大连理工-AutoCAD概述.ppt
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1、计算机辅助设计第一篇 CAD基础第1章 CAD概述本章内容:本章内容:1.1 计算机辅助设计的基本概念计算机辅助设计的基本概念1.2 计算机辅助设计的发展计算机辅助设计的发展1.3 计算机辅助设计系统的组成计算机辅助设计系统的组成1.4 计算机辅助设计系统的功能计算机辅助设计系统的功能1.5 计算机辅助设计系统的优点计算机辅助设计系统的优点1.6 CAD/CAM集成与集成与CIMS计算机辅助设计计算机辅助设计大连理工大学大连理工大学前前 言言计算机辅助设计是利用计算机系统辅助设计算机辅助设计是利用计算机系统辅助设计人员对产品或工程进行设计的方法与技术。计人员对产品或工程进行设计的方法与技术。随
2、着计算机硬件和软件以及相关学科的发展,随着计算机硬件和软件以及相关学科的发展,CAD技术也在不断地提高与完善,而且越来越技术也在不断地提高与完善,而且越来越广泛地应用到机械、电子、建筑、汽车、航空、广泛地应用到机械、电子、建筑、汽车、航空、造船等领域。造船等领域。CAD技术的使用,可以大幅度地技术的使用,可以大幅度地缩短设计周期,提高设计质量,降低成本,充缩短设计周期,提高设计质量,降低成本,充分发挥设计人员的创造性。分发挥设计人员的创造性。3计算机辅助设计计算机辅助设计大连理工大学大连理工大学1.1 1.1 计算机辅助设计基本概念计算机辅助设计基本概念CAD(Computer Aided D
3、esign),),是工程是工程技术人员以计算机为工具进行设计活动的全过程:技术人员以计算机为工具进行设计活动的全过程:资料检索、方案构思、计算分析、工程绘图、编资料检索、方案构思、计算分析、工程绘图、编制技术文件等,它是随着计算机、外围设备及其制技术文件等,它是随着计算机、外围设备及其软件的发展而形成的一种综合高新技术。软件的发展而形成的一种综合高新技术。4计算机辅助设计计算机辅助设计大连理工大学大连理工大学传统设计过程传统设计过程1、确定设计任务、确定设计任务在开发新产品之前,对市场和社会需求进在开发新产品之前,对市场和社会需求进行调查研究,广泛地收集有关的技术信息、专行调查研究,广泛地收集
4、有关的技术信息、专利情况等资料,加以系统分析、论证,提出明利情况等资料,加以系统分析、论证,提出明确详细的量化指标,制定设计任务书。确详细的量化指标,制定设计任务书。5计算机辅助设计计算机辅助设计大连理工大学大连理工大学2、方案设计、方案设计根据设计任务书中的用户要求由设计人员根据设计任务书中的用户要求由设计人员构思出多种方案,并用功能图或原理图形式表构思出多种方案,并用功能图或原理图形式表达出来,进行方案分析、对比、反复论证,最达出来,进行方案分析、对比、反复论证,最后确定可行性方案。后确定可行性方案。3、总体设计、总体设计可行性方案进行总体设计、具体结构设计,可行性方案进行总体设计、具体结
5、构设计,包括总体性能计算、系统设计、力学特性分析,包括总体性能计算、系统设计、力学特性分析,零部件设计、分析,结构方案的优化等。经评零部件设计、分析,结构方案的优化等。经评价满意后,绘制系统图、总布置图、详细的装价满意后,绘制系统图、总布置图、详细的装配图和零件图,以及设计分析说明书等。配图和零件图,以及设计分析说明书等。在此基础上,编写加工所需的施工图及各在此基础上,编写加工所需的施工图及各类工艺文件等,为制造作准备。类工艺文件等,为制造作准备。6计算机辅助设计计算机辅助设计大连理工大学大连理工大学在产品的生命周期中,设计过程占有重要地位,在产品的生命周期中,设计过程占有重要地位,往往要经过
6、多次往往要经过多次“设计设计评价评价再设计再设计”的循环过的循环过程,不断提高产品的性能,以满足更高的要求。程,不断提高产品的性能,以满足更高的要求。在人工设计中,反复查阅大量的设计手册,标在人工设计中,反复查阅大量的设计手册,标准规范等资料,复杂的计算、分析、绘图和文件处准规范等资料,复杂的计算、分析、绘图和文件处理等,把设计人员高的疲劳不堪,严重影响了他们理等,把设计人员高的疲劳不堪,严重影响了他们的创造性。同时也导致了产品开发周期长、产品改的创造性。同时也导致了产品开发周期长、产品改型慢、设计水平低等。因此,在商品竞争日益激烈型慢、设计水平低等。因此,在商品竞争日益激烈的情况下,的情况下
7、,CAD的出现无疑是最好的解决方案。的出现无疑是最好的解决方案。7计算机辅助设计计算机辅助设计大连理工大学大连理工大学需求分析需求分析样机试制、样机试制、试验试验制定设计任务制定设计任务用户使用用户使用构造设计模型构造设计模型 确定设计方案确定设计方案总体设计图总体设计图结构设计结构设计分析、优化、计算分析、优化、计算详细图纸、详细图纸、文档文档批量生产、销售批量生产、销售可行可行满意满意满意满意否否否否否否是是是是是是传统的设计过程传统的设计过程8计算机辅助设计计算机辅助设计大连理工大学大连理工大学传统设计过程的特点是在设计过程中,既有创传统设计过程的特点是在设计过程中,既有创造性的思维劳动
8、(如构思设计方案),综合性的分造性的思维劳动(如构思设计方案),综合性的分析及判断(如评价方案的优劣),也有复杂的计算析及判断(如评价方案的优劣),也有复杂的计算及精密的绘图等,其工作量大,而且要做很多重复及精密的绘图等,其工作量大,而且要做很多重复繁琐的劳动、设计效率很低。繁琐的劳动、设计效率很低。随着现代科学技术和生产的迅速发展,市场竞随着现代科学技术和生产的迅速发展,市场竞争加剧,对设计质量和速度要求越来越高,上述传争加剧,对设计质量和速度要求越来越高,上述传统的手工设计方法已经越来越难以适应现代化发展统的手工设计方法已经越来越难以适应现代化发展的需要,迫切地需要采用现代设计方法来取代传
9、统的需要,迫切地需要采用现代设计方法来取代传统的手工设计方法。的手工设计方法。9计算机辅助设计计算机辅助设计大连理工大学大连理工大学CADCAD的基本过程的基本过程CAD是人与机器的密切结合,以人为主,以是人与机器的密切结合,以人为主,以机器为辅。具有最大程度地发挥人的创造性思维、机器为辅。具有最大程度地发挥人的创造性思维、逻辑分析、判断等能力,有充分利用计算机的快逻辑分析、判断等能力,有充分利用计算机的快速、准确的计算功能,以及强大的图形、文字处速、准确的计算功能,以及强大的图形、文字处理等特点。理等特点。10计算机辅助设计计算机辅助设计大连理工大学大连理工大学设计任务书设计任务书方案设计方
10、案设计产品建模产品建模分析、优化分析、优化输出详细图纸、文档输出详细图纸、文档工艺设计、工艺设计、NC编程、仿真编程、仿真计算机硬件计算机硬件CAD/CAM软件软件方案设计专家系统方案设计专家系统几何造型系统几何造型系统有限元分析有限元分析优化设计程序优化设计程序图形软件包图形软件包CAPP系统系统装配仿真装配仿真运动仿真运动仿真NC编程软件编程软件工程工程数据库数据库加工制造加工制造NC后处理后处理满意满意售后、使用售后、使用满意满意否否否否是是是是计算机系统计算机系统设计者设计者人机交互人机交互CAD/CAM过程过程11计算机辅助设计计算机辅助设计大连理工大学大连理工大学设计人员使用各种设
11、计、分析、绘图软件,通设计人员使用各种设计、分析、绘图软件,通过人机交互的形式进行设计工作,过人机交互的形式进行设计工作,CADCAD软件的强大软件的强大功能为设计工作带来许多方便,也使得靠人工不功能为设计工作带来许多方便,也使得靠人工不可能完成的任务变为现实。可能完成的任务变为现实。l各种专家系统可以协助设计人员进行产品分析及各种专家系统可以协助设计人员进行产品分析及方案设计;方案设计;l使用几何造型系统能够快速地建立产品的三维模使用几何造型系统能够快速地建立产品的三维模型,并得到产品的基本数据,有些基于特征的建型,并得到产品的基本数据,有些基于特征的建模系统还包含加工制造信息;模系统还包含
12、加工制造信息;12计算机辅助设计计算机辅助设计大连理工大学大连理工大学l有限元分析已成为现代工程设计中不可缺少的分有限元分析已成为现代工程设计中不可缺少的分析方法,用于产品的结构分析。有限元分析软件析方法,用于产品的结构分析。有限元分析软件可以利用产品模型中的相关数据,自动生成有限可以利用产品模型中的相关数据,自动生成有限元网格进行分析,得到静态和动态的分析结果,元网格进行分析,得到静态和动态的分析结果,为结构设计提供依据。为结构设计提供依据。l利用仿真软件,可以进行运动仿真、装配仿真、利用仿真软件,可以进行运动仿真、装配仿真、检验零件干涉情况、模拟刀具轨迹等,这样可以检验零件干涉情况、模拟刀
13、具轨迹等,这样可以代替模型试验或样机试验等;代替模型试验或样机试验等;l图形处理软件用于图形的绘制、编辑、显示与打图形处理软件用于图形的绘制、编辑、显示与打印输出等,可以得到产品的任意方向的视图、剖印输出等,可以得到产品的任意方向的视图、剖视图、效果图等图形文档;视图、效果图等图形文档;13计算机辅助设计计算机辅助设计大连理工大学大连理工大学l计算机辅助工艺规程(计算机辅助工艺规程(CAPP-Computer Aided CAPP-Computer Aided Process PlanningProcess Planning)软件实现了零件加工工艺设软件实现了零件加工工艺设计的自动化,即利用计
14、算机来辅助设计人员设计计的自动化,即利用计算机来辅助设计人员设计工艺路线,确定工序,选择机床、刀具,决定切工艺路线,确定工序,选择机床、刀具,决定切削量,计算工时定额、加工成本等,最后输出完削量,计算工时定额、加工成本等,最后输出完成的工艺文件等;成的工艺文件等;l数控(数控(NC-NC-Numerical ControlNumerical Control)自动编程软件可自动编程软件可以直接使用以直接使用CADCAD过程生成的数据模型过程生成的数据模型,由系统进行由系统进行自动编程,再经处理变成机床的加工代码即自动编程,再经处理变成机床的加工代码即NCNC代代码。码。14计算机辅助设计计算机辅
15、助设计大连理工大学大连理工大学以上过程图所标识的系统包含了以上过程图所标识的系统包含了CADCAD和和CAMCAM的的主要软件,实际的系统往往会千差万别,不可能主要软件,实际的系统往往会千差万别,不可能或不必要包含所有的软件,也有的系统需要另外或不必要包含所有的软件,也有的系统需要另外一些没列出的软件,因此,在应用是要根据具体一些没列出的软件,因此,在应用是要根据具体情况进行修改,以便更好地发挥情况进行修改,以便更好地发挥CADCAD系统的优点。系统的优点。目前许多目前许多CADCAD系统已经把系统已经把CADCAD、CAPPCAPP和和NCNC连在连在一起,形成集成一起,形成集成CAD/CA
16、MCAD/CAM系统,实现了快速流畅系统,实现了快速流畅的信息交换,真正达到了的信息交换,真正达到了CAPPCAPP、NCNC编程的自动化。编程的自动化。15计算机辅助设计计算机辅助设计大连理工大学大连理工大学1.2 1.2 CADCAD技术的发展技术的发展CAD是以计算机及其外围设备为物质基础的,是以计算机及其外围设备为物质基础的,因此,因此,CAD的发展与计算机技术的发展是不可分的发展与计算机技术的发展是不可分割的。割的。CAD的发展大致经历了形成、发展、应用、的发展大致经历了形成、发展、应用、CAD/CAM集成等阶段。集成等阶段。CAD技术之所以如此重技术之所以如此重要,是因为它推动了几
17、乎一切领域的设计革命,要,是因为它推动了几乎一切领域的设计革命,CAD技术的应用水平已经成为衡量一个国家科学技术的应用水平已经成为衡量一个国家科学技术水平的重要标志之一。技术水平的重要标志之一。16计算机辅助设计计算机辅助设计大连理工大学大连理工大学20世纪世纪50年代是年代是CAD的孕育、形成阶段。的孕育、形成阶段。1950年,美国麻省理工学院(年,美国麻省理工学院(MIT)在旋风在旋风1号计号计算机上使用类似于示波器的阴极射线管(算机上使用类似于示波器的阴极射线管(CRT)来显示一些简单的图形。这个来显示一些简单的图形。这个CRT被认为是世界被认为是世界上第一台图形显示器。上第一台图形显示
18、器。1953年,美国通用电气公年,美国通用电气公司使用计算机设计变压器、电动机等编制了许多司使用计算机设计变压器、电动机等编制了许多设计计算程序。设计计算程序。1958年,美国两家公司研制出自年,美国两家公司研制出自动绘图仪。到动绘图仪。到50年代末,年代末,MIT研制出光笔,可在研制出光笔,可在屏幕上直接指定目标。在这些硬件设备的基础上屏幕上直接指定目标。在这些硬件设备的基础上产生了产生了CAD设想,也预示着设想,也预示着CAD研究工作的开始。研究工作的开始。但此阶段只有电子管计算机,用机器语言编程,但此阶段只有电子管计算机,用机器语言编程,计算机的主要功能是科学计算。计算机的主要功能是科学
19、计算。17计算机辅助设计计算机辅助设计大连理工大学大连理工大学60年代是年代是CAD快速发展阶段。快速发展阶段。1962年年MIT的的Ivan E.Sutherland发表题为发表题为“Sketchpad:人及通信的图人及通信的图形系统形系统”的博士论文,提出了交互式图形生成技术,的博士论文,提出了交互式图形生成技术,实现用光笔在屏幕上任意绘图与修改,开始了计算机实现用光笔在屏幕上任意绘图与修改,开始了计算机图形学的研究。这个成果极大地推动了计算机图形学图形学的研究。这个成果极大地推动了计算机图形学和和CAD的发展。随后,美国通用汽车公司(的发展。随后,美国通用汽车公司(GM)宣布宣布了了DA
20、C-1系统,用计算机来设计汽车外形;美国洛克系统,用计算机来设计汽车外形;美国洛克希德(希德(Lockheed)飞机公司与飞机公司与IBM公司联合开发出基公司联合开发出基于大型机的计算机辅助设计与制造系统于大型机的计算机辅助设计与制造系统CADAM,它具它具有三维结构分析能力。这一阶段的有三维结构分析能力。这一阶段的CAD系统非常昂贵,系统非常昂贵,只有少数大型企业和研究机构拥有该技术。但计算机只有少数大型企业和研究机构拥有该技术。但计算机图形学的迅速发展,为图形学的迅速发展,为CAD研究工作奠定了坚实的基研究工作奠定了坚实的基础。础。18计算机辅助设计计算机辅助设计大连理工大学大连理工大学7
21、0年代年代CAD进入广泛应用时期。大规模集成进入广泛应用时期。大规模集成电路计算机的出现,使其运算速度和内存容量大电路计算机的出现,使其运算速度和内存容量大幅度提高,而价格却大大降低。这为幅度提高,而价格却大大降低。这为CAD技术的技术的广泛应用创造了条件。以小型机为主的广泛应用创造了条件。以小型机为主的CAD系统系统进入市场并成为主流。开发商提供的进入市场并成为主流。开发商提供的CAD系统包系统包括小型机、图形输入设备、显示器及绘图及等硬括小型机、图形输入设备、显示器及绘图及等硬件设备和相应的配套应用软件,这种系统被称为件设备和相应的配套应用软件,这种系统被称为“Turnkey System
22、”系统系统,使得中小企业也开始使得中小企业也开始采用采用CAD技术。技术。19计算机辅助设计计算机辅助设计大连理工大学大连理工大学80年代以来,年代以来,CAD/CAM集成的概念越来越集成的概念越来越受到重视。图形工作站的出现以及高档微机的普受到重视。图形工作站的出现以及高档微机的普及,使及,使CAD得到更广泛地接受。同时得到更广泛地接受。同时CAD软件的软件的功能也更加强大,不仅具有完善的二维图形处理功能也更加强大,不仅具有完善的二维图形处理模块,还有三维曲面造型、实体造型、有限元分模块,还有三维曲面造型、实体造型、有限元分析、机构分析与仿真、二次开发工具、产品数据析、机构分析与仿真、二次开
23、发工具、产品数据管理与交换等模块。为了实现计算机辅助制造管理与交换等模块。为了实现计算机辅助制造(CAM)过程的自动化,提出了产品数据模型概过程的自动化,提出了产品数据模型概念,以实现念,以实现CAD和和CAM之间的数据传输。此外,之间的数据传输。此外,CAD标准也已制定并采用,为标准也已制定并采用,为CAD技术的推广和技术的推广和移植、资源的共享创造了条件。移植、资源的共享创造了条件。20计算机辅助设计计算机辅助设计大连理工大学大连理工大学我国的我国的CAD研究工作和应用情况也取得较大研究工作和应用情况也取得较大进展。进展。80年代初,少数大企业和科研单位引进年代初,少数大企业和科研单位引进
24、“Turnkey System”系统,并对他进行二次开发,系统,并对他进行二次开发,取得一些成果。取得一些成果。80年代末到年代末到90年代初,我国各行年代初,我国各行业逐渐意识到业逐渐意识到CAD的重要性,除继续引进国外先的重要性,除继续引进国外先进的进的CAD软件外,还开始广泛自行开发实用软件外,还开始广泛自行开发实用CAD系统,有的已达到国际先进水平,而且价格便宜,系统,有的已达到国际先进水平,而且价格便宜,操作简单。在操作简单。在CAD普及上,组织了全国范围的培普及上,组织了全国范围的培训网,进行训网,进行CAD技术的推广工作。技术的推广工作。21计算机辅助设计计算机辅助设计大连理工大
25、学大连理工大学CAD技术的发展技术的发展阶段阶段时间时间特特 点点初始准备初始准备阶阶 段段50年代年代提出提出CAD设想,为设想,为CAD应用进行硬件、软件准备应用进行硬件、软件准备研制试验研制试验阶阶 段段60年代年代研制成功试验性研制成功试验性CAD系统,其中具有代表性的是系统,其中具有代表性的是IBM和和GM公司开公司开发的汽车前窗玻璃线型设计发的汽车前窗玻璃线型设计DAC-1系统,美国贝尔电话实验室用于系统,美国贝尔电话实验室用于印制电路设计的印制电路设计的CAD系统等系统等技术商品技术商品化化 阶阶 段段70年代年代CAD开始实用化,从二维的电路设计发展到三维的飞机、汽车、开始实用
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