现代设计理论与方法第四章计算机辅助设计

现代设计理论与方法第四章 计算机辅助设计

成员：孙镇镇 王玉山

内容简介计算机辅助设计(CAD)是现代产品设计中 广泛采用的现代设计方法和手段。它在产品设计 中的应用，不仅能显著提高产品的设计质量，而 且可以大大缩减产品的设计周期。

本章主要介绍了如下方面内容：● CAD技术的基本概念、诞生、初步应用、 实体造型技术的发展、CAD技术走向成熟 ● 曲面表示与曲面造型 ● 实体造型方法 ● 参数化特征造型技术 ● 工程图纸的自动生成 ● CAD模型的数据交换

概述CAD技术的基本概念 计算机辅助设计，即英文Computer Aided Design,简称CAD。 它是计算机科学与数学化信息技术在工程设计、 机械制造等领域中具有很大影响的一项高新技术， 目前广泛应用于机械、电子、汽车、模具、航空 航天、交通运输、工程建筑等领域，并已成为现 代制造业最重要的理论与技术之一。

这一技术的特点： 它将设计人员的思维、综合分析和创造 能力与计算机的高速运算、巨大数据存储和 快速图形生成等能力很好地结合起来，来完 成设计工作。

计算机辅助设计( CAD )涉及以下一些基础 技术： 1) 图形处理技术 如自动绘图、几何建 模、图形仿真及其它图 形输入、输出技术。 2) 工程分析技术 如有限元分析、优化 设计及面向各种专业的工程分析等。

3) 数据管理与数据交换技术 如数据库 管理、产品数据管理、产品数据交换规范 及接口技术等。

4) 文档处理技术 如文档制作、编辑及 文字处理等。 5)软件设计技术 如窗口界面设计、软 件工具及软件工程规范等。

CADAM的诞生

AutoCAD、 SolidWorks

1946年 第一台 计算机 的诞生

IBM公司推出 2250光笔交互图 形终端

组建CADAM公司 推销产品

CAD的诞生

提出计算机图形学 特点：交互式二维绘图、三维线框造型 线框造型是构造曲面模型和实体模型的基 础

曲面造型发展与CAD初步应用

曲面建模:又分为两类 1 初等解析曲面组成 2 自由型曲面组成 随后由美国波音飞机公司提出 曲 线曲面相结合 引入参数三次曲线 美国麻省理工学院Coons提出构造曲 面的几种方法 法国雷诺汽车公司Bezier提出控制多 边形设计曲线

直到美国通用汽车将德布尔给出的B样条标 准算法应用于形状描述才得出B样条曲线曲 面造型算法有理B样条 非均匀有理B样条 NURBS 三维曲面造型系统CATIA也就是实 现了CAD/CAM一体化

实体造型技术的发展质量、重心、惯性矩的表达？ 实体模型 最常用的两种方法：体素拼合法CSG 边界表示法B-Red 结合以上的方法及其他Braid建立起用边界模 型表示法生成三维实体的理论体系

1979年世界上第一个实体造型CAD/CAE诞生

CAD走向成熟

弱点：产品制造信息被忽略(表面粗糙度) 难以表示自由曲面体型 生成的模型不适合修改 特征造型随即出现 特征：指设计师对产品对象的一种高层次的、具 有工程含义的抽象描述。它包括对产品功能、形 状、结构、制造工艺、装配、检验、管理和使用 信息及其相互关系等方面的抽象描述。 Pro/E SolidWorks

曲面表示与曲面造型很多都是自由 曲面

曲面造型：研究曲面的计算机表示、求交、 光顺和显示的技术。

CAD领域目前应用最广的是张量参数曲面， 它是在拓扑矩形的边界网格上利用混合函 数在纵向和横向两对边界曲面间构造光滑 过渡的自由曲面。 下面主要介绍曲线曲面的表示和拟合、Bezier 与B样条曲线的基本概念

曲线曲面的表示和拟合

在几何造型系统中，曲线曲面方程通常表 示成参数的形式，即曲线上任一点的坐标 均表示成给定参数的函数。 假定用t表示参数，平面曲线上任一点P可表 示为： P(t)=[x(t), y(t)]; 空间曲线上任一三维点P可表示为： P(t)=[x(t), y(t), z(t)];

曲线拟合方法

曲线差值方法有：多项式差值、分段多项 式差值、样条函数差值等逼近方法有：Bezier方法、B样条方法等