第1章_CAD技术概论
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1 CAD技术基础_第一章_概论
作用：加快新产品开发，缩短设计制造周期，提高 产品质量，节约成本，增强市场竞争能力和企业创 新能力。
1.3 CAD的主要功能分类
根据CAD技术的应用领域，可以把CAD技术分为三类：
(1) 计算机辅助绘图 ( Computer Aided Drafting ) (2) 计算机辅助设计 ( Computer Aided Design ) 主要包括以下几个方面： ♦ 计算机辅助几何建模 ♦ 装配及干涉分析DFA （ Design For Assemble ) ♦ 可制造性分析DFM ( Design For Manufacturing )
1.4 对比－－传统的产品开发过程VS现代的
1.4.1 传统的产品开发模式（手工的、纸质的）
A. 传统开发过程
（1）需求分析 ►改进需求 ►全新需求 （2）功能设计与评价 ►功能设计 ►性能设计 ►操作设计
（4）详细设计与分析
►运动设计与实验 ►零件设计与计算 ►部件设计与分析 ►装配设计 ►出图
6S ？
6S就是整理（SEIRI）、整顿（SEITON）、清扫（SEISO）、清洁 （SEIKETSU）、素养（SHITSUKE）、安全（SECURITY）六个项目，因 均以“S”开头，简称6S。
1.4.2 现代产品开发模式
A. 新的产品设计和制造过程
1、CAD/CAM系统是设计、制 造过程中的信息处理系统；
活动
人 计算机 系统和形式化 学习能力很少，智能 程度可靠 有步骤地形式化输入
逻辑方法 经验的直觉，幻想和直观 智能水平 学习快，但必须顺序进行，效果
因人而异
信息输入 能同时听、看，以吸收大量资料 方式 优 点
具有逻辑判断、综合分析和创造 性思维能力 易疲劳，易出错，记忆力弱
第1章 CAD技术概述
• 60年代中期到70年代中期，针对某个特定问题的CAD 系统蓬勃发展，出现了主要以自动绘图为目的的配套 CAD系统（Turnkey System)，由计算机硬件和相应的软 件组成，这是市场上出现的一种现成可用的CAD系统 。 • 70年代CAD技术开始了大规模的发展。由于中小型计 算机的性能价格比有了很大的提高，促使CAD技术从 实验室走向了工业应用。70年代后期，CAD技术在许 多领域已成为工业上不可缺少的工具。
1.4 CAD技术在机械工业中的应用
主要应用以下几个方面： （1）二维绘图。 （2）图形与符号库 （3）参数化设计 （4）三维造型 （5）工程分析 （6）设计文档或生成报表
CAD技术带来的好处
（1）减少绘图时间，提高绘图效率 （2）提高分析计算速度，解决复杂计算问题 （3）便于修改设计 （4）促进设计工作的规范化、系列化和标准化目前， CAD涉及到2D绘图、交互式图形学、有限元分析、 优化计算机图形学、３D描述、曲面造型、实体造 型和几何仿真等各个领域。
• 文档处理技术：如文档制作、编辑与文字处理等 • 界面开发技术：如图形用户界面、网络用户界面、多 通道多媒体智能用户界面等 • 基于Web的网络应用和开发技术
设计过程与CAD过程的关系
设计需求分析
可行性研究分析
感念设计
设计建模和仿真
设计分析
优化设计
设计评价
设计结果
设计过程与CAD过程的关系
CAD/CAM系统工作流程
二维交互图形系统 国标化 回转体CAPP 非回转体CAPP 零件检验CAPP 二维至五维自动编程 仿真
不满意
CAD/CAD系统工作流程
1.3 CAD技术发展简史
• 20世纪50年代初MIT伺服机构实验室首先研制了第一台 数控铣床并研究用计算机制作数控纸带，这可以说是 CAD技术的开端。50年代后期Ross发展了APT语言，是 计算机绘图领域的一个重要里程碑，而且这个时期研 究成功的光笔已可以用来识别荧屏上的某一点。 • 1963年，CAD技术的先驱者，MIT研究生Sutherland推 出了二维SKETCHPAD系统，允许设计者坐在图形显示器 前操作光笔和键盘，在屏幕上显示图形。这一研究成 果具有划时代的意义，促进了CAD的发展。 • 1964年，第一个工业企业发展的CAD系统——美国通用 汽车公司开发的“计算机设计扩展系统”CDAC-I系统 问世。该公司是开发机械CAD的先驱之一。
第一章CAD技术概论.说课材料
1.5 AutoCAD系统
AutoCAD软件是迄今为止在微机CAD领域中影 响力最大、普及率最高、应用面最广的软件系统。 目前国际上众多的微机CAD软件中，很多都是在 AutoCAD软件基础上开发出来的，我国情况也 是如此。所以学习与掌握AutoCAD软件，对了 解整个CAD领域非常有意义。
1.5.1 AutoCAD系统与功能
1. 数字化仪 2. 扫描仪 3. 数码相机
1.2.3 图形输出设备
1. 显示器 显示器分为模拟与数字两大类。
2. 绘图机 绘图机分为平板式与滚筒式
1.2.4 其他设备
除了图形显示器，绘图机作为专业图形输出设 备外，常用于图形输出的设备还有:
点阵式打印机 激光打印机 喷墨打印机 热升华打印机 静电绘图仪 摄像机 扫描打印机
1.3.2 软件技术应用
首先，数值计算技术在CAD系统中发挥得淋漓尽致。 其次，图形处理技术在CAD系统中得到最好的应用。 第三，并行技术及软件集成化技术在CAD系统中广泛采用。 第四，人机界面技术在CAD系统中，大显神威。 第五，面向对象的程序设计方法在CAD系统中越来越受到 重视。
1.4 CAD与CAPP、CAM、PDM及ERP
CAD系统在软件构成上与其他系统不尽相同，由于CAD系 统的应用领域技术密集，其对软件技术的要求也是较高的。
CAD系统的软件特点主要集中在计算分析、数据管理及图 形处理三个方面。 高速高精度的数值计算，才能适应大量工程计算、有限元 分析、结构设计、结构位移及运动、模拟仿真的需要。 系统化的综合数据管理才能适应工程设计中大量标准、非 标准工程数据、图形图表、语音图像等各类数据的存储、 传递、交换及输出。 高效快速的图形处理才能适应设计过程中工程图的变换、 编辑、修改、渲染、光照等处理。
第一章CAD技术概论及CAD系统
工程 一般指辅助工程分析，主要包括有限元分析、优化 技术及机械系统运动学和动力学分析等内容。
4
第1章 CAD技术概论及CAD系统
（2）CAPP（Computer Aided Process Planning) —— 计算 机辅助工艺设计 指输入产品数据（几何形状、尺寸、加工要求、材料、热处理、
批量等）后，计算机系统依据企业的加工设备、加工能力、管理 规章制度和生产积累的工艺经验，进行工艺过程分析，制定零件 的加工工艺过程和工艺参数。 CAPP是CAD至CAM的连接桥梁。 （3）CAM（Computer Aided Manufacturing)——计算机
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第1章 CAD技术概论及CAD系统
ADINA的最早版本出现于1975，在K. J. Bathe博士 的带领下，由其研究小组共同开发出ADINA有限 元分析软件。ADINA的含义是Automatic Dynamic Incremental Nonlinear Analysis的首字母缩写，为 动力非线性有限元分析，这表达了软件开发者的 基本目标，即ADINA除了求解线性问题外，还要 具备分析非线性问题的强大功能，包括求解结构 以及涉及结构场之外的多场耦合问题。
8
第1章 CAD技术概论及CAD系统
CIM技术是基于传统制造技术、信息技术、管理技术、 自动化技术、系统工程技术的一门综合性技术，包括总 体技术（CIMS集成模式、体系结构、标准化技术、系 统的建模与防真等）；支撑技术（网络数据库、集成框 架、企业级产品数据管理、计算机支持协同工作技术、 人机接口等）；设计自动化技术（CAD 、CAE 、CAPP 、 CAM 、 DFX）；加工制造自动化技术；管理与决策信
汽车CAD/CAE课程 第一章 CAD技术概论及CAD系统
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第1章 CAD技术概论及CAD系统
（2）CAPP（Computer Aided Process Planning) —— 计算 机辅助工艺设计 指输入产品数据（几何形状、尺寸、加工要求、材料、热处理、
批量等）后，计算机系统依据企业的加工设备、加工能力、管理 规章制度和生产积累的工艺经验，进行工艺过程分析，制定零件 的加工工艺过程和工艺参数。 CAPP是CAD至CAM的连接桥梁。 （3）CAM（Computer Aided Manufacturing)——计算机
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第1章 CAD技术概论及CAD系统
ADINA的最早版本出现于1975，在K. J. Bathe博士 的带领下，由其研究小组共同开发出ADINA有限 元分析软件。ADINA的含义是Automatic Dynamic Incremental Nonlinear Analysis的首字母缩写，为 动力非线性有限元分析，这表达了软件开发者的 基本目标，即ADINA除了求解线性问题外，还要 具备分析非线性问题的强大功能，包括求解结构 以及涉及结构场之外的多场耦合问题。
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第1章 CAD技术概论及CAD系统
CIM技术是基于传统制造技术、信息技术、管理技术、 自动化技术、系统工程技术的一门综合性技术，包括总 体技术（CIMS集成模式、体系结构、标准化技术、系 统的建模与防真等）；支撑技术（网络数据库、集成框 架、企业级产品数据管理、计算机支持协同工作技术、 人机接口等）；设计自动化技术（CAD 、CAE 、CAPP 、 CAM 、 DFX）；加工制造自动化技术；管理与决策信
汽车CAD/CAE课程 第一章 CAD技术概论及CAD系统
第01章现代CAD技术概论.
设计过程与CAD
45 1.5 本课程结构第二篇定为设计网络化，分4章。
设计理论中的协同设计理论也放入此处作为第8章；第9、第10两章分别讨论协同设计中产品信息的交换与共享，以及设计过程的管理；第11章是对支持协同设计环境技术的讨论。
第三篇定为设计智能化，分4章。
主要对设计型专家系统中常用的基础性技术进行讨论。
第12章是智能CAD概述，对智能CAD的概念及研究问题进行了描述；第13、第14章对实现设计型专家系统中的两个最重要的问题，即知识表示和推理进行了详细讨论；第15章，也是全书的最后一章，对实现设计型专家系统的其他问题进行了讨论，并给出了一个实例。
现代CAD技术。
第1章_CAD技术概论模板
☆ 数据库管理软件 Foxbase、Foxpro、Paradox、MySQL等
SQL Server、Oracle、Sybase、Dbase、Access、
☆ 图形核心 GKS、ACIS、ParaSolid OpenGL等 AutoCAD、MDT和Inventor
Pro/Engineer (Creo)
一、CAD技术概论
1、CAD的概念
（3）CAD设计过程
开始
市场信息
设计需求 分析
编制技术 文件
1、难以获得最优方案； 2、计算精度低，可靠 性差； 3、工作周期长，效率 低； 4、难以获得创造性的 设计。
传 统 的 设 计 过 程
问题定义
结束
综合设计
分析优化 评价
一、CAD技术概论
1、CAD的概念
Computer Aided Design
什么是CAD ?
一、CAD技术概论
1、CAD的概念
（1）CAD的定义 CAD(Computer Aided Design) 是一种综合应用计算 机及其相关技术辅助人们进 行产品或工程设计的方法和 技术。
一、CAD技术概论
1、CAD的概念 Computer Aided Design是工程设计人员以计算机为工具 进行设计活动的全过程。
2、展示大作业内容，答辩
六、参考书目
1、《 机械CAD技术基础》（第三版），童秉枢等， 清华大学出版社 2、《 CAD/CAM技术》， 唐荣锡，北京航空航天大学出版社 3、《CAD/CAPP/CAM基本教程》，戴同，机械工业出版社 4、《 CAD/CAM技术》，宁汝新等，机械工业出版社 5、 《 CAGD & NURBS》，施法中，高等教育出版社
第一章_CADCAM技术概论
CAD/CAM技术 CAD/CAM技术
第 一 章
第三节. CAD/CAM系统的硬件和软件
C A M 技 术 概 论
一．CAD/CAM系统的组成 C 一个CAD/CAM系统的组成不是唯一的，一般根据 A 应用领域和任务要求不同会有所不同。我们主要着眼于 D 机械制造领域中的CAD/CAM系统。
CAD/CAM系统
CAD/CAM技术 CAD/CAM技术
第 一 章 C A D C A M 技 术 概 论
指导实际生产；还可以为CAM提供工艺信息,以生成NC代 码，控制生产设备运行。 5. NC自动编程 根据CAD所建几何模型和CAPP所制定的工艺规程 信息，生产刀具轨迹，也即刀位文件，虚拟仿真加工检 测无误后，经后置处理，生成相应机床的NC代码。一般 大型CAD/CAM系统都具备3至5轴联动加工的自动数控编 程能力。 6. 加工过程仿真模拟 虚拟仿真数控加工现场，防止几何干涉和物理碰 撞，分析可加工性。 7. 工程数据库管理 工程数据库管理（PDM）系统能有效地管理几何 信息、属性语义数据、加工工艺信息等，特别是采用统 一的数据库技术。 PDM、PLM、CIMS
1. 产品几何建模――核心功能，把物理模型转化为 数据模型 三维造型：零件、部件 装配：干涉分析（可装配性）、运动干涉分析 动态显示：旋转、放大、平移、消隐、渲染处理等 2. 产品模型的工程分析 (1) 静力学、运动学、动力学 对零件、部件做静力学分析；对运动机构的位移、 速度、加速度以及受力状况进行分析，形象直观地进行 运动仿真，可全面了解机构的设计性能和运动情况，发 现问题并及时修改。
CAD/CAM技术 CAD/CAM技术
第 一 章 C A D C A M 技 术 概 论
3. 应用软件 应用软件是在系统软件和支撑软件的基础上，针 对专门领域的需要而研制开发的。这类软件一般是用 户通过支撑软件提供的开发接口，利用高级语言开发 的。可分为检索与查询软件、专用图形生成软件、专 用数据库、专用计算与算法软件、专用工具软件等。 如机械标准零件库、模具设计工具、工艺资料与工序 卡片自动生成软件等。 很多集成CAD /CAM软件开发商也提供这些模块， 要使用当然要付银子。
1第一章 CAD技术概论 第二章 CAD系统PPT课件
括二维、三维CAD与CAM，CAE，CAPP，
PDM等。国产CAD软件拥有了30％的市场
CAM系统。
工业设计系
现 代 CA D 技 术
工业设计系
现 代 C A D 技 术
1.3 CAD 技术在我国制造业中的应用
工业设计系
现
代
CA D
1、CAD技术在我国制造业中的应用情况
技
术
在我国20世纪90年代的“八五”和“九五”计
划期间，国家大力进行CAD技术的推广应用，
启动了CAD应用工程。1992年，CAD应用工
(3)数据管理与数据交换技术。如产品数据管理 (PDM)、数据库、异构系统间的数据交换和接 口等。
工业设计系
现
代
CA D
CAD涉及的基础技术
技
术
(4)文档处理技术。如文档制作、编辑及文字处理
等。
(5)界面开发技术。如图形用户界面、网络用户界 面、多通道多媒体智能用户界面等。
(6)基于Web的网络应用和开发技术。
现 代 C A D 技 术
现代CAD技术
池建斌
工业设计系
PART ONE
前言
请在此处添加具体内容，文字尽量言简意赅，见到 那描述即可，不必过于繁琐，注意版面美观度。
工业设计系
现
代
CA D
教材
技
术
机械CAD技术基础（第二版）
– 童秉枢 李学志 吴志军 冯娟 编著
– 清华大学出版社出版
现代CAD技术
工业设计系
现 代 CA D 技 术
计算机绘图 – 使用图形软件和硬件进行绘图及有关标注的 一种方法和技术，以摆脱繁重的手工绘图为 其主要目标。
第1章 CAD技术概述
电子管计算机 1950 MIT 能够显示简单图形的图形显示器 1958 Calcomp 滚筒式绘图机 20世纪50年代末 SAGE战术防空系统
（2） 蓬勃发展和进入应用的时期（ 20世纪60年代） 1962，Ivan Sutherland 研究出了Sketchpad交互式
图形系统。 计算机及图形设备价格昂贵，技术复杂。 计算机图形学的发展，如Coons曲面 。
（5）日趋成熟的时期（ 20世纪90年代） 出现基于PC平台的价廉物美的CAD系统。 CAD系统的标准化：CGI、GKS、GKS-3D、PHIGS、
OpenGL、IGES、STEP。 智能化CAD系统。 集成化 。 科学计算可视化、虚拟设计、虚拟制造。
1.1.5 CAD软件技术的发展
以机械行业为例，说明CAD软件技术的发展历程。
（3）西北电力设计院用CAD系统建渭河电厂主厂房三 维模型，对该厂原设计方案自动校验，共查出6处隐藏 在图纸中的错误，当即进行了修改。
（4）寰球化工工程公司应用CAD技术，在盘绵乙烯装 置工程中，进行碰撞检测后，使95%以上的错误得以 纠正，在总长20多万米的管道设计中，施工结束后剩 余钢管不到10米。
20世纪60年代，CAD的主要技术特点是交互式二维绘图和三 维线框模型。
20世纪70年代，CAD的主要技术特征是自由曲线曲面生成算 法和表面造型理论，代表软件CATIA。
20世纪80年代，CAD的主要技术特征是实体造型理论和几何 建模方法， 代表软件I-DEAS。
20世纪90年代，CAD技术基础理论主要是以PTC的 Pro/Engineer为代表的参数化造型理论和以SDRC的I-DEAS 为代表的变量化造型理论，形成了基于特征的实体建模技术。
1.2.2 CAD系统的类型
（2） 蓬勃发展和进入应用的时期（ 20世纪60年代） 1962，Ivan Sutherland 研究出了Sketchpad交互式
图形系统。 计算机及图形设备价格昂贵，技术复杂。 计算机图形学的发展，如Coons曲面 。
（5）日趋成熟的时期（ 20世纪90年代） 出现基于PC平台的价廉物美的CAD系统。 CAD系统的标准化：CGI、GKS、GKS-3D、PHIGS、
OpenGL、IGES、STEP。 智能化CAD系统。 集成化 。 科学计算可视化、虚拟设计、虚拟制造。
1.1.5 CAD软件技术的发展
以机械行业为例，说明CAD软件技术的发展历程。
（3）西北电力设计院用CAD系统建渭河电厂主厂房三 维模型，对该厂原设计方案自动校验，共查出6处隐藏 在图纸中的错误，当即进行了修改。
（4）寰球化工工程公司应用CAD技术，在盘绵乙烯装 置工程中，进行碰撞检测后，使95%以上的错误得以 纠正，在总长20多万米的管道设计中，施工结束后剩 余钢管不到10米。
20世纪60年代，CAD的主要技术特点是交互式二维绘图和三 维线框模型。
20世纪70年代，CAD的主要技术特征是自由曲线曲面生成算 法和表面造型理论，代表软件CATIA。
20世纪80年代，CAD的主要技术特征是实体造型理论和几何 建模方法， 代表软件I-DEAS。
20世纪90年代，CAD技术基础理论主要是以PTC的 Pro/Engineer为代表的参数化造型理论和以SDRC的I-DEAS 为代表的变量化造型理论，形成了基于特征的实体建模技术。
1.2.2 CAD系统的类型
机械autocad技术基础第一章CAD技术概论
计算机图形学（CG）：是研究通过计算机将数据转换为
图形，并在专用的设备上显示的原理、方法和技术的科学。
30
计算机图形学(CG)研究的内容： （1）硬件：图形输入设备、图形处理设备、图形显 示设备、图形输出设备。 （2）软件：二维绘图系统、三维造型系统、动画制 作、真实感图形生产系统（多媒体）等。 （3）图形处理的理论与方法：几何元素和图形的生 产方法、实体表示理论、图形变换、图形的消隐与 剪裁等。 （4）实际应用中的图形处理。在不同领域的应用。 31
几何造型:
描述基本几何实体（几何信息）及实体间的关系（拓 扑信息），进行图形图像的技术处理。 几何造型技术 是CAD/CAM 系统的核心， 为产品设计、 制造提供基本 数据和原始信 息
25
3.工程计算分析与优化 产品设计制造过程中，涉及大量的分析计算，为系 统进行工程分析和数值计算提供必要的基本参数。 根据几何形状，计算体积、
生产阶段
加 质装性 编 工 加量 配 能 程 仿 工控 测 真 制 试 分 析 NC CAM 产 品
CAPP
17
1.2.1 从产品设计制造过程理解CAD
产品设计阶段的任务（CAD）：
根据市场需求分析的结果确定产品的性能
要求，建立产品的总体设计方案，进行综合
分析论证，设计具体结构；
包括：结构方案的优化、评估，几何参数、
生产阶段（CAM）：
NC编程 刀具路径规划、刀位文件生成、刀具轨迹
仿真及NC代码生成等。
在数控机床或加工中心上按NC程序进行零件的加 工。 在制造过程中，对关键的工序、重要的零件尺寸和 精度进行在线或离线的质量控制。
进行产品的总装和检测。
20
1.2.2 从产品设计技术理解CAD
第一章 CAD技术引论
第一章 C A D 技术引论§1.1 CAD 技术的目的和意义1. CAD 技术的含义CAD (Computer Aided Design)：计算机辅助设计 含义：使用计算机帮助人们进行产品和工程的设计。
相关概念：CAE (Computer Aided Engineering)：计算机辅助工程 CAM (Computer Aided Manufacturing)：计算机辅助制造图1-1 工程设计中人和计算机的作用设计的实质是在功能和成本之间的平衡和优化。
2. CAD 技术的目的⏹ 用计算机来完成工程设计中的重复性工作，比如繁琐的计算、单调的绘图；⏹ 应用结构分析、结构优化、人工智能和模式识别等技术帮助人们完成设计选型、结构优化等较复杂的设计工作，提高设计的自动化水平。
2 第一章 CAD技术引论3. CAD技术的意义(1) 缩短设计周期计算机处理速度快，能不间断地工作；数字化模型显示直观，并且修改方便。
(2) 提高设计质量准确、清晰、美观、标准化、三维模型。
(3) 降低设计成本工作效率的提高意味着人力资源消耗的减少；用数值模拟来替代试验，如汽车撞击、机械运动干涉、鸟撞、风洞、全机静力试验等。
§1.2 CAD技术的发展历程1．CAD技术的诞生1962年美国麻省理工学院林肯实验室I.E.Sutherland的博士论文“Sketchpad：一个人机通信的图形系统”和他研制的原型系统标志着CAD技术的诞生。
1964年美国通用汽车公司推出了第一个实用CAD系统—DAC—1系统，并将它用于汽车设计，从而首次实现了CAD技术在工程设计领域中的应用。
2．CAD硬件的发展(1) 通用机CAD阶段 60年代初~60年代末基本特征：使用通用机（大型计算机）、刷新式图形显示器。
图形输入设备：光笔典型CAD系统：美国通用汽车公司DAC—1 汽车工业洛克希德飞机公司CADAM 航空工业(2) 小型机CAD阶段 60年代末期~70年代末期基本特征：小型机、存储管式显示器图开输入设备：图形输入板典型系统：美国APPLICON公司AGS系统COMPUTEVISION公司CADDS系统(3) 微机和工作站CAD阶段 70年代至今主要特征：微机、工作站、光册扫描式显示器图形输入设备：鼠标器工程CAD讲义 3发展：今后将向基于开放的分布式工作站网络（特别是基于Internet的CAD/CAM集成化系统）方向发展。
CAD技术概论
下，这些工作表现出的“强体力劳动”特征阻碍了设计创新，特别是绘图，其复杂精确的
表达要求设计人员必须具备良好的业务素质和足够的耐力。一夜之间可以构思若干个实体
模型，而将它们用工程图的形式表达出来则需花上几倍、几十倍，甚至几百倍、上千倍的
时间。因此，在工程设计中实现“高速、自动”的绘图是
CAD研究的重要内容之一。
本节简单明了地介绍了
CAD技术的基本概念、CAD技术的发展历史和
CAD技术的
应用范围，使读者对
CAD技术有一个比较完整的了解，为后续学习打好基础。
1.1.1 CAD的基本概念
在科学技术与生产实践活动中，“自动化”成为人们梦寐以求的理想目标。随着科学
技术的不断进步，计算机不断地把人们的梦想变为现实，它辅助人们完成了这样那样的工
CAD技术与应用获得极大的发展。
5. 日趋成熟阶段(1990年—至今)
这一阶段微型计算机系统性能已相当令人瞩目，基于微机的
CAD系统越来越多，由
于它们价格低廉，所以得到迅速普及，这使得
CAD技术有了更为广泛的应用，同时也使
人们更加关注
CAD技术的标准化及完善化，在这方面主要有以下几个表现。
计算机辅助设计的工作内容不仅对计算机本身提出了较高的要求，而且对计算机外围
设备特别是高速高性能的图形输入/输出设备提出需求，这促进了计算机及其外围设备的发
展，事实上，CAD的理论与技术与计算机几乎是同步发展的，因为“自动计算”是
CAD
的有机组成部分。区分
CAD系统与计算机系统主要依据是关于图形图像的处理理论与技
CAD/CAM系统的作用，大大缩短了生产
周期，提高了产品质量。利用网络技术、分布式操作系统、分布式数据库等技术，使各工
表达要求设计人员必须具备良好的业务素质和足够的耐力。一夜之间可以构思若干个实体
模型，而将它们用工程图的形式表达出来则需花上几倍、几十倍，甚至几百倍、上千倍的
时间。因此，在工程设计中实现“高速、自动”的绘图是
CAD研究的重要内容之一。
本节简单明了地介绍了
CAD技术的基本概念、CAD技术的发展历史和
CAD技术的
应用范围，使读者对
CAD技术有一个比较完整的了解，为后续学习打好基础。
1.1.1 CAD的基本概念
在科学技术与生产实践活动中，“自动化”成为人们梦寐以求的理想目标。随着科学
技术的不断进步，计算机不断地把人们的梦想变为现实，它辅助人们完成了这样那样的工
CAD技术与应用获得极大的发展。
5. 日趋成熟阶段(1990年—至今)
这一阶段微型计算机系统性能已相当令人瞩目，基于微机的
CAD系统越来越多，由
于它们价格低廉，所以得到迅速普及，这使得
CAD技术有了更为广泛的应用，同时也使
人们更加关注
CAD技术的标准化及完善化，在这方面主要有以下几个表现。
计算机辅助设计的工作内容不仅对计算机本身提出了较高的要求，而且对计算机外围
设备特别是高速高性能的图形输入/输出设备提出需求，这促进了计算机及其外围设备的发
展，事实上，CAD的理论与技术与计算机几乎是同步发展的，因为“自动计算”是
CAD
的有机组成部分。区分
CAD系统与计算机系统主要依据是关于图形图像的处理理论与技
CAD/CAM系统的作用，大大缩短了生产
周期，提高了产品质量。利用网络技术、分布式操作系统、分布式数据库等技术，使各工
第1章 CAD／CAM技术概论
第1章 CAD／CAM技术概论随着CAD／CAM技术的迅猛发展，许多企业已将CAD／CAM技术运用到实际的生产当中，把产品的数字化模型、工程分析、产品设计、数控编程、模拟加工、生产加工等环节融为一体，进行整个生产周期的全方位预测和控制。
本章主要介绍CAD／CAM的基本概念、CAD／CAM 系统的组成和CAD／CAM技术的发展等内容。
1．1 CAD／CAM技术1．1．1 CAD/CAM的基本概念1．CAD(Computer Aided Design——计算机辅助设计)以计算机为辅助工具来完成产品设计过程中的各项工作，如草图绘制、零件设计、零件装配、装配干涉分析等，并达到提高产品设计质量、缩短产品开发周期、降低产品成本的目的。
2．CAE(Computer Aided Engineering——计算机辅助工程分析)以现代计算力学和有限元分析为基础、以计算机仿真为手段，对设计产品进行结构参数、强度、寿命、运动状态及优化性能等方面的工程分析，用于测量与校核产品的可靠性和优化程度。
3．CAPP(Computer Aided Process Planning——计算机辅助工艺过程设计)以计算机为辅助工具，并根据产品的设计信息、要求及产品制造工艺要求，交互地或自动地确定出产品加工方法和方案，例如，进行加工方法选择、工艺路线确定、工序设计等。
4．CAM(Computer Aided Manufacturing——计算机辅助制造)CAM有广义和狭义两种定义。
广义CAM是指借助计算机来完成从生产准备到产品制造出来的全过程中的各项活动，包括工艺过程设计(CAPP)、工装设计、计算机辅助数控加工编程、生产作业计划、制造过程控制、计算机辅助质量检测(CAQ)与分析、产品数据管理(PDM)等。
狭义CAM通常只是指NC程序编制，包括刀具路径规划、刀位文件生成、刀具轨迹仿真及NC 代码生成等。
1．1．2 CAD/ CAM的集成自70年代中期以来，计算机的应用日益广泛，几乎深入到生产过程的所有领域，并形成了很多计算机辅助的分散系统。
CAD技术第一章CADCAECAM概论
第一章 概 述
注射成型CAD/CAE/CAM
注射成型CAD 包括产品图与模具型腔图 的尺寸转换、标准模架与典型结构的生成 、模具零件图和总装图的生成、模具刚度 与强度校核、设计进程管理、模具成本分 析与计算等。 注射成型CAE 注射工艺分析。 注射成型CAM 研究注射模具的数控加工.
第一章 概 述
第一章 概 论
第一章 概 论
1.1 CAD/CAE/CAM基本概念 1.2 CAD/CAE/CAM系统集成 1.3 材料加工CAD/CAE/CAM 1.4 CAD/CAE/CAM发展趋势
第一章 概 述
学习目标： 掌握CAD/CAE/CAM的基本概念；理解 CAD/CAE/CAM系统集成、材料加工 CAD/CAE/CAM；了解CAD/CAE/CAM技术应 用和发展。 学习重点： CAD/CAE/CAM的概念。
研究对象的三维数据 CAE 分析结果及优化方案 CAD 数据信息 CAM
CAD系统
CAM是CAD设计方案（理念）物化的最佳途径
CAD、CAE、CAM的集成是技术发展 的必然结果。
第一章 概 述
从产品设计——制造全过程、企业的全局出发
产品生命周期
产品生命周期是指某一个产品从完成试制、投 放市场开始，直到最后被淘汰退出市场为止的 过程所经历的时间。 产品的生命周期可分为产品研究、产品规划、 产品设计、产品试制、产品制造、产品销售、 产品使用及产品报废、回收等阶段。 计算机的应用，面对产品的整个生命周期。
又称模拟仿真技术。主要是通过构造能 够准确描述研究对象的某一过程或属性的 数学模型；利用合适的求解方式，设置合 理的边界条件和初始条件，得到研究对象 的某一过程或属性的求解结果。 预测可能产生的问题和发展趋势，提 出科学、合理的对策、建议和方法。
第一章CAD概论课件
2020/9/23
CAD/CAM 概 述
14
1.7 CAD系统结构
修改 设计
N2020/9/23 NhomakorabeaCAD最优化 设计
N
CAM
输入设计要求 选择设计方案 三维几何造型及产品模型
应力应变等 工程分析
装配仿真
物性
运动仿真
分析
满足产品要求? Y
输出图样及文件
CAPP NC自动编程
加工模拟
满足设计要求? Y
加工制造
工 方概程零图 案念分件纸 设设析设绘 计计计计制
算
工 艺毛 工 过坯 装 程设 设 设计 计 计
作
制
业物 造
计料 资
划管 源
编理 管
制
理
数
控 编 程 及 仿
数 控 加 工
常 规 加 工
质 量 控 制
产 品 装 配
产 品 调 试
真
2020/9/23
CAD/CAM 概 述
12
1.6 有代表意义的 CAD单项技术
CAD/CAM 概 述
设计参数
数据库
图形库
程序库
iM c
刀具切削
用量库
NC
代码库
工艺库
15
1.8 CAD系统的工作过程
• （1）通过市场需求调查以及用户对产品性能的要求， 向CAD系统输入设计要求，利用几何建模功能，构造 出产品的几何模型，计算机将此模型转换为内部的数 据信息，存储在系统的数据库中。
• 企业资源计划，简称ERP(Enterprise Resource Planning)
2020/9/23
CAD/CAM 概 述
13
第一部分：CAD概述-30页文档资料
数据库
知识库 ：算法
图形库
CAD过程模型
第一部分 CAD概述
1.2机械CAD设计方法概述
1.机械设计
根据用户要求确定产品应该具备的功能，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、以及所用材料等事项，并转 化为具体的描述，如图纸和设计文件等，以此 作为制造、安装、检验的依据。
机械设计是产品从设计、制造、装配、销售和 生命周期的第一个和最重要的环节，因为产品的 成本 75%在设计阶段决定的，产品的性能80%是 在设计阶段决定的。
（1）降低工程设计成本13%~30%；
（2）减少产品设计到投产的时间30%~60%；
（3）产品质量的量级提高2~5倍； （4）减少加工过程30%~60%； （5）降低人力成本5%~20%； （6）增加产品作业生产率40%~70%； （7）增加设备的生产率2~3倍； （8）增加工程师分析问题的广度和深度的能力3~35倍。
第一部分 CAD概述
2).目前CAD应用中存在的问题：
①CAD系统仅作为绘图工具，缺乏设计方法学的指导。 ②产品及零部件的标准化不足。 ③集成化程度不高，信息交换标准不统一。 ④对数据和文档缺乏完善的编码和有效的分类系统。 ⑤缺乏完善的数据管理和过程管理系统。
1.3 机械CAD的发展历程及发展趋势 1.标准化 2.集成化 3.智能化 4.网络化 5.可视化
3.CAD技术的成就 根据美国国家工程学院对人类1964年~1989年25年间工程成
就的评选，其结果是CAD技术的开发应用是十大成就之一。
第一部分 CAD概述
利用CAD的目的就是实现某种程度的设计自动化，缩 短设计周期，降低设计成本，提高设计质量，获得较好的 经济效益。CAD技术所产生的经济效益是十分可观的， 美国科学院工程技术委员会的统计分析是：
第一章现代CAD技术概论
本章小结
★CAD技术的定义（传统CAD和现代CAD）
★CAD技术的发展历程
★国内外CAD技术的发展与研究现状 ★先进制造技术与CAD技术之间的有机联系 ☆CIM/CIMS ☆CE ☆AM
12.7.22
第1章 现代CAD技术概论
关于习题
1-1试述传统CAD与现代CAD技术的区别与联系，并举例说明。
1-2请查阅有关文献资料或网站，列举3个你最感兴趣的属于现 代CAD技术研究领域的主要课题，并尽你所能总结出该课题研 究主要问题，并参与有关讨论。
基于CIM理念构成的计算机化、信息化、智能化、集成化的制造系统，强调 信息的集成。
影响 ◆产品建模问题：完成CAD建模设计 ◆数据交换问题：不同应用软件之间的数据共享 ◆工程数据管理问题：异构数据库的相互访问
12.7.22
第1章 现代CAD技术概论
第4节 先进制造技术对CAD技术的影响
并行工程对CAD技术的影响
12.7.22
第1章 现代CAD技术概论
第4节 先进制造技术对CAD技术的影响
CIM、CIMS对CAD技术的影响
计算机集成制造CIM（Computer Integrated Manufacturing）
计算机集成制造系统CIMS（ Computer Integrated Manufacturing System ）
第1章 现代CAD技术概论
第3节 CAD技术在我国的应用和发展
湖南大学CAD/CAE/CAM研究成果（部分） 序号 项 目 名 称 获奖类别及等级 薄板冲压工艺与模具设计理论、计算方 国家科技进步一等奖 1
法和关键技术在车身制造中的应用 2002 湖南省科技进步一等奖 2001 湖南省科技进步一等奖 2002
★CAD技术的定义（传统CAD和现代CAD）
★CAD技术的发展历程
★国内外CAD技术的发展与研究现状 ★先进制造技术与CAD技术之间的有机联系 ☆CIM/CIMS ☆CE ☆AM
12.7.22
第1章 现代CAD技术概论
关于习题
1-1试述传统CAD与现代CAD技术的区别与联系，并举例说明。
1-2请查阅有关文献资料或网站，列举3个你最感兴趣的属于现 代CAD技术研究领域的主要课题，并尽你所能总结出该课题研 究主要问题，并参与有关讨论。
基于CIM理念构成的计算机化、信息化、智能化、集成化的制造系统，强调 信息的集成。
影响 ◆产品建模问题：完成CAD建模设计 ◆数据交换问题：不同应用软件之间的数据共享 ◆工程数据管理问题：异构数据库的相互访问
12.7.22
第1章 现代CAD技术概论
第4节 先进制造技术对CAD技术的影响
并行工程对CAD技术的影响
12.7.22
第1章 现代CAD技术概论
第4节 先进制造技术对CAD技术的影响
CIM、CIMS对CAD技术的影响
计算机集成制造CIM（Computer Integrated Manufacturing）
计算机集成制造系统CIMS（ Computer Integrated Manufacturing System ）
第1章 现代CAD技术概论
第3节 CAD技术在我国的应用和发展
湖南大学CAD/CAE/CAM研究成果（部分） 序号 项 目 名 称 获奖类别及等级 薄板冲压工艺与模具设计理论、计算方 国家科技进步一等奖 1
法和关键技术在车身制造中的应用 2002 湖南省科技进步一等奖 2001 湖南省科技进步一等奖 2002
1第一讲CAD概论资料
2018/10/28
CAD技术的优点和风险
提高设计效率 提高设计质量 便于产品标准化、系列化 设计阶段可预估产品特性 易于实现网络化设计
为实现CAM提供基础
使产品快速进入市场 一次资金投入较大 对工程人员及素质要求较高
2018/10/28
CAD的系统组成
人
软件系统 应用程序 图形软件 高级语言 操作系统
CAD基础及应用
2018/10/28
目录
第一章 概论 第二章 概论 CAD系统的组成 CAD接口技术及图形标准 第三章 计算机图形处理技术基础 CAD软件工程技术 第四章 自由曲线和自由曲面 计算机图形处理技术基础 第五章 几何造型系统 几何造型系统 第六章 CAD接口技术及图形标准 自由曲线和自由曲面 第七章 工程数据的计算机处理 AutoCAD绘图软件包 第八章 二次开发技术 二次开发技术 第九章 平面连杆机构 CAD技术的发展 第十章 工程数据的计算机处理 第十一章 计算机辅助制造技术 第十二章 平面连杆机构CAD技术的发展
2018/10/28
首页
CAD系统系统的硬件
计算机主机
1）内存：64M以上 2）外存：2GB以上 3）5）显存：8GB以上
外存储器
图形输入设备
鼠标器
图形输出设备
1）显示器显示器：
• 15in（1024×1024），真彩 • 显示卡：SGA
2）打印机 3）绘图仪
2018/10/28
CAD软件系统包括那几个层次？
2018/10/28
• 设计速度低下 • 设计精度不高 • 劳动强度大 • 影响着产品的质量和周期。
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刀具路径规划
刀位文件生成 刀具轨迹仿真 NC代码生成
三、CAD/CAM系统组成
1、系统硬件的构成与分类
系统的基本构成
1、计算机 2、图形输入设备 3、绘图输出设备
三、CAD/CAM系统组成
1、系统硬件的构成与分类
系统的分类
1、微机系统（目前的主流） 2、图形工作站系统 3、小型机系统
机械CAD/CAM
主讲 沈精虎
课程基础调研
一、学过的相关课程
计算机类课程 编程基础 设计类软件基础
二、专业情况
本科所学专业 目前专业
课程安排
一、课时
讲课：36学时 上机：自由安排
二、目的
1、掌握CAD/CAM基本理论 2、掌握CAD/CAM常用软件基本用法 3、支撑软件的二次开发方法（AutoCAD、ProE、UG等）
一、CAD技术概论
4、CAD的发展
一、准备酝酿阶段
显示器
20世纪50年代
标志：1950 MIT“旋风I号”图形
电子管计算机 速度慢、存储能力低
1958 Calcomp滚筒式绘图
机 Gerber平板绘图仪
硬件水平低
一、CAD技术概论
4、CAD的发展
二、成长发展阶段
直接存取存储器 阴极射线管显示器 商品化的CAD设备不断出现 1962 MIT的I.E.Sutherland 计算机图形学 交互技术 分层储存符号
☆ 数据库管理软件 Foxbase、Foxpro、Paradox、MySQL等
SQL Server、Oracle、Sybase、Dbase、Access、
☆ 图形核心 GKS、ACIS、ParaSolid OpenGL等 AutoCAD、MDT和Inventor
Pro/Engineer (Creo)
CAD的功能（4）
自动绘图
CAD设计结果需要通过二维工程图或其他方式 输出
一、CAD技术概论
2、CAD的作用与功能
CAD的功能（5）
工程信息的有效存储及工程数据库的管理与共享 工程设计中的信息量是非常大的，而且信息的形式、属性、 关系也是多样的、复杂的，计算机辅助设计系统就是建立在对这 些工程信息的有效存储、管理、传递和共享的基础上，利用计算 机的外存储器的大容量特点和数据库技术，形成工程数据库和图 形数据库及其管理系统，并为各个专业设计提供共享数据的用户 模式和它们之间的接口，支持多个用户协调作业，各自独立而又 互不干涉地完成对设计信息的存取、加工、转换，实现设计目标。 在数据库和图形库的支持下，用户的应用软件开发也可以与存储 设备、数据结构等无关，使计算机辅助设计系统具有良好的可扩 充性。
CAD的功能（2）
一、CAD技术概论
2、CAD的作用与功能
CAD的功能（3）
评价仿真 通过动态仿真的方式为设计者提供逼真的 运动图像以供决策
一、CAD技术概论
2、CAD的作用与功能
一、CAD技术概论
2、CAD的作用与功能
一、CAD技术概论
2、CAD的作用与功能
一、CAD技术概论
2、CAD的作用与功能
2、展示大作业内容，答辩
六、参考书目
1、《 机械CAD技术基础》（第三版），童秉枢等， 清华大学出版社 2、《 CAD/CAM技术》， 唐荣锡，北京航空航天大学出版社 3、《CAD/CAPP/CAM基本教程》，戴同，机械工业出版社 4、《 CAD/CAM技术》，宁汝新等，机械工业出版社 5、 《 CAGD & NURBS》，施法中，高等教育出版社
一、CAD技术概论
4、CAD的发展
CAD技术的发展趋势 4-I 1、三维可视化 Interactive交互 2、集成化 Integrated
CIMS、并行工程、PDM, 缩短产品的开 发周期，提高劳动生产率
3、智能化 Intelligent
将某一领域中专家的知识和经验，运用人工智能和专家系 统技术，归纳成一些规则，并形成知识库，再利用推理机 制，进行推理和判断，得到具有专家水平的设计结果 。
20世纪60年代
晶体管计算机 速度较快、存储能 力增强
“Sketchpad：一个人机通讯的图形系统” 为CAD技术的发展和应 用打下了理论基础
软件水平大大提高，产生了许多 计算机语言，如Fortran
一、CAD技术概论
4、CAD的发展
三、成熟推广阶段
20世纪70年代
大规模集成电路 光栅扫描显示器、光笔、数字化仪 标志：1970 Applicon 推出了完整的CAD系统
开始
市场信息 设计需求 分析
C A D 的 设 计 过 程
1、可进行多方案优化、决 问题定义 策； 2、设计精度和可靠性大大 提高； 几何造型 综合设计 3、图形、数据处理能力强； 4、效率高、设计制造一体 工程分析 化； 分析优化 成本低。
评价 产生设计结 果并评价 自动绘图
表示
一、CAD技术概论
2、 CAD技术的作用与功能
CAD的作用
1)提高设计效率，缩短设计周期； 2)提高了设计质量； 3)各部门信息交流迅速、可靠； 4)设计与分析工作模式的统一； 5)有利于产品标准化、系列化、通 用化。
一、CAD技术概论
2、CAD的作用与功能
CAD的功能（1）
几何建模 三维模型为设计人员提供直观的、正确的 产品图形 ，包括装配和零件
一、CAD技术概论
3、CAD的应用领域
• 制造业 机床、汽车、飞机、船舶、航天器等 • 工程设计 建筑设计、结构设计、设备设计、城市规划、水利工 程设计等 • 电气与电子 电路原理图、印刷电路板设计、集成电路大规模集成 电路设计等 • 仿真模拟与动画制作 飞机训练、作战仿真、电影动画等 • 其他应用 轻工、纺织、家电、服装、制鞋
工时定额计算
刀夹量具设计
二、CAPP/CAM技术概论
2、 CAM-Computer Aided Manufacturing
广义概念
利用计算机辅助完成从生产准备到产品制造整个过程的活动，包括：
工艺过程设计 工装设计 NC自动编程 生产作业规划 生产控制
质量控制等
狭义概念 主要指NC程序编制，包括：
4、网络化 Internet
二、CAPP/CAM技术概论
1、 CAPP-Computer Aided Process Planning
根据产品设计阶段给出的信息，交互或自动完成产品加工方法的选 择和工艺过程的设计。 毛坯设计 加工方法选择 工艺路线制定 工序设计
机床、道具的选择
切削用量计算 加工余量分配
日本：90%以上应用CAD技术
美国：＞300家CAD/CAM公司
★ 应用领域越来越广
辅助机械设计、印刷 电路板设计 超大规模集成电路设计、 服装与花样设计、管道布 局设计等
一、CAD技术概论
4、CAD的发展
CAD软件技术历程
• • • • • • • 线框造型 曲面造型——Catia 实体造型——I-deas 参数化特征造型造型——Pro/E 变量化技术——I-deas KBE(基于知识的工程)——UG 行为建模技术——Pro/E 2000i2
三、CAD/CAM系统组成
2、 微机系统的硬件组成
输入设备：键盘、（2D、 3D）鼠标器、数字化仪、 光笔
外存储器 光盘、移动 硬盘等 主机
图形显示设备
通信接口
输出设备 打印机、绘图仪
三、CAD/CAM系统组成
3、 系统的软件组成
三个层次： 系统软件、支撑软件、应用软件 系统软件： 主要用于计算机的管理、维护、控制及运行， 以及计算机程序的翻译、装入和运行。 操作系统、编译系统、网络系统
支撑软件： CAD软件系统的核心，为满足CAD工作中一些 用户共同需要而开发的通用软件。数据库系统。 应用软件： 在系统软件和支撑软件的基础上，针对某一 专门应用领域而研制的软件，即为二次开发 软件。
常用支撑软件
常用数学方法库、有限元分析和优化设计软件 ☆ 计算机分析软件 如SAP-5、ADINA、NASTRAN、ANSYS等
4、结合专业解决实际问题
课程安排
三、特点
1、理论知识涉及面广、杂
2、知识更新快 3、实践性强（特别强调自己动手，否则收获很小）
四、要求
1、带着问题学习 2、做好讨论前的准备工作 3、通过Internet了解CAD/CAM发展动态（非常重要）
课程安排
五、考查
1、结合自己的专业解决实际问题（大作ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ），写出设计说明书或论文
一、CAD技术概论
2、CAD的作用与功能
CAD的功能（6）
知识库基础上的专家系统和人工智能型辅助设计与决策
人工智能是一门具有潜在吸引力的学科，专家系统是人工智 能的一个重要分支，它建立在知识库相推理机制的基础上，能够 综合运用专门学科的知识和经验，进行推理、判断、决策，解决 人们一般能力难以解决的问题。智能计算机辅助设计系统，综合 了设计者的知识和经验，并通过系统本身提供的高智能推理机制 和人机通讯能力，利用大容量存储和快速转换的能力，在设计的 过程中，可以适时地提供设计方案和建．协助设计者进行更加有 效、富有创造性的设计工作。
一、CAD技术概论
2、CAD的作用与功能
一、CAD技术概论
2、CAD的作用与功能
一、CAD技术概论
2、CAD的作用与功能
一、CAD技术概论
2、CAD的作用与功能
CAD的功能（2）
工程分析
包括产品常规设计和优化设计、有限元分 析、可靠性分析、动态分析等科学计算
一、CAD技术概论
2、CAD的作用与功能
Computer Aided Design
什么是CAD ?
一、CAD技术概论
1、CAD的概念
刀位文件生成 刀具轨迹仿真 NC代码生成
三、CAD/CAM系统组成
1、系统硬件的构成与分类
系统的基本构成
1、计算机 2、图形输入设备 3、绘图输出设备
三、CAD/CAM系统组成
1、系统硬件的构成与分类
系统的分类
1、微机系统（目前的主流） 2、图形工作站系统 3、小型机系统
机械CAD/CAM
主讲 沈精虎
课程基础调研
一、学过的相关课程
计算机类课程 编程基础 设计类软件基础
二、专业情况
本科所学专业 目前专业
课程安排
一、课时
讲课：36学时 上机：自由安排
二、目的
1、掌握CAD/CAM基本理论 2、掌握CAD/CAM常用软件基本用法 3、支撑软件的二次开发方法（AutoCAD、ProE、UG等）
一、CAD技术概论
4、CAD的发展
一、准备酝酿阶段
显示器
20世纪50年代
标志：1950 MIT“旋风I号”图形
电子管计算机 速度慢、存储能力低
1958 Calcomp滚筒式绘图
机 Gerber平板绘图仪
硬件水平低
一、CAD技术概论
4、CAD的发展
二、成长发展阶段
直接存取存储器 阴极射线管显示器 商品化的CAD设备不断出现 1962 MIT的I.E.Sutherland 计算机图形学 交互技术 分层储存符号
☆ 数据库管理软件 Foxbase、Foxpro、Paradox、MySQL等
SQL Server、Oracle、Sybase、Dbase、Access、
☆ 图形核心 GKS、ACIS、ParaSolid OpenGL等 AutoCAD、MDT和Inventor
Pro/Engineer (Creo)
CAD的功能（4）
自动绘图
CAD设计结果需要通过二维工程图或其他方式 输出
一、CAD技术概论
2、CAD的作用与功能
CAD的功能（5）
工程信息的有效存储及工程数据库的管理与共享 工程设计中的信息量是非常大的，而且信息的形式、属性、 关系也是多样的、复杂的，计算机辅助设计系统就是建立在对这 些工程信息的有效存储、管理、传递和共享的基础上，利用计算 机的外存储器的大容量特点和数据库技术，形成工程数据库和图 形数据库及其管理系统，并为各个专业设计提供共享数据的用户 模式和它们之间的接口，支持多个用户协调作业，各自独立而又 互不干涉地完成对设计信息的存取、加工、转换，实现设计目标。 在数据库和图形库的支持下，用户的应用软件开发也可以与存储 设备、数据结构等无关，使计算机辅助设计系统具有良好的可扩 充性。
CAD的功能（2）
一、CAD技术概论
2、CAD的作用与功能
CAD的功能（3）
评价仿真 通过动态仿真的方式为设计者提供逼真的 运动图像以供决策
一、CAD技术概论
2、CAD的作用与功能
一、CAD技术概论
2、CAD的作用与功能
一、CAD技术概论
2、CAD的作用与功能
一、CAD技术概论
2、CAD的作用与功能
2、展示大作业内容，答辩
六、参考书目
1、《 机械CAD技术基础》（第三版），童秉枢等， 清华大学出版社 2、《 CAD/CAM技术》， 唐荣锡，北京航空航天大学出版社 3、《CAD/CAPP/CAM基本教程》，戴同，机械工业出版社 4、《 CAD/CAM技术》，宁汝新等，机械工业出版社 5、 《 CAGD & NURBS》，施法中，高等教育出版社
一、CAD技术概论
4、CAD的发展
CAD技术的发展趋势 4-I 1、三维可视化 Interactive交互 2、集成化 Integrated
CIMS、并行工程、PDM, 缩短产品的开 发周期，提高劳动生产率
3、智能化 Intelligent
将某一领域中专家的知识和经验，运用人工智能和专家系 统技术，归纳成一些规则，并形成知识库，再利用推理机 制，进行推理和判断，得到具有专家水平的设计结果 。
20世纪60年代
晶体管计算机 速度较快、存储能 力增强
“Sketchpad：一个人机通讯的图形系统” 为CAD技术的发展和应 用打下了理论基础
软件水平大大提高，产生了许多 计算机语言，如Fortran
一、CAD技术概论
4、CAD的发展
三、成熟推广阶段
20世纪70年代
大规模集成电路 光栅扫描显示器、光笔、数字化仪 标志：1970 Applicon 推出了完整的CAD系统
开始
市场信息 设计需求 分析
C A D 的 设 计 过 程
1、可进行多方案优化、决 问题定义 策； 2、设计精度和可靠性大大 提高； 几何造型 综合设计 3、图形、数据处理能力强； 4、效率高、设计制造一体 工程分析 化； 分析优化 成本低。
评价 产生设计结 果并评价 自动绘图
表示
一、CAD技术概论
2、 CAD技术的作用与功能
CAD的作用
1)提高设计效率，缩短设计周期； 2)提高了设计质量； 3)各部门信息交流迅速、可靠； 4)设计与分析工作模式的统一； 5)有利于产品标准化、系列化、通 用化。
一、CAD技术概论
2、CAD的作用与功能
CAD的功能（1）
几何建模 三维模型为设计人员提供直观的、正确的 产品图形 ，包括装配和零件
一、CAD技术概论
3、CAD的应用领域
• 制造业 机床、汽车、飞机、船舶、航天器等 • 工程设计 建筑设计、结构设计、设备设计、城市规划、水利工 程设计等 • 电气与电子 电路原理图、印刷电路板设计、集成电路大规模集成 电路设计等 • 仿真模拟与动画制作 飞机训练、作战仿真、电影动画等 • 其他应用 轻工、纺织、家电、服装、制鞋
工时定额计算
刀夹量具设计
二、CAPP/CAM技术概论
2、 CAM-Computer Aided Manufacturing
广义概念
利用计算机辅助完成从生产准备到产品制造整个过程的活动，包括：
工艺过程设计 工装设计 NC自动编程 生产作业规划 生产控制
质量控制等
狭义概念 主要指NC程序编制，包括：
4、网络化 Internet
二、CAPP/CAM技术概论
1、 CAPP-Computer Aided Process Planning
根据产品设计阶段给出的信息，交互或自动完成产品加工方法的选 择和工艺过程的设计。 毛坯设计 加工方法选择 工艺路线制定 工序设计
机床、道具的选择
切削用量计算 加工余量分配
日本：90%以上应用CAD技术
美国：＞300家CAD/CAM公司
★ 应用领域越来越广
辅助机械设计、印刷 电路板设计 超大规模集成电路设计、 服装与花样设计、管道布 局设计等
一、CAD技术概论
4、CAD的发展
CAD软件技术历程
• • • • • • • 线框造型 曲面造型——Catia 实体造型——I-deas 参数化特征造型造型——Pro/E 变量化技术——I-deas KBE(基于知识的工程)——UG 行为建模技术——Pro/E 2000i2
三、CAD/CAM系统组成
2、 微机系统的硬件组成
输入设备：键盘、（2D、 3D）鼠标器、数字化仪、 光笔
外存储器 光盘、移动 硬盘等 主机
图形显示设备
通信接口
输出设备 打印机、绘图仪
三、CAD/CAM系统组成
3、 系统的软件组成
三个层次： 系统软件、支撑软件、应用软件 系统软件： 主要用于计算机的管理、维护、控制及运行， 以及计算机程序的翻译、装入和运行。 操作系统、编译系统、网络系统
支撑软件： CAD软件系统的核心，为满足CAD工作中一些 用户共同需要而开发的通用软件。数据库系统。 应用软件： 在系统软件和支撑软件的基础上，针对某一 专门应用领域而研制的软件，即为二次开发 软件。
常用支撑软件
常用数学方法库、有限元分析和优化设计软件 ☆ 计算机分析软件 如SAP-5、ADINA、NASTRAN、ANSYS等
4、结合专业解决实际问题
课程安排
三、特点
1、理论知识涉及面广、杂
2、知识更新快 3、实践性强（特别强调自己动手，否则收获很小）
四、要求
1、带着问题学习 2、做好讨论前的准备工作 3、通过Internet了解CAD/CAM发展动态（非常重要）
课程安排
五、考查
1、结合自己的专业解决实际问题（大作ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ），写出设计说明书或论文
一、CAD技术概论
2、CAD的作用与功能
CAD的功能（6）
知识库基础上的专家系统和人工智能型辅助设计与决策
人工智能是一门具有潜在吸引力的学科，专家系统是人工智 能的一个重要分支，它建立在知识库相推理机制的基础上，能够 综合运用专门学科的知识和经验，进行推理、判断、决策，解决 人们一般能力难以解决的问题。智能计算机辅助设计系统，综合 了设计者的知识和经验，并通过系统本身提供的高智能推理机制 和人机通讯能力，利用大容量存储和快速转换的能力，在设计的 过程中，可以适时地提供设计方案和建．协助设计者进行更加有 效、富有创造性的设计工作。
一、CAD技术概论
2、CAD的作用与功能
一、CAD技术概论
2、CAD的作用与功能
一、CAD技术概论
2、CAD的作用与功能
一、CAD技术概论
2、CAD的作用与功能
CAD的功能（2）
工程分析
包括产品常规设计和优化设计、有限元分 析、可靠性分析、动态分析等科学计算
一、CAD技术概论
2、CAD的作用与功能
Computer Aided Design
什么是CAD ?
一、CAD技术概论
1、CAD的概念