计算机辅助设计技术课件

计算机辅助设计技术0§1计算机辅助设计涉及学科§2计算机辅助设计应用举例§3计算机辅助设计基本概念§4计算机辅助设计发展历史与现状§5计算机辅助设计的关键技术计算机辅助设计技术0§1计算机辅助设计涉及学科011、课程相关学科§1计算机辅助设计涉及学科计算机图形学计算机图像处理计算机辅助设计图形制作图像处理11、课程相关学科§1计算机辅助设计涉及学科计算机图形学计122、学科关系§1计算机辅助设计涉及学科计算机辅助设计数字图像数据模型图像生成（计算机图形学）模型（特征）提取（计算机视觉，模式识别）模型变换（计算几何）图像变换（图像处理）图像图形22、学科关系§1计算机辅助设计涉及学科计算机辅助设计数字23§2计算机辅助设计应用实例3§2计算机辅助设计应用实例34§2计算机辅助设计应用实例

基于WEB的虚拟展示系统背景互联网技术发展360全景图片实现展示特点真正步入式三维展示系统用户个性化定制快速构建用户三维户型装修、家具自主定制

虚拟系统展示.avi4§2计算机辅助设计应用实例基于WEB的虚拟展示45§2计算机辅助设计应用实例5§2计算机辅助设计应用实例56§2计算机辅助设计应用实例计算机艺术书法、艺术图片输入工具：键盘、鼠标、手写笔等等软件工具：PhotoShop、CorelDraw、PaintBrush等等优点：功能多、创作轻松、调色方便等等缺点：目前难以容入人的灵感（未来的研究课题）6§2计算机辅助设计应用实例计算机艺术67§2计算机辅助设计应用实例7§2计算机辅助设计应用实例78§2计算机辅助设计应用实例8§2计算机辅助设计应用实例89§2计算机辅助设计应用实例9§2计算机辅助设计应用实例910§2计算机辅助设计应用实例10§2计算机辅助设计应用实例1011§2计算机辅助设计应用实例11§2计算机辅助设计应用实例1112§2计算机辅助设计应用实例12§2计算机辅助设计应用实例1213§2计算机辅助设计应用实例13§2计算机辅助设计应用实例13141、CAD技术的概念CAD技术是计算机系统在工程和产品设计的各个阶段中，为设计人员提供快速、有效的工具和手段，加快和优化设计过程以达到最佳设计效果的一种技术2、分类按应用领域划分 机械CAD、建筑CAD、电子CAD、工业设计CAD、地图CAD、纹织CAD和服装CAD按CAD系统所用计算机的类型划分 分为大型机CAD系统、小型机CAD系统、工作站CAD系统和微机CAD系统按照CAD系统的规模进行分类网络环境下的CAD系统和单机环境下的CAD系统§3计算机辅助设计的基本概念141、CAD技术的概念§3计算机辅助设计的基本概念14151、发展历史60年代：奠定基础麻省理工学院Sketchpad程序，首次提出计算机图形学、交互技术线框式CAD系统，几何关系，无法表示拓扑70年代：第一次技术革命飞机设计中遇到自由曲面问题，提出Bezier算法达索公司借此算法开发三维曲面造型系统CATIA70年代末：第二次技术革命SDRC公司发布了第一个实体造型技术

的大型CAD/CAE软件—I-DEAS基本体素进行布尔运算§4计算机辅助设计的发展历史与现状151、发展历史§4计算机辅助设计的发展历史与现状15161、发展历史80年代：第三次技术革命CV公司首次提出实体参数化造型方法PTC公司开发了尺寸驱动的Pro/E参数化软件90年代：第四次技术革命SDRC公司在参数化基础上提出尺寸及约束驱动

的变量化技术§4计算机辅助设计的发展历史与现状161、发展历史§4计算机辅助设计的发展历史与现状16172、CAD技术的现状随着CPU性能改进和Windows操作系统的不断发展，以前只能运行在工作站上的CAD软件现在也可以运行在微机上。CAD软件摆脱了原有Unix操作系统的束缚，得到了在Windows平台上的全面拓展。在我国CAD市场上，已形成了国外大型CAD/CAM/CAE高端软件、国外普及型的三维CAD软件、国外二维CAD软件平台、国产二维CAD软件、国产三维CAD软件等多品种、多层次的产品共存的局面，各类产品之间的竞争愈演愈烈。§4计算机辅助设计的发展历史与现状172、CAD技术的现状§4计算机辅助设计的发展历史与现状17183、国内外著名的CAD软件国外UG、CATIAPro/Engineer、SolidWorksAutoCAD……国内清华大学的高华CAD广州红地技术的金银花软件大雄CADCAXA……§4计算机辅助设计的发展历史与现状183、国内外著名的CAD软件§4计算机辅助设计的发展历史18194、未来的发展方向LPiegl,UniversityofSouthFlorida,,Computer-AidedDesign鲁棒性(Robustness)几何不确定性(Geometricuncertainties)错误控制(Errorhandling)CAD引擎(CADengines)三维(3D)概念到设计(Fromideatodesign)面向残障人士的CAD(CADforthedisabled)网络CAD(InternetCAD)CAD教育(CADeducation)CAD理论(CADtheory)JonHirschtick,SolidWorks创始人主机端计算开源视频游戏触摸界面技术三维打印§4计算机辅助设计的发展历史与现状194、未来的发展方向§4计算机辅助设计的发展历史与现状19204、未来的发展方向§4计算机辅助设计的发展历史与现状204、未来的发展方向§4计算机辅助设计的发展历史与现状20211、几何造型技术能将物体的形状及其属性（颜色、纹理等）存储在计算机内，形成该物体的三维几何模型的技术。§5计算机辅助设计的关键技术1、线框 2、曲面造型技术3、实体造型技术4、特征造型技术5、参数化特征造型技术211、几何造型技术§5计算机辅助设计的关键技术1、线框 2122§5计算机辅助设计的关键技术1）、线框模型(WireframeModel)用顶点和边的有限集合来表示和建立物体的计算机模型。几何信息拓扑信息线框模型在计算机内部是以点表和边表表达和存储的。22§5计算机辅助设计的关键技术1）、线框模型(Wiref2223§5计算机辅助设计的关键技术线框模型的优、缺点如下：优点①结构简单，计算机内部易于表达和处理；②模型所需要的几何信息就是线段端点坐标，用键盘或文件输入。缺点①有歧义性；②不能进行物体几何特性(体积、面积、重量等)计算；③不便于消除隐藏线等。23§5计算机辅助设计的关键技术线框模型的优、缺点如下：2324§5计算机辅助设计的关键技术2）、曲面（表面）模型(SurfaceModel)由有向棱边围成的部分来定义形体的表面，是在线框模型的基础上添加了面信息和表面特征等内容。可以满足面面求交、线面消隐、明暗处理和数控加工的要求。24§5计算机辅助设计的关键技术2）、曲面（表面）模型(S2425§5计算机辅助设计的关键技术曲面造型研究的内容：曲面的表示、分析和控制，以及由多个曲面块组合成曲面等问题曲面造型的特点：

曲面所围成的容积的计算可自动进行，因而可以计算模具的容积、制造一个产品所需原材料的体积和重量；

能自动产生数控机床的加工指令(自动确定刀具的切割路径)。可以消隐，做明暗处理。可以求两个面的交线。25§5计算机辅助设计的关键技术曲面造型研究的内容：曲面的2526§5计算机辅助设计的关键技术3）、实体模型(SolidModel)由若干个相互间具有一定拓扑关系的表面组成的闭包。实体模型支持剖切、物性分析和有限元分析。可把物体的无二义性的几何和拓扑信息贮存到计算机中，从而可以自动进行真实感图像的生成和干涉检查。实体模型和曲面模型的区别26§5计算机辅助设计的关键技术3）、实体模型(Solid26272、CAD与其它CAX系统的集成技术§5计算机辅助设计的关键技术一般有两种集成方式：基于主模型的系统集成，CAD系统本身就是一个集成的系统。

CAD→CAECAD→CAM基于标准接口的数据转换

从一个CAD系统转出中性文件，然后导入到其它系统中。实例：UG导出step数据，Ansys导入后进行分析C3PCADCAECAMPDM广义的CAX272、CAD与其它CAX系统的集成技术§5计算机辅助设计27282、CAD与其它CAX系统的集成技术§5计算机辅助设计的关键技术CAD向集成化方向发展财务管理采购计划资源管理用户需求人事管理生产管理过程产品管理PDM>更好的管理产品

产品造型CAD>设计更好的产品产品开发过程数字化模拟生产数字化工厂设计数字化维护及操作

ERPCAD/CAMVPDMPDMDigitalEnterprisesSolutionsPPRHUB数字样机282、CAD与其它CAX系统的集成技术§5计算机辅助设计28293、参数化设计技术参数化设计（Parametric）设计是CAD技术在实际应用中提出的课题，它不仅可使CAD系统具有交互式绘图功能，还具有自动绘图的功能。目前它是CAD技术应用领域内的一个重要的、且待进一步研究的课题。在设计过程中，有些设计对象的结构比较定型（即拓扑关系保持不变），只是它们的尺寸由于在不同规格的产品中取不同值而有所差异，如常用的系列化、标准化、通用化的定型件。§5计算机辅助设计的关键技术293、参数化设计技术§5计算机辅助设计的关键技术29304、协同式CAD技术设计、制造、装配跨地区跨企业多系统§5计算机辅助设计的关键技术304、协同式CAD技术§5计算机辅助设计的关键技术30314、协同式CAD技术CAD系统造型§5计算机辅助设计的关键技术314、协同式CAD技术§5计算机辅助设计的关键技术31324、协同式CAD技术模型网格化传输§5计算机辅助设计的关键技术324、协同式CAD技术§5计算机辅助设计的关键技术32335、CAD二次开发技术CAD开发三种方式完全自主版权的开发，一切需从底层做起；基于某个通用CAD系统的二次开发，CATIA二次开发等；基于某种几何内核的开发，此类开发比二次开发可以更深入核心层，具有开发周期短、见效快、系统稳定和功能强等特点。几何内核概念：几何内核实际上就是一个类库，里面定义了图形数据的存储格式以及大量的图形算法主要几何内核：ACIS：AutoCADParaSolid：UG、Pro/eOpenCASCADE：开源§5计算机辅助设计的关键技术335、CAD二次开发技术§5计算机辅助设计的关键技术3334§5计算机辅助设计的关键技术CAD技术已成为设计制造全球化的门槛34§5计算机辅助设计的关键技术CAD技术已成为设计制造全34计算机辅助设计技术35§1计算机辅助设计涉及学科§2计算机辅助设计应用举例§3计算机辅助设计基本概念§4计算机辅助设计发展历史与现状§5计算机辅助设计的关键技术计算机辅助设计技术0§1计算机辅助设计涉及学科35361、课程相关学科§1计算机辅助设计涉及学科计算机图形学计算机图像处理计算机辅助设计图形制作图像处理11、课程相关学科§1计算机辅助设计涉及学科计算机图形学计36372、学科关系§1计算机辅助设计涉及学科计算机辅助设计数字图像数据模型图像生成（计算机图形学）模型（特征）提取（计算机视觉，模式识别）模型变换（计算几何）图像变换（图像处理）图像图形22、学科关系§1计算机辅助设计涉及学科计算机辅助设计数字3738§2计算机辅助设计应用实例3§2计算机辅助设计应用实例3839§2计算机辅助设计应用实例

基于WEB的虚拟展示系统背景互联网技术发展360全景图片实现展示特点真正步入式三维展示系统用户个性化定制快速构建用户三维户型装修、家具自主定制

虚拟系统展示.avi4§2计算机辅助设计应用实例基于WEB的虚拟展示3940§2计算机辅助设计应用实例5§2计算机辅助设计应用实例4041§2计算机辅助设计应用实例计算机艺术书法、艺术图片输入工具：键盘、鼠标、手写笔等等软件工具：PhotoShop、CorelDraw、PaintBrush等等优点：功能多、创作轻松、调色方便等等缺点：目前难以容入人的灵感（未来的研究课题）6§2计算机辅助设计应用实例计算机艺术4142§2计算机辅助设计应用实例7§2计算机辅助设计应用实例4243§2计算机辅助设计应用实例8§2计算机辅助设计应用实例4344§2计算机辅助设计应用实例9§2计算机辅助设计应用实例4445§2计算机辅助设计应用实例10§2计算机辅助设计应用实例4546§2计算机辅助设计应用实例11§2计算机辅助设计应用实例4647§2计算机辅助设计应用实例12§2计算机辅助设计应用实例4748§2计算机辅助设计应用实例13§2计算机辅助设计应用实例48491、CAD技术的概念CAD技术是计算机系统在工程和产品设计的各个阶段中，为设计人员提供快速、有效的工具和手段，加快和优化设计过程以达到最佳设计效果的一种技术2、分类按应用领域划分 机械CAD、建筑CAD、电子CAD、工业设计CAD、地图CAD、纹织CAD和服装CAD按CAD系统所用计算机的类型划分 分为大型机CAD系统、小型机CAD系统、工作站CAD系统和微机CAD系统按照CAD系统的规模进行分类网络环境下的CAD系统和单机环境下的CAD系统§3计算机辅助设计的基本概念141、CAD技术的概念§3计算机辅助设计的基本概念49501、发展历史60年代：奠定基础麻省理工学院Sketchpad程序，首次提出计算机图形学、交互技术线框式CAD系统，几何关系，无法表示拓扑70年代：第一次技术革命飞机设计中遇到自由曲面问题，提出Bezier算法达索公司借此算法开发三维曲面造型系统CATIA70年代末：第二次技术革命SDRC公司发布了第一个实体造型技术

的大型CAD/CAE软件—I-DEAS基本体素进行布尔运算§4计算机辅助设计的发展历史与现状151、发展历史§4计算机辅助设计的发展历史与现状50511、发展历史80年代：第三次技术革命CV公司首次提出实体参数化造型方法PTC公司开发了尺寸驱动的Pro/E参数化软件90年代：第四次技术革命SDRC公司在参数化基础上提出尺寸及约束驱动

的变量化技术§4计算机辅助设计的发展历史与现状161、发展历史§4计算机辅助设计的发展历史与现状51522、CAD技术的现状随着CPU性能改进和Windows操作系统的不断发展，以前只能运行在工作站上的CAD软件现在也可以运行在微机上。CAD软件摆脱了原有Unix操作系统的束缚，得到了在Windows平台上的全面拓展。在我国CAD市场上，已形成了国外大型CAD/CAM/CAE高端软件、国外普及型的三维CAD软件、国外二维CAD软件平台、国产二维CAD软件、国产三维CAD软件等多品种、多层次的产品共存的局面，各类产品之间的竞争愈演愈烈。§4计算机辅助设计的发展历史与现状172、CAD技术的现状§4计算机辅助设计的发展历史与现状52533、国内外著名的CAD软件国外UG、CATIAPro/Engineer、SolidWorksAutoCAD……国内清华大学的高华CAD广州红地技术的金银花软件大雄CADCAXA……§4计算机辅助设计的发展历史与现状183、国内外著名的CAD软件§4计算机辅助设计的发展历史53544、未来的发展方向LPiegl,UniversityofSouthFlorida,,Computer-AidedDesign鲁棒性(Robustness)几何不确定性(Geometricuncertainties)错误控制(Errorhandling)CAD引擎(CADengines)三维(3D)概念到设计(Fromideatodesign)面向残障人士的CAD(CADforthedisabled)网络CAD(InternetCAD)CAD教育(CADeducation)CAD理论(CADtheory)JonHirschtick,SolidWorks创始人主机端计算开源视频游戏触摸界面技术三维打印§4计算机辅助设计的发展历史与现状194、未来的发展方向§4计算机辅助设计的发展历史与现状54554、未来的发展方向§4计算机辅助设计的发展历史与现状204、未来的发展方向§4计算机辅助设计的发展历史与现状55561、几何造型技术能将物体的形状及其属性（颜色、纹理等）存储在计算机内，形成该物体的三维几何模型的技术。§5计算机辅助设计的关键技术1、线框 2、曲面造型技术3、实体造型技术4、特征造型技术5、参数化特征造型技术211、几何造型技术§5计算机辅助设计的关键技术1、线框 5657§5计算机辅助设计的关键技术1）、线框模型(WireframeModel)用顶点和边的有限集合来表示和建立物体的计算机模型。几何信息拓扑信息线框模型在计算机内部是以点表和边表表达和存储的。22§5计算机辅助设计的关键技术1）、线框模型(Wiref5758§5计算机辅助设计的关键技术线框模型的优、缺点如下：优点①结构简单，计算机内部易于表达和处理；②模型所需要的几何信息就是线段端点坐标，用键盘或文件输入。缺点①有歧义性；②不能进行物体几何特性(体积、面积、重量等)计算；③不便于消除隐藏线等。23§5计算机辅助设计的关键技术线框模型的优、缺点如下：5859§5计算机辅助设计的关键技术2）、曲面（表面）模型(SurfaceModel)由有向棱边围成的部分来定义形体的表面，是在线框模型的基础上添加了面信息和表面特征等内容。可以满足面面求交、线面消隐、明暗处理和数控加工的要求。24§5计算机辅助设计的关键技术2）、曲面（表面）模型(S5960§5计算机辅助设计的关键技术曲面造型研究的内容：曲面的表示、分析和控制，以及由多个曲面块组合成曲面等问题曲面造型的特点：

曲面所围成的容积的计算可自动进行，因而可以计算模具的容积、制造一个产品所需原材料的体积和重量；

能自动产生数控机床的加工指令(自动确定刀具的切割路径)。可以消隐，做明暗处理。可以求两个面的交线。25§5计算机辅助设计的关键技术曲面造型研究的内容：曲面的6061§5计算机辅助设计的关键技术3）、实体模型(SolidModel)由若干个相互间具有一定拓扑关系的表面组成的闭包。实体模型支持剖切、物性分析和有限元分析。可把物体的无二义性的几何和拓扑信息贮存到计算机中，从而可以自动进行真实感图像的生成和干涉检查。实体模型和曲面模型的区别26§5计算机辅助设计的关键技术3）、实体模型(Solid61622、CAD与其它CAX系统的集成技术§5计算机辅助设计的关键技术一般有两种集成方式：基于主模型的系统集成，CAD系统本身就是一个集成的系统。

CAD→CAECAD→CAM基于标准接口的数据转换

从一个CAD系统转出中性文件，然后导入到其它系统中。实例：UG导出step数据，Ansys导入后进行分析C3PCADCAECAMPDM广义的CAX272、CAD与其它CAX系统的集成技术§5计算机辅助设计62632、CAD与其它CAX系统的集成技术§5计算机辅助设计的关键技术CAD向集成化方向发展财务管理采购计划资源管理用户需求人事管理生产管理过程产品管理PDM