三维之CAD介绍之二

1、五、CAD的技术特点及发展历程（一）CAD技术的特点综合高新技术（计算几何、计算机图形学、数据 库、网络通讯等）先进制造的重要组成部分技术复杂、涉及面广、技术变化快、竞争激烈、投资大、风险高、产出高1五、CAD的技术特点及发展历程（续）（二）CAD软件的发展历程 CAD的支撑软件和应用软件大体经历了四个发展阶段： 1、计算机图形系统（Computer Graphics Systems） 用来绘制或显示由直线、圆弧或曲线组成的二维、三维图形。如早期美国的PLOT10，英国的GINOF等系统。后来日趋向标准化方向发展，如GKS、PHIGS和GL等系统，成为计算机的系统软件。2（二）CAD软件的发展

2、历程（续）2、工程绘图系统（Draughting Systems） 可交互式地绘制各种工程图纸。如，最早、也最有影响美国洛克希德飞机公司的CADAM和后来美国Autodesk公司在微机环境下开发的AutoCAD是最典型的交互式绘图系统。以及由CV、Intergraph、 Applicon、 Calma、 Autotrol、Unigraphics、Gerber等公司早期开发的CAD系统也主要是完成工程绘图任务。3（二）CAD软件的发展历程（续）3、几何造型系统（Geometric Modeling Systems）传统型CAD系统：几何系统一般包括线框（Wireframe）、表面（Surface

3、）和实体（Solid）模型，近几年又增加了特征造型功能。主要有： 美国Computer Vision公司的CADDS5系统 原美国麦道飞机公司开发，后为通用汽车（GM）公司 的UG II系统 美国SDRC公司的IDEAS系统 美国Intergraph公司的Intergraph系统 法国达索（Dassault）飞机公司的 CATIA系统等等4（二）CAD软件的发展历程（续）改进型CAD系统：在系统结构、集成化程度、特征造型和参数化设计等方面做了很多改进。如以下系统： Three Spaces Ltd公司的ACIS系统 Cimplex Inc公司Cimplex系统 Intergraph公司的I/E

4、MS系统 Aries Technology公司的 Concept Station 系统 Parametric Tech公司的Pro/E等等。5（二）CAD软件的发展历程（续）4、产品模型系统（Product Modeling Systems） 目前正在研究和开发具有形状特征、尺寸公差特征和技术特征统一而完整的产品模型。采用产品数据管理PDM（Product Data Management）技术，支持在CIMS环境下产品生命周期里统一的数据模型，从根本上解决产品在设计、生产、质量控制和组织管理的各个环节的数据交换和共享的途径。6（三）CAD技术的发展历程1、商品化的CAD系统的技术发展经历了以下

5、几个发展阶段：20世纪60年代期间的CAD技术以线框造型为主，代表系统CADAM20世纪70年代期间的CAD技术以曲面造型为主，代表系统CATIA 20世纪80年代期间的CAD技术以实体造型为主，代表系统IDEAS、UGII、CADDS520世纪90年代期间的CAD技术以特征造型为主，代表系统Pro/E7（三）CAD技术的发展历程（续） CAD技术发展至今天已经经历了几次大的技术革命： 20世纪60年代出现的三维CAD系统只是简单的线框式系统，它只能表达基本的几何信息，不能有效地表达几何数据间的拓扑关系。由于缺乏形体的表面信息，CAE及CAM均无法实现。8（三）CAD技术的发展历程（续）1、曲

6、面造型技术 法国达索飞机制造公司在二维绘图系统CADAM的基础上开发出以表面模型为特点的三维造型系统 CATIA， 标志着计算机辅助设计技术从简单模仿工程图纸的三视图模式解放出来，首次实现了以计算机完整描述产品零件的主要信息，同时也使得CAM技术的开发有了实现的基础。9（三）CAD技术的发展历程（续） 虽然表面模型基本解决CAM的问题，但由于表面模型只能表达形体的表面信息，难以准确表达零件的其它特性，如质量、重心、惯性矩等，对CAE十分不利。 此外，这一时期的CAD技术价格极其昂贵，软件商品化程度也很低。10（三）CAD技术的发展历程（续）2、实体造型技术 基于对CAD/CAE一体化技术发展的

7、探索，SDRC公司于1979年发布了世界上第一个完全基于实体造型技术的大型CAD/CAE软件 I-DEAS。 由于实体造型技术能够精确表达零件的全部属性，在理论上有助于统一CAD、CAE、CAM的模型表达，给设计带来了惊人的方便性。它代表着未来CAD技术的发展方向。11（三）CAD技术的发展历程（续）3、参数化技术 进入80年代中期，CV公司内部以高级副总裁为首的一批人提出了一种比无约束自由造型更新颖、更好的算法参数化实体造型方法。PTC公司成立，研制出名为Pro/Engineer的参数化CAD软件。其在许多通用件、零部件设计上体现出简便易行的优势，因此先行挤占了低端的AutoCAD市场。 算

8、法的主要特点：基于特征全尺寸约束全数据相关尺寸驱动设计修改。12（三）CAD技术的发展历程（续）4、CAD新技术 参数化及变量化设计思想和特征造型代表了当今CAD技术的发展方向。参数化设计技术特征造型是CAD建模方法的一个新的里程碑。13（三）CAD技术的发展历程（续）典型的CAD/CAM过程14（四）新一代CAD技术发展趋势1、集成化 适应计算机集成制造系统（CIMS）对产品设计制造过程，即CAD/CAPP/CAM/CAE集成的要求，实现设计、生产、分析和管理的一体化。2、标准化 CAD数据模型将广泛采用STEP标准。基于STEP标准的数据交换将成为主流，数据交换的内容将不仅局限于几何数据，

9、还要包括特征模型。STEP的广泛应用将为企业CIMS的实施铺平道路。15（四）新一代CAD技术发展趋势（续）3、智能化 并行设计与并行工程技术力图在产品设计阶段尽可能早地解决后续加工、制造、维护等阶段所发生的问题，将使新产品的开发发展到更高水平。进一步引入人工智能与专家系统技术，增强计算机辅助设计的智能化。 使CAD软件成为真正的“傻瓜型”软件。使计算机更加“人性化”。4、网络化 随着Internet的发展，通过网络将不同地区的智力资源和设备资源整合起来，利用分布式计算机系统建立动态联盟的制造体系，这是制造系统全球化的发展趋势。16（四）新一代CAD技术发展趋势（续）5、虚拟化 虚拟设计技术亦

10、称虚拟样机技术，是新兴的多学科交叉技术，它以CAD技术为基础，以虚拟现实技术为手段，使设计人员能与三维信息模型交互，在虚拟环境中完成产品的设计、分析和仿真。可以减少实物模型和样件的制作。6、专业化 将出现一批专业化程度高、易学易用、与通用CAD系统兼容的CAD软件。17（四）新一代CAD技术发展趋势（续）7、微机化 个人计算机已经具备了与中低档工作站竞争的实力，加上其价格低廉，使普及CAD技术成为可能。由于OLE技术的广泛应用，CAD软件可以与Windows平台的其他软件进行动态数据交换，可以在不退出CAD软件的前提下嵌入（或链接）其他应用程序的对象。8、组件化 采用COM技术，通过使用现成的

11、组件，软件开发商可以避开软件开发过程中许多烦琐和困难的基础部分，从而可以从极高的起点出发，缩短CAD软件上市周期。18六、应用软件介绍（一）国外商品化的CAD系统美国EDS公司的UG软件和I-DEAS软件集成了美国航空航天、汽车工业的经验，成为机械集成化CAD/CAE/CAM的主流软件之一。主要应用于航空航天、汽车、通用机械、模具、家电等领域。曲面造型、数控加工是强项。分析功能较为薄弱，但是提供了相关的分析软件接口。2001年并购了SDRC公司（IDEAS）。1920六、应用软件介绍（续）美国PTC公司的Pro/Engineer软件Pro/Engineer是一个全参数化、基于特征和全信息相关的

12、崭新系统。所有的功能模块构建在同一数据库结构之上。提供了所有工程项目之间的全关联。自带特征库。但在分析、制造方面相对较弱。曲面处理适合于通用的机械设计中较常见的曲面造型。采用全参数化造型技术，比较适合于零件相对简单，部件比较复杂的产品设计。21六、应用软件介绍（续）美国IBM公司的CATIA软件和SolidWorks软件CATIA是一个全面的CAD/CAM/CAE/PDM应用系统，有独特的装配、草图生成工具。具有很强的曲面造型功能，可进行有限元分析。能够进行四维空间的观察，并能模仿真人进行装配。并购了美国信生公司的SOLIDWORKS。22汽车草图设计23六、应用软件介绍（续）美国AutoDe

13、sk公司的AutoCAD软件AutoCAD是基于微机环境的交互式绘图软件，基本上是一个二维工程绘图软件，具有较强的绘图、编辑、剖面线和图案绘制、尺寸标注以及方便用户的二次开发功能。并具有部分三维作图造型能力。软件的数据文件格式DXF已经成为世界上不同版本CAD系统之间交换数据的事实上的标准。MDT是该公司在机械行业推出的基于参数化特征、实体造型和曲面造型的微机CAD/CAM软件。近年来又推出了与MDT功能类似的软件INVENTOR。24六、应用软件介绍（续）美国Bentley公司的MicroStation软件Bentley公司是一家全球范围的软件协同解决方案提供商。工程设计平台MicroSta

14、tion是Bentley公司在建筑设计、土木工程、交通、加工工厂、离散制造业、公用设施和通信网络等各领域解决方案的核心。25六、应用软件介绍（续）英国的DELCAM公司的CAD软件DELCAM是世界领先的专业化CAD/CAM集成系统开发商。当今全世界唯一拥有大型数控加工车间的CAD/CAM软件公司，提供从设计、制造、测试到管理的全套产品。软件产品适用于具有复杂型体的产品、零件及模具的设计制造。广泛应用于航空航天、汽车、船舶、内燃机、家用电器、轻工产品等行业。在塑料模、压铸模、橡胶模、锻模、大型覆盖件冲压模、玻璃模具等的设计与制造方面具有明显优势。26六、应用软件介绍（续）以色列Cimatron

15、 公司的Cimatron软件Cimatron是基于CAD/CAM/PDM的产品，软件针对性较强，被更多地应用于模具开发设计。软件提供一套全面的标准模架库，便于使用者进行模具设计的分型、抽芯等工作。提供在操作过程中能进行动态检查功能。27六、应用软件介绍（续）(二)国内的CAD系统二维CAD软件唐龙 北京航空航天大学 PICAD 中科院凯思软件集团高华CAD 清华和顺得容奇镇经济发展总公司 GHDrafting5.0、GHMD2.0 清华XTMCAD 清华和北京艾克斯特CIMS技术公司CAXA 北京航空航天大学 开目CAD 华中理工大学28六、应用软件介绍（续）三维CAD软件GEMS5.0 清华

16、同方金银花3D CAD 北京航空航天大学 CAXA系列 北京航空航天大学 Inte Solid 华中理工大学GS-MCAD 浙江大学29北京201所的小福星汽车30七、CAD/CAM技术应用 CAD是一个包括范围很广的概念 产品设计（机械产品、电气、电子 产品、轻工、纺织产品） 工程设计（建筑、道路桥梁、工程） 艺术 （电影、动画、广告） 机械制造CAD是应用最早、最为广泛的，重点介绍机械CAD。CAD设计对象31（一）国外全数字化设计与制造成功范例美国波音777是CAD/CAM技术的应用典范：1990年10月正式启动，首次实现“无纸设计”周期缩短40；成本 降低25；返工率降 低75。32（

17、一）国外全数字化设计与制造成功范例（续）33（一）国外全数字化设计与制造成功范例(续)F22、JSF、RAH66和SQ2： 周期缩短55， 成本降低50， 废品率减少80， 数据错误减少98。34（一）国外全数字化设计与制造成功范例(续)空中客车： 试制周期从4年 缩短为2.5年。35（二）CAD/CAM技术在我国企业的应用 经国务院批准，国家科技部在“八五”、“九五”期间重点推广和实施的两项大工程： 计算机辅助设计(CAD) 计算机集成制造系统(CIMS) CAD技术普及的范围 29个省(市)自治区；4个行业（机械、航空、航天、汽车）；近600家示范企业；3000多个重点应用单位；约50000个企业和设计院；其中工程设计甲乙级设计院的普及率达100%。36CAD/CAM技术应用收到的经济效益37我国CAD/CAM技术的发展过程从1992年开