据存储)l图形显示、输出l交互式图形生成技术 (人机交互）lI.E.Sutherlandl“人机图形通信系统”lSKETCHPADl发展很快，但规模大，价格昂贵华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心l70年代以后l大规模集成电路时代 l分时操作系统l数据库系统l计算机网络l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华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心l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、

23、系统工程 有限元法、数值积分、偏微分方程数值解法lCAD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系统受到欢迎华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心CUSTOMERTOOLSCAETOOLSCOSTMODELINGPRODUCI-BILITYKBEDESIGNDRIVERSLIBRARYDRMB2BWEBSERVERWORKFLOW3rd PartyCommercialDRMCADTOOLSDATAEXCHANGEADDITIONAL

24、COMPONENTS.ADDITIONALEXTENSIONS.3rd PartyCommercialPDM3rd PartyCommercialDatabasesCUSTOMERTOOLSCAETOOLSCOSTMODELINGPRODUCI-BILITYKBEDESIGNDRIVERSLIBRARYDRMB2BWEBSERVERWORKFLOW3rd PartyCommercialDRMCADTOOLSDATAEXCHANGEADDITIONALCOMPONENTS.ADDITIONALEXTENSIONS.3rd PartyCommercialPDM3rd PartyCommercial

25、DatabasesCUSTOMERTOOLSCAETOOLSCOSTMODELINGPRODUCI-BILITYKBEDESIGNDRIVERSLIBRARYDRMB2BWEBSERVERWORKFLOW3rd PartyCommercialDRMCADTOOLSDATAEXCHANGEADDITIONALCOMPONENTS.ADDITIONALEXTENSIONS.3rd PartyCommercialPDM3rd PartyCommercialDatabases60607070年代，以二维绘图为基础的年代，以二维绘图为基础的CADCAD设计技术设计技术8080年代后期，以三维参数化特征造

26、型为基础的年代后期，以三维参数化特征造型为基础的3D3D数字化产品建模数字化产品建模9090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9090年代后期，以年代后期，以PLMPLM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 SimulationRealistic Simulation基于真实仿真的产品开基于真实仿真的产品开发技术（远景规划）发技术（远景规划）CAD发展历程及展望华中科技大学华中科技大学

27、CADCAD中心中心l集成化 l网络化l智能化l标准化l专业化 (工具化)想一想：未来你需要什么样的想一想：未来你需要什么样的CADCAD系统？系统？CADCAD技术发展趋势：技术发展趋势：华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心1）集成化功能齐全完整、整体协调一致功能齐全完整、整体协调一致（当前集成创新也被广泛认可）（当前集成创新也被广泛认可）就像大型综合医院与专科医院的关系、地位。就像大型综合医院与专科医院的关系、地位。思考问题：思考问题：为什么要集成化CAD（或CAX）？华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心集成化需求1）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

28、乏联系的独立应用软件(或模块)，产生各种不同应用的重要数据，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； 2）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； 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； 5）各孤立系统自行开发，低水平重复，人力资源浪费。华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心集成化的含义l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。l多种软件系统在一个统一框架下运行，操作更方便。如在PDM统一环境下集成CAx软件，软件

29、间采用内部互访机制。l不同集成系统有不同的集成层次，如各种功能的CAD系统的集成化，CAx/PDM/ERP系统集成化，计算机集成制造系统(CIMS)。l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。华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心集成化的要求集成化的要求集成化解决方集成化解决方案示例案示例 1）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； 3）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； 5）一致的接口；友好统一的人机界面； 6）统一的执行控制程序组织各种信息的传递。天喻软件集成解决方案

30、华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心2）网络化团队协同，复杂产品设计所需团队协同，复杂产品设计所需想想单机游戏和网络游戏的差别想想单机游戏和网络游戏的差别智能移动终端技术的发展对智能移动终端技术的发展对CADCAD技术的影响技术的影响思考问题：思考问题：为什么要网络化华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心 设想网络时代设想网络时代 ，人们如何利用，人们如何利用CADCAD系统工系统工具进行产品开发具进行产品开发 在家里、在旅途在家里、在旅途. .。总之，不受任何时空限。总之，不受任何时空限制制网络化工作模式网络化工作模式 网络化网络化CAD意义意义 企业生产过程是一个包括产品规划

31、、产品设计、工艺准备、零部件生产、标准件/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系统的发展趋势，要求现代CAD技术实现从单机到网络化CAD技术的转变，支持动态联盟中协同设计所需的环境和设计技术。 华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心网络化的作用网络化的作用l提供多学科领域开发团队的协同产品开发l支持跨部门、跨行业、跨地域的企业协作l使数据共享、知识共享、资源共享。网络化应用示例：网络化应用示例： 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

32、。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。 空中客车在4国5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制造，在法国的图卢兹和德国的汉堡进行最后的总装配。现在我国天津是一个新的总装生产基地。华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心垂直尾翼垂直尾翼水平尾翼水平尾翼 空客公司的采购网络遍布全球30个国家，有1500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 。该网站加强了空客公司与供应商之间的合作。 华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心3）智能化思考：思考：为什么要智能化？为什么要智能化？专家知识重用所需，专

33、家知识重用所需，CADCAD软件的适度自动化软件的适度自动化简单产品设计的全自动化，就像简单产品设计的全自动化，就像“芝麻开门芝麻开门”。华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心现有交互式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。智能化的必要性对CAD来说，它是一个设计过程，从方案设计开始，一步步求解，整个设计过程要经过反复修改、设计；设计与制造可能是多方案的，并且不是仅有唯一的解，因此要进行多方案的优化选择与评价；设计是以设计师为主导完成的一个循环迭代过程：需求分析需求分

34、析方案设计方案设计建模建模分析分析改进改进华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心 CAD设计本质是一个多知识源求解问题，工程设计中所用知识的表达方式多种多样，如经验性知识、启发性知识、数据图表、标准元件等，CAD系统中需要对多种知识进行有效表达。智能化的含义 在使用CAD设计过程中，需要符号、逻辑等多方面的知识表达与推理工具；不同的知识源有自己的推理策略，知识源一般表示为过程和规则集，以适应逻辑推理和数值计算的需要。 智能CAD技术：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，产生高效的CAD系统，提高设计自动化程度。 华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中

35、心将人工智能技术，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CADCAD技术结合起来，技术结合起来，形成智能化形成智能化CADCAD系统是机械系统是机械CADCAD发展的必然趋势。发展的必然趋势。华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心4）标准化思考：思考：为什么要标准化？为什么要标准化？数据交换共享所需数据交换共享所需强势软件数据格式事实标准，强势软件数据格式事实标准，国际标准地位被挑战？国际标准地位被挑战？华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心CAD标准化是CAD系统集成、数据交换、资源共享重用的前提集成与信息共享的前提，也是CAD应用规范化、有序化

36、的基本保证。CAD标准化工作随着企业CAD技术的不断推广应用和普及，其重要性越来越被企业所重视 。CADCAPPCAMDFXCG标准是各种图形设备、图形软件开发兼容的技术保证关于CG标准主要有GKS、OpenGL、DirectX、VRML等。采用点对点直接交换数据，要了解其采用点对点直接交换数据，要了解其它它CAD所有格式，且开发量大。所有格式，且开发量大。通过中性的标准格式交换数据，通过中性的标准格式交换数据，只需了解标准格式，开发量较小只需了解标准格式，开发量较小4）标准化华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心 目前关于CAD数据交换标准有STEP、IGES等，CAD零部件库标准IS

37、O13584等国际标准。 我国还有关于CAD工程制图标准、图档管理标准等。 另外，由于某些CAD软件的市场强势，形成了事实标准，如DXF、_XT、SAT，以及CATIA、UG、PRO/E等输出格式。华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心5）专业化思考：思考：为什么要专业化？为什么要专业化？更适用、高效快速设计所需更适用、高效快速设计所需华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心CAD是产品和工程设计与制造领域的一次革命性改变，它可以帮助企业适应飞速变化的技术环境和市场环境的要求，至今已广泛应用到各个领域。包括航空航天、电子、计算机、汽车、机械、建筑、石化、橡胶、塑料、电气乃至气象、体育

38、、艺术等领域。 不同领域的CAD软件其核心技术、应用范围、操作方式不同CAD软件越专业，使用越方便，质量与效率越高CAD专业化及工程化开发需要行业领域的专家知识，通常以通用CAD平台为基础经过二次开发形成专业化软件工具CAD专业化开发需要重视（懂得CAD二次开发具有比较优势）专业化CAD设计系统及工具集通用CAD设计平台及开发工具华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心1.5 CAD1.5 CAD系统选型原则系统选型原则 明确企业需求 企业需要哪一类软件，解决问题的范围及深度 企业要达到的具体目标，存在的关键技术 确定近期目标与长远目标 近期目标：根据人力、资金、现有技术水平 长远目标：考

39、虑到将来的发展 软件技术与 服务并重 技术要求：满足现实功能需求，兼顾未来需求 服务支持：持续的售后服务支持CATIA、UG、Pro/E、Solidworks、Solidedge、Inventor、国产等。选谁？ 好用、可靠、持久的软件是最好的。华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心l软件系统要满足以下三点要求 用标准操作系统 良好的用户界面 齐全的技术文档，优良的可读性l功能齐全（零件、曲面、装配、绘图、输入/输出、专业功能等） l完整的系统集成解决方案l良好的二次开发接口（便于专业化开发）l硬件系统要有良好的开放性且符合工业标准 l稳定可靠、维护简单、性价比高 华中科技大学华中科技大

40、学CADCAD中心中心各种CAx软件工具： CAD（2D、3D）、CAE、CAPP、CAM等附附 1 1：国内外典型：国内外典型CADCAD系统介绍系统介绍华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心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，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

41、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。Au

42、toCAD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（）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

43、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 I

44、nventor；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。华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心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

45、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Windows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

46、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

47、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华中科技大学华中科技大学CADCAD中心中心CATIA 达索飞机公司达索飞机公司67年用年用Bzier曲

48、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。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

49、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

50、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