計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

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1、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)本節(jié)主要介紹如下方面內(nèi)容：●CAD的基本概念、發(fā)展概況、發(fā)展趨勢●計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)應(yīng)用舉例●CAD系統(tǒng)的組成●工程數(shù)據(jù)的處理方法及CAD程序編制●專用機(jī)械CAD系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用1.1CAD技術(shù)的基本概念計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，即英文ComputerAidedDesign，簡稱CAD。它是一種利用計(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)輔助設(shè)計(jì)者對產(chǎn)品進(jìn)行規(guī)劃、分析計(jì)算、綜合、模擬、評價(jià)、繪圖和編寫技術(shù)文件等設(shè)計(jì)活動(dòng)的總稱。這一技術(shù)的特點(diǎn)：它將設(shè)計(jì)人員的思維、綜合分析和創(chuàng)造能力與計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算、巨大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和快速圖形生成等能力很好地結(jié)合起來，來完成設(shè)計(jì)工作。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)：C

2、omputerAidedDesign。簡稱為CAD。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制圖：ComputerAidedDesignAndDrafting。簡稱為CADD計(jì)算機(jī)輔助制造：ComputerAidedMade。簡稱為CAM。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造：ComputerAidedDesignAndMade。簡稱為CAD/CAM。幾個(gè)名詞：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）涉及以下一些基礎(chǔ)技術(shù)：1)圖形處理技術(shù)如自動(dòng)繪圖、幾何建模、圖形仿真及其它圖形輸入、輸出技術(shù)。2)工程分析技術(shù)如有限元分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)及面向各種專業(yè)的工程分析等。3)數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)交換技術(shù)如數(shù)據(jù)庫管理、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換規(guī)范及接口技術(shù)

3、等。4)文檔處理技術(shù)如文檔制作、編輯及文字處理等。5)軟件設(shè)計(jì)技術(shù)如窗口界面設(shè)計(jì)、軟件工具及軟件工程規(guī)范等。應(yīng)用CAD技術(shù)來進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，能使設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、維修工作快速而高效率地進(jìn)行，所帶來的經(jīng)濟(jì)效益是十分明顯的。例如：過去生產(chǎn)一個(gè)大規(guī)模集成電路芯片，要花兩年時(shí)間，用CAD只要兩周即可完成。英國的三叉戟飛機(jī)比美國的波音747飛機(jī)早開工，卻晚一年完成，其原因就是美國的747采用了CAD技術(shù)。美國GM公司汽車設(shè)計(jì)中應(yīng)用CAD技術(shù)，使新型汽車的設(shè)計(jì)周期由5年縮短為3年，新產(chǎn)品的可信度由20﹪提高到60﹪。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，CAD技術(shù)已廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、建筑、土木工程、航天、紡織

4、等眾多領(lǐng)域。1.2CAD技術(shù)的發(fā)展簡史CAD技術(shù)誕生于20世紀(jì)50年代，至今已有50多年的發(fā)展歷史，這一技術(shù)主要經(jīng)歷了如下幾個(gè)發(fā)展時(shí)期：孕育形成時(shí)期（20世紀(jì)50年代）進(jìn)入實(shí)際運(yùn)用時(shí)期（20世紀(jì)60年代）成熟達(dá)到完全實(shí)用時(shí)期（20世紀(jì)70年代）廣泛運(yùn)用時(shí)期（20世紀(jì)80年代）CAD技術(shù)所經(jīng)歷的這幾個(gè)重要發(fā)展階段如下所示：階段時(shí)間特　　點(diǎn)孕育形成階段20世紀(jì)50年代提出CAD設(shè)想，為CAD應(yīng)用進(jìn)行硬、軟件準(zhǔn)備。研制成長階段20世紀(jì)60年代研制成功實(shí)驗(yàn)性CAD系統(tǒng)，其中：有代表性的是美國GM公司和IBM公司開發(fā)的汽車前窗玻璃線型設(shè)計(jì)DAC-1系統(tǒng)，美國貝爾電話實(shí)驗(yàn)室用于印刷電路設(shè)計(jì)的C

5、AD系統(tǒng)。技術(shù)商品化階段20世紀(jì)70年代CAD開始實(shí)用化，從二維的電路設(shè)計(jì)發(fā)展到三維的飛機(jī)、汽車、造船等設(shè)計(jì)，出現(xiàn)了許多開發(fā)CAD系統(tǒng)的公司，如CV、Calma、Intergraph、Applicon、IBM等。高速發(fā)展階段20世紀(jì)80年代由于解決了三維幾何造型、仿真等問題，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，大中型系統(tǒng)向微型化發(fā)展；出現(xiàn)了應(yīng)用極廣的微機(jī)CAD系統(tǒng)和性能優(yōu)良的工作站CAD系統(tǒng)。全面普及階段20世紀(jì)90年代隨著CAD技術(shù)的發(fā)展，性能提高，價(jià)格降低，CAD開始在設(shè)計(jì)領(lǐng)域全面普及，成為必不可少的設(shè)計(jì)工具。CAD技術(shù)發(fā)展的基本階段及特點(diǎn)1.3CAD的功能及CAD設(shè)計(jì)的特點(diǎn)CAD技術(shù)的主要應(yīng)用

6、有以下幾方面：?科學(xué)計(jì)算與分析能進(jìn)行各種復(fù)雜的設(shè)計(jì)計(jì)算、性能分析以及評價(jià)經(jīng)濟(jì)；?工程分析常見的分析有：有限元分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析等。此外，針對某個(gè)具體設(shè)計(jì)對象還有它們自己的工程分析問題,如注塑模設(shè)計(jì)中要進(jìn)行塑流分析、冷卻分析、變形分析等。?圖形處理如二維、三維圖形生成、顯示與修改，自動(dòng)繪圖；?圖形仿真進(jìn)行二維和三維的運(yùn)動(dòng)仿真、結(jié)構(gòu)仿真，功能模擬；?數(shù)據(jù)處理有完善的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，能對設(shè)計(jì)、分析、繪圖等所使用的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行存取、查找、比較、綜合等處理；?編制設(shè)計(jì)文檔或生成報(bào)表能制訂各種技術(shù)文件，如文檔制作、編輯及文字處理等。?參數(shù)化設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化或系列化的零部件具有

7、相似結(jié)構(gòu)，但尺寸需經(jīng)常改變，采用參數(shù)化設(shè)計(jì)的方法建立圖形程序庫，設(shè)計(jì)時(shí)直接調(diào)出圖形庫中的零件圖，并賦予一組新的尺寸參數(shù)便可生成一個(gè)新的圖形。CAD設(shè)計(jì)具有如下主要特點(diǎn)：?充分應(yīng)用各種先進(jìn)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在設(shè)計(jì)過程中能廣泛使用有限元分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)及動(dòng)態(tài)分析等先進(jìn)設(shè)計(jì)及分析手段；比傳統(tǒng)的邊設(shè)計(jì)、邊試驗(yàn)，直到設(shè)計(jì)后期才能弄清產(chǎn)品性能的做法要科學(xué)、省時(shí)、省力得多。?充分利用圖形系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫的功能?提高設(shè)計(jì)效率利用CAD技術(shù)，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工程制圖的速度大大提高，尤其對