《计算机辅助设计》第一章基础知识

第一章基础知识第一节CAD概述一、CAD产生的背景1、计算机的普及及性能的提高，提供了CAD产生的技术基础。

2、市场竞争的加剧，要求产品不断创新、改进，使产品开发周期缩短。

生产由大批量少品种，向小批量多品种转变，成为CAD产生的技术需求。

例如：国际生产工程研究学会对美国、日本、西欧工业部门调查发现：大量生产5％，大批生产10％，小批量50％，单件35％。

二、CAD的产生和发展50年代末麻省理工学院为数控机床开发图形～NC纸带转换系统。

1963年麻省理工学院发表论文提出交互绘图，进行最初的图形库尝试，最早实现人机交互。

同年通用汽车公司开发汽车玻璃型线设计系统，将CAD最早应用于具体对象。

其后洛克希德公司和马库塔列图形公司使CAD在飞机工业中进入实用阶段。

近年CAE（CAD/CAM/CAT）计算机辅助工程最优化设计、自动加工、自动检验CAD使机械产品设计周期缩短2/3～4/5工艺周期缩短4/5～9/10经济效益提高10％～25％首次设计成功率达到95％以上例如：设计过程中所花费的费用占总成本的5％左右，但产品成本的75％是在设计阶段由设计者决定的。

三、CAD的构成1、科学计算通用数学库、统计数学库、常规设计、优化设计、有限元分析、可靠性分析、动态分析等。

2、图形系统几何构型、绘制图纸、绘制曲线表格、图形变换分析、模拟等。

3、数据库1通用性、综合性、减少数据冗余的数据集合。

四、CAD的明天1、先进的工作站专用设计工作站，有强大的计算和图形处理能力，模拟产品的使用效果。

2、高级显示屏幕大屏幕，高分辨率。

3、新型接口人与计算机交互的途径更加广泛。

4、实体模型模拟实际零件组装，自动生成NC轨迹线机生产规划。

5、计算机辅助工厂（CAF）（CAD/CAM/CAT/CAA（辅助装配）/MIS（信息管理系统））6、成组工艺（GT）零件按组规划，编制典型工艺。

7、网络系统远程连接计算机，分布设计。

五、本课程要求1、上课需要《机械设计》和《程序设计》。

2、按时交作业。

3、抄袭作业无成绩。

4、根据大作业评定成绩。

2第二节流程图基础一、流程图的作用绘制流程图是结构化程序设计中的重要环节，通过流程图可以便捷的检查程序逻辑，避免编程的盲目性和随意性，从而有效提高程序代码的质量、编程工作效率和程序的正确率。

二、流程图的基本结构构成流程图的基本元素有四种：1、顺序结构例:a=10;b=30;c=a+b;2、分支结构if语句if(a>b)printf(“a大于b/n”);elseprintf(“a不大于b/n”);switch语句switch(ch){case …a‟:printf(“你选择的是字母a/n”);break;case …b‟:printf(“你选择的是字母b／n”);break;case …c‟:printf(“你选择的是字母c／n”);break;}3、循环结构for语句for(i=0;i<10;i++)printf(“%d/n”,i);while语句while(a<100)a=a+1;3do while语句do{a=a+1;}while(a<100);4、子程序调用三、绘制流程图的原则一个起始，一个终止，一个入口，一个出口。

45第三节 用计算机解决问题的步骤一、建立数学模型由于计算机只能够解决数学问题，因此需要将工程实际问题转化为计算机能够识别和处理的数学问题，这个对工程实际的数学描述即称为数学模型。

模型不唯一。

二、确定计算方法针对建立的数学模型，需要找到一个准确、高效方法来进行运算处理，以获得正确的结果，这个运算方法称为计算方法，简称算法。

算法与模型匹配。

三、绘制流程图依据已确定的算法，绘制计算机进行处理的流程。

四、编写程序对照流程图编写程序，并进行检查。

五、上机调试上机调整和测试程序，会有以下几种情况： A ．程序不能运行通常是输入程序时产生的错误，根据系统提示用程序清单对照检查。

B ．程序运行结果错误，应分析错误产生的原因，通常如下： 输入程序时产生的错误，用程序清单对照检查。

编制程序时错误，用流程图对照检查。

算法错误，分析算法找出导致错误的原因，修正或重新确定算法。

数学模型建立不准确，检查描述准确性，是否有未考虑的因素。

六、计算并对计算结果进行分析 七、实例：线性方程组的直接解法高斯消去法问题：解方程组⎪⎩⎪⎨⎧=+=++=++108x 3x -x -33x 2x 2x 0x 2x x 321321321数学模型：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡1030x x x 831322121321－－ AX ＝B建立增广矩阵：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡1083133220121－－对增广矩阵进行矩阵变换，当系数矩阵成为单位阵时，右端项阵即为方程组的解。

算法：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡333323122322211131211b a a a b a a a b a a a 每个元素除a 11，通过行运算消除第2、3行第一列元素，类似的消除第3行元素，回代使系数阵成为单位阵，得到方程组的解。

流程图：程序：VERSION 5.00Object = "{3B7C8863-D78F-101B-B9B5-04021C009402}#1.2#0"; "RICHTX32.OCX"Begin VB.Form Form1Caption = "Form1"ClientHeight = 2640ClientLeft = 4710ClientTop = 1890ClientWidth = 40206LinkTopic = "Form1"ScaleHeight = 2640ScaleWidth = 4020Begin RichTextLib.RichTextBox text1Height = 1335Left = 60TabIndex = 5Top = 1200Width = 3915_ExtentX = 6906_ExtentY = 2355_Version = 393217Enabled = -1 'TrueReadOnly = -1 'TrueTextRTF = $"Form1.frx":0000EndBegin mandButton Command1Caption = "求解"Height = 1005Left = 1890TabIndex = 1Top = 60Width = 525EndBegin RichTextLib.RichTextBox RichTextBox1Height = 1005Left = 60TabIndex = 0Top = 60Width = 1755_ExtentX = 3096_ExtentY = 1773_Version = 393217BorderStyle = 0ReadOnly = -1 'TrueFileName = "D:\CAD\fc.rtf"TextRTF = $"Form1.frx":009DEndBegin bel Label3Caption = "x3="Height = 225Left = 2520TabIndex = 4Top = 840Width = 1455End7Begin bel Label2Caption = "x2="Height = 225Left = 2520TabIndex = 3Top = 465Width = 1455EndBegin bel Label1Caption = "x1="Height = 225Left = 2520TabIndex = 2Top = 90Width = 1455EndEndAttribute VB_Name = "Form1"Attribute VB_GlobalNameSpace = FalseAttribute VB_Creatable = FalseAttribute VB_PredeclaredId = TrueAttribute VB_Exposed = FalseOption ExplicitConst N = 3Dim a(3, 4) As DoublePrivate Sub Command1_Click()initdatagxjsEnd SubSub js()Dim i As Integer, j As Integer, k As Integer, l As Integer Dim TEMP As DoubleFor i = 0 To N - 1TEMP = a(i, i)For j = i To Na(i, j) = a(i, j) / TEMPgxNext jFor j = i + 1 To N - 1TEMP = a(j, i)For k = i To Na(j, k) = a(j, k) - a(i, k) * TEMPgxNext k8Next jNext iFor i = N - 1 To 1 Step -1For k = 0 To i - 1TEMP = a(k, i)For j = i To Na(k, j) = a(k, j) - a(i, j) * TEMPgxNext jNext kNext iLabel1.Caption = "X1=" & a(0, 3)Label2.Caption = "X2=" & a(1, 3)Label3.Caption = "X3=" & a(2, 3)End SubSub initdata()a(0, 0) = 1a(0, 1) = 2a(0, 2) = 1a(0, 3) = 0a(1, 0) = 2a(1, 1) = 2a(1, 2) = 3a(1, 3) = 3a(2, 0) = -1a(2, 1) = -3a(2, 2) = 8a(2, 3) = 10End SubSub gx()Dim i As Integer, j As Integertext1.Text = ""For i = 0 To 2For j = 0 To 3text1.Text = text1.Text & a(i, j) & " "Next jtext1.Text = text1.Text & Chr(10)9Next iEnd Sub计算结果：[1,-1,1] 1011。