计算机辅助设计技术基础读书报告

目录
1 CAD技术概述 (2)
1.1 CAD技术的基本概念 (2)
1.2 CAD技术发展概况 (3)
1.3 CAD技术的发展趋势 (5)
2 数据库的应用实例 .............................................. 错误!未定义书签。

2.1 数据结构和数据库 ....................................... 错误!未定义书签。

2.2 数据库在学生成绩管理系统中的应用 ..... 错误!未定义书签。

2.3 简易提款机的数据库应用 ........................... 错误!未定义书签。

3 常用的CAD和CAE应用软件简介 (6)
3.1 AutoCAD基本功能及特点 (6)
3.2 HyperWorks 的CAE基本功能及特点 (7)
4 矩形法、梯形法及辛普森数值积分的基本思想错误!未定义书签。

4.1 矩形法积分的基本思想 ............................... 错误!未定义书签。

4.2 梯形积分法的基本思想 ............................... 错误!未定义书签。

4.3 辛普森积分的基本思想 ............................... 错误!未定义书签。

5 二分法方程求根的程序流程图 .......................... 错误!未定义书签。

6 三维空间平移、旋转、镜像的比例变换 .......... 错误!未定义书签。

6.1 平移................................................................ 错误!未定义书签。

6.2 旋转（绕X轴）........................................... 错误!未定义书签。

6.3 镜像（以原点）比例变换 .......................... 错误!未定义书签。

7 CAD/CAPP/CAM的集成.................................... 错误!未定义书签。

7.1 CIMS集成型网络结构.................................. 错误!未定义书签。

7.2 CAD/CAPP/CAM集成体系结构 ................. 错误!未定义书签。

7.3 数据交换 ....................................................... 错误!未定义书签。

参考文献..................................................................... 错误!未定义书签。

1 CAD技术概述
1.1 CAD技术的基本概念
计算机辅助设计技术（CAD技术）是一门基于计算机技术、计算机图形学而发展起来的并与专业领域技术相结合的具有多学科综合性的技术，简称CAD技术。

随着计算机技术的发展，CAD软件也在不断地发展。

现在，CAD已经形成了一个灵活协调的系统，设计者可与计算机取长补短，形成人类智慧与系统硬件和软件的巧妙结合，使设计者可在计算机辅助下进行模型的建立，工程计算分析、优化、运动及动力模拟、评价、修改、决策等创造性工作。

广义上的CAD技术包括了计算机辅助设计技术和计算机辅助工程分析技术两方面。

⑴计算机辅助设计
计算机辅助设计（Computer Aided Design , CAD）是指在计算机硬件和软件的支持下，通过对产品的描述、造型、系统分析、优化、仿真和图形化处理的研究与应用，使计算机辅助工程技术人员完成产品的全部设计过程的一种现代设计技术。

⑵计算机辅助工程分析
计算机辅助工程分析（Computer Aided Engineering ,CAE）是指一系列对产品设计进行各种模拟、仿真、分析和优化的技术，是一种用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及机构性能的优化设计等问题的近似数值分析方法。

CAE技术主要包括有限元分析、运动学和动力学分析、流体力学分析、优化设计分析等内容。

1.2 CAD技术发展概况
计算机辅助设计（Computer Aided Design , CAD）技术是电子信息技术的一个重要组成部分；是促进科研成果开发和转化、实现设计自动化、加快国民经济发展和国防现代化的一项关键新技术；是提高产品和工程设计水平、降低消耗、缩短科研和新产品开发周期、大幅度提高劳动生产率的重要手段；也是科研单位提高自主研究与开发能力，企业提高创新能力和管理水平，参与国际竞争的重要条件。

CAD的发展是伴随计算机技术的发展而发展的。

50年代末由于晶体管计算机的产生，使得计算机应用理论也随之发展。

与60年代I.E.Sutherland 在他的博士论文“Sketchpad—A——一种人机对话
系统”中首次设想：设计者坐在阴极射线管显示装置的控制台前，利用光笔操作，计算机根据光笔指定的点画直线、图，设计者可随心所欲的对显示的图形进行修改、删除。

并提出系统对符号和图案的存储采用分层的数据结构。

60年代计算机进入了已集成电路为基本元件的第三代计算机时代，这是出现了许多商品化的CAD设备。

如IBM公司推出了商品化计算机绘图设备。

CAD技术进入应用时期。

70年代，CAD技术进入快速发展时期。

以后随着计算机的不断发展，CAD技术也是发展快速，使其功能也在不断地丰富和强大。

CAD这一新兴学科能充分运用计算机高速运算和快速绘图的强大功能为工程设计及产品设计服务，因而发展迅速，目前已获得了广泛应用。

CAD技术的迅速发展，使得它几乎推动了一切领域的设计革命，彻底改变了传统的手工设计绘图方式，极大的提高了产品开发的速度和精度，使得科技人员的智慧和能力得到了延伸。

应用CAD技术来对产品进行设计，能使设计、生产、维修工作快速而高效率的进行，所带来的经济效益是十分明显的。

例如：过去生产一个大规模集成电路芯片，要花两年的时间，用CAD只要两周就能完成；美国GM公司汽车设计中应用了CAD技术，是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％。

CAD技术的发展与应用水平已经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。

我国的CAD技术的研究和开发工作起步相对比较晚，自80年代开始，CAD技术应用工作才逐步得到开展。

近几年，CAD技术已在我国得到了广泛的应用和开发。

1.3 CAD技术的发展趋势
随着高科技的发展，CAD的研究及应用领域仍在不断延伸，新的分支相应产生，CAD技术在实际应用领域又有了新的发展。

⑴计算机集成制造系统
计算机集成制造系统（简称CIMS）是在新的生产组织原理指导下形成的一种新型生产模式，它要求将CAD/CAPP/CAM/CAE集成起来。

四者的集成应是建立一种新的设计、生产、分析以及技术管理的一体化，并不是将孤立的四个系统进行简单的连接，而是从概念设计开始就考虑到集成。

从目前研究看，计算机图形处理技术、图形输入和工程图样识别、产品造型技术、参数化设计方法、计算机辅助工艺规范设计、工程数据管理技术和数据交换技术等关键技术的实现有利于逐步实现系统的集成。

⑵科学计算可视化
为了客观的反应事物的本质和规律，许多情况下用三维图形表示是不够的，需用多维图形来表示，例如多参数，多变量问题的图示。

工程中许多过程需要模拟仿真，采集的数据需要图示化。

可视化是一种特殊的计算方法，它把数字符号转换为几何图像或图形，使研究者能够观察它们的模拟和计算过程，并进行交互控制。

⑶虚拟技术
虚拟技术是一种由计算机生成的看似真实的模拟环境，通过多种传感设备，用户可以用自然技能与之直接交互。

虚拟技术可以使CAD 的设计产品无需制造出来就可以看到产品的设计效果，通过模拟、成
型、加工、测试，使之在投产前发现问题和不足，并修改，从而避免不必要的浪费。

⑷计算机艺术
所谓的计算机艺术，最通俗的理解是“用计算机创意或制作的作品”，这里强调的是工具与手段。

与传统艺术相比，计算机艺术的价值在于信息的生成、储存于传播方式等方面的根本性突破。

⑸先进制造技术
产品的竞争是与产品的生产时间，质量和成本密不可分的，而这三者的成功往往是取决于制造技术的。

因此，我们需要先进制造技术和系统以实现并行工程、精益生产、智能制造、敏捷制造、分形企业、计算机集成制造系统等。

它们强调生产技术、组织结构优化的同时，都特别强调产品结构的优化，并对CAD技术提出新的要求。

3 常用的CAD和CAE应用软件简介
3.1 AutoCAD基本功能及特点
AutoCAD是美国Autodesk公司推出的一个通用的计算机辅助设计软件包。

它广泛应用于机械、建筑、水利、电子和航天等诸多工程领域，以及广告设计、美术制作等专业设计领域。

对于AutoCAD 2008版本来说，它的主要功能有：绘图功能、编辑功能、符号库和工具选项板、三维功能、共享功能、图形显示及输出功能和高级扩展功能。

特点：(1)具有完善的图形绘制功能；
(2)有强大的图形编辑功能；
(3)可以采用多种方式进行二次开发或用户定制；
(4)可以进行多种图形格式的转换，具有较强的数据交换能力；
(5)支持多种硬件设备；
(6)支持多种操作平台；
(7)具有通用性、易用性，适用于各类用户此外，从AutoCAD2000开始，该系统又增添了许多强大的功能，如AutoCAD设计中心（ADC）、多文档设计环境（MDE）、Internet驱动、新的对象捕捉功能、增强的标注功能以及局部打开和局部加载的功能，从而使AutoCAD系统更加完善。

3.2 HyperWorks 的CAE基本功能及特点
HyperWorks为一个企业级CAE平台，集成设计与分析多种工具，拥有开放性体系和可编程工作平台，可提供顶尖的CAE建模、可视化分析、优化分析、以及健壮性分析、多体仿真、制造仿真、以及过程自动化。

它的功能分为多个模块，大概可分为建模及后处理、优化分析、虚拟制造、流程自动化及数据管理和其他。

（1）OptiStruct 结构优化设计工具，提供拓扑、形貌、形状、尺寸等优化解决方案
（2）前后处理
1）HyperMesh
高性能、开放式有限单元前后处理器，主要用于模型处理。

相对其它软件，具有更为强大的网格划分能力。

提供几乎所有主流商业CAD系统和CAE求解器接口。

CAD接口如ProE，CATIA，IGES，UG等。

CAE接口如ansys，optistruct，abaqus，nastran，dyna，ideas 等
2）MotionView
通用多体动力学仿真及工程数据前后处理器，拥有丰富的车身模型库并支持二次开发。

3）HyperGraph
仿真和实验结果的后处理绘图工具，拥有丰富的求解器和实验数据接口、数学函数库并支持后处理模块定制，实现数据处理自动化。

4）HyperView 完整的结果后处理工具，可处理有限元分析、多提系统仿真、视频和工程数据。

5）HyperStudy 为健壮性设计开发的参数化研究和多约束优化工具
应用：实验设计（DOE）、随机仿真和优化技术
（3）求解器
1）OptiStruct/Analysis 有限元分析求解器，具有快速而精确
的特点
应用：用于线性静态和频率响应分析的求解
2）MotionSolve 多体动力学分析求解器
应用：刚体和柔体耦合分析求解
3）Radioss
应用：安全技术、生物仿真技术和车辆安全评价技术
4）HyperCrash
应用：主要用于碰撞仿真
(4)制造工艺仿真
1）HyperForm 钣金冲压成成形仿真工具，兼模具设计、管料弯曲成形和液压成形仿真模块
2）HyperXtrude 合金材料挤压成形仿真工具
3）Forging 锻压方针
4）Molding 注塑成型仿真
5）Friction Stir Welding 模拟摩擦激光焊接。