計算機輔助設計

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1、計算機輔助設計計算機輔助設計(CAD)本節(jié)主要介紹如下方面內容：●CAD的基本概念、發(fā)展概況、發(fā)展趨勢●計算機輔助設計應用舉例●CAD系統(tǒng)的組成●工程數據的處理方法及CAD程序編制●專用機械CAD系統(tǒng)的開發(fā)及應用1.1CAD技術的基本概念計算機輔助設計，即英文ComputerAidedDesign，簡稱CAD。它是一種利用計算機硬、軟件系統(tǒng)輔助設計者對產品進行規(guī)劃、分析計算、綜合、模擬、評價、繪圖和編寫技術文件等設計活動的總稱。這一技術的特點：它將設計人員的思維、綜合分析和創(chuàng)造能力與計算機的高速運算、巨大數據存儲和快速圖形生成等能力很好地結合起來，來完成設計工作。計算機輔助設計：C

2、omputerAidedDesign。簡稱為CAD。計算機輔助設計與制圖：ComputerAidedDesignAndDrafting。簡稱為CADD計算機輔助制造：ComputerAidedMade。簡稱為CAM。計算機輔助設計與制造：ComputerAidedDesignAndMade。簡稱為CAD/CAM。幾個名詞：計算機輔助設計（CAD）涉及以下一些基礎技術：1)圖形處理技術如自動繪圖、幾何建模、圖形仿真及其它圖形輸入、輸出技術。2)工程分析技術如有限元分析、優(yōu)化設計及面向各種專業(yè)的工程分析等。3)數據管理與數據交換技術如數據庫管理、產品數據管理、產品數據交換規(guī)范及接口技術

3、等。4)文檔處理技術如文檔制作、編輯及文字處理等。5)軟件設計技術如窗口界面設計、軟件工具及軟件工程規(guī)范等。應用CAD技術來進行產品設計，能使設計、生產、維修工作快速而高效率地進行，所帶來的經濟效益是十分明顯的。例如：過去生產一個大規(guī)模集成電路芯片，要花兩年時間，用CAD只要兩周即可完成。英國的三叉戟飛機比美國的波音747飛機早開工，卻晚一年完成，其原因就是美國的747采用了CAD技術。美國GM公司汽車設計中應用CAD技術，使新型汽車的設計周期由5年縮短為3年，新產品的可信度由20﹪提高到60﹪。隨著計算機技術的迅猛發(fā)展，CAD技術已廣泛應用于機械、電子、建筑、土木工程、航天、紡織

4、等眾多領域。1.2CAD技術的發(fā)展簡史CAD技術誕生于20世紀50年代，至今已有50多年的發(fā)展歷史，這一技術主要經歷了如下幾個發(fā)展時期：孕育形成時期（20世紀50年代）進入實際運用時期（20世紀60年代）成熟達到完全實用時期（20世紀70年代）廣泛運用時期（20世紀80年代）CAD技術所經歷的這幾個重要發(fā)展階段如下所示：階段時間特　　點孕育形成階段20世紀50年代提出CAD設想，為CAD應用進行硬、軟件準備。研制成長階段20世紀60年代研制成功實驗性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計DAC-1系統(tǒng)，美國貝爾電話實驗室用于印刷電路設計的C

5、AD系統(tǒng)。技術商品化階段20世紀70年代CAD開始實用化，從二維的電路設計發(fā)展到三維的飛機、汽車、造船等設計，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80年代由于解決了三維幾何造型、仿真等問題，應用范圍不斷擴大，大中型系統(tǒng)向微型化發(fā)展；出現(xiàn)了應用極廣的微機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90年代隨著CAD技術的發(fā)展，性能提高，價格降低，CAD開始在設計領域全面普及，成為必不可少的設計工具。CAD技術發(fā)展的基本階段及特點1.3CAD的功能及CAD設計的特點CAD技術的主要應用

6、有以下幾方面：?科學計算與分析能進行各種復雜的設計計算、性能分析以及評價經濟；?工程分析常見的分析有：有限元分析、優(yōu)化設計、可靠性設計、運動學及動力學分析等。此外，針對某個具體設計對象還有它們自己的工程分析問題,如注塑模設計中要進行塑流分析、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，自動繪圖；?圖形仿真進行二維和三維的運動仿真、結構仿真，功能模擬；?數據處理有完善的數據庫系統(tǒng)，能對設計、分析、繪圖等所使用的大量數據進行存取、查找、比較、綜合等處理；?編制設計文檔或生成報表能制訂各種技術文件，如文檔制作、編輯及文字處理等。?參數化設計標準化或系列化的零部件具有

7、相似結構，但尺寸需經常改變，采用參數化設計的方法建立圖形程序庫，設計時直接調出圖形庫中的零件圖，并賦予一組新的尺寸參數便可生成一個新的圖形。CAD設計具有如下主要特點：?充分應用各種先進的現(xiàn)代設計方法在設計過程中能廣泛使用有限元分析、優(yōu)化設計、可靠性設計及動態(tài)分析等先進設計及分析手段；比傳統(tǒng)的邊設計、邊試驗，直到設計后期才能弄清產品性能的做法要科學、省時、省力得多。?充分利用圖形系統(tǒng)和數據庫的功能?提高設計效率利用CAD技術，使結構設計和工程制圖的速度大大提高，尤其對