计算机辅助工业设计基础
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②借助人工智能技术模拟概念设计过程中的创新思 维，进行产品的创新设计。
2.2.4 虚拟现实技术
❖ 虚拟现实技术(Virtual Reality, VR) ❖ 虚拟现实技术基本特征：
1) 自主性(Imagination) 2) 交互性(Interaction) 3) 多感知性 4) 沉浸感(Immersion)
❖ 虚拟模型技术是一门综合技术，其技术背景比较复杂。不 同的人对这项技术，因观点和背景不同，所持的看法各有 不同，但其看法反应了这项技术的一个侧面，蛮有兴趣： 一个小男孩的父亲在一家制造公司用虚拟模型软件进行产 品分析，小男孩对同伴讲：“我爸爸工作很快乐，他每天 都在玩游戏！”小孩子的话对了一半：虚拟模型技术与他 的游戏机都利用先进的计算机图形技术。但不同的是：在 游戏机的游戏里，他可以不用力气轻跳过墙；在虚拟模型 里，他必须遵守物理规律：如果他劲头不够大，就要栽跟 头。
2.2.1 计算机辅助造型技术
❖变量化造型理论结合了参数化造型的优点， 但在约束定义方面做了根本性的改变，给设 计工作增加了灵活性。它采用先形状后尺寸 的设计方式，允许不完全尺寸约束，只给出 必要的设计条件，也能保证设计的正确性及 效率，这种方式更符合人的创新思维习惯， 即在设计中满足形状的要求是第一位的，尺 寸、细节等是后来逐步完善的，变量化技术 提供了相对宽松、自由的造型手段，适用于 新产品开发、产品改型设计等创新设计。
2.1 CAD技术的发展历程
二维及线框造型
三维曲面造型
三维实体造型
参数化实体建模
变量化实体造型
60年代
70年代
80年代初
80年代中
90年代
CAD技术新的特色
1) 微机系统受到重视 2) 特征描述、构造 3) 参数化设计 4) 单一数据模型 5) 专家系统 6) 网络化CAD 7) 快速原型制造(RPM)技术
❖与传统制造方法相比具有：
原型的复制性、互换性高； 制造工艺与制造原型的几何形状无关； 加工周期短、成本低，一般制造费用降低50%，
加工周期缩短70%以上； 高度技术集成，实现设计制造一体化。
2.2.7 虚拟模型技术 ❖ 虚拟模型技术是一项新生的工程技术。借助于这项技术， 工程师们可以在计算机上建立机械系统的模型，伴之以三 维可视化处理，模拟在现实环境下系统的运动和动力特性， 并根据仿真结果精化和优化系统的设计与过程。
2.2.2 多媒体与网络技术
❖多媒体技术集成多种信息载体，并可实时交互的特 点，应用产品设计表达方面，可使表达方式多元化， 综合声音、文字、动画、交互等的人机界面表达不 但改善了设计师与计算机的沟通效果、也将产品设 计的结果更加直观、深入地展示出来，通过赋予计 算机三维模型仿真的纹理、材质、光照反射、场景、 动画等效果，可得到高度仿真的设计模型和产品运 行状况等信息，有助于对产品进行更为全面、客观 的评价。
2.2.1 计算机辅助造型技术
❖ CAD造型技术主要有参数化造型与变量化造型两种， 都是基于约束的实体造型技术。
参数化技术采用预先设置的几何图形约束方法，与一个 几何图形相关联的所有尺寸参数可以用来产生其他几何 图形。
特点：
▪ 基于特征、全尺寸约束、尺寸驱动设计修改、全数据相关；
参数化技术囿于“全约束”理论的限制，在实际应用中 缺乏灵活性，一直没有重大进展，但它作为一项成熟的 实体造型技术被广泛应用在零件设计领域中，也适用于 CAID设计过程后期的细节设计。
❖多媒体动态仿真分析 ❖基于网络的分布式协同技术
2.2.3 CAlD中的人工智能技术
❖人工智能
是指由计算机来表示和执行人类的智能活功，如 判断、识别、理解、学习、规划和问题求解等。
❖集成化智能设计系统(I2CAD)
①通过专家系统、智能控制与系统集成等技术，研 究智能化和集成化的产品概念设计过程；
❖ 虚拟设计(Virtual Design) ❖ 虚拟设计涉及的技术
1. 动态虚拟建模技术 2. 实时三维图形生成技术 3. 立体显示和传感器技术 4. 应用系统开发工具
2.2.5 逆向工程
❖逆向工程(Reverse Engineering) ❖逆向工程的测量手段：
2.2.6 激光快速成型
❖激光快速成型（Laser Rapid Prototyping： LRP）是将CAD、CAM、CNC、激光、精密 伺服驱动和新材料等先进技术集成的一种全 新制造技术。
2.2.8 注塑产品模流分析技术
2.3 CAID系统的软、硬件环境
❖CAID系统硬件具有的功能：
① 强大的三维图形处理和高速计算能力 ② 存储功能 ③ 输入输出功能 ④ 交互功能
2.3 CAID系统的软、硬能图形工作站 2) 光盘刻录机和外置硬盘 3) 平面扫描仪 4) 三维激光扫描仪 5) 数字化书写板 6) 激光快速成型设备 7) 打印机 8) 投影机 9) 音响
2.3 CAID系统的软、硬件环境
❖ 组成CAID系统的软件环境
1) 系统程序 2) 数据分析与设计管理 3) 图形图像处理 4) 动画与多媒体制作 5) 其他辅助程序
2.4 CAlD软件的造型原理
2.4.1 参数化造型技术的主要特点
(1) 基于特征 (2) 全尺寸约束 (3) 尺寸驱动设计修改 (4) 全数据相关
2.2 CAID中的高新技术及应用
❖计 算 机 辅 助 工 业 设 计 (CAID) 技 术 ， 是 计 算 机辅助设计系统(CAD)的内部支撑技术。工 业设计是一门综合性的交叉学科，涉及诸 多学科领域，因而计算机辅助工业设计技 术也涉及计算机造型技术、人工智能技术、 多媒体技术、虚拟现实技术、优化技术、 模糊技术、人机工程学等信息技术领域。
2.4.2 变量化造型技术的主要特点
❖ 变量化技术是在参数化的基础上又做了进一步改进后提出的设计思想。 变量化造型技术保留了参数化技术基于特征、全数据相关、尺寸驱动设 计修改的优点，但在约束定义方面做了根本性改变。
❖ 变量化技术将参数化技术中所需定义的尺寸参数进一步区分为形状约束 和尺寸约束，而不是象参数化技术那样只用尺寸来约束全部形状。在大 量的新产品开发的概念设计阶段，设计者首先考虑的是设计思想及概念， 并将其体现于某些几何形状之中。这些几何形状的准确尺寸和各形状之 间的严格的尺寸定位关系在设计的初始阶段还很难完全确定，所以自然 希望在设计的初始阶段允许欠尺寸约束的存在。此外在设计初始阶段， 整个零件的尺寸基准及参数控制方式如何处理还很难决定，只有当获得 更多具体概念时，一步步借助已知条件才能逐步确定怎样处理才是最佳 方案。
2.2.4 虚拟现实技术
❖ 虚拟现实技术(Virtual Reality, VR) ❖ 虚拟现实技术基本特征：
1) 自主性(Imagination) 2) 交互性(Interaction) 3) 多感知性 4) 沉浸感(Immersion)
❖ 虚拟模型技术是一门综合技术，其技术背景比较复杂。不 同的人对这项技术，因观点和背景不同，所持的看法各有 不同，但其看法反应了这项技术的一个侧面，蛮有兴趣： 一个小男孩的父亲在一家制造公司用虚拟模型软件进行产 品分析，小男孩对同伴讲：“我爸爸工作很快乐，他每天 都在玩游戏！”小孩子的话对了一半：虚拟模型技术与他 的游戏机都利用先进的计算机图形技术。但不同的是：在 游戏机的游戏里，他可以不用力气轻跳过墙；在虚拟模型 里，他必须遵守物理规律：如果他劲头不够大，就要栽跟 头。
2.2.1 计算机辅助造型技术
❖变量化造型理论结合了参数化造型的优点， 但在约束定义方面做了根本性的改变，给设 计工作增加了灵活性。它采用先形状后尺寸 的设计方式，允许不完全尺寸约束，只给出 必要的设计条件，也能保证设计的正确性及 效率，这种方式更符合人的创新思维习惯， 即在设计中满足形状的要求是第一位的，尺 寸、细节等是后来逐步完善的，变量化技术 提供了相对宽松、自由的造型手段，适用于 新产品开发、产品改型设计等创新设计。
2.1 CAD技术的发展历程
二维及线框造型
三维曲面造型
三维实体造型
参数化实体建模
变量化实体造型
60年代
70年代
80年代初
80年代中
90年代
CAD技术新的特色
1) 微机系统受到重视 2) 特征描述、构造 3) 参数化设计 4) 单一数据模型 5) 专家系统 6) 网络化CAD 7) 快速原型制造(RPM)技术
❖与传统制造方法相比具有：
原型的复制性、互换性高； 制造工艺与制造原型的几何形状无关； 加工周期短、成本低，一般制造费用降低50%，
加工周期缩短70%以上； 高度技术集成，实现设计制造一体化。
2.2.7 虚拟模型技术 ❖ 虚拟模型技术是一项新生的工程技术。借助于这项技术， 工程师们可以在计算机上建立机械系统的模型，伴之以三 维可视化处理，模拟在现实环境下系统的运动和动力特性， 并根据仿真结果精化和优化系统的设计与过程。
2.2.2 多媒体与网络技术
❖多媒体技术集成多种信息载体，并可实时交互的特 点，应用产品设计表达方面，可使表达方式多元化， 综合声音、文字、动画、交互等的人机界面表达不 但改善了设计师与计算机的沟通效果、也将产品设 计的结果更加直观、深入地展示出来，通过赋予计 算机三维模型仿真的纹理、材质、光照反射、场景、 动画等效果，可得到高度仿真的设计模型和产品运 行状况等信息，有助于对产品进行更为全面、客观 的评价。
2.2.1 计算机辅助造型技术
❖ CAD造型技术主要有参数化造型与变量化造型两种， 都是基于约束的实体造型技术。
参数化技术采用预先设置的几何图形约束方法，与一个 几何图形相关联的所有尺寸参数可以用来产生其他几何 图形。
特点：
▪ 基于特征、全尺寸约束、尺寸驱动设计修改、全数据相关；
参数化技术囿于“全约束”理论的限制，在实际应用中 缺乏灵活性，一直没有重大进展，但它作为一项成熟的 实体造型技术被广泛应用在零件设计领域中，也适用于 CAID设计过程后期的细节设计。
❖多媒体动态仿真分析 ❖基于网络的分布式协同技术
2.2.3 CAlD中的人工智能技术
❖人工智能
是指由计算机来表示和执行人类的智能活功，如 判断、识别、理解、学习、规划和问题求解等。
❖集成化智能设计系统(I2CAD)
①通过专家系统、智能控制与系统集成等技术，研 究智能化和集成化的产品概念设计过程；
❖ 虚拟设计(Virtual Design) ❖ 虚拟设计涉及的技术
1. 动态虚拟建模技术 2. 实时三维图形生成技术 3. 立体显示和传感器技术 4. 应用系统开发工具
2.2.5 逆向工程
❖逆向工程(Reverse Engineering) ❖逆向工程的测量手段：
2.2.6 激光快速成型
❖激光快速成型（Laser Rapid Prototyping： LRP）是将CAD、CAM、CNC、激光、精密 伺服驱动和新材料等先进技术集成的一种全 新制造技术。
2.2.8 注塑产品模流分析技术
2.3 CAID系统的软、硬件环境
❖CAID系统硬件具有的功能：
① 强大的三维图形处理和高速计算能力 ② 存储功能 ③ 输入输出功能 ④ 交互功能
2.3 CAID系统的软、硬能图形工作站 2) 光盘刻录机和外置硬盘 3) 平面扫描仪 4) 三维激光扫描仪 5) 数字化书写板 6) 激光快速成型设备 7) 打印机 8) 投影机 9) 音响
2.3 CAID系统的软、硬件环境
❖ 组成CAID系统的软件环境
1) 系统程序 2) 数据分析与设计管理 3) 图形图像处理 4) 动画与多媒体制作 5) 其他辅助程序
2.4 CAlD软件的造型原理
2.4.1 参数化造型技术的主要特点
(1) 基于特征 (2) 全尺寸约束 (3) 尺寸驱动设计修改 (4) 全数据相关
2.2 CAID中的高新技术及应用
❖计 算 机 辅 助 工 业 设 计 (CAID) 技 术 ， 是 计 算 机辅助设计系统(CAD)的内部支撑技术。工 业设计是一门综合性的交叉学科，涉及诸 多学科领域，因而计算机辅助工业设计技 术也涉及计算机造型技术、人工智能技术、 多媒体技术、虚拟现实技术、优化技术、 模糊技术、人机工程学等信息技术领域。
2.4.2 变量化造型技术的主要特点
❖ 变量化技术是在参数化的基础上又做了进一步改进后提出的设计思想。 变量化造型技术保留了参数化技术基于特征、全数据相关、尺寸驱动设 计修改的优点，但在约束定义方面做了根本性改变。
❖ 变量化技术将参数化技术中所需定义的尺寸参数进一步区分为形状约束 和尺寸约束，而不是象参数化技术那样只用尺寸来约束全部形状。在大 量的新产品开发的概念设计阶段，设计者首先考虑的是设计思想及概念， 并将其体现于某些几何形状之中。这些几何形状的准确尺寸和各形状之 间的严格的尺寸定位关系在设计的初始阶段还很难完全确定，所以自然 希望在设计的初始阶段允许欠尺寸约束的存在。此外在设计初始阶段， 整个零件的尺寸基准及参数控制方式如何处理还很难决定，只有当获得 更多具体概念时，一步步借助已知条件才能逐步确定怎样处理才是最佳 方案。