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第1章 计算机辅助设计概论Computer Aided Design，，CAD 计算机辅助设计计算机辅助设计Computer Aided Manufacturing，，CAM 计算机辅助制造计算机辅助制造基本术语广义CAM是指借助计算机来完成从生产准备到产品制造出来的过程中 的各项活动，包括工艺过程设计（CAPP)、工装设计、计算机辅助数 控加工编程、生产作业计划、制造过程控制、质量检测与分析等狭义CAM通常是指NC程序编制，包括刀具路径规划、刀位文件生成、 刀具轨迹仿真及NC代码生成等指工程技术人员以计算机为辅助工具来完成产品设计过程中的各项 工作，如草图绘制、零件设计、装配设计、工程分析等，并达到提 高产品设计质量、缩短产品开发周期、降低产品成本的目的广义CAM是指借助计算机来完成从生产准备到产品制造出来的过程中 的各项活动，包括工艺过程设计（CAPP)、工装设计、计算机辅助数 控加工编程、生产作业计划、制造过程控制、质量检测与分析等狭义CAM通常是指NC程序编制，包括刀具路径规划、刀位文件生成、 刀具轨迹仿真及NC代码生成等指工程技术人员以计算机为辅助工具来完成产品设计过程中的各项 工作，如草图绘制、零件设计、装配设计、工程分析等，并达到提 高产品设计质量、缩短产品开发周期、降低产品成本的目的。

Computer Aided Process Planning, CAPP 计算机辅助工艺设计计算机辅助工艺设计Product Data Management，，PDM 产品数据管理产品数据管理指在工艺人员借助于计算机，根据产品设计阶段给出的信息和产品制 造工艺要求，交互地或自动地确定产品加工方法和方案，如加工方法 选择、工艺路线确定、工序设计等指在工艺人员借助于计算机，根据产品设计阶段给出的信息和产品制 造工艺要求，交互地或自动地确定产品加工方法和方案，如加工方法 选择、工艺路线确定、工序设计等Computer Aided Engineering ，，CAE 计算机辅助工程分析计算机辅助工程分析利用计算机对设计方案进行分析，包括工程分析、数据管理、试验、仿 真等等以软件技术为基础，以产品为管理的核心，以数据、过程和资源为 管理信息的三大要素利用计算机对设计方案进行分析，包括工程分析、数据管理、试验、仿 真等等以软件技术为基础，以产品为管理的核心，以数据、过程和资源为 管理信息的三大要素1.1 CAD的含义和特点1.1 CAD的含义和特点CAD :Computer Aided Design 计算机辅助设计计算机辅助设计CAD是以设计者为主体，设计者利用计算机辅 助设计系统的资源，对产品设计进行CAD是以设计者为主体，设计者利用计算机辅 助设计系统的资源，对产品设计进行规划、分 析、综合、模拟、评价、修改、决策规划、分 析、综合、模拟、评价、修改、决策并形成工 程文档的创造性活动。

并形成工 程文档的创造性活动CAD不是自动设计，而是设计人员在计算机辅助设计 系统的帮助下进行设计的过程1.1 CAD的含义和特点1.1 CAD的含义和特点CAD :Computer Aided Design 计算机辅助设计计算机辅助设计CAD系统资源: CAD系统资源: 建立设计对象的模型、实体设计 、与图形设计及图形显示、工程计算及优化、 功能模拟及运动模拟、产品设计所需的标准、 规范及原材料的性能、工艺参数等工程数据， 数据交换标准、方法及工具，设计者与系统交 互作业的用户接口建立设计对象的模型、实体设计 、与图形设计及图形显示、工程计算及优化、 功能模拟及运动模拟、产品设计所需的标准、 规范及原材料的性能、工艺参数等工程数据， 数据交换标准、方法及工具，设计者与系统交 互作业的用户接口概括来说，CAD的设计对象有两大类：概括来说，CAD的设计对象有两大类：  一类是机械、电气、电子、轻工和纺织产品；一类是机械、电气、电子、轻工和纺织产品；  另一类是工程设计产品，即工程建筑，国外简称： AEC (Architecture、Engineering Construction)另一类是工程设计产品，即工程建筑，国外简称： AEC (Architecture、Engineering Construction)。

 而如今，CAD技术的应用范围已经延伸到艺术、电影、动 画、广告和娱乐等领域，产生了巨大的经济及社会效益， 有着广泛的应用前景而如今，CAD技术的应用范围已经延伸到艺术、电影、动 画、广告和娱乐等领域，产生了巨大的经济及社会效益， 有着广泛的应用前景Computer Aided Architecture Design，，CAAD 计算机辅助建筑设计计算机辅助建筑设计CAD CAD 工作过程工作过程功能设计功能设计功能设计功能设计初步设计初步设计初步设计初步设计详细设计详细设计 FEA详细设计详细设计 FEA加工仿真加工仿真加工仿真加工仿真运动仿真或功能仿真运动仿真或功能仿真运动仿真或功能仿真运动仿真或功能仿真对零件进行加工模拟，如注塑、压 铸、锻压或机械加工等过程进行模 拟，从中发现制造的问题，进而提 出对零件设计的修改方案对零件进行加工模拟，如注塑、压 铸、锻压或机械加工等过程进行模 拟，从中发现制造的问题，进而提 出对零件设计的修改方案进行产品结构的初步设计，产品造 型和外观的初步设计进行产品结构的初步设计，产品造 型和外观的初步设计从总图派生出零件，对零件的造型 、尺寸和色彩等进行详细设计。

从总图派生出零件，对零件的造型 、尺寸和色彩等进行详细设计进行功能设计，选择合适的科学原 理或构造原理进行功能设计，选择合适的科学原 理或构造原理对产品实施运动模拟和功能模拟， 对其性能做出评价、分析和优化， 最终完成零件的结构设计对产品实施运动模拟和功能模拟， 对其性能做出评价、分析和优化， 最终完成零件的结构设计机械CAD设计过程机械CAD设计过程输入产品性能要求输入产品性能要求输入产品性能要求输入产品性能要求计算机辅助创新软件及专家系 统的辅助设计下进行方案设计计算机辅助创新软件及专家系 统的辅助设计下进行方案设计计算机辅助创新软件及专家系 统的辅助设计下进行方案设计计算机辅助创新软件及专家系 统的辅助设计下进行方案设计模型设计模型设计模型设计模型设计物性计算 疲劳计算等物性计算 疲劳计算等物性计算 疲劳计算等物性计算 疲劳计算等优化设计优化设计优化设计优化设计工程分析 及校核工程分析 及校核工程分析 及校核工程分析 及校核运动仿真 装配仿真运动仿真 装配仿真运动仿真 装配仿真运动仿真 装配仿真满足要求？满足要求？工程数据库工程数据库工程数据库工程数据库修改设计修改设计修改设计修改设计N完成详细设计完成详细设计完成详细设计完成详细设计Y1.1.1 CAD的特点1.1.1 CAD的特点提高设计效率提高设计效率提高设计质量提高设计质量利于成组设计利于成组设计修改设计方便修改设计方便设计与分析统一设计与分析统一易于实现产品数据的标准化易于实现产品数据的标准化易于实现网络的协同设计易于实现网络的协同设计无图纸化生产的前提无图纸化生产的前提为实现产品生命周期管理系统提供基础为实现产品生命周期管理系统提供基础用户用户用户用户1.1.2 CAD系统的结构1.1.2 CAD系统的结构以高性能通用大型机做主机，可以分时方式联几十个 或几百个终端，软硬件选择余地小，投资巨大，适合 大型企业使用。

在20世纪70年代较为流行，目前已经 不再采用以高性能通用大型机做主机，可以分时方式联几十个 或几百个终端，软硬件选择余地小，投资巨大，适合 大型企业使用在20世纪70年代较为流行，目前已经 不再采用1)集中式主机系统(1)集中式主机系统通信系统通信系统主计算机主计算机用户用户(2) 小型机成套系统(2) 小型机成套系统是专门定制用户CAD系统，用户购机后，立 即可使用，性能价格比适中，但系统扩展 能力差，适当选配异种机联网技术和标准 数据交换接口，可向分布式网络工作站发 展这种系统适合中等企业选用是专门定制用户CAD系统，用户购机后，立 即可使用，性能价格比适中，但系统扩展 能力差，适当选配异种机联网技术和标准 数据交换接口，可向分布式网络工作站发 展这种系统适合中等企业选用由于32位微机的发展提高了微机数值处理和图形处理 能力，可以实现不复杂零件的CAD，许多工作站上的 CAD软件不断出现微机版本，微机环境的CAD软件相继 问世，为扩大微机CAD系统的应用提供了基础，微机 CAD在中小型企业有广泛的应用前景由于32位微机的发展提高了微机数值处理和图形处理 能力，可以实现不复杂零件的CAD，许多工作站上的 CAD软件不断出现微机版本，微机环境的CAD软件相继 问世，为扩大微机CAD系统的应用提供了基础，微机 CAD在中小型企业有广泛的应用前景。

3) 微型计算机CAD系统(3) 微型计算机CAD系统高档微机或单机系统计算机主机计算机主机图形显示器图形显示器绘图仪、打印机绘图仪、打印机扫描仪扫描仪鼠标、键盘鼠标、键盘硬盘硬盘软盘软盘移动存储设备移动存储设备(4) 分布式网络工程工作站系统(4) 分布式网络工程工作站系统由32位或64位工作站组成，一般均可配三维图形加速 器，有很强的图形功能和联网能力支持多种操作系 统和开发平台，有很好的性能价格比基于网络的微 机工作站系统应用计算机技术和网络通信技术，将分 部于各处的多台各类计算机以网络形式连接起来采 用局域网可以将一座大楼、一个工厂范围内的计算机 联网，通过INTERNET则可将多个局域网连接起来，并 可访问分布在世界各地的设计小组与设计人员，以沟 通设计信息，典型工作站分布式网络为星式拓扑结构由32位或64位工作站组成，一般均可配三维图形加速 器，有很强的图形功能和联网能力支持多种操作系 统和开发平台，有很好的性能价格比基于网络的微 机工作站系统应用计算机技术和网络通信技术，将分 部于各处的多台各类计算机以网络形式连接起来采 用局域网可以将一座大楼、一个工厂范围内的计算机 联网，通过INTERNET则可将多个局域网连接起来，并 可访问分布在世界各地的设计小组与设计人员，以沟 通设计信息，典型工作站分布式网络为星式拓扑结构1.2 CAD系统的硬件1.2 CAD系统的硬件主机主机输入设备输入设备（数字化仪、扫描仪、三坐标测量仪）（数字化仪、扫描仪、三坐标测量仪）输出设备输出设备（显示器、绘图仪、打印机、快速成形机）（显示器、绘图仪、打印机、快速成形机）信息存储设备信息存储设备（外存、硬盘阵列、光盘、磁带机）（外存、硬盘阵列、光盘、磁带机）网络设备网络设备多媒体设备多媒体设备1.2.1 工作站系统1.2.1 工作站系统CPU采用精简指令系统RISC处理器，操作系统主要采 用UNIX系统。

该种工作站可以配置多个CUP，具有64位或128位的计 算能力，物理内存可达16GB，并能提供很大的虚拟内 存空间，能满足高性能计算的要求，但价格昂贵 SGI、HP、IBM等公司均有此类产品CPU采用精简指令系统RISC处理器，操作系统主要采 用UNIX系统 该种工作站可以配置多个CUP，具有64位或128位的计 算能力，物理内存可达16GB，并能提供很大的虚拟内 存空间，能满足高性能计算的要求，但价格昂贵 SGI、HP、IBM等公司均有此类产品1) （1) UNIX 工作站工作站工作站是一种比较特殊的计算机机种，它主要面向专业应用领 域，具有强大的数据运算、图形图像处理、网络通信能力工作站是一种比较特殊的计算机机种，它主要面向专业应用领 域，具有强大的数据运算、图形图像处理、网络通信能力PC工作站是随着个人计算机性能的不断增强而逐渐发 展起来的 这类工作站的CUP常采用Intel公司和AMD公司的32位或 64位处理器，也可以采用双CUP或双核系统，操作系统 。