1、第一章第一章 概论概论 v 1.1 汽车汽车CAD技术概述技术概述v 1.2 CAD系统概述系统概述v 1.3 CAD技术在汽车行业的应用技术在汽车行业的应用v 1.4 Pro/E软件概述软件概述v 小小 结结v 习习 题题1.1 汽车汽车CAD技术概述技术概述v1.1.1 汽车设计概述汽车设计概述v 设计是人类社会最基本的生产实践活动之一，是一种将预定的需求变成所希望的功能和性能指标，然后应用科学与技术知识、方法或手段转换成有经济性的设计结果的过程。在产品的整个开发过程中，设计是关键，产品的先天质量决定于设计。统计表明，产品在包括原材料、制造、使用、维修等方面的花费即广义成本的70%是由设计
2、阶段决定的。v 汽车是一种包括多种典型机械元件、零部件，多种金属与非金属材料以及多种机械加工工艺的典型机械产品。汽车设计的内容包括整车总体设计、总成设计和零部件设计。整车总体设计的主要任务是整车匹配和总布置设计。汽车总成设计主要是满足整车设计对总成功能和布置的要求。汽车零部件设计主要是满足总成的设计要求，并解决强度、寿命和生产技术问题。v 汽车设计技术是汽车产品设计的方法和手段，是汽车设计实践的软件与硬件。v 以汽车机械总成产品设计为例(过程如图1.1所示)汽车机械总成产品设计就是根据使用要求确定产品应该具备的开发目标和功能要求，构想出产品的工作原理、运动方式、力和能量的传递、结构形状以及所用
3、材料等事项，并转化为具体的数字化模型、图纸和设计文件等，为后续制造提供依据。v 汽车总成产品设计一般包括以下几个阶段：（1）概念设计（2）初步设计（3）详细设计。设计是一个“设计-评价-再设计”的反复迭代、不断优化的过程。实现设计自动化，缩短设计周期降低设计成本，提高设计质量，成为设计发展的迫切要求，正是在这样的背景下CAD技术才有如此广泛的应用。需求分析原理性方案和分析评价详细设计初步设计和分析试制试验、鉴定生产、销售和使用再设计评价不满意不满意满意满意确定开发目标及功能要求v 1.1.2 CAD技术的内涵技术的内涵v 计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD)是一
4、种运用计算机硬件和软件系统辅助人们对产品或工程进行设计的方法和技术，包括设计、绘图、工程分析 与文档制作等设计活动，它是一种新的设计方法，也是一门多学科综合应用的新技术。CAD不仅是一种方法或技术原理，而且是一种技术或工程应用。从方法或技术原理角度来讲，CAD是指运用计算机工具完成产品设计的全过程，包括概念设计、初步设计（或称总体设计）和详细设计等。vCAD技术有广义和狭义之分。广义的CAD概念是指利用计算机辅助技术进行产品设计的整个过程以及与之直接或间接相关的活动，包括方案设计、工程分析、图形编辑和技术文档整理等设计活动。主要包括设计和分析两个方面。综合广义CAD的设计过程和活动，主要包括图
5、形表示、工程计算和设计管理三类工作。图形表示描述产品的结构（包括形状和尺寸），是CAD的基础和核心。狭义的CAD概念主要主要是指产品的几何建模及其相关技术，即如何在计算机中描述产品的形状和尺寸，即如何在计算机中描述产品的形状和尺寸。为突出重点，无特别说明时，本书的主要内容限于狭义CAD的相关内容。v 计算机辅助设计过程大致是：进行功能设计；进行产品结构的初步设计，产品的图形和外观的初步设计；从总图派生出零件，对零件进行详细设计和结构分析；对零件进行加工模拟，提出零件的修改方案；对产品实施运动模拟或功能模拟，分析优化，最终完成零件的结构设计。下图就说明了汽车机械总成部件设计过程与CAD过程的关系
6、。v CAD过程往往与计算机辅助工程分析（CAE）和计算机辅助制造（CAM）紧密结合，构成一个以计算机为工具的完整的设计、分析、制造过程或系统。在CAD过程中完成的数模可以在CAE软件中进行分析（如在ANSYS软件中进行有限元分析），而且与制造过程中的计算机辅助工艺规划（CAPP）和数控编程（NCP）联系在一起，形成集成的CAD/CAE/CAM系统。设计需求分析可行性研究与分析结果评价优化分析建模仿真概念设计市场信息市场信息设计过程设计过程广义的广义的CAD过程过程制造制造CAE技技术术CAM技技术术CAD技术技术v1.1.3 计算辅助设计的特点计算辅助设计的特点v提高设计效率v提高设计质量v
7、有利于成组设计v方便修改设计v可实现设计与分析统一v易于实现产品数据的标准化v易于实现基于网络的协同设计v为无图样设计提供前提v为实现PLM系统提供基础v1.1.4 CAD技术的发展简史技术的发展简史 CAD技术主要经历了5个主要发展阶段v20世纪50年代 开始了交互式计算机图形学等早期的理论及应用研究。20世纪50年代中期计算机已应用于工程和产品设计的分析计算，促进了计算机辅助工程（CAE）技术的发展 v20世纪60年代 计算机图形学、交互技术、分层存储符号的数据结构等新思想和新方法先后在CAD方面得到了应用，为CAD技术的发展和应用打下了理论基础。1964年，美国通用汽车公司推出了DAC-
8、1系统，1965年，洛克希德飞机公司推出了CADAM系统，标志着专业CAD软件开始步入实用阶段。v20世纪70年代 基于大型机的商用CAD/CAM系统开始上市，同时出现了面向中小企业的CAD/CAM商品化系统。这一时期是CAD的单元技术发展和应用阶段，各功能模块趋于完善，但数据结构尚不统一。v20世纪80年代 这一阶段CAD/CAM系统的特点：几何造型技术已经成熟，并成为CAD系统的核心；系统具有统一的数据结构和内部数据库；系统较好集成；特征建模及二、三维参数化设计系统开始出现等。这一阶段的应用特点是：从二维绘图发展为三维实体建模，进而发展成三维参数化建模，实现从CAD单元技术到CAD/CAE
9、/CAM集成。v20世纪90年代 开放式、标准化、集成化和智能化的发展时期。CAD系统在全球范围得到普及，出现了很多新的计算机辅助设计理论方法和技术。大型专业软件各自采用了参数化设计、便量化设计、逆向工程、超变量化设计、并行设计等新的设计方法，软件的功能性集成性、智能性、网络性有了很大提高。1.1.5 CAD技术的发展趋势技术的发展趋势 v 集成化 v 网络化v 智能化v 标准化v 并行工程v 虚拟设计技术v1.2 CAD系统概述系统概述v1.2.1 CAD系统的组成系统的组成 CAD系统与一般计算机系统的区别表现在硬件与软件两个方面。硬件方面的区别是CAD系统有专门的输入及输出设备来处理图形
10、的交互输入与输出问题。软件方面的区别表现在集成与界面上：CAD系统提供给用户所需的全部功能模块，并通过一个中央数据库集成起来；在界面方式上也往往不同于一般软件常用的数据文件或会话方式，而是采用了一套完善的交互操作方式。v完整的CAD系统由硬件系统和软件系统组成，如图1.10所示。v 硬件系统是CAD技术实施的物理基础，是软件运行的支撑平台，主要由5部分组成：计算机主机、外存储器、图形输入设备、图形输出设备和网络设备。v 软件系统是CAD功能的体现，CAD技术的所有功能均需要通过软件来实现。通常所说的CAD系统一般是指CAD软件。CAD系统应具备两类软件：系统软件与应用软件。应用软件可分为CAD
11、支撑软件及用户开发的应用软件两种。（1）系统软件 在CAD软件系统中，系统软件主要包 括操作系统、编程语言系统、网络通信及管理软件三大部分，是软件与硬件的接口。（2）支撑软件 支撑软件是CAD系统的通用软件，是各类应用软件的基础。CAD支撑软件主要有以下3类功能：解决图形设计问题；解决工程分析与计算问题；解决文档写作与生成问题。（3）CAD图形支撑软件的发展 CAD图形支撑软件的发展大致可分为以下4个阶段。图1.1 完整的CAD系统组成计计 算算 机机CAD系统系统硬件系统硬件系统软件系统软件系统输输 入入 输输 出出设设 备备网网 络络 设设 备备系系 统统 软软 件件支支 撑撑 软软 件件
12、应应 用用 软软 件件 二维交互式绘图系统。以实体模型为基础的CAD/CAM集成系统。以特征建模、参数化、变量化设计为特点，能支持自顶向下设计，具有内部统一数据模型CAD/CAM集成系统。遵照STEP标准，以统一产品数据模型为核心，以产品数据管理为平台，以因特网和Web技术为集成环境的高级CAD/CAM集成系统。v （4）应用软件 应用软件是在系统软件和支撑软件的基础上，针对某一专门应用领域的需要而研制的软件。应用软件和支撑软件之间并没有本质的区别 v1.2.2 CAD系统的配置形式与网路结构系统的配置形式与网路结构v1、CAD系统的配置形式系统的配置形式v 根据硬件配置形式，CAD系统可分成
13、：主机终端CAD系统、工作站CAD系统和个人微机CAD系统三大类。v 1）主机终端CAD系统 主机终端CAD系统又称集中式CAD系统。由一台大型计算机或小型计算机作为主机与图形设备相连接组成，如图1.11所示。特点：价格比较昂贵，初期投资大；维护费用高；系统比较封闭，开放性较差，更新操作系统较困难。目前已不再采用这种系统。v 2）工作站CAD系统 工作站系统是由服务器及与之联网的工程工作站组成，如图1.12所示。属于大规模及超大规模CAD系统。特点：任意工作站的工作状况不影响其它工作站。网络能力强。初期投资小。v3）个人微机CAD系统 基于PC机配置的个人微机CAD系统，操作系统常采用Wind
14、owsNT、WindowsXP等，该系统被小公司广泛采用。主要用于图形处理和简单的有限元分析处理，该系统属于小规模CAD系统。v2.CAD系统的网络结构 通过网络使小型计算机系统、工作站及个人计算机系统连接成一个整体，通过通信系统实现资源共享、设计同步等。常见的CAD系统网络结构有个人微机及局域网、客户机/服务器、Internet/Intranet三种形式。v1）个人微机及局域网形式 图1.2主机终端CAD系统组成 图1.3工作站CAD系统组成主 机图形设备图形设备图形设备交互式输入设备交互式输入设备工作站交互式输入设备工作站服务器交互式输入设备绘图仪v个人微机中由于条件的限制，功能有限。局域
15、网能以较高的效率、较低的成本在本地区范围内将计算机、终端及常用的外围设备连接成为一个网络系统，使个人计算机可以与其它设备共享资源，更好地适应CAD系统的应用。v 2）客户机/服务器形式 客户机/服务器（Client/Server，简称C/S）是企业中常 用的一种模式，如图1.13所示。这种模式由客户机和服务器组成。这种结构的优点是：微机网络CAD系统投资少、便于理；可应用企业原有的计算机资源；系统具有可扩充性。图1.4 客户机/服务器系统框架 集线器客户机客户机客户机服务器客户机客户机绘图仪打印机v3）Internet/Intranet形式 基于网络的设计与制造技术可以显示此整个生产过程，用户
16、通过Internet/Intranet共享同一产品模型进行设计与制造，实现共享信息和人力资源，实现协同工作、并行工程、异地设计和异地制造。基于Internet的CAD/CAM系统框架如图1.14所示。图1.5 基于Internet的CAD/CAM系统框架Internet局域网局域网局域网数控机床CAD系统CAD系统数控机床数控机床CAD系统v1.2.3 CAD系统的功能模块系统的功能模块 v CAD系统由若干完成特定功能的子系统组成，称为功能模块。图1.13为现代CAD系统典型的功能模块组成。CAD系统的功能模块分为通用模块和专用模块。v 通用模块包括二维草图、三维建模、曲面建模、装配建模和工
17、程制图模块，是三维CAD系统的必备功能。v 专用模块是为特定行业或需求设计的，包括钣金设计、模具设计等典型模块。v1）、二维草图绘制 在参数化、变量化设计中，二维草图绘制是十分重要和基础的功能。在基于特征的三维建模过程中，草图用于拉伸、旋转等三维特征的建立。v2）、三维建模 三维建模是CAD系统的核心模块，是CAD系统必不可少的功能，用于产品三维模型的建立、显示和编辑。图1.6 现代CAD系统的功能模块组成开放式体系结构开放式体系结构二维草图三维建模曲面建模装配建模工程制图通用模块通用模块钣金设计模具设计专用模块专用模块模型库模型库数据库管理模块数据库管理模块v3）、曲面建模 曲面建模是实体建
18、模的补充，通常用于复杂产品如汽车、飞机、家电等的外形设计。v4）、装配建模 装配建模是CAD系统的必要模块，它能实现三维产品模型的虚拟装配，最终成形效果。v 5）、工程制图 工程制图模块用于绘制和编辑能指导产品加工、制造的工程图。通过CAD系统能够将所建的三维模型直接生成二维平面视图，并使三维模型的特征尺寸在二维工程图上自动生成和标注。v1.2.4图形软件标准图形软件标准 图形软件标准是一组由标准化组织发布实施的、通用的、独立于设备的图形系统软件包，它提供图形描述、图形输入输出接口和应用程序等功能，使应用软件更易于在各系统间实现资源共享，使CAD系统的集成更易于实现。按图形软件标准的功能及在系
19、统中的地位来分，目前常用的图形软件标准可分为以下三个层次：v1、图形系统标准 图形系统的标准化可实现图形应用程序在源程序级的可移植性。常用的图形系统标准有GKS和PHIGS。GKS是“图形核心系统”（Graphic Kernel System）的简称，是一个为应用程序服务的基本图形系统。它是图形功能接口的标准，它提供了应用程序和一组图形输入、输出设备之间的功能性接口。GKS是二维图形标准，GKS-3D是在GKS基础上扩充而成的三维图形标准。v PHIGS是“程序员层次交互式图形系统”（Programmers Hierarchical Interactive Graphics System）的简
20、称它是为应用程序员提供的控制图形设备的图形软件系统接口及动态修改和绘制显示图形数据的手段。GKS标准侧重于和图形生成有关的内容，对应用对象几何模型的构造能力有限。v2、CAD系统间的产品数据交换标准v 为满足数据信息在不同CAD/CAM系统与企业之间交换和共享，实现多种异构系统的集成，必须以可靠的数据交换技术为基础，建立各系统软件都应遵守的数据交换规范，要求有统一的产品数据交换模型，需制定统一的产品数据交换规范或标准。常用的产品数据交换规范或标准有：DXF文件格式、IGES文件格式和STEP标准等。另外，还有基于XLM建立的产品数据交换标准。v DXF文件格式。DXF文件的图形数据交换格式是一
21、种中性的图形数据交换文件格式，用于外部程序与图形系统或不同图形系统之间的数据交换，由于其结构简单、可读性好、易于被其他应用程序处理，被广泛应用。vIGES文件格式。IGES是“初始图形交换规范”（Initial Graphics Exchange Specification）的简称。它建立了用于产品定义的数据表示方法与通信信息结构，目的是定义不同CAD系统间几何设计数据的交换格式，在不同的CAD/CAM系统之间交换产品数据。v STEP标准。STEP是“产品数据交换标准”（Standard for Exchange Product Data）的简称。该标准可建立包括产品整个生命周期的、完整的、
22、语意一致的产品数据模型，支持零件及装配件。v应用XML建立产品数据交换标准。XML（可扩展标记语言）为数据表达提供了一种与平台无关的格式。消除特定数据格式造成的系统集成与信息共享屏障，为产品信息模型的规范化和产品数据交换的一致性提供了保证。v3、图形子功能程序和图形输入输出设备之间的接口标准vCGM。CGM是“计算机图形元文件”（Computer Graphics Metafile）的简称，是ISO的国际标准。CGM采用高效率的图形编码方法，规定了存储图形数据的格式，能适用于不同的图形系统和图形设备。vCGI。CGI是“计算机图形接口”（Computer Graphics Interface）
23、的简称，是设备驱动程序接口标准。采用CGI标准，无论是应用程序还是图形支撑软件均可实现在不同设备配置之间的可移植性。v 1.2.5 CAD系统软硬件选用原则系统软硬件选用原则 1、CAD系统的硬件选用原则 应以用户的使用目的和具备条件（包括经费、人员技术水平等）为前提，以制造商提供的性能指标为依据，以性能价格比及其适用程度为基本出发点，综合考虑各方面因素加以决策。具体应从以下几个方面考虑。系统功能 系统升级扩展能力 系统的开放性和可移植性 良好的性能价格比 系统的可靠性、可维护性与服务质量v 2、CAD系统的软件选用原则 选择理想的CAD软件应主要考虑以下因素：系统功能与能力配置 与硬件的匹配
24、性 软件的性能价格比 开放性 二次开发能力和环境 可靠性vv1.2.6现代现代CAD软件的主要技术特点软件的主要技术特点 1、参数化建模技术 参数化建模（parametric modeling）是指在保持原有模型约束条件不变的基础上，通过改变模型尺寸、驱动模型变化，以获得新的模型。因此，“约束（constraint）”和“尺寸驱动（dimension driving）”是参数化建模的两个核心技术。“约束”是对模型几何元素位置和相对位置关系的限制；“尺寸驱动”是指当尺寸值变化时，模型随之变化以达到新的尺寸值，从而获得新的模型。可见，约束是参数化建模的基础和保证，尺寸驱动是参数化建模的动力。如图1
25、.3所示是一个燕尾槽的参数化模型，模型约束列在燕尾槽截面草图上。改变模型上的各种尺寸值，就可以生成不同的燕尾槽模型。图1.3 燕尾槽参数化模型8012060208080v2、基于特征的建模技术 基于特征的建模技术涉及两个重要概念：特征，组合。特征特征：具有一定形状的几何体，是构成复杂模型的基本几何模型。组合组合：特征的累积方式。常见组合方式有并、差、交集布尔运算。基于特征的建模将任何三维模型视为一系列特征的组合。无论模型如何复杂，都可以通过一定数量的特征按照一定方式组合而成。图1.4给出了一个螺钉基于特征的建模过程。图1.4 基于特征的建模过程 加减v3、全数据相关技术 20世纪90年代初，S
26、DRC公司提出了“主模型（master model）”概念。主模型是指CAD系统中的各个功能模块均采用一个统一或单一的数据模型，用于集中存储产品设计数据，所有模块需要和产生的数据都来自或存放在该模型中。图1.5为主模型和各个模块的关系图。图1.5 主模型和各个模块的关系图 功能1功能2功能3功能n主模型 当主模型发生变化时，模块数据会随之变化；反之亦然。这种数据相关称为双向相关。一个模块的数据变化会通过主模型自动反映到其它模块，这就实现了各个模块数据的相关，这种所有模块数据均具有的相关性称为全数据相关。几何模型产品装配工程制图机构分析有限元分析数控编程图1.6 全数据相关结构示意图v4、智能导
27、航技术 所谓“智能”，是指CAD系统能够自动理解和判断人的设计意图，从而引导和帮助设计人员快速、准确定位到需要的点或选择到需要的对象。通常具有以下功能：自动捕捉现有几何元素的特征点，自动生成约束，自动显示可供选择的对象。图1.7 自动捕捉现有几何元素特征点 图1.8 自动约束生成线段中心切点圆弧中心圆心HTTVTTV端点交点（a）（b）L1L111V图1.9 对象选择导航技术高亮显示将被选中的表面高亮显示将被选中的表面1.2.7 典型典型CAD软件简介软件简介公司名称公司名称 CAD产品产品名称名称主要模块及功能主要模块及功能硬、软件硬、软件平台平台Autodesk(美国)AutoCADInv
28、entor主要用于二维图形设计与绘图这是一个以装配为中心的三维设计与基于特征的实体建模系统。其特点是采用了自适应造型技术，能实现通过Web合作的大型装配微机工作站WindowsWindows NTPTC(美国)Pro/Engineer CAXA电子图版Pro/Engineer特征参数化建模，大型部件装配，基于Web零件库Pro/Mechanica结构、热、运动、疲劳、溯流等分析，动画仿真Pro/Desktop概念设计Pro/Moldesign模具设计微机工作站WindowsWindows NTUNIXUGSPLM软件公司（原UGS）(属西门子公司)UG NX（Unigraphics）三维建模（
29、特征、自由曲面）装配设计工程绘图线路设计钣金设计微机工作站WindowsWindows NTUNIXI-DEAS NX Series三维建模、曲面造型装配设计工程绘图机构设计微机工作站WindowsWindows NTUNIXSolid Edge三维造图二维绘图装配设计微机WindowsDassault(法国)CAITA机械设计（特征建模、变量设计、工程绘图、装配设计）曲面设计有限元分析微机工作站WindowsWindows NTUNIXv1.3 CAD技术在汽车行业中的应用技术在汽车行业中的应用v1.3.1 CAD技术在汽车业中的应用领域技术在汽车业中的应用领域 CAD技术广泛用于汽车领域，
30、带来了汽车设计、生产方式的新变革。CAD技术在汽车业的应用主要体现在汽车整车及零部件行业，CAD技术在汽车领域中的应用不仅涉及到机械系统设计，而且涉及到电气与电子系统的设计，机械设计CAD系统与电气设计CAD系统之间相互联系。vv 1.3.2国外汽车行业国外汽车行业CAD技术应用情况技术应用情况 汽车工业有技术密集度高、设计要求高等特点，尤其适合CAD系统优势的发挥。现在，几乎所有汽车公司都采用CAD技术，CAD/CAE/CAM技术的应用水平，已成为评价各国汽车工业发展水平的重要标志之一。v1.3.3我国制造业和汽车行业我国制造业和汽车行业CAD技术应用情况技术应用情况 我国从上世纪70年代开
31、始研究和推广CAD，取得了一些成绩，使得CAD技术在国内得到了广泛的应用。但我国CAD软件自主研发术水平与发达国家之间存在较大差距，国内一些研究机构和公司推出的CAD系列软件的应用不广泛，尤其在CAD系统集成方面还是刚刚起步，汽车设计的CAD应用水平还很不平衡。v1.3.4我国制造业和汽车企业应如何应用我国制造业和汽车企业应如何应用CAD技术技术 实现企业战略目标从技术层面上说，就是应用CAD技术来实施成组技术、标准化技术、模块化技术，以及其他先进的设计和制造技术。为此，制造业和汽车企业的CAD应用必须做好以下工作：CAD技术的应用必须与先进的设计、制造理论和方法相结合；必须进行企业CAD应用
32、的二次开发；在汽车整车和机械零部件的产品开发中推广运用同步工程方法和平台化战略。v1.4 Pro/Engineer软件概述软件概述v1.4.1 Pro/Engineer的特点的特点 Pro/Engineer是美国参数技术公司(PTC)的一款非常优秀的工业设计软件，成为全世界最普及3D CAD/CAM/CAE系统的标准软件。作为PTC公司的旗舰产品，其参数化、全相关、基于特征的设计思想改变了工业三维设计的传统观念，带动了整个行业的发展。Pro/Engineer机械设计软件的应用领域包括：零件设计、工程图制作、钣金设计、模具设计和工业设计等。在各种工业企业中广泛应用。Pro/Engineer软件有
33、以下主要特点：1、数据管理 Pro/Engineer可对PDM产品数据管理软件进行访问，这样用户可控制数据并能够充分利用并行工程环境。v2、三维实体造型 三维实体造型可以将使用者的设计概念以最真实的模型在计算机上呈现出来，随时计算出产品的体积、面积、质心、重量、惯性矩等属性，解决复杂产品之间的干涉，提高效率，降低成本。它避免了传统二维模式点、线、面设计的不足。如图1.1所示。图1.1 三维实体造型与二维设计v3、基于特征的建模 Pro/Engineer是一个基于特征的实体建模工具，以特征作为组成模型的基本单元，实体模型是通过特征完成设计的，即实体模型是特征的叠加。例如，可以通过使用拉伸特征生成
34、零件主体，使用切除材料等特征形成最终的零件，如图1.2所示。图1.2 使用特征创建的模型v4、参数化设计 参数化设计（也叫尺寸驱动）是CAD技术在实际应用中提出的课题，它可以使CAD系统具有交互式与自动绘图功能。如图1.3所示，在没有使用关系式改变阵列数量时方块特征位置保持不变（见图1.3（b），使用关系式改变方块特征的数量后特征始终保持均匀分布。（见图1.3（c）(a)(b)(c)图1.3 参数化特点的体现（a）特征的阵列 （b）未施加约束改变阵列数量 （c）施加特征均布的关系式v5、全相关性 Pro/Engineer中所有模块都是完全关联的，而且采用单一的数据管理。如创建的三维模型可随时产
35、生二维工程图，并自动标注尺寸，而且它们之间具有双向关联的特征。图1.4中通过修改零件的阀杆尺寸，装配零件自动更新。阀杆的原始尺寸阀杆更新后的尺寸原始的装配体更新后的装配体图1.4 相关性特点v6、系列化设计 Pro/Engineer能够依据创建的原始模型，通过族表改变模型组成对象的数量或尺寸参数，建立系列化的模型，能够有效地提高工作效率，达到事半功倍的作用。另外，应用此系列化特点可以建立国家标准零件，如图1.5所示。图1.5 系列化特点v7、在装配图中构建实体模型 在Pro/Engineer软件里面可根据已建好的实体模型，在装配图中利用其特征（平面，曲面或轴线）作为基准，直接构建新的实体模型。
36、通过这种方法建立的实体模型便于装配，可在系统默认状态下完成装配。v 1.4.2 Pro/Engineer的功能及主要模块的功能及主要模块 Pro/Engineer采用模块化方式，用户可以根据自身的需要分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计等，而不必安装或使用所有模块。其中，基本部分包括Pro/Engineer软件包和Pro/Assembly 模块，选用部分包括Pro/Cabling、Pro/Develop、Pro/Interface等。v1.4.3 Pro/Engineer Wildfire3.0中文版的界面组成中文版的界面组成特 征 操 控面板信 息 提示区设 计 绘图区特征工具栏过
37、滤器浏 览器导 航栏工 具栏菜单栏图1.6 工作界面窗口vPro/Engineer Wildfire3.0中文版的操作界面可分为菜单栏、工具栏、浏览器等常规的界面元素，以及特征工具栏、特征操控面板和导航栏等与实体建模过程紧密相关的界面元素。v1、常规界面元素 常规界面元素主要包括菜单栏、工具栏、绘图区等 菜单栏 表1.2为菜单栏各命令选项说明 工具栏 Pro/Engineer有两种工具栏：标准工具栏和特征工具栏。浏览器 Pro/Engineer的内嵌浏览器支持HTTP和FTP文件访问，可为用户访问及共享网络资源提供方便。信息提示区 在操作过程中，相关的信息会显示在该区域中，如特征常见步骤提示、
38、警告信息、出错信息、结果和数值输入等。名 称说 明文件对文件进行操作，如建立新文件、保存、重命名、打印、不同文件格式的导入等编辑镜像、复制、投影、阵列表、修剪、设计变更、删除、动态修改等视图模型显示设置与视角控制插入用户常用其插入特征分析几何性质（如距离、面积、体积）的测量，质量等物理性质的分析，曲线和曲面的属性分析信息实体模型的各种相关信息应用程序包含钣金、逆向工程、有限单元分析、加工后处理、会议等不同模块工具包括关系、参数、程序、族表及工作环境与其他功能窗口对模型窗口进行管理帮助提供在线帮助功能表1.2菜单栏各命令选项说明 过滤器 可以通过设置过滤器来选择需要的对象类型。绘图区 在此区域用
39、户可以通过视图操作进行模型的旋转、平移、缩放和选取，执行编辑和变更操作。v 2、特征操控面板 特征操控面板主要用于特征创建和变更操作，与特征工具栏配合使用，可以轻松地控制特征的生成，动态地展示特征的生成过程。旋转特征的特征操控面板如图1.7所示。主 设 定区确认区扩 展 选 项区图1.7 旋转特征的特征操控面板 扩展选项区中的选项因使用的特征不同而不同，一般都包含“选项”和“属性”。单击“选项”按钮，弹出特征编辑窗口，如图1.8（a）所示，在此窗口中可以设置旋转角度；单击“属性”按钮，可以设定特征的名称，如图1.8（b）所示；单击按钮会出现特征的相关说明。（a）（b）图1.8 选项编辑和属性v
40、1.4.4 Pro/Engineer软件的操作流程和建模过程软件的操作流程和建模过程 Pro/Engineer软件的基本操作流程如下：启动Pro/Engineer软件。新建一个文件或打开已有的文件。根据设计需要，选择要进入的相关模块，如三维实体建模、工程图制图、组件设计或结构分析等模块。进行相关设计前的准备工作，如坐标系、层树、配置文件或系统环境等的设置，为具体的设计指定相应的参数。根据设计要求进行具体的设计操作。随时注意零部件参数的正确性，如有必要，对相应的参数进行修改。保存相应的文件，并退出系统。以图1.9所示的轴类零件为例就实体零件的建模步骤作简要说明。该轴类零件的建模用到了二维草图绘制
41、、旋转主体特征、拉伸特征、孔特征和倒角特征等的创建。该轴类零件具体的建模步骤如图1.10所示。v以图1.9所示的轴类零件为例就实体零件的建模步骤作简要说明。该轴类零件的建模用到了二维草图绘制、旋转主体特征、拉伸特征、孔特征和倒角特征等的创建。该轴类零件具体的建模步骤如图1.10所示。图 1.9 轴类零件图 新建零件文件创建二维草绘图形创建旋转主体特征创建拉伸切除特征创建孔特征创建倒角特征 1.10 零件建模流程v1.4.5 使用使用Pro/Engineer软件进行产品设计的技巧软件进行产品设计的技巧 为提高产品设计的效率和质量，在使用Pro/Engineer软件进行产品设计时应注意掌握以下技巧
42、：熟练掌握和正确使用族表。熟练掌握和正确使用模型树。熟练掌握和正确使用层树。小小 结结v 本章第1节着重介绍了现代汽车设计的内容、特点，CAD、CAE、CAM、CAPP的概念以及CAD与CAE、CAM、CAPP的关系，计算机辅助设计的特点，CAD技术的发展简史及发展趋势，汽车产品设计CAD的工作过程等内容。v 第2节着重介绍了CAD系统的软、硬件组成，CAD软件系统主要功能模块，CAD系统的三种配置形式和三种网络结构，图形软件的常用标准，CAD系统的软、硬件选用原则，现代CAD软件的技术特点和常用的CAD软件等内容。v 第3节简要介绍了CAD技术在汽车行业中的主要应用领域，国外汽车行业CAD技
43、术应用情况，我国制造业和汽车行业CAD技术应用情况以及我国制造业和汽车企业应如何应用CAD技术等内容。v 第4节主要以Pro/Engineer Wildfire3.0中文版为例简要介绍了Pro/Engineer软件的特点、功能及主要模块，Pro/Engineer软件的界面组成，使用Pro/Engineer软件的操作流程、建模过程及产品设计技巧等内容。v 通过本章的学习，可以掌握CAD的一些基本概念、CAD系统的基本组成、汽车CAD技术必要的理论和知识以及Pro/Engineer软件的基础知识，为后续章节的学习打下坚实的基础。习 题v1.简要叙述现代汽车设计的内容和特点。v2.简要叙述CAD、C
44、AE、CAM、CAPP的基本含义，并说明CAD与CAE、CAM、CAPP的关系。v3.简要叙述CAD技术的特点及发展趋势。v4.简要叙述汽车产品设计CAD 的基本工作过程。v5.CAD系统的硬件有哪些？如何选用？v6.你见过哪些CAD商品软件，它们有哪些模块，功能如何？如何选用？v7.CAD系统的基本配置形式和网络结构有哪些？v8.简要叙述常用的图形软件标准及应用情况。v9.现代CAD软件的技术特点如何？常用的CAD软件有哪些？v10.简要叙述CAD技术在汽车行业中的主要应用领域及应用情况。v11.我国制造业和汽车企业应如何应用CAD技术?v12.简要叙述Pro/Engineer软件的特点、功
45、能及主要模块。v13.简要叙述Pro/Engineer软件的操作流程和建模过程。v14.简要叙述使用Pro/Engineer软件进行产品设计的技巧。第二章 CAD技术基础 v 2.1 CAD中常用的数据结构中常用的数据结构v 2.2 图形处理技术基础图形处理技术基础v 2.3 曲线和曲面数学模型曲线和曲面数学模型v 2.4 CAD建模技术基础建模技术基础v 小小 结结v 习习 题题2.1 CAD中常用的数据结构中常用的数据结构v2.1.1 基本概念基本概念 v数据：数据：是对客观事物的符号表示，是指所有能输入到计算机中并能被计算机处理的符号的总称。v数据元素：数据元素：是数据的基本单位，是数据
46、这个集合中相对独立的个体。v数据对象：数据对象：是具有相同性质的数据元素的集合，是数据的一个子集。v数据结构：数据结构：数据结构用来反映一个数据的内部构成，即一个数据由哪些成分数据构成，以什么方式构成，呈什么样的结构。数据结构是数据存在的形式。数据结构有逻辑上的数据结构和物理上的数据结构之分。数据的逻辑结构：数据的逻辑结构：只考虑数据之间的逻辑关系，它独立于数据的存储介质，通常所说的数据结构是指逻辑结构。常见的数据逻辑结构有线性表、数组、栈与队列、树与二叉树。数据的物理结构：数据的物理结构：也称为数据的存储结构，反映数据元素和他们之间的关系在计算机内部的存储安排。常见的物理结构有顺序结构和链表
47、结构。图2.1 汽车的数据结构线性结构非线性结构线性表树与二叉树栈图与网队列 数组串表2.1 常见的数据结构 v2.1.2 线性表线性表 线性表是一种最常用且最简单的数据结构，是由n个具有相同特性的数据元素组成的有限序列。1线性表的顺序存储结构线性表的顺序存储结构顺序表顺序表。把线性表所有元素按照其逻辑顺序依次存储到指定存储位置开始的一块连续存储空间（地址连续）中称为顺序表。假设第i（2in）个元素的存储位置紧接在第i-1个元素的存储位置后面。则第i个数据元素的存储位置为：如表2.2所示。）niiaaaaa,121 mibaLiOC )1()(元素序号12in内存内容内存地址bb+mb+(i-
48、1)mb+(n-1)m表2.2线性表的顺序存储结构示意图 2、线性表的链式存储、线性表的链式存储链表。链表。用一组任意的存储单元任意的存储单元存放表中的数据元素，由于存储单元可以是不连续不连续的，因此还要存储这个元素直接前驱或直接后继的位置。这两种信息组成数据元素的映像称为结点结点。结点有两种域：存放数据元素本身的域称为数据域；存放其直接前驱或直接后继的域称为指针域。指针域中存储的信息称为指针。链表中结点逻辑上相邻未必在物理上相邻。1）单向链表 单向链表结点的指针域只有一个，通常存放直接后继的地址。第一个元素的地址需要专门存放在指定的指针型变量中，如图2.2所示 2）双向链表 双向链表比单向链
49、表的每个节点多一个指针域，存放结点的直接前趋的地址。即第 个结点的指针域存放第 个结点的地址。i1 iv3）循环链表 单向链表最后一个结点的指针域是空的，将其存放第一结点的地址就形成了循环链表。将双向链表的最后一个结点的next指针域存放第一个结点的地址，同时将第一个结点last指针域存放最后一个结点的地址就形成了双向循环链表。循环链表构成一个环。（a）非空表（b）空表图2.2 单向链表的构造（a）非空表 （b）空表 图2.3 单向循环链表a.非空的循环链表（b）结点结构（c）空表 图2.4 双向循环链表v2.1.3栈栈 v 1、栈的定义 从逻辑结构看，栈也是线性表。区别在于它的运算仅限定在线
50、性表尾一端进行。假定栈 则 称为栈底元素，为栈顶元素。进栈的顺序是出栈的顺序是 。它的显著特点是后进先出，如图2.5所示。),(21naaas 1ananaaa,21 11,aaann 图2.5 栈的逻辑结构v2.1.4 树（树形结构）树（树形结构）图2.6为一棵树的结构。A,B,L为这棵树的12个结点。其中，结点A是树根，称为根结点；结点F、K、G、M、J、I、L是树叶，也称终端结点；结点间的连线称为边。从图中明显地看成，除根结点外，每个结点有且只有一个直接前趋；除终端结点外，每个结点可以有不只一个直接后继；终端结点没有直接后继。结点的直接前趋称为该结点的双亲，结点的直接后继称为该结点的孩子
