1、先先修修课课程程计算机图形学计算机语言计算方法数据结构CAD技术及应用技术及应用概论图形学基础曲线曲面基础CAD关键技术介绍课课程程安安排排题外话 1）本科生与研究生的区别）本科生与研究生的区别本科生：传授知识为主，培养自学能力、动手能力研究生：自学知识为主，培养发现问题、分析问题、解决问题能力 2）如何提高分析问题的能力）如何提高分析问题的能力（瓶颈问题1）广阅读：扩大知识面（广度）勤思考：多问为什么，刨根问底深钻研：感兴趣方向重点钻研（深度）常交流：纳人所长、同时也提高表达能力多总结：有系统、有逻辑地抽象、凝练 例如：汉字输入方法研究 3）如何提高论文写作能力）如何提高论文写作能力（瓶颈问
2、题2）读范文：学习写作手法（科技文章套路相似）勤动手：多写多练，精雕细啄 （切忌一稿多投）持之以恒，终有收获；只有付出，才有回报；机遇偏爱有准备的人。4）学习）学习CAD的几个要点的几个要点1）熟练掌握编程语言（目前许多方面研究都需编程来实现自己的想法），这是独立从事CAD相关研究的基础；2）对CAD系统中的每一个重要功能的实现原理及算法多思考，提高分析问题能力；3）对CAD系统的整体系统架构要了解，这对提高独立开发软件系统能力的提高大有帮助；4）CAD软件开发考虑算法时，一定要优先考虑用户的使用需求，牢固树立“用户至上”的观念。5）开发CAD软件系统（其它软件也类似）时依次考虑：功能的可行性
3、（技术、成本）、统一的表达模型（数据结构）、系统架构（模块、数据流）、交互与显示、实现算法、输入输出接口。6）CAD软件评估：功能、成本、效率，可靠性、维护性、开放性，生命周期（软件的寿命、企业业务的寿命）本课程目的CAD的共性基础技术：的共性基础技术：1）设计对象（产品）的表达及显示原理（图形学内容）2）二维CAD系统的基本原理 3）三维CAD系统的基本原理 4）CAD系统部分关键技术CAD课程学习要求本科生 了解CAD基本原理 学会一种CAD软件 为今后专业化二次开发奠定基础硕士生 了解CAD原理 了解CAD部分关键技术 能进行部分算法研究及二次开发博士生 掌握CAD原理 了解系统体系架构
4、 核心算法研究学习方法：善于提出问题，简单办法CAD系统中每项菜单如何实现的？参考书目参考书目1.计算机辅助设计技术与应用，殷国富，科学出版社2.计算机图形学，孙家广，第三版3.自由曲线曲面造型技术，朱心雄4.计算机辅助与非均匀有理B样条，施发中5.CAD/CAM/CAE系统原理，Kunwoo LeeCAXCAX论坛论坛http:/ 计算机辅助设计（计算机辅助设计（CAD）是指产品设计技术人员在是指产品设计技术人员在计算机系统的支持下，根据产品设计流程进行设计计算机系统的支持下，根据产品设计流程进行设计的一项技术。的一项技术。用途不同，用途不同，CAD系统的配置与组织不同，这才能有系统的配置与
5、组织不同，这才能有效地用于某类工程或产品的设计的全过程，即包括效地用于某类工程或产品的设计的全过程，即包括方案设计、总体设计与零件设计以及装配设计等。方案设计、总体设计与零件设计以及装配设计等。CAD含义的衍生：含义的衍生：CAD技术不断发展，不同领域技术不断发展，不同领域对对CAD技术的应用程度不同，对技术的应用程度不同，对CAD技术的含义的技术的含义的理解也略有差异理解也略有差异 drawing design develepmentCG：研究物体几何对象的计算机图形信息的表达、输入、存储、显示、输出、检索及运算等。以显示效果为目标，侧重研究共性的显示技术，工程设计背景考虑不是重点。如：科学
6、数据可视化，物体（或场景）的渲染显示效果。大致有以下内容：1）图形的输入方法2）图形的内部表达及数据结构3）产生图形的算法4）图形的变换及运算6）图形描述语言7）图形软件的标准化CG 与 CAD 的异同 CAD：研究某一设计对象的计算机表达、显示，设计计算与分析，更侧重专业对象的设计应用工具的强大与使用的方便（CG是其图形显示基础）。如：通用二维CAD、三维CAD工具，机械设计工具（飞机、汽车设计工具）等。主要研究内容：CAD图形交互处理技术图形交互处理技术 工程设计对象的表达技术工程设计对象的表达技术 工程计算与分析技术工程计算与分析技术 数据交换与集成共享技术数据交换与集成共享技术 产品数
7、据管理与过程管理产品数据管理与过程管理CAD作用 可重用性好，效率高（对拷贝进行简单修改）信息、知识及资源共享（通过网络）支持协同产品开发（通过网络），多学科专家协作 3D设计更直观，能直接进行产品性能分析与优化，有利提高产品质量 提供复杂计算，计算精度高，减轻设计强度 有利于产品全生命周期的信息集成u 过去生产一个大规模集成电路芯片，要花两年时间，用CAD只要两周即可完成；u 美国道格拉斯公司生产F15战斗机，用CAD技术试制第一架飞机便解决了发动机气道和机舱密封等关键问题；u 英国的三叉戟飞机比美国的波音747飞机早开工，却晚一年完成，其原因就是美国的747采用了CAD技术；u 美国GM公
8、司汽车设计中应用CAD技术，使新型汽车的设计周期由5年缩短为3年，新产品的可信度由20提高到60；u 以前波音公司的飞机维修手册最在一起有3米多厚，而现在一张光盘上可储存l000多张图样信息。CAD技术带来的经济效益明显,CAD技术的发展与应用水平已成为衡量一个国家的科学技术现代化和工业现代化的重要标志之一 1CAD技术概述技术概述2CAD的发展历程的发展历程3CAD系统组成系统组成4CAD标准介绍标准介绍5.CAD发展趋势发展趋势6CAD系统选型原则系统选型原则7.典型系统介绍典型系统介绍8CAD设计应用实例设计应用实例9.我国制造业信息化工程我国制造业信息化工程10.CAD中心简介中心简介
9、2、CAD的发展历程1）计算机、计算机图形学和图形显示技术是）计算机、计算机图形学和图形显示技术是CAD技术的重技术的重要基础之一。要基础之一。（任何技术发展都离不开市场需求，没有需求，研究将任何技术发展都离不开市场需求，没有需求，研究将缺乏土壤，缺乏应用支撑背景，成果不能产业化）缺乏土壤，缺乏应用支撑背景，成果不能产业化）2）40年代计算机问世，直至年代计算机问世，直至50年代中期，计算机尚不普遍，年代中期，计算机尚不普遍，而且主要计算。而且主要计算。3）50年代末期，麻省理工图形显示器诞生。年代末期，麻省理工图形显示器诞生。（被动显示，缺乏人机交互设计）（被动显示，缺乏人机交互设计）4）1
10、963年，麻省理工年，麻省理工Sutherland光笔在图形显示器上实现光笔在图形显示器上实现选择、定位等交互功能被公认为对交互图形生成和显示技选择、定位等交互功能被公认为对交互图形生成和显示技术的发展奠定了基础。（术的发展奠定了基础。（CAD技术的创始）技术的创始）5）60年代中期后，美国的一些大公司都十分重视这一技术，年代中期后，美国的一些大公司都十分重视这一技术，并投入资金对并投入资金对CAD技术进行研究和开发，研制了一些技术进行研究和开发，研制了一些CAD系统。如洛克希德公司研制的主要用于二维绘图系统。如洛克希德公司研制的主要用于二维绘图CADAM系系统。（最早的商业系统，仅二维绘图）
11、。统。（最早的商业系统，仅二维绘图）。6）从）从60年代末期至年代末期至70年代中期，年代中期，CAD/CAM技术的发技术的发展较快，已有商品化的硬件和软件，以小型和超级小型展较快，已有商品化的硬件和软件，以小型和超级小型计算机为主。计算机为主。7）70年代末以后，年代末以后，32位工作站和微型计算机的出现对位工作站和微型计算机的出现对CAD技术的发展起了极大的推动作用，技术的发展起了极大的推动作用，32位工作站之间位工作站之间可以联网，共享系统内资源。可以联网，共享系统内资源。8）80年代中期后，这种以工作站为基础的年代中期后，这种以工作站为基础的CAD系统发系统发展很快，其功能达到甚至超过
12、小型机展很快，其功能达到甚至超过小型机CAD系统。系统。9）90年代后，由于微型计算机的性能和价格比的提高，年代后，由于微型计算机的性能和价格比的提高，目前以目前以PC为主机的为主机的CAD系统不断增加，由于微机及系统不断增加，由于微机及WINDOWS系统的发展，系统的发展，CAD迅速普及。迅速普及。10）现在的）现在的CAD技术和系统，完全普及，个人化，家技术和系统，完全普及，个人化，家庭化，具有良好的开放性。庭化，具有良好的开放性。60年代：二维、三维线框造型；年代：二维、三维线框造型；70年代：自由曲面造型；年代：自由曲面造型；80年代中期：实体造型；年代中期：实体造型；80年代后期：参
13、数化造型；年代后期：参数化造型；90年代初期：特征造型；年代初期：特征造型；90年代后期：知识驱动、协同年代后期：知识驱动、协同CAD；当今：专业化细分当今：专业化细分CAD的发展里程碑CUSTOMERTOOLSCAETOOLSCOSTMODELINGPRODUCI-BILITYKBEDESIGNDRIVERSLIBRARYDRMB2BWEBSERVERWORKFLOW3rd PartyCommercialDRMCADTOOLSDATAEXCHANGEADDITIONALCOMPONENTS.ADDITIONALEXTENSIONS.3rd PartyCommercialPDM3rd Part
14、yCommercialDatabasesCUSTOMERTOOLSCAETOOLSCOSTMODELINGPRODUCI-BILITYKBEDESIGNDRIVERSLIBRARYDRMB2BWEBSERVERWORKFLOW3rd PartyCommercialDRMCADTOOLSDATAEXCHANGEADDITIONALCOMPONENTS.ADDITIONALEXTENSIONS.3rd PartyCommercialPDM3rd PartyCommercialDatabasesCUSTOMERTOOLSCAETOOLSCOSTMODELINGPRODUCI-BILITYKBEDES
15、IGNDRIVERSLIBRARYDRMB2BWEBSERVERWORKFLOW3rd PartyCommercialDRMCADTOOLSDATAEXCHANGEADDITIONALCOMPONENTS.ADDITIONALEXTENSIONS.3rd PartyCommercialPDM3rd PartyCommercialDatabases70年代，以二维绘图为基础的CAD设计技术80年代后期，以三维参数化特征造型为基础的3D数字化产品建模90年代中期，以多体动力学、多领域建模仿真、多学科协同优化为理论基础的数字样机技术90年代后期，以PLM为平台基础的多学科、多团队、跨地域的协同设计与
16、仿真技术Realistic Simulation基于真实仿真的产品开发技术（2010年以后）1CAD技术概述技术概述2CAD的发展历程的发展历程3CAD系统组成系统组成4CAD标准介绍标准介绍5.CAD发展趋势发展趋势6CAD系统选型原则系统选型原则7.典型系统介绍典型系统介绍8CAD设计应用实例设计应用实例9.我国制造业信息化工程我国制造业信息化工程10.CAD中心简介中心简介3 3CADCAD系统的组成系统的组成硬件组成：硬件组成：计算机系统、常用外设、输入设备、计算机系统、常用外设、输入设备、输出设备，其中：输出设备，其中：计算机系统：计算机主机；计算机系统：计算机主机；外围设备：存储设
17、备，网络设备；外围设备：存储设备，网络设备；图形输入：键盘、鼠标、光笔、数字化仪、图形输入：键盘、鼠标、光笔、数字化仪、扫描仪、虚拟现实输入设备等；扫描仪、虚拟现实输入设备等；输出设备：显示器、绘图机、打印机、输出设备：显示器、绘图机、打印机、虚拟现实输出设备虚拟现实输出设备主机 外存储器 图形输入设备 绘图输出设备 图形显示设备 软件组成：软件组成：CADCAD软件系统的发展软件系统的发展 lCAD系统作为计算机应用系统的一个重要分支，经历了三个发展阶段：l集中式系统：一台主机控制多台终端（早期模式，80年代中期，微机没普及）；l分离式系统：一台主机一套系统，毫无关系，工作站与微机的发展；l
18、分布式系统：网络时代的产物，C/S或B/S结构，支持异地、异构（采用工作站和微机网络系统）CAD系统层次架构思考思考 l你使用过哪些CAD系统？l该系统有哪些应用模块？l这些应用模块之间的关系如何？l这些应用模块的后台支撑工具是什么？系统软件系统软件支撑软件支撑软件应用软件应用软件CAD系统层次架构系统软件：系统软件：操作系统（操作系统（Windows、Unix）、基础图形平台）、基础图形平台（OpenGL、Direct X）、基础类库（）、基础类库（MathLIB、MFC）、图形接口及接口标准等；）、图形接口及接口标准等；支撑软件：支撑软件：集成化集成化CAD/CAM/CAE软件、数据库管理
19、系软件、数据库管理系统（统（DBMS）、产品全生命周期管理软件、网络服）、产品全生命周期管理软件、网络服务软件；务软件；应用软件应用软件 按专业、行业开发的应用软件按专业、行业开发的应用软件1CAD技术概述技术概述2CAD的发展历程的发展历程3CAD系统组成系统组成4CAD标准介绍标准介绍5.CAD发展趋势发展趋势6CAD系统选型原则系统选型原则7.典型系统介绍典型系统介绍8CAD设计应用实例设计应用实例9.我国制造业信息化工程我国制造业信息化工程10.CAD中心简介中心简介4 4、CADCAD标准标准思考思考 为什么需要标准？需要哪些标准？输入输出设备的接口 与操作系统的接口 CAD系统间的
20、交换 系统集成接口？为什么国际上对标准非常重视（电讯行业更甚）？你能设想CAD（图形）与手机、信息家电的关系吗？拓展：拓展：图形接口标准图形接口标准IGESSTEP图形接口标准图形接口标准 向高级语言提供相应的接口程序(函数库)，以实现图形向设备的输出 依赖于所用的操作系统的图形接口 Borland C+的DOS版提供BGI接口 Windows的GUI提供与设备无关的绘图函数 UNIX操作系统由具有统一接口的Xlib库 统一不同硬件环境和操作系统平台下的接口 GKS、PHIGS、GL/OpenGL、DirectXCAD数据交换标准 为了满足不同CAx应用系统之间对工程产品数据模型的交换、共享需
21、要，制订了图形(产品)信息交换标准 DXF:Data Exchange Format（AutoCAD）IGES:Initial Graphics Exchange Specification STEP:Standard for the Exchange of Product model Data 在不同的CAD/CAM系统之间进行交换数据 过去常采用的方法是把一个系统产生的数据文件翻译成另一个CAD/CAM系统能识别的数据文件 多个CAD/CAM系统就需要多个翻译器基本图形转换规范IGES：如数据要从系统A传递到系统B，必须由系统A中的IGES前处理器把这些传送的数据格式转换为IGES格式，再
22、由系统B中的IGES后处理器把其从IGES格式转换为该系统内部的数据格式，反之亦然 IGES 1982年成为ANSI标准，目前虽然不是ISO标准，实际上已是工业标准 数据格式相对简单 不能精确地完整转换数据，其原因是在不同的CAD/CAM系统之间许多概念不一样，使得某些定义数据或信息会丢失 在转换数据的过程中可能会产生错误，且很难确定，常要人工去处理IGES文件 产生的数据量太大事实标准事实标准 国际标准化组织ISO制定产品数据模型转换标准STEP 克服IGES存在的问题，扩大转换CAD/CAM系统中几何、拓扑数据的范围 产品数据模型覆盖产品整个生命周期，全面定义了产品所以得数据单元，包括设计
23、、分析、制造、测试、检验零部件或机构所需的几何、拓扑、公差、关系、属性和性能等数据 针对不同的领域制定了相应的应用协议，覆盖的领域包括二维工程图、一般机械设计和工艺、造船、建筑、汽车制造。STEP标准标准 AutoCAD、UG、CATIA1CAD技术概述技术概述2CAD的发展历程的发展历程3CAD系统组成系统组成4CAD标准介绍标准介绍5.CAD发展趋势发展趋势6CAD系统选型原则系统选型原则7.典型系统介绍典型系统介绍8CAD设计应用实例设计应用实例9.我国制造业信息化工程我国制造业信息化工程10.CAD中心简介中心简介 集成化 网络化 智能化 标准化 专业化（工具化）5.CAD5.CAD发
24、展趋势发展趋势集成化思考1、集成什么内容？数据、过程、资源、知识、系统2、怎样集成？接口转换、集成平台框架、统一数据库 一个企业存在着许多不同时期、不同人员开发的互相缺乏联系的独立应用软件(或模块)，这些独立的软件互相封闭、各自独立运行。随着计算机技术的发展和应用水平的提高，用户使用要求的不断扩大与深入，这些不同功能的、孤立的系统远不能满足实际工程的需要，表现在：1）功能各异、孤立存在的话系统封闭运行，难于取得及时、正确的综合信息；2）各孤立系统(或模块)自成一体，数据重复和冗余浪费计算机资源；3）各孤立系统(或模块)相互需要取用的信息，只能通过各自的输入输出接口进行转换，易造成信息丢失；4）
25、各孤立系统之间不能直接通过工程数据库和网络实现信息和资源共享；5）各孤立系统自行开发，低水平重复，人力资源浪费。集成化的意义集成化的含义：二种定义 1）多种软件的数据共享、重用，减少数据冗余和重复劳动 如产品结构数据（BOM），在设计、工艺、采购、制 造、销售及维护阶段的集成共享。2）多种软件系统在一个统一框架下运行，操作更方便 如在统一环境下（PDM）集成CAD、CAPP、CAE等软件 系统工具，这些软件之间通过某种机制可互访。不同集成系统有不同的集成层次，系统集成化可以指各种功能的CAD系统的集成化，也可以指CAD和CAM系统的集成化，进而指CAD/CAE/CAM/PDM/ERP/MES/
26、SCM系统集成化，直至计算机集成制造系统(CIMS)。系统集成既包括硬件集成，也包括系统软件和应用软件的集成、数据的集成、过程的集成。可以采用网络系统的集成技术，也可以不采用网络技术。一般系统的集成需要满足：1）集成系统有畅通的信息流和正确的数据转换；2）提供信息共享和软件共享的机制；3）提供所有软件信息的版本控制及管理；4）信息项改动时，自动跟踪相关信息项；5）保证内部有一致性的接口和外部有统一的、友好的人机界面；6）用统一的执行控制程序来组织各种信息的传递和运行。如UGUG集成了工程绘图、三维建模、装配建模、运动仿真、数控加工、有限元分析及各种专业化应用模块等，基于PDM平台（Teamce
27、nter）进行数据集成、过程集成、软件集成。在汽车行业应用较广。CATIACatia同样集成了工程绘图、三维建模、装配建模、运动仿真、数控加工、有限元分析及各种专业化应用模块等，基于PDM平台（Smarteam）进行数据集成、过程集成、软件集成。在航空、汽车行业应用较广。Parasolid ACIS等等网络化CAD网络化的含义是什么?使用网络（包括移动通讯、网络信息家电）进行：数据传输 即时消息 局域团队协作（跨部门、跨学科、异构集成）全球协作、动态企业联盟（跨地域、全球资源优化）设想未来CAD网络化人们的产品开发工作模式 在家里、旅行中.，总之，不受地域限制思考提供多学科领域开发团队的协同产
28、品开发支持跨部门、跨行业、跨地域的企业协作使数据共享、知识共享、资源共享垂直尾翼垂直尾翼水平尾翼水平尾翼 空中客车在4国5地进行异地专业化联合设计，之后分别在这4个国家的多家生产基地进行异地专业化制造，最后在法国的图卢兹和德国的汉堡进行最后的总装配。空中客车公司的采购网络遍布全球30个国家，有1500家以上的供应商加盟，为了保证整个供应链采购信息的及时沟通，空客建立了采购门户网站 Supirworld。这个网站使空客实现了采购过程的和谐化、自动化和简化，并加强了与供应商之间的合作。空中客车公司由欧洲航空防务及航天公司和英宇航系统公司共同拥有，拥有最先进的产品和最齐全的生产线。总部位于法国图卢兹
29、的空中客车公司。空中客车公司的设计机构和工厂属于四个全资子公司：空中客车法国公司、德国公司、西班牙公司、英国公司。智能化CAD智能化的含义是什么?设计过程中能捕捉工程师设计意图：判断并提示设计错误 提供设计指导（如多方案的选择）设计过程的自动化你用什么手段提高CAD系统的智能化，甚至自动化水平 智能推理、模板化、智能化过程驱动思考 现有交互式CAD系统优势在于处理数值型的工作（如计算与绘图），但工程设计中需要经验或知识决策，使用过程中往往要人为干预，因而设计质量在一定程度上依赖用户的经验和知识水平。对CAD来说，它是一个设计过程，从方案设计开始，一步步求解，整个设计过程要经过反复修改、设计；设
30、计与制造可能是多方案的，并且不是仅有唯一的解，因此要进行多方案的优化选择与评价；设计是以设计师为主导完成的一个循环迭代过程：需求分析需求分析方案设计方案设计建模建模分析分析改进改进将人工智能技术，特别是专家系统的技术，与传统CAD技术结合起来，形成智能化CAD系统是机械CAD发展的必然趋势。在使用CAD设计过程中，需要符号、逻辑等多方面的知识表达与推理工具；不同的知识源有自己的推理策略，知识源一般表示为过程和规则集，以适应逻辑推理和数值计算的需要。CAD是一个多知识源求解问题，工程设计中所用知识的表达方式多种多样，如经验性知识、启发性知识、数据图表、标准元件等，CAD中也需要多种知识表达方式；
31、在设计中也会用到一些计算理论，如分析计算的知识，这些知识在CAD中表现为某个算法的实现等；所有知识均可用知识库资源管理。知识库中任一特定子问题的知识，相对独立，互不干扰。标准化（前面已经介绍过）七十年代末八十年代初，为避免不同应用系统之间点对点的网型数据转换对多种数据转换接口开发的要求,国际上许多国家和组织机构对数据交换标准进行了大量的研究、制定工作，诞生了许多区域性的标准。面向图形设备的标准CGI 面向用户的图形标准GKS,OPENGL面向不同CAD系统的数据交换标准IGES和STEP 事实标准：CATIA与UG文件格式，DXF，X_T，SET等思考：思考：为什么需要标准化？CADCAPPC
32、AMDFX系统间点对点直接交换数据，要了解其它CAD所有格式通过中性的标准格式交换数据，只需了解标准格式专业化（工具化）思考：思考：为什么需要专业化？越专业，使用越方便，效率越高专业化开发需要行业领域的专家知识需要经过二次开发，今后从事CAD工作需要重视（能够获得比较优势）专业化CAD设计系统及工具集通用CAD设计平台及开发工具1CAD技术概述技术概述2CAD的发展历程的发展历程3CAD系统组成系统组成4CAD标准介绍标准介绍5.CAD发展趋势发展趋势6CAD系统选型原则系统选型原则7.典型系统介绍典型系统介绍8CAD设计应用实例设计应用实例9.我国制造业信息化工程我国制造业信息化工程10.C
33、AD中心简介中心简介总体原则6 6CADCAD系统选型原则系统选型原则明确系统需求明确系统需求 设计哪类产品，解决问题的深度 要达到的具体目标，存在的关键技术 确定近期目标与确定近期目标与长远目标长远目标 近期目标：根据人力、资金、现有技术水平 长远目标：考虑到将来的发展选择准则 硬件系统要有良好的开放性且符硬件系统要有良好的开放性且符合工业标准合工业标准 软件系统要满足以下三点要求软件系统要满足以下三点要求 用标准操作系统 良好的用户界面 齐全的技术文档，优良的可读性功能齐全功能齐全（零件、曲面、装配、绘图、接口、专业功能等）良好的二次开发接口良好的二次开发接口 良好的系统集成良好的系统集成
34、可靠性高、维护简单、性价比高可靠性高、维护简单、性价比高 良好的售后良好的售后、持续的支持持续的支持主要商用CAD、CAE系统AutoCAD由美国AutoDesk公司支持SolidworksPro/ECATIA由法国Dassault公司开发，IBM公司统一销售UG NX由美国麦道(MD)公司开发，现将 Ideas并购ANSYSMSC NASTRANADAMS由美国SolidWorks公司开发，现被Dassault并购 1CAD技术概述技术概述2CAD的发展历程的发展历程3CAD系统组成系统组成4CAD标准介绍标准介绍5.CAD发展趋势发展趋势6CAD系统选型原则系统选型原则7.典型系统介绍典型
35、系统介绍8CAD设计应用实例设计应用实例9.我国制造业信息化工程我国制造业信息化工程10.CAD中心简介中心简介各种CAx软件工具：CAD（2D、3D）CAE、CAPP、CAM等7.7.典型系统介绍典型系统介绍目前国际知名CAD软件公司两大阵营：CATIA为代表（整体方案）UG 为代表（整体方案）其它：Pro/E为表（整体方案）AutoCAD为代表高档：CATIA、UG中档：Pro/E低档：Solidworks、Solidedges、Inventor二维：AutoCAD常用CAD软件简介Solidworkl 最早基于Windows原创的三维设计软件产品l 友好的界面，易学易用、价格便宜、性价比
36、高l 完全自动捕捉设计意图和引导设计修改l 装配设计中可以直接参照已有的零件生成新的零件，支持“自顶而下”方法还是“自底而上”的方法进行装配设计l 全面的零件实体建模功能，二维和三维全关联l 标注和细节绘制工具，能快捷地工程图纸l 具有全相关的钣金设计能力l 提供完整的、免费的开发工具(API)，用户可以用微软的Visual Basic、Visual C+或其它支持OLE的编程语言建立自己的应用方案l 丰富的数据转换接口Pro/El Pro/Engineer是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代产品造型系统，采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特
37、征的功能去生成模型l 建立在统一基层上的数据库上，工程中的资料全部来自一个库，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上l Pro/E发展了三维线框设计的思想，首先建立基准面，在基准面上勾画二维草图，用扫成法将二维轮廓引伸成三维形体。依次更换参考面，用显式操作生成形体，尽量避免面面求交、裁剪的集合运算。l 随时记录特征元素的生成操作过程，当修改标注尺寸值后，用尺寸驱动方法修改相应二维轮廓，重新运行零件设计过程的全部操作命令，由此实现参数化特征建模，使曲面、实体、参数化特征设计融为一体，可以任意构造复杂零件和装配件，而且修改设计方便。CATIAl 达索飞机公司67
38、年用Bzier曲面建立飞机外形数学模型，70年展开幻影数字化设计。74年扩大CAD规模，从美国引进洛克希德飞机公司CADAM系统，75年100万美元引进CADAM源程序。l 77年开发三维交互CAD软件，78年投入使用CATIA。同时建立主数据库，统一管ADAM二维结构图和CATIA三维模型文件。81年IBM公司开始负责经销CATIA系统，并组建达索系统公司。l 90年IBM用2.7亿美元收购CADAM，92年托付达索管理，97年3.1亿美元收购SolidWorks，97年1.05亿美元收购Deneb精益制造布局仿真软件Delmia，98年在美成立ENOVIA公司开发PDMII，98年达索接管
39、法国马特拉（MATRA）的CAD/CAM业务，包括Euclid等，99年收购SmarTeam业务，2000年用2150万并购ACIS 3D业务。l 至此，达索/CATIA完成了PLM的战略布局，形成产品全生命期的CAD/CAM/CAE/PDMII一体化管理，为数字化企业提供电子商务的完整工具，实现产品从初步设计到售后服务的全过程仿真。l 其中CATIA和SolidWorks支持产品数字化设计和仿真；Delmia完成精益制造过程的数字定义和仿真；Enovia提供数字化产品、过程和资源的集成化、分布式协同管理。三者构成产品全生命期流程，支持企业协同的知识重用。l CATIA V4适合IBM主机和工
40、作站，98年推出CATIA V5 Windows NT。CATIA V4的曲面系统使用Bzier形式，现在改成NURBS形式，且采用DCM约束管理软件。CATIA V4是93年推出的，有113种独立的功能模块。UGl UG是Unigraphics Solutions公司的拳头产品l 首次突破传统CAD/CAM模式，优越的参数化和变量化技术与传统的实体、线框和表面功能结合，被大多数CAD/CAM软件厂商所采用l UG起源于美国麦道飞机公司，它是从二维绘图、数控加工编程、曲面造型等功能发展起来的软件l 90年代初，美国通用汽车公司选中UG作为全公司的CAD、CAE、CAM、IMAN作为CIM主导系
41、统，进一步推动UG发展l 97年10月UnigraphicsSolutions公司与Intergraph公司签约，合并了后者的机械CAD产品，将微机版的SOLIDEDGE软件统一到Parasolid平台上l 为了实现强强联手的发展战略，2001年EDS并购了SDRC，预计2004年SDRC的IDEAS和EDS的UG推出第一个合并版本NX1.0。2003年11月，UGS从EDS中分离出来独立发展l 目前UG形成了一个从低端到高端，兼有Unix工作站版和Windows NT微机版的较完善的企业级CAD、CAE、CAM、PDM集成系统。CAD在我国 清华、华科大、浙大、北航等 华中科技大学：天喻In
42、teCAD、InteSolid，KMCAD等 清华：TiOpenCAD，TiGEMS等 北航海尔：CAXA 浙大大天：新洲软件：Solid 3000技术、市场份额与国外差距很大与国外与国外CADCAD技术的差距技术的差距 在设计理念及方法学方面，差不多所有先进的设计理念、设计理在设计理念及方法学方面，差不多所有先进的设计理念、设计理论及方法均由国外学者提出。如论及方法均由国外学者提出。如CADCAD、CAECAE、CAMCAM、CPCCPC、PLMPLM、CIMSCIMS等。等。在软件工具及手段方面，我国自主开发的软件除二维在软件工具及手段方面，我国自主开发的软件除二维CADCAD、CAPPC
43、APP、PDMPDM系统占有一定的市场外（主要是低端市场），高端系统占有一定的市场外（主要是低端市场），高端CADCAD、PLMPLM市场均为国外市场占有；市场均为国外市场占有；CAMCAM、CAECAE市场几乎被国外软件厂商市场几乎被国外软件厂商所垄断，在该领域目前与国外软件的差距有拉大的趋势。所垄断，在该领域目前与国外软件的差距有拉大的趋势。我国我国CAxCAx软件商在基础算法及系统级软件开发方面沉淀不深、经软件商在基础算法及系统级软件开发方面沉淀不深、经验不足，导致系统功能、稳定性、复杂度、开放性等方面与国外厂验不足，导致系统功能、稳定性、复杂度、开放性等方面与国外厂商难以抗衡。商难以抗
44、衡。在数字化设计技术的应用方面，我国中小企业多数甩掉图版，并在数字化设计技术的应用方面，我国中小企业多数甩掉图版，并逐步推广普及三维逐步推广普及三维CADCAD应用技术。而许多大型集团企业在软件和硬件应用技术。而许多大型集团企业在软件和硬件环境方面的建设与国外同步，甚至版本更新，但是运用软件工具进行环境方面的建设与国外同步，甚至版本更新，但是运用软件工具进行产品创新开发的能力与国外差距很大。主要原因在于我国企业产品开产品创新开发的能力与国外差距很大。主要原因在于我国企业产品开发基础数据、经验积累不够，多数企业进行简单的发基础数据、经验积累不够，多数企业进行简单的“仿制仿制”开发，未开发，未能形
45、成自主的产品研发体系，缺乏综合集成创新能力。能形成自主的产品研发体系，缺乏综合集成创新能力。1CAD技术概述技术概述2CAD的发展历程的发展历程3CAD系统组成系统组成4CAD标准介绍标准介绍5.CAD发展趋势发展趋势6CAD系统选型原则系统选型原则7.典型系统介绍典型系统介绍8CAD设计应用实例设计应用实例9.我国制造业信息化工程我国制造业信息化工程10.CAD中心简介中心简介8 8CADCAD设计应用实例设计应用实例概念设计概念设计工程绘图工程绘图结构设计结构设计结构有限元分析结构有限元分析机械系统动态分析（运动学、动力学）机械系统动态分析（运动学、动力学）加工仿真加工仿真生产过程仿真生产
46、过程仿真（数字化车间）（数字化车间）1CAD技术概述技术概述2CAD的发展历程的发展历程3CAD系统组成系统组成4CAD标准介绍标准介绍5.CAD发展趋势发展趋势6CAD系统选型原则系统选型原则7.典型系统介绍典型系统介绍8CAD设计应用实例设计应用实例9.我国制造业信息化工程我国制造业信息化工程10.CAD中心简介中心简介l制造业信息化将信息技术、自动化技术、现代管理技术与制造技术相结合，带动产品设计方法和工具的创新，企业管理模式的创新，企业间协作关系的创新；实现产品设计制造和企业管理的信息化、生产过程控制的智能化、制造装备的数字化、咨询服务的网络化，全面提升我国制造业的竞争力。l中央提出以
47、信息化带动工业化，以工业化促进信息化，就是要通过信息技术对传统工业的改造、融合、集成，构筑一种新型的先进工业能力。9.9.我国制造业信息化工程我国制造业信息化工程管理数字化管理数字化设计数字化设计数字化生产过程数字化生产过程数字化制造装备数字化制造装备数字化企业数字化企业数字化制造业信息化的基础CAD 应用l从20世纪80年代中期CIMS起步阶段强调的功能集成，设计、制造和管理的集成，到90年代的基于并行工程和业务重组的业务流集成，乃至发展到21世纪的基于制造网络的企业间集成，“集成”和“协同”一直是制造业信息化发展的主旋律。lCAD 是“集成”和“协同”的产品数据来源，是制造业信息化的基础C
48、ADCAECAPPCAMPDM/PLMERPMES生产SCMCUSTOMERTOOLSCAETOOLSCOSTMODELINGPRODUCI-BILITYKBEDESIGNDRIVERSLIBRARYDRMB2BWEBSERVERWORKFLOW3rd PartyCommercialDRMCADTOOLSDATAEXCHANGEADDITIONALCOMPONENTS.ADDITIONALEXTENSIONS.3rd PartyCommercialPDM3rd PartyCommercialDatabasesCUSTOMERTOOLSCAETOOLSCOSTMODELINGPRODUCI-BI
49、LITYKBEDESIGNDRIVERSLIBRARYDRMB2BWEBSERVERWORKFLOW3rd PartyCommercialDRMCADTOOLSDATAEXCHANGEADDITIONALCOMPONENTS.ADDITIONALEXTENSIONS.3rd PartyCommercialPDM3rd PartyCommercialDatabasesCUSTOMERTOOLSCAETOOLSCOSTMODELINGPRODUCI-BILITYKBEDESIGNDRIVERSLIBRARYDRMB2BWEBSERVERWORKFLOW3rd PartyCommercialDRMC
50、ADTOOLSDATAEXCHANGEADDITIONALCOMPONENTS.ADDITIONALEXTENSIONS.3rd PartyCommercialPDM3rd PartyCommercialDatabases大型集团企业的信息化历程数字样机阶段数字样机阶段并行设计阶段并行设计阶段最优能力阶段最优能力阶段数字样机阶段数字样机阶段以CAD建模为基础，对复杂机电产品进行数字预装配，借助CAE分析手段，对产品结构、性能及可靠性进行分析和仿真，从而优化产品设计，减少物理样机的试验轮次，降低开发费用，缩短开发周期。（国内部分航空企业、汽车总装厂达到该阶段水平）大规模并行设计阶段大规模并行设计
