现代CAD设计技术的内涵及其发展ppt课件

1、现代CAD设计技术的内涵及其开展 现代设计技术的集成化、 网络化、智能化 刘 子 建 教授快眼看书 s8zz主要内容设计技术的含义与现代设计方法数字化设计技术的开展现代CAD技术计算机仿真设计技术现代设计中知识的作用终了语一、设计技术的意义和方法 1、 设计的含义引言 设计过程，研讨处理怎样设计HOW的问题 方法论 描画特性 设计程序 发明性思想 设计结果，研讨处理设计应该怎样WHY的 问题 社会 价值特性 经济 文化 有限的资源 设计环境 有限的理性 入道者成“师，不入道者成“匠 “以技入道 设计师的生长 “由理入道 设计的定义Archer阿切尔 “设计是围绕目的的问题求解活动，以心思学研讨

2、为根底 问题的定义 问题的求解过程 问题的求解战略 评价设计的规范： 设计思想过程的合理性 设计任务的目的性 Asimow阿西莫夫“设计是高风险，高不确定条件下的决策过程设计本质特性是“多方案选择 有限理性 希望“足够称心 不求“独一最正确方案Booker 鲍克“设计是获得足够把握前，对未来产品尽能够多地模拟 实物模型 强调模型的作用 数字模型 计算机模拟真型Gregory (葛雷佳利)“设计是拿出使人称心的产品 设计以人为本的思想Reswick李斯威克“设计是从无到有的发明，发明新的有用的事物： 科学是研讨已有的东西 设计是发明新的有用的东西 设计知识是科学 用科学活动解释设计 设计是艺术，

3、虽然用到了科学知识 V.Hubka的学术思想 功能和构造设计 以人的需求为根据，利用系统分析的方法经过“技术过程 “技术系统 “功能构造图 “形状学矩阵 多个可行方案 综合择优等过程，确定尺寸、构造设计的根据。 人设计主体 设计包含了 物设计对象 时间设计过程 客观科学知识 设计的哲学 科学性和艺术性 客观创新精神我们的定义：设计是利用必要的的资源和手段，经过人类发明性思想与研讨活动，促使理性想象达成“物化的过程。 资源知识、阅历、资料、信息、 环境人文、社会、经济等 手段设计方法、工具、软硬件 思想与研讨 知识构成、综合、 升华、飞跃 理性构思符合实践环境条件和设计 目的的方案，并经过验证2

4、、传统设计的特点方法类比、阅历、模型实验依赖于经 验过程初步设计 技术设计 详细设计 串联方式按部就班进展环境手工方法、设计手册、模型、阅历思想方式收敛式思想，强调部分设计结果少方案，设计费用低3、现代设计的特点系统性视设计对象为系统，思索内、外 联络，力求整体最正确发明性注重人的发明潜力，以创新为目 的和标志综合性市场需求为导向，兼顾消费、管 理、销售、用户要素，探求多种 处理问题的途径多解性可短期提供多个方案，保证设计 结果相对最优设计的环境信息极为丰富，知识高度交融，新资料、新工艺层出不穷，计算机软、硬件技术为设计提供了前所未有的良好环境，市场经济的高度兴隆，产品的猛烈竞争，成为推进现代

5、设计方法开展的社会背景设计观念阅历的、类比的、部分的， 变成逻辑的、推理的、系统的思想方式静态的、少变量和方案的、收 敛的变成动态的、多变量的、 多方案的、分散的。 设计手段依赖于阅历、手工、实物模型 变为依托分析、计算机软、硬 件功能、数学模型与仿真。设计方法优化设计、可靠性设计、计算 机仿真设计、多刚体动力学分 析、有限元分析、现代工业设 计、价值工程、反求工程、相 似设计，绿色设计等 适用设计技术CAID、CAD、仿真设计、 网络协同设计、虚拟现实与数字化样机等 机电产品现代设计实例Ribs二、数字化设计技术的开展1、设计模型及其开展模型数字化设计技术的根底，在现代设 计中起作中心作用模

6、型的种类 静态模型 实物模型 动态模型 几何模型 符号模型 物理模型 化学模型等 产品设计中模型的作用 信息的载体：几何拓扑、物理特性、 工艺装配、功能维护 设计表现方式：外观视觉、操作性能、 构造特点、销售价值设计信息的载体产品设计模型的特征线框模型Wire Frame Model支持简单的图形表示外表模型Surface Model准确表示物体外表，如曲线、曲面实体模型Solid Model几何和拓扑意义上完备的设计模型特征模型Feature Model真正意义上的产品信息载体模型可包含零部件和产品的外表质量、构造、工艺、装配、维护等信息，对设计、制造、管理过程意义艰苦自在曲线面的描画 A、

7、水下的船体物理样条 1二阶延续，小挠度 2三类边境条件 3无几何不变性B、三次参数曲线 0=t=1 (1)便于矢量和矩阵表示，规格化变量外形仅与型值点位置有关，与坐标系无关外形数学描画的规范方式Ferguson,1964C、三次参数曲线的Hermite方式知参数曲线端点位置和切矢即可定义Hermite曲线，如图由1可得 2 Hermite矩阵 Hermite几何矢量D、Bezier曲线的 假设： ， ； ；那么2中的 可表示为代入2，令那么 i=0,1,2,3. 0=t=1 (3)为三次Bezier曲线的矩阵方式。Bezier曲线的参数方程可写为 0=t=1 (4)式中 称为Bernstein

8、基函数当n=3时4式即为3式三、现代CAD技术一、先进制造技术对CAD的需求T、 Q、 C、 S、 E需求 T-最快的上市速度Time to market Q-最好的质量(Quality) C-最低的本钱(Cost) S-最优的效力(Service) E-最清洁的环境(Environment)由于设计阶段决议了产品本钱的70%以上，采用先进制造技术的企业必然将产品设计这个环节视作其生命线，先进设计技术必然成为先进制造技术的中心之一。CAD(Computer Aided Design)是运用计算机系统来辅助一项产品或工程设计的建模、修正、分析和优化的过程和技术.它是一种新的设计方法，也是一门多学

9、科综合运用新技术。 CAD技术开展的几个阶段第一代CAD系统出现于60年代，技术特点是利用解析几何的方法定义点、线、圆等图素,主要用于平面绘图。第二代CAD系统始于70年代，技术特点是交互式技术及几何外型系统。三维线框模型、外表模型、实体模型和Sweep 、 CSG 、 B-rep等表示法可用于复杂构造的设计.第三代CAD系统始于80年代中期，特征建模和基于约束的参数化和变量化建模方法是其技术特点，保证了二、三维模型修正时的相互关联性，以及CAD/CAM信息集成。 二、先进制造技术对CAD的影响CIMS(Computer Integrated Manufacturing System) 的影响

10、-信息的集成 处理异构环境下信息集成的三个关键问题 1 产品建模问题 2数据交换问题 3工程数据管理问题并行工程 (Concurrent Engineering,CE)的影响 -过程的集成 对CAD技术提出了以下要求: (1) 支持开发过程的重构和建模。 (2) 实现协同设计的环境，支持多学科队 伍的协同任务。 (3) 提供功能集成、信息集成的支持并行 设计的CAx (CAD CAPP CAM)和DFx 工具.矫捷制造(Agile Manufacturing,AE)的影响-企业的集成 矫捷制造方式必需具有矫捷设计的方式: 1提供实现产品矫捷设计的使能技术,如 资源共享、信息效力、协作建模、联

11、盟内的数据管理与设计过程管理等技术。 2提供支持产品矫捷设计的网络通讯平台 及相关技术的处理方案 三、现代CAD技术的提出先进制造技术阅历了信息集成过程集成企业集成的开展历程，现代CAD技术也在沿着信息集成过程集成企业集成的道路开展。现代CAD技术是指在复杂的大系统环境下,支持产品自动化设计的设计实际和方法、设计环境、设计工具各相关技术的总称，它们能使设计任务实现集成化、网络化和智能化，到达提高产品设计质量、降低产品本钱和缩短设计周期的目的。 现代CAD技术研讨的主要问题研讨现代设计实际与方法学并行设计、协同设计、虚拟设计、大规模定制设计、绿色设计协同设计环境的支持技术协同设计的管理技术产品数

12、字化定义及建模技术基于PDM产品数据管理与任务流过程管理技术开展集成的CAx和DFx工具和计算机仿真技术 四、现代CAD与计算机仿真技术在机械设计中的运用与展望 例：高速卷烟机械的特点高速、高效的自动化机器 乖巧机械与快速丈量、 控制的综合系统高速、 动态、 高可靠性机电一体化典型加工对象资料特殊 烟草机械的开展趋势更高的速度和可靠性, 更好的动态性能大量运用数字化技术,完成动作及位置的控制,实现柔性调整新的资料保送原理和技术(如气动送丝等)新的烟支成型与加工原理新的高速动态检测原理和技术烟支切割安装的特征建模研讨的主要相关成果1 在Pro/E环境下用FBABMS系统完好地建立了猎豹 越野车一个车型的车身和底板各块曲面零件的三维CAD特征模型，并实现了上述各零件的三维装配 ; 部件分别图 内部广角视图1 2 3 4成果用于车身改型设计 基于猎豹越野车整车三维模型的工程运用仿真研讨： 车身改型设计多刚体与有限元耦合仿真烟支切割安装仿真分析SAAB900车平安防护安装仿真研讨平安气囊气体压力分布仿真分析研讨的主要相关成果46000米深海集矿机运动仿真中国大洋协会组织的专家鉴定意见：“用多刚体动力学对复杂的深海集矿机系统进展运动和动力学仿真技术属国际