机械 CAD
孙先鹏
9314
Sunxianpeng107@hotmail.com
Reference
参考文献：
1、《机械 CAD技术基础,童秉枢 清华大学出版社
2、《机械 CAD基础,吴昌林 高教出版社
3、《机械 CAD技术基础,谭光宇 哈工大出版社
4,MECHANICAL ENGINEERING CAD/CAM,武汉理工翻译出版
5、《机械 CAD》（ 机械设计部分） 机械设计教研组 西北农林科技大学本课程知识基础
机械设计
课程设计
计算机高级编程语言
高等数学
线性代数
数值计算方法基础
Required Objectives
Additional conception
CAD技术概论
CAD 系统
工程数据处理的数学基础
工程手册的数据处理
机械 CAD中常用的数据结构
信息存储与管理
Elective Objectives
Product Lifecycle Management
Collaborative Design
Product Data Exchange
什么叫做设计？
1、从产品的定义可以看出,设计 是根据客观需求，通过人们的创造性思维，经过判断、决策、并用各种设计模型使之定量化，将提供的资源转化为技术装置或系统以满足人类与社会的功能要求的过程。
2、从过程的定义看，产品设计是指从确定产品设计任务书起到确定产品结构为止的一系列技术工作的准备和管理，是产品开发的重要环节，是产品生产过程的开始。
传统的设计主要指产品设计。
设计的需要来源于：
市场的刺激
环境的刺激
企业内部刺激产品设计产品的概念产品最一般的概念是劳动创造出来的物质财富或物品。
所以对产品的分析可以划分为三个层次：
1、形式产品
2、核心产品
3、延伸产品产品设计的分类根据设计对象不同，产品设计分为：
1、开发性设计
2、改进性设计
3、系列化设计
4、测绘与仿制设计过程中的注意事项：
1) 具体的设计步骤要根据设计工作类型，考虑设计人员的素质及有关影响因素来确定，要尽量简单、明了、便于有关人员协调工作。
2) 设计过程要有全局观点，不能只考虑设计对象本身的问题，还应考虑到整个企业的效益，注意对社会的影响。
3) 应注意避免在未彻底研究问题之前就得出结论 。
4) 要时刻注意求取多个解决解答方案，避免解答的局限性。要注意抽象化，注意创造性方法的运用。
5) 要注意各阶段的评价和优选。评价中要注意减少主观因素的影响，注意通过模拟及实验进行评价，以求出既满足要求又有最大实现可能的方案。
6) 各阶段应有明确目标，在各阶段终了时应有具体成果可供检查
7) 要注意反馈及必要的工作循环。解决问题要由抽象到具体，由局部到全面，由不确定到确定。
1.1 机械设计概述对于机械设计，一般经历以下几个阶段：
1,概念设计
2,初步设计
3,详细设计产品 CAD/CAM
从前面产品设计章节的讨论我们可以看出，产品的设计不是一个简单的绘图过程，它还包括分析、优化，用到很多领域的知识。
所以广义上说,CAD技术应包括二维工程绘图、三维几何造型、
有限元分析、数控 (NC)加工、产品数据管理及其集成技术等。也就是说，为支持产品的设计,CAD技术还应该包括计算机辅助分析、辅助制造等覆盖产品设计过程的五个阶段。
CAD过程
任何一个设计都表现为一种过程，每个过程都由一系列设计活动组成
大多数设计活动可以应用 CAD技术
CAD与 CAPP,NCP结合，形成
CAD/CAM的集成
1.2 CAD 技术的内涵
CAD(Computer Aided Design) 一个人机对话系统，它是使用计算机软件、硬件来辅助完成一项工程设计的建立，分析和优化的方法与技术。
一个完整的 CAD技术，包括 工程分析,
图形处理,数据管理和数据交换，文档处理，界面开发，网络应用 。
工程分析包括通过使用数学方法，统计分析，
以及在机械设计中常规的设计方法，比如：优化设计，有限元分析，可靠性分析等先进的设计和分析方法。
图形处理包括几何构型，绘制零件图、部件图、
装配图，三维几何造型技术和图形处理和图形仿真
数据管理和数据交换是对设计涉及的数据进行整理、组合，交换以满足当前设计或未来设计对数据的提取及新数据的补充。如 PDM,DB。
CG（ computer graphics）
硬件
图形软件设计
图形处理
实际行业的应用
CG是独立的一门工程学科
CG与 CAD有交集,CAD（ computer
aided drawing）
CAD的特点
在设计时能同时进行分析，是方案达到最优
– 可以大量运用概率密度函数分析，方差分析，等现代分析方法求得设计参数。并运用系统工程进行方案设计，
使之最优。
能够大大提高设计精度及可靠性
– 通过引进大量现代的分析和数值计算软件，如数值积分，
有限元，边界元等软件，利用这些软件可提高设计精度。
前所未有的图形处理和数据处理功能
– CAD图形处理系统可以根据设计者的设想和要求，产生实体模型，并且可以不同角度，各种形式在显示器显示出来，并能够实时修改。图形信息还可以存入图形库，
随时调用。
设计效率大大提高，缩短了设计周期，并能实现设计制造一体化
– 资料检索，复杂分析，绘图等费时工作都可由电脑替代，
极大缩短了设计周期，提高效率。
CAD的应用举例（专家系统）
Evaluating Alternatives Tools
VBA
帮助设计者在面对不同的设计方案时作出比较客观的选择
基于 Engineering design methods 中 weighted objectives
method,fuzzy logic 等设计理论及数学方法。
1.3 我国目前 CAD应用层次
计算机绘图，产品三维几何造型的应用层次
基于 CAE进行产品性能设计的应用层次
基于 PDM的 CAD应用层次
基于企业信息化平台的 CAD应用层次
1.4 CAD技术的发展历程
CAD系统的发展是伴随着计算机硬件，图形设备和软件技术的发展而发展的。
计算机硬件技术的发展
1) 起步阶段（ 20世纪 50-60年代）
1950年 MIT研制出 Whirlwind 1 的显示器，实现图形的屏幕显示
1958年 Calcomp公司将数字记录仪发展成滚筒式绘图仪 17-2-18
1958年 Cerber公司发明了平板式绘图仪 18-2-19
20世纪 50年代,MIT开发出 SAGE战术防空系统，用光笔在屏幕上确定目标，标志着交互式图形生成技术的诞生，为 CAD
奠定了基础
2) 发展及应用阶段（ 20世纪 60-70年代）
1962年 MIT的 Ivan Sutherland研制出世界上首台利用光笔的交互式图形系统 sketchpad.
3) 广泛应用时期（ 20世纪 70年代）
这个时期是 CAD技术被广泛应用的阶段，由于图形设备，存储设备及相关支撑软件的不断完善,CAD技术在二维及三维线框模型得到了极大发展。
4) 快速发展时期（ 20世纪 80年代至今 ）
由于集成电路的进一步发展，大规模及超大规模集成电路涌现出来，计算机开始普及，而且精简指令计算机（ RISC） 技术在 CAD系统中开始应用，此时，
二维三维图形处理技术、有限元分析,simulation进入实用时期。如今，由于网络技术的出现,CAD系统正向智能化，集成化，网络化等方向发展。
1964年,Stave Coons提出有小块曲面代替自由区面，法国雷诺的 Pierre Bezier发展出 Bezier曲线的数学模型，
由控点控制曲线。
CAD软件发展历程在机械领域中,CAD软件的发展是经历了几次技术创新。
1) 第一次技术创新（区面造型技术 surface modeling）
20世纪 60年代,wireframe modeling
20世纪 70年代,Bezier 算法的出现,CAM/CAD
2) 第二次技术创新（实体造型 Solid modeling）
1979年 SDRC发布 I-DEAS,CAE
3) 第三次技术创新（参数化造型 Parameter modeling）
PTC company,开发出 Pro-Engineering
4) 第四次技术创新（变量化造型）
a,改进参数化造型的全尺寸约束。
b,失去形体拓扑关系发生改变，缺少约束特征，造成系统混乱
CAD的发展趋势
1,CAD集成化：在 CAD过程中，涉及到多个串行或并行的活动，将每个活动中产生的产品数据或信息集成，就构成产品生命周期中信息的源头。
2,CAD网络化,CAD过程中，通过基于某种标准的网络实现数据的交换和互动。
3,CAD智能化：利用 CAD实现符号推理型的设计活动。
4,CAD标准化,CAD过程中涉及到：图形标准，
数据交换标准，窗口标准等。
小节
什么是 CAD及 Cax,以及它们之间的关系。
了解了 CAD的发展历程及现状
了解了 CAD的基本组成
孙先鹏
9314
Sunxianpeng107@hotmail.com
Reference
参考文献：
1、《机械 CAD技术基础,童秉枢 清华大学出版社
2、《机械 CAD基础,吴昌林 高教出版社
3、《机械 CAD技术基础,谭光宇 哈工大出版社
4,MECHANICAL ENGINEERING CAD/CAM,武汉理工翻译出版
5、《机械 CAD》（ 机械设计部分） 机械设计教研组 西北农林科技大学本课程知识基础
机械设计
课程设计
计算机高级编程语言
高等数学
线性代数
数值计算方法基础
Required Objectives
Additional conception
CAD技术概论
CAD 系统
工程数据处理的数学基础
工程手册的数据处理
机械 CAD中常用的数据结构
信息存储与管理
Elective Objectives
Product Lifecycle Management
Collaborative Design
Product Data Exchange
什么叫做设计？
1、从产品的定义可以看出,设计 是根据客观需求，通过人们的创造性思维，经过判断、决策、并用各种设计模型使之定量化，将提供的资源转化为技术装置或系统以满足人类与社会的功能要求的过程。
2、从过程的定义看，产品设计是指从确定产品设计任务书起到确定产品结构为止的一系列技术工作的准备和管理，是产品开发的重要环节，是产品生产过程的开始。
传统的设计主要指产品设计。
设计的需要来源于：
市场的刺激
环境的刺激
企业内部刺激产品设计产品的概念产品最一般的概念是劳动创造出来的物质财富或物品。
所以对产品的分析可以划分为三个层次：
1、形式产品
2、核心产品
3、延伸产品产品设计的分类根据设计对象不同，产品设计分为：
1、开发性设计
2、改进性设计
3、系列化设计
4、测绘与仿制设计过程中的注意事项：
1) 具体的设计步骤要根据设计工作类型，考虑设计人员的素质及有关影响因素来确定，要尽量简单、明了、便于有关人员协调工作。
2) 设计过程要有全局观点，不能只考虑设计对象本身的问题，还应考虑到整个企业的效益，注意对社会的影响。
3) 应注意避免在未彻底研究问题之前就得出结论 。
4) 要时刻注意求取多个解决解答方案，避免解答的局限性。要注意抽象化，注意创造性方法的运用。
5) 要注意各阶段的评价和优选。评价中要注意减少主观因素的影响，注意通过模拟及实验进行评价，以求出既满足要求又有最大实现可能的方案。
6) 各阶段应有明确目标，在各阶段终了时应有具体成果可供检查
7) 要注意反馈及必要的工作循环。解决问题要由抽象到具体，由局部到全面，由不确定到确定。
1.1 机械设计概述对于机械设计，一般经历以下几个阶段：
1,概念设计
2,初步设计
3,详细设计产品 CAD/CAM
从前面产品设计章节的讨论我们可以看出，产品的设计不是一个简单的绘图过程，它还包括分析、优化，用到很多领域的知识。
所以广义上说,CAD技术应包括二维工程绘图、三维几何造型、
有限元分析、数控 (NC)加工、产品数据管理及其集成技术等。也就是说，为支持产品的设计,CAD技术还应该包括计算机辅助分析、辅助制造等覆盖产品设计过程的五个阶段。
CAD过程
任何一个设计都表现为一种过程，每个过程都由一系列设计活动组成
大多数设计活动可以应用 CAD技术
CAD与 CAPP,NCP结合，形成
CAD/CAM的集成
1.2 CAD 技术的内涵
CAD(Computer Aided Design) 一个人机对话系统，它是使用计算机软件、硬件来辅助完成一项工程设计的建立，分析和优化的方法与技术。
一个完整的 CAD技术，包括 工程分析,
图形处理,数据管理和数据交换，文档处理，界面开发，网络应用 。
工程分析包括通过使用数学方法，统计分析，
以及在机械设计中常规的设计方法，比如：优化设计，有限元分析，可靠性分析等先进的设计和分析方法。
图形处理包括几何构型，绘制零件图、部件图、
装配图，三维几何造型技术和图形处理和图形仿真
数据管理和数据交换是对设计涉及的数据进行整理、组合，交换以满足当前设计或未来设计对数据的提取及新数据的补充。如 PDM,DB。
CG（ computer graphics）
硬件
图形软件设计
图形处理
实际行业的应用
CG是独立的一门工程学科
CG与 CAD有交集,CAD（ computer
aided drawing）
CAD的特点
在设计时能同时进行分析，是方案达到最优
– 可以大量运用概率密度函数分析，方差分析，等现代分析方法求得设计参数。并运用系统工程进行方案设计，
使之最优。
能够大大提高设计精度及可靠性
– 通过引进大量现代的分析和数值计算软件，如数值积分，
有限元，边界元等软件，利用这些软件可提高设计精度。
前所未有的图形处理和数据处理功能
– CAD图形处理系统可以根据设计者的设想和要求，产生实体模型，并且可以不同角度，各种形式在显示器显示出来，并能够实时修改。图形信息还可以存入图形库，
随时调用。
设计效率大大提高，缩短了设计周期，并能实现设计制造一体化
– 资料检索，复杂分析，绘图等费时工作都可由电脑替代，
极大缩短了设计周期，提高效率。
CAD的应用举例（专家系统）
Evaluating Alternatives Tools
VBA
帮助设计者在面对不同的设计方案时作出比较客观的选择
基于 Engineering design methods 中 weighted objectives
method,fuzzy logic 等设计理论及数学方法。
1.3 我国目前 CAD应用层次
计算机绘图，产品三维几何造型的应用层次
基于 CAE进行产品性能设计的应用层次
基于 PDM的 CAD应用层次
基于企业信息化平台的 CAD应用层次
1.4 CAD技术的发展历程
CAD系统的发展是伴随着计算机硬件，图形设备和软件技术的发展而发展的。
计算机硬件技术的发展
1) 起步阶段（ 20世纪 50-60年代）
1950年 MIT研制出 Whirlwind 1 的显示器，实现图形的屏幕显示
1958年 Calcomp公司将数字记录仪发展成滚筒式绘图仪 17-2-18
1958年 Cerber公司发明了平板式绘图仪 18-2-19
20世纪 50年代,MIT开发出 SAGE战术防空系统，用光笔在屏幕上确定目标，标志着交互式图形生成技术的诞生，为 CAD
奠定了基础
2) 发展及应用阶段（ 20世纪 60-70年代）
1962年 MIT的 Ivan Sutherland研制出世界上首台利用光笔的交互式图形系统 sketchpad.
3) 广泛应用时期（ 20世纪 70年代）
这个时期是 CAD技术被广泛应用的阶段，由于图形设备，存储设备及相关支撑软件的不断完善,CAD技术在二维及三维线框模型得到了极大发展。
4) 快速发展时期（ 20世纪 80年代至今 ）
由于集成电路的进一步发展，大规模及超大规模集成电路涌现出来，计算机开始普及，而且精简指令计算机（ RISC） 技术在 CAD系统中开始应用，此时，
二维三维图形处理技术、有限元分析,simulation进入实用时期。如今，由于网络技术的出现,CAD系统正向智能化，集成化，网络化等方向发展。
1964年,Stave Coons提出有小块曲面代替自由区面，法国雷诺的 Pierre Bezier发展出 Bezier曲线的数学模型，
由控点控制曲线。
CAD软件发展历程在机械领域中,CAD软件的发展是经历了几次技术创新。
1) 第一次技术创新（区面造型技术 surface modeling）
20世纪 60年代,wireframe modeling
20世纪 70年代,Bezier 算法的出现,CAM/CAD
2) 第二次技术创新（实体造型 Solid modeling）
1979年 SDRC发布 I-DEAS,CAE
3) 第三次技术创新（参数化造型 Parameter modeling）
PTC company,开发出 Pro-Engineering
4) 第四次技术创新（变量化造型）
a,改进参数化造型的全尺寸约束。
b,失去形体拓扑关系发生改变，缺少约束特征，造成系统混乱
CAD的发展趋势
1,CAD集成化：在 CAD过程中，涉及到多个串行或并行的活动，将每个活动中产生的产品数据或信息集成，就构成产品生命周期中信息的源头。
2,CAD网络化,CAD过程中，通过基于某种标准的网络实现数据的交换和互动。
3,CAD智能化：利用 CAD实现符号推理型的设计活动。
4,CAD标准化,CAD过程中涉及到：图形标准，
数据交换标准，窗口标准等。
小节
什么是 CAD及 Cax,以及它们之间的关系。
了解了 CAD的发展历程及现状
了解了 CAD的基本组成
