三维软件应用
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5. 设计展示：提供产品渲染图片及产品演示动画，通 过产品发布会或者公众媒体展示，从而吸引销售商 和最终用户。推动产品的销售推广工作
6. 加工：针对加工需求设计产品模具和工装夹具。产 品设计模型直接导入NC处理软件，从而驱动数控机 床加工出复杂的产品曲面
7. 系列化：根据用户群的细分状况，裁减产品的结构 构成。按照企业产品情况，设定零件规格化规范， 从而将企业的产品设计和加工带入系统化的轨道
• 可以进行装配和干涉检查； • 可以进行模拟仿真； • 可以对重要零部件进行有限元分析与优化设计； • 可以进行数控加工； • 可以进行快速成型； • 可以由三维模型直接自动生成二维工程图； • 可以进行产品数据共享与集成等
制造业发生的深刻变革 数字化飞机
数字BOEING
百度文库
美国B777的应用效果
开发周期：9年－>4.5年 成本降低：25％ 100％整机数字化设计 世界垄断与霸主地位
CAD技术发展历程
二十一世纪的一个重大变革是全球市场的统 一，它使市场竞争更加激烈，产品更新更快。 在这种背景下，CAD(计算机辅助设计)技术 得到迅速普及和极大发展
海湾战争结束当年，美国评出的最具影响的 十大技术中，CAD便榜上有名
CAD技术起步于50年代后期
Computer Aided Drawing (or Drafting)
时序关系 父子关系
传统型CAD软件的设计流程
建立2D几何图形
三维设计软件的设计流程
标注尺寸
建立2D草图
标注尺寸
将草图成长为3D模型
solidworks基本界面
菜单栏
工具条
工作区域
FeatureManager PropertyManager
状态栏
solidworks工具栏的个性化定制
• 工具栏显示/隐藏 • 工具栏的移动 • 工具栏内容的增减
MasterCAM CAXA 制造工程师
UG NX Cimatron TopSolid PowerMill SolidCAM EdgeCAM
国内外流行的软件介绍
CATIA Ug SOLID EDGE I—Deas Pro/Engineer MDT/inventor SolidWorks Cimatron Caxa 三维电子图板 三维实体设计
三维软件应用
课程主要内容
• 基础知识 • 草图绘制 • 建立特征 • 高级建模技术 • 工程图设计 • 装配设计
课程安排及考核
• 课堂讲授：16学时 • 上机操作：24学时，安排有专人辅导，
并记录每次上机操作成绩，作为平时成 绩 • 考核形式：多种形式 • 学习方法：大量的操作实践
交流
现代设计的几个阶段
• 实体造型技术能够精确表达零件的全部属性，在理论上有 助于统一CAD、CAE、CAM的模型表达，给设计带来了惊 人的方便性。它代表着未来CAD技术的发展方向
• 采用多截面视图、特征纬线的方式来近似表 达所设计的自由曲面
• 由于三视图方法表达的不完整性，经常发生 设计完成后，制作出来的样品与设计者所想 象的有很大差异甚至完全不同的情况
• 设计者对自己设计的曲面形状能否满足要求 也无法保证，所以还经常按比例制作油泥模 型，作为设计评审或方案比较的依据
• 既慢且繁的制作过程大大拖延产了产品的研 发时间，要求更新设计手段的呼声越来越高
• 3D实体模型（Solid model） • 参数式设计（Parametric design） • 单一资料库（Single database） • 特征式设计（Feature－based design）
solidworks实体建模的层次
草图 特征 实体 零件 产品
构建参数 特征关系 布尔关系 装配关系
• 这时的CAD技术主要应用在军用工业。但受此项 技术的吸引，一些民用主干工业，如汽车业的巨 人也开始摸索开发一些曲面系统为自己服务
如： 大众汽车公司 SURF、福特汽车公司 PDGS、雷诺 汽车公司 EUCLID，另外还有丰田、通用汽车公司等都 开发了自己的CAD系统
• 80年代初，CAD系统价格依然令一般企业望而却步，这使 得CAD技术无法拥有更广阔的市场。为使自己的产品更具 特色，在有限的市场中获得更大的市场份额，以CV、 SDRC、UG为代表的系统开始朝各自的发展方向前进
• 法国人提出了贝赛尔算法，使得人们在 用计算机处理曲线及曲面问题时变得可 以操作
• 法国的达索飞机制造公司的开发者们， 在二维绘图系统CADAM的基础上，开 发出以表面模型为特点的自由曲面建模 方法，推出了三维曲面造型系统CATIA
• 标志着计算机辅助设计技术从单纯模仿 工程图纸的三视图模式中解放出来，首 次实现以计算机完整描述产品零件的主 要信息，同时也使得CAM技术的开发有 了现实的基础
• 在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，设计过 程最简便、最方便的莫过于SolidWorks了。就象美国 著名咨询公司Daratech所评论的那样：“在基于 Windows平台的三维CAD软件中，SolidWorks是最著 名的品牌，是市场快速增长的领导者。”
SolidWorks 的主要特点
产品详细设计
铁路机车车辆虚拟样机系统
沪东造船厂
以自行开发产品 “中国沪东型” 74500吨散货轮作为主 要应用对象，设计效率提高40%以上, 生产准备周期缩短 了131天。年增加新产品舯舰12艘（每艘船价平均为1.7
亿）
深海载人潜器示意图
深海载人潜器的工作原理和效果图
基础知识
• CAD技术发展历程 • 国内外流行的软件介绍 • Solidworks基础
Rhino Alias Surfcam Master CAM 高华CAD GSCAD 金银花系统 开目CAD等
SolidWorks基础
• 功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks 的三 大特点。Solidworks现在全球使用许可超过百万， 涉及航空航天、汽车、食品、机械、国防、交通、 模具、电子技术、医疗器械、日用品、消费品等分 布于全球100多个国家的企业，每年来自全球4300所 教育机构的近15万学生通过SolidWorks的培训课程
结构设计
CATIA UG NX Pro/Engineer SolidWorks TopSolid SolidEdge Inventor CAXA实体设计 Solid3000
模具设计
UG NX Pro/Engineer
TopSolid Cimatron CATIA SolidWorks
快速成型
NC加工
• 第一次CAD技术革命──“贵族化”的曲面造型系统
• 第二次CAD技术革命──生不逢时的实体造型技术
• 第三次CAD技术革命—— 一鸣惊人的参数化技术
• 第四次CAD技术革命——更上一层楼的变量化技术
产品设计-制造环节及其工具软件
产品 制造 环节
创意设计
相关 工具 软件
CorelDraw 3DS MAX Rhinero Alias Designer SoftImage 3D PhotoShop
Solidworks 系统设置
在我们还没有打开或新建任何文件之前， 我们可以根据自己的使用习惯或自己国家 的标准进行必要的设置
系统选项作用于所有的文件 保存在注册表 中，影响当前和将来的所有文件
文件属性只作用于当前文件，而且只有当文 件打开时文件属性标签才可见。文件属性 常用于建立文件模板
• 70年代，正值飞机和汽车工业的蓬勃发展时 期，飞机及汽车制造中遇到了大量的自由曲 面问题
新支线飞机虚拟样机数字化定义
全机外形
前机身理论数据
驾驶舱
驾驶员座椅安装
中央操纵台机械系统 登机门机构
壁板
长桁和接头
壁板连接件
前起落架支撑梁
前机身结构
登机门
来源：中国航空工业第一集团公司
制造业发生的深刻变革 数字化轿车
数字化设计制造 虚拟样机
产品概念设计
通用公司应用状况
开发周期（48月－>24月－> 12月） 碰撞试验（100次 －> 50次） 个性化定单 －> 3小时
• 有了表面模型，CAM的问题可以基本解决。但由于表面模 型技术只能表达形体的表面信息，难以准确表达零件的其 它特性，如质量、重心、惯性矩等，对CAE十分不利，最 大的问题在于分析的前处理特别困难
• 基于对于CAD/CAE一体化技术发展的探索，SDRC公司于 1979年发布了世界上第一个完全基于实体造型技术的大型 CAD/CAE软件──I-DEAS
8. 更新和重用：按照用户要求和市场趋势，迅速 更新现有设计，从而形成新一代的改进型产品
9. 网络协作：产品开发过程中的协同技术十分重 要，在设计开发工具中引入网络技术是实现设 计协同的重要手段
10.二维CAD系统对企业最需要的设计质量并有多 大的提高
三维CAD系统可以方便地设计出所见即 所得的三维实体模型
3. 分析验证：通过计算机仿真，模拟产品的运动过程， 考察产品的运动合理性。分析产品零件的受力状况及 热学性能等。分析验证中发生的问题将反馈到上游设 计部门，指导其调整产品设计参数，从而获得优化设 计结果
4. 工艺设计：绘制工程图纸，标注各种工艺符号，设 定产品零件的尺寸和几何公差要求，添加零件加工 和部件装配的技术说明，按照企业制造资源状况规 划产品加工-装配的作业流程
• 如果你熟悉微软的Windows系统，那你基本上就可以 用SolidWorks 来搞设计了。在 工 作 站 时 代， UG、 Pro/Engineer 是 工 作 站 平 台 三 维CAD/CAM 软 件 的 佼 佼 者， 而 在 当 今 微 机 时 代， SolidWorks 在 Windows NT 平 台 的 三 维CAD/CAM 软 件 中 处 于 领 先 地 位。
出色技术和市场表现，不仅成为行业的一颗耀眼明星， 也成为华尔街青睐的对象。1997年达索公司以3.亿美 元的高额市值将其全资并购。公司原有投资商和股东 以1300万美元的风险投资获得了高额的回报，创造了 CAD行业的世界记录
• 并购后的公司以原来的品牌和技术管理队伍继续独立 运作， SolidWorks三维设计软件成为达索企业中最具 竞争力的产品
1. 概念设计：根据市场需求，机械设计工程师与美学工 程师一道勾画出未来产品的大致外形，规划产品的功 能-空间布局。这个阶段需要快速成型、模型修改方便 的设计工具
2. 机构设计：确定详细的产品结构并确定精确的尺寸。 在结构设计中需要按照产品零件之间的装配关系设定 各个零件的结构尺寸，保证其符合产品整体的装配约 束要求，从而消除零件之间的设计冲突
• 在美国包括麻省理工学院、斯坦福大学等在内的著 名大学已经把SolidWorks列为制造专业的必修课程， 国内的一些大学如清华大学、北京航空航天大学、 北京理工大学也在应用SolidWorks进行教学
• 国外大多数制造公司招聘时要求使用SolidWorks的 能力，国内越来越多的企业也开始使用SolidWorks 软件
• 价格极其昂贵 • 软件商品化程度低，开发者本身就是CAD大用户，
彼此之间技术保密
CADAM ：美国洛克希德(Lochheed)公司支持 CALMA： 美国通用电气(GE)公司开发 CV： 美国波音(Boeing)公司支持 I-DEAS：由美国国家航空及宇航局(NASA)支持 UG：美国麦道(MD)公司开发 CATIA：法国达索(Dassault)公司开发
SolidWorks成立于1993年，由PTC公司的技术副总裁 和CV公司的高级副总裁发起，希望每一个工程师的桌 面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统
1995年推出第一套三维机械设计软件，世界上第一个 基于Windows开发的三维CAD软件，由于技术创新符 合CAD技术的发展潮流和趋势，公司在两年内成为 CAD/CAM产业中获利最高的公司，公司每年都有数 十乃至数百项的技术创新。1995-1999年获得全球微机 平台CAD系统评比第一名，从1999年起连续四年，美 国最权威的CAD专业杂志授予“最佳编辑奖”，以表 彰它的创新、活力和简明
早期应用较为广泛的是CADAM软件 近几十年来占据绘图市场主导地位 Autodesk公司的 AutoCAD软件
60年代出现的三维CAD系统只是极为简单的线框 式（线框造型）系统。这种初期的线框造型系统只 能表达基本的几何信息，不能有效表达几何数据间 的拓扑关系。由于缺乏形体的表面信息，CAM及 CAE均无法实现
6. 加工：针对加工需求设计产品模具和工装夹具。产 品设计模型直接导入NC处理软件，从而驱动数控机 床加工出复杂的产品曲面
7. 系列化：根据用户群的细分状况，裁减产品的结构 构成。按照企业产品情况，设定零件规格化规范， 从而将企业的产品设计和加工带入系统化的轨道
• 可以进行装配和干涉检查； • 可以进行模拟仿真； • 可以对重要零部件进行有限元分析与优化设计； • 可以进行数控加工； • 可以进行快速成型； • 可以由三维模型直接自动生成二维工程图； • 可以进行产品数据共享与集成等
制造业发生的深刻变革 数字化飞机
数字BOEING
百度文库
美国B777的应用效果
开发周期：9年－>4.5年 成本降低：25％ 100％整机数字化设计 世界垄断与霸主地位
CAD技术发展历程
二十一世纪的一个重大变革是全球市场的统 一，它使市场竞争更加激烈，产品更新更快。 在这种背景下，CAD(计算机辅助设计)技术 得到迅速普及和极大发展
海湾战争结束当年，美国评出的最具影响的 十大技术中，CAD便榜上有名
CAD技术起步于50年代后期
Computer Aided Drawing (or Drafting)
时序关系 父子关系
传统型CAD软件的设计流程
建立2D几何图形
三维设计软件的设计流程
标注尺寸
建立2D草图
标注尺寸
将草图成长为3D模型
solidworks基本界面
菜单栏
工具条
工作区域
FeatureManager PropertyManager
状态栏
solidworks工具栏的个性化定制
• 工具栏显示/隐藏 • 工具栏的移动 • 工具栏内容的增减
MasterCAM CAXA 制造工程师
UG NX Cimatron TopSolid PowerMill SolidCAM EdgeCAM
国内外流行的软件介绍
CATIA Ug SOLID EDGE I—Deas Pro/Engineer MDT/inventor SolidWorks Cimatron Caxa 三维电子图板 三维实体设计
三维软件应用
课程主要内容
• 基础知识 • 草图绘制 • 建立特征 • 高级建模技术 • 工程图设计 • 装配设计
课程安排及考核
• 课堂讲授：16学时 • 上机操作：24学时，安排有专人辅导，
并记录每次上机操作成绩，作为平时成 绩 • 考核形式：多种形式 • 学习方法：大量的操作实践
交流
现代设计的几个阶段
• 实体造型技术能够精确表达零件的全部属性，在理论上有 助于统一CAD、CAE、CAM的模型表达，给设计带来了惊 人的方便性。它代表着未来CAD技术的发展方向
• 采用多截面视图、特征纬线的方式来近似表 达所设计的自由曲面
• 由于三视图方法表达的不完整性，经常发生 设计完成后，制作出来的样品与设计者所想 象的有很大差异甚至完全不同的情况
• 设计者对自己设计的曲面形状能否满足要求 也无法保证，所以还经常按比例制作油泥模 型，作为设计评审或方案比较的依据
• 既慢且繁的制作过程大大拖延产了产品的研 发时间，要求更新设计手段的呼声越来越高
• 3D实体模型（Solid model） • 参数式设计（Parametric design） • 单一资料库（Single database） • 特征式设计（Feature－based design）
solidworks实体建模的层次
草图 特征 实体 零件 产品
构建参数 特征关系 布尔关系 装配关系
• 这时的CAD技术主要应用在军用工业。但受此项 技术的吸引，一些民用主干工业，如汽车业的巨 人也开始摸索开发一些曲面系统为自己服务
如： 大众汽车公司 SURF、福特汽车公司 PDGS、雷诺 汽车公司 EUCLID，另外还有丰田、通用汽车公司等都 开发了自己的CAD系统
• 80年代初，CAD系统价格依然令一般企业望而却步，这使 得CAD技术无法拥有更广阔的市场。为使自己的产品更具 特色，在有限的市场中获得更大的市场份额，以CV、 SDRC、UG为代表的系统开始朝各自的发展方向前进
• 法国人提出了贝赛尔算法，使得人们在 用计算机处理曲线及曲面问题时变得可 以操作
• 法国的达索飞机制造公司的开发者们， 在二维绘图系统CADAM的基础上，开 发出以表面模型为特点的自由曲面建模 方法，推出了三维曲面造型系统CATIA
• 标志着计算机辅助设计技术从单纯模仿 工程图纸的三视图模式中解放出来，首 次实现以计算机完整描述产品零件的主 要信息，同时也使得CAM技术的开发有 了现实的基础
• 在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，设计过 程最简便、最方便的莫过于SolidWorks了。就象美国 著名咨询公司Daratech所评论的那样：“在基于 Windows平台的三维CAD软件中，SolidWorks是最著 名的品牌，是市场快速增长的领导者。”
SolidWorks 的主要特点
产品详细设计
铁路机车车辆虚拟样机系统
沪东造船厂
以自行开发产品 “中国沪东型” 74500吨散货轮作为主 要应用对象，设计效率提高40%以上, 生产准备周期缩短 了131天。年增加新产品舯舰12艘（每艘船价平均为1.7
亿）
深海载人潜器示意图
深海载人潜器的工作原理和效果图
基础知识
• CAD技术发展历程 • 国内外流行的软件介绍 • Solidworks基础
Rhino Alias Surfcam Master CAM 高华CAD GSCAD 金银花系统 开目CAD等
SolidWorks基础
• 功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks 的三 大特点。Solidworks现在全球使用许可超过百万， 涉及航空航天、汽车、食品、机械、国防、交通、 模具、电子技术、医疗器械、日用品、消费品等分 布于全球100多个国家的企业，每年来自全球4300所 教育机构的近15万学生通过SolidWorks的培训课程
结构设计
CATIA UG NX Pro/Engineer SolidWorks TopSolid SolidEdge Inventor CAXA实体设计 Solid3000
模具设计
UG NX Pro/Engineer
TopSolid Cimatron CATIA SolidWorks
快速成型
NC加工
• 第一次CAD技术革命──“贵族化”的曲面造型系统
• 第二次CAD技术革命──生不逢时的实体造型技术
• 第三次CAD技术革命—— 一鸣惊人的参数化技术
• 第四次CAD技术革命——更上一层楼的变量化技术
产品设计-制造环节及其工具软件
产品 制造 环节
创意设计
相关 工具 软件
CorelDraw 3DS MAX Rhinero Alias Designer SoftImage 3D PhotoShop
Solidworks 系统设置
在我们还没有打开或新建任何文件之前， 我们可以根据自己的使用习惯或自己国家 的标准进行必要的设置
系统选项作用于所有的文件 保存在注册表 中，影响当前和将来的所有文件
文件属性只作用于当前文件，而且只有当文 件打开时文件属性标签才可见。文件属性 常用于建立文件模板
• 70年代，正值飞机和汽车工业的蓬勃发展时 期，飞机及汽车制造中遇到了大量的自由曲 面问题
新支线飞机虚拟样机数字化定义
全机外形
前机身理论数据
驾驶舱
驾驶员座椅安装
中央操纵台机械系统 登机门机构
壁板
长桁和接头
壁板连接件
前起落架支撑梁
前机身结构
登机门
来源：中国航空工业第一集团公司
制造业发生的深刻变革 数字化轿车
数字化设计制造 虚拟样机
产品概念设计
通用公司应用状况
开发周期（48月－>24月－> 12月） 碰撞试验（100次 －> 50次） 个性化定单 －> 3小时
• 有了表面模型，CAM的问题可以基本解决。但由于表面模 型技术只能表达形体的表面信息，难以准确表达零件的其 它特性，如质量、重心、惯性矩等，对CAE十分不利，最 大的问题在于分析的前处理特别困难
• 基于对于CAD/CAE一体化技术发展的探索，SDRC公司于 1979年发布了世界上第一个完全基于实体造型技术的大型 CAD/CAE软件──I-DEAS
8. 更新和重用：按照用户要求和市场趋势，迅速 更新现有设计，从而形成新一代的改进型产品
9. 网络协作：产品开发过程中的协同技术十分重 要，在设计开发工具中引入网络技术是实现设 计协同的重要手段
10.二维CAD系统对企业最需要的设计质量并有多 大的提高
三维CAD系统可以方便地设计出所见即 所得的三维实体模型
3. 分析验证：通过计算机仿真，模拟产品的运动过程， 考察产品的运动合理性。分析产品零件的受力状况及 热学性能等。分析验证中发生的问题将反馈到上游设 计部门，指导其调整产品设计参数，从而获得优化设 计结果
4. 工艺设计：绘制工程图纸，标注各种工艺符号，设 定产品零件的尺寸和几何公差要求，添加零件加工 和部件装配的技术说明，按照企业制造资源状况规 划产品加工-装配的作业流程
• 如果你熟悉微软的Windows系统，那你基本上就可以 用SolidWorks 来搞设计了。在 工 作 站 时 代， UG、 Pro/Engineer 是 工 作 站 平 台 三 维CAD/CAM 软 件 的 佼 佼 者， 而 在 当 今 微 机 时 代， SolidWorks 在 Windows NT 平 台 的 三 维CAD/CAM 软 件 中 处 于 领 先 地 位。
出色技术和市场表现，不仅成为行业的一颗耀眼明星， 也成为华尔街青睐的对象。1997年达索公司以3.亿美 元的高额市值将其全资并购。公司原有投资商和股东 以1300万美元的风险投资获得了高额的回报，创造了 CAD行业的世界记录
• 并购后的公司以原来的品牌和技术管理队伍继续独立 运作， SolidWorks三维设计软件成为达索企业中最具 竞争力的产品
1. 概念设计：根据市场需求，机械设计工程师与美学工 程师一道勾画出未来产品的大致外形，规划产品的功 能-空间布局。这个阶段需要快速成型、模型修改方便 的设计工具
2. 机构设计：确定详细的产品结构并确定精确的尺寸。 在结构设计中需要按照产品零件之间的装配关系设定 各个零件的结构尺寸，保证其符合产品整体的装配约 束要求，从而消除零件之间的设计冲突
• 在美国包括麻省理工学院、斯坦福大学等在内的著 名大学已经把SolidWorks列为制造专业的必修课程， 国内的一些大学如清华大学、北京航空航天大学、 北京理工大学也在应用SolidWorks进行教学
• 国外大多数制造公司招聘时要求使用SolidWorks的 能力，国内越来越多的企业也开始使用SolidWorks 软件
• 价格极其昂贵 • 软件商品化程度低，开发者本身就是CAD大用户，
彼此之间技术保密
CADAM ：美国洛克希德(Lochheed)公司支持 CALMA： 美国通用电气(GE)公司开发 CV： 美国波音(Boeing)公司支持 I-DEAS：由美国国家航空及宇航局(NASA)支持 UG：美国麦道(MD)公司开发 CATIA：法国达索(Dassault)公司开发
SolidWorks成立于1993年，由PTC公司的技术副总裁 和CV公司的高级副总裁发起，希望每一个工程师的桌 面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统
1995年推出第一套三维机械设计软件，世界上第一个 基于Windows开发的三维CAD软件，由于技术创新符 合CAD技术的发展潮流和趋势，公司在两年内成为 CAD/CAM产业中获利最高的公司，公司每年都有数 十乃至数百项的技术创新。1995-1999年获得全球微机 平台CAD系统评比第一名，从1999年起连续四年，美 国最权威的CAD专业杂志授予“最佳编辑奖”，以表 彰它的创新、活力和简明
早期应用较为广泛的是CADAM软件 近几十年来占据绘图市场主导地位 Autodesk公司的 AutoCAD软件
60年代出现的三维CAD系统只是极为简单的线框 式（线框造型）系统。这种初期的线框造型系统只 能表达基本的几何信息，不能有效表达几何数据间 的拓扑关系。由于缺乏形体的表面信息，CAM及 CAE均无法实现