计算机辅助设计概述

• 基于特征的参数化设计： Pro/Engineer是采用用户所熟悉的特征作 为产品几何构造要素。这些特征是一些普通 的机械对象，并且可以按预先的设置很容易 地进行修改。这一功能特性给工程设计者提 供了在设计上从未有过的简易和灵活。
特征分类：
• 1.按照特征在创建过程中是否需要经过截面的绘制分为：
第一章 计算机辅助设计概述
20世纪70年代后期以来，一个以计算机辅助设计技术为 代表的新的技术改革浪潮逐渐席卷了全世界，它不仅促 进了计算机本身性能的提高和更新换代，而且几乎影响 到一切技术领域，冲击着传统的工作模式。以计算机辅 助设计这种高技术为代表的先进技术已普通应用于机械 制造、汽车、航空、造船、土建、铁道、轻纺、电子等 等许多行业工程设计中。在缩短设计周期、提高设计质 量、降低成本、发挥设计人员的创造性等方面，计算机 辅助设计起了重要的作用。
2. 1 计算机辅助设计系统的硬件组成和分类
• 2. 1. 1 计算 机辅助设计 系统的硬件 组成
2.1.2 计算机辅助设计系统的硬件分类
• 从系统结构上看，计算机辅助设计系统大致可分为单机式系统、集中 式系统和工作站网络系统三大类。
2. 3 计算机辅助设计系统的软件组成
• 所谓软件是指使用和发挥计算机效率、功 能的各种程序。整个计算机系统的工作过 程都是由软件来控制和实现的。软件的水 平是决定计算机系统的性能优劣、功能强 弱和方便适用等方面的关键因素。
1.2 计算机辅助设计的作用和功能
• 1.2.1 计算机辅助设计的作用 1．交互式的图形处理与几何模型构造 2．工程计算分析和对设计的模拟、验证、优化 3. 计算机自动绘图和辅助文档编辑 4．工程信息的有效存储及工程数据库的管理与共事 5．知识库基础上的专家系统和人工智能型辅助设计 与决策 6．良好的人机交互界面
利用计算机实施设计过程中，与计算机辅助设计有 关的各种任务可以大致地归纳为如下几个方面。 1．实体造型 2．工程分析 3．综合评价 4．自动绘图
• 总之，计算机辅助设计已经不再局限于在个别设计 阶段或环节中，而是将计算机科学的技术和方法与 各种工程领域的专业技术．在以计算机为基础的系 统中结合起来，在设计的每个阶段和所有环节中尽 可能地利用计算机系统来完成计算复杂、劳动量大、 重复性高以及单纯靠人工难以完成的设计工作，从 而辅助整个设计过程的完成。另外，体现计算机辅 助设计特征的交互式计算机图形处理和工程数据库 管理系统，为工程设计人员提供了非常方便灵活而 且高效率的设计环境，使他们省更多的时间和精力， 使用现代化的设计工具进行创造性的设计工作。整 个设计工作在计算机系统的协调和控制下，逐步朝 着集成化和自动化的方向发展。
1. 3. 2 计算机辅助设计技术的发展
1.应用的范围不断扩大，日益普及； 2.系统的性能价格比不断提高，硬件成本下降．软 件成本提高； 3.具有强大图形功能的工作站和分布式网络计算机 辅助设计系统被普遍来用； 4.计算机辅助设计软件系统集成化程度提高．出现 各种软件商品； 5.图形和数据接口等软件标准化； 6.重视对工程数据库、智能计算机辅助设计专家系 统的研究； 7.引入多媒体技术和虚拟现实技术，使用户界面更 加友好； 8.计算机辅助设计、制造和管理密切结合，形成一 体化系统。
Proe 简介
• 美国参数技术公司（Parametric Technology Corporation,即PTC）开发出来 的。2003年推出了最新的Pro/E Wildfire野 火版。
Proe主要特点：
单一数据库：
Pro/Engineer是建立在统一基层的数据库上， 不象一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。 所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个 库，使得每一个独立用户为一件产品造型而工作， 不管他是哪一个部门的。换言之，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。
• 70年代计算机辅助设计专家的理论研究利用有限元方 法及程序设计方法的蓬勃发展，给计算机辅助设计的 软件发展提供了理论基础。随着超大规模集成电路和 光栅图形显示器的出现，使计算机成本大幅度下降， 图形设备迅速向优质价廉的方向发展。这些新技术给 计算机辅助设计带来了巨大的动力。 • 特别是80年代以后，微型机和图形工作站的 大量涌现，为计算机辅助设计的应用和推广开辟了广 阔的领域。目前，计算机辅助设计正向着标准化、集 成化、智能化、网络化的方向发展、它将渗透到国民 经济的各个领域，使设计过程产生巨大的变革。
1.1计算机辅助设计的基本概念和内容
1.1.1计算机辅助设计的基本概念 计算机辅助设计(Computer Aided Design)， 简称CAD)是研究综合应用计算机及其有关技术帮 助人们进行工程和产品设计的技术。 • 计算机辅助设计技术的发展是与计算机软件、硬 件技术的发展和完善、与工程设计方法的革新紧 密相关的。采用计算机辅助设计已是现代工程设 计的迫切需要。
• 总之，计算机辅助设计技术以其强有力的 功能，使工程设计工作提高到一个新的水 平，它的应用是工程设计史上的一个新的 突破。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.3 计算机辅助设计的应用现状和发展趋向
• 计算机辅助设计主要研究用计算机及其图形输入 和输出等外围设备帮助人们进行工程和产品设计 的技术，它是随着计算机硬件及其软件的发展而 发展的。 • 20世纪60年代初美国麻省理工学院林肯 实验室的I．E．Sutherland发表T―Sketch—Pad： 一个人机通讯的图形系统”的博士论文，首先提 出计算机图形学、交互技术、分层存储的数据结 构等新思想，从而为计算机辅助设计技术的发展 和应用打下了理论基础，打开了计算机图形处理 和辅助设计发展的大门。
2. 3. 1 CAD/CAM常用软件
大型系统： （1）Pro/Engineer –美国PTC公司产品，是 最早的参数化造型软件，是CAD/CAE/CAM集 成软件系统，其中CAD系统尤为突出。 （2）UG--美国EDS公司产品，CAD/CAE/CAM集 成软件系统，CAM系统功能强大。己和IDEAS合并。
（1）草绘特征：拉伸、旋转、扫描、混合等 （2）放置特征：孔、倒角、圆角、壳等
• 2.按照特征创建的先后次序和依附关系分为：
（1）基础特征：实体特征、基准面 （2）构造特征：
• 父/子关系（Parent /Child Relations）
由于在创建特征的过程中参考了已有特征的某 些面或者边线所致。改变父特征都将影响子特征， 删除父特征将删除它所有的子特征。
2. 3. 1 软件系统的分类
• 计算机辅助设计的软件通常包括操作系统， 各种程序语言和编译程序、常用服务例行 程序以及应用程序等等，具体来说可分为 系统软件、支撑软件和应用软件三个层次。
2. 3. 2 CAD/CAM基本概念
• CAD/CAM( Computer Aided Design/ Computer Aided Manufacturing—计算机 辅助设计与制造)技术是由计算机技术、机 械设计和制造技术相互结合形成的一门多 学科、综合应用的技术。
（5）Solid Works--美国Solid Works公司
产品，CAD/CAE集成。
（6）Cimatron—以色列Cimatron公司产品， CAD/CAM集成，也可进行有限元网格划分， 模具设计制造有特色。
（7）Solid Edge—已与UG合并，CAD为主， 可以很方便与UG接口。 （8）MDT和Invertor--Autodesk公司产品， CAD为主。 （9）金银花—北京航空航天大学产品，CAD 为主。
• CAD（ Computer Aided Design—计算机辅 助设计） • 指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。
• CAM（ Computer Aided Manufacturing—计算机 辅助制造） • CAM有广义和狭义两种定义 。广义是指借助计算 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、工装设计、计 算机辅助数控加工编程、生产作业计划、制造过 程控制等。狭义通常只是指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计算机辅助设计的基本内容
• 计算机具有高速的计算能力、巨大的存储能力、 灵活的图形显示功能和丰富的文字处理功能，充 分利用计算机这种优越性能，同时将人的知识、 经验、逻辑思维能力结合起来．形成一种人与计 算机各尽所长，紧密配合的系统，以提高设计的 质量和效率。这种人机结合的交互式设计方式， 构成了计算机辅助设计的工作过程，这种作用应 当而且能够贯穿于设计的全过程，这种计算机辅 助设计系统如图1—1所示。
• 计算机辅助设计系统包括硬件系统和软件系统 两大部分。硬件系统主要由电子计算机及其外 围设备组成，它是计算机辅助设计技术的物质 基础。软件系统是计算机辅助设计技术的核心， 它决定了系统所具有的功能。硬件和软件的组 合形成了计算机辅助设计系统。因此，了解和 掌握计算机辅助设计技术，研究和开发计算机 辅助设计系统，必须具备一定的硬件和软件知 识。
1. 3. 3 计算机辅助设计的技术特点
1．高难度 2．高知识密集 3．高速度 4. 更新快 5．高效率 6. 高渗透性 因此，在研究计算机辅助设计技术的发展 时．不能只看到计算机辅助设计本身，必须随时 注意到相关工程技术领域的发展以及在这些领域 的推广和应用，从而引起全方位的技术革命。
第二章 计算机辅助设计系统的硬件和软件
（3）I-DEAS--美国SDRC公司产品，最初以工 程计算和结构分析为主，后来也成为 CAD/CAE/CAM集成软件系统，CAE是该软件 特长，CAM相对不足，因此与UG合并。 （4）CATIA--美国IBM公司和法国达索公司产 品合作开发，也是CAD/CAE/CAM集成软件系 统。
中、小型系统：