文档介绍：第一章计算机辅助设计(CAD)技术概论
1-1 CAD的涵义及研究内容
计算机辅助设计(CAD)
是以计算机为主要研究手段来辅助设计者完成某项工作的设计、计算、分析、评价、优化等信息处理的综合性高新技术。它是60年代以来迅速发展起来的一门新兴的综合性计算机应用技术,从开始只完成一些计算和绘图以及数控加工,发展到辅助工程设计,模拟加工过程和CAD/CAE/CAM一体化。
CAD技术带来的革命
(1)产品设计的模式
(2)产品的生产、制造
(3)产品质量
(4)市场竞争
主要研究内容
(1)图形处理
是CAD技术的基础,用以表达设计方案,从二维到三维。如实体造型、特征造型、参数化特征造型。
(2)优化分析
采用数值计算方法(有限差分、有限元、边界元)求解工程设计。如:结构应力应变计算优化(强度计算);传热和流动分析(模具冷却系统、挤出定型模优化设计、热流道浇注系统的热平衡计算、运用流动分析优化模具成型方案);求解系统的动态性能。(PRO/E、UG和I-DEAS)和专用软件(HSC、Z-MOLD…)。
在CAD系统中引入“并行工程”的思想,已成为发展趋势。
(3)综合评价
对完成的设计方案进行校核和评价,包括:尺寸校核;外观分析;碰撞(干涉)试验(、装配、运动过程);内部结构剖析(内应力、温度分析、翘曲)和加工中的缺陷预测(. 熔体充模状态、气穴位置、挤出模中的熔体流速、吹塑加工中的吹破)
(4)信息交换
CAD之间、CAD与CAM之间、CAD与CAE之间、CAD与CAPP之间、进行远程、异地的信息沟通与资源共享。它基于数据交换标准,如IGES、STEP、SAT等;CAD技术应研究如何更合理、更高效、更准确地交换数据。
1-2 CAD系统的类型及CAD过程
按功能分
通用系统:(PRO/E、UG、Solidworks、Euclid、I-DEAS、CADDS5、MDT),通常包括线框、实体和曲面造型模块、装配与零件设计模块、有限元分析模块、数据交换与传输等)
专用系统:为特定的应用而开发的系统,通常只能用于一定的专业或用于解决某一类问题。如:冲模CAD/CAM系统、注塑模CAD/CAM系统、建筑装饰CAD软件等)
按运行方式分
交互式系统:以交互方式运行、由计算机检索数据、分析计算、绘图等,用户利用键盘等交互输入参数、选择方案、修改设计、控制运行过程。
自动化系统:上述过程基本上不需要人的干预。
按硬件角度分
主机系统、工作站系统、微机系统
按软件的开放性分
交钥匙系统(turn-key system)和可二次开发系统(programmable system)
设计中的大多数活动都可以用CAD技术来实现,但尚有一些活动难以用CAD技术实现,如设计的需求分析、可行性研究等,下图说明了设计过程与CAD过程的关系:
市场信息
设计需求分析
可行性研究与分析
概念
设计
设计
分析
设计
优化
设计建模
和仿真
设计
评价
设计
结果
CAM加工
CAD过程
1-3 计算机辅助设计与传统人工设计比较
传统人工设计
计算机辅助设计
1-4 计算机辅助设计的优点
人、机设计能力比较
项目人计算机
逻辑思维能力
有很强的设计想像力和判断力,能凭借经验进行创造设计,学习快
已系统化、格式化,一般无学忆存储能力
信息的组织是自觉的,但不正规;信息的记忆保存时间短,容量小
信息的组织是正规的、详细的;存储时间长,容量大
工作的适应能力
工作时间过长时,效率下降,容易疲劳和出差错
特别适合于从事重复性工作,可长期保持高效率,很少出错
分析计算能力
直观分析能力强,数值运算能力差,速度慢
没有直观分析能力,数值运算能力很强,速度快
查错和纠错能力
能直观地查找设计错误,并及时予以纠正;在纠错上具有很大的灵活性
查错方式已系统化,受系统限制,适应性差,很难自动纠正各种错误
信息的输入输出
能通过各种器官进行信息的传递,形式多样,但速度慢
已系统化,格式化,速度快
人与计算机在CAD中的作用
人:
(1)控制设计过程(输入原始参数、方案选择、修改设计、控制设计进程);
(2)人利用数值分析的结果和经验知识,作出决策判断;
(3)修改错误、修改设计;
计算机:
(1)数值计算(优化方法、有限元分析等);
(2)数据存储与管理(从数据库中检索数据,免去人工查询手册);
(3)图形绘制(绘图工作占设计总工作量的60%左右)
(4)设计结果以图形或数据形式显示在屏幕上)
CAD的优点:
工作效率高,可以大大缩短设计周期
设计与分析统一,使产品质量在