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1、第2章现代设计技术现在学习的是第1页，共91页现在学习的是第2页，共91页第第2 2章章 现代设计技术现代设计技术2.1 2.1 概概 述述2.1.1 2.1.1 现代设计技术定义与特点现代设计技术定义与特点1.1.现代设计技术的定义现代设计技术的定义现代设计技术是以满足市场产品的质量、现代设计技术是以满足市场产品的质量、性能、时间、成本、价格综合效益最优为目性能、时间、成本、价格综合效益最优为目的，以计算机辅助设计技术为主体，以知识的，以计算机辅助设计技术为主体，以知识为依托，以多种科学方法及技术为手段，研为依托，以多种科学方法及技术为手段，研现在学习的是第3页，共91页究、改进、创造产品活
2、动过程所用到的技术究、改进、创造产品活动过程所用到的技术群体的总称。群体的总称。2.2.现代设计技术的特点现代设计技术的特点(1)(1)系统性。系统性。(2)(2)动态性。动态性。(3)(3)创造性。创造性。(4)(4)计算机化。计算机化。(5)(5)并行化、最优化、虚拟化和自动化。并行化、最优化、虚拟化和自动化。(6)(6)主动性。主动性。现在学习的是第4页，共91页2.1.2 2.1.2 现代设计技术体系现代设计技术体系 现代设计技术的整个体系好比一棵大树，现代设计技术的整个体系好比一棵大树，由由基础技术基础技术、主体技术主体技术、支撑技术支撑技术和和应用技应用技术术四个层次组成，如图四个
3、层次组成，如图2-12-1所示。所示。现在学习的是第5页，共91页现在学习的是第6页，共91页1.1.基础技术基础技术基础技术是指传统的设计理论与方法，特基础技术是指传统的设计理论与方法，特别是运动学、静力学与动力学、材料力学、别是运动学、静力学与动力学、材料力学、结构力学、热力学、电磁学、工程数学的基结构力学、热力学、电磁学、工程数学的基本原理与方法等。本原理与方法等。2.2.主体技术主体技术现代设计技术的诞生和发展与计算机技术现代设计技术的诞生和发展与计算机技术的发展息息相关、相辅相成。的发展息息相关、相辅相成。现在学习的是第7页，共91页计算机科学与设计技术结合产生计算机辅助计算机科学与
4、设计技术结合产生计算机辅助设计、智能设计、智能CAD(Intelligent CADCAD(Intelligent CAD，ICAD)ICAD)、优、优化设计、有限元分析程序、模拟仿真、虚拟化设计、有限元分析程序、模拟仿真、虚拟设计和工程数据库等技术。运用现代设计技设计和工程数据库等技术。运用现代设计技术的多种理论与方法如优化设计、可靠性设术的多种理论与方法如优化设计、可靠性设计、模糊设计等理论构造的数学模型，来编计、模糊设计等理论构造的数学模型，来编制计算机应用程序，可以更广泛、更深入地制计算机应用程序，可以更广泛、更深入地模拟人的推理与思维，从而提高计算机的模拟人的推理与思维，从而提高计算
5、机的“智力智力”。现在学习的是第8页，共91页 而计算机辅助设计技术正是以它对数值计算和对信息与知而计算机辅助设计技术正是以它对数值计算和对信息与知识的独特处理能力，成为现代设计技术群体的主干，即主识的独特处理能力，成为现代设计技术群体的主干，即主体技术。体技术。3.3.支撑技术支撑技术支撑技术主要有现代设计方法学、可信性支撑技术主要有现代设计方法学、可信性设计技术、试验设计技术。现代设计方法学设计技术、试验设计技术。现代设计方法学涉及的内容很广，如并行设计、系统设计、涉及的内容很广，如并行设计、系统设计、功能设计、模块化设计、价值工程、质量功功能设计、模块化设计、价值工程、质量功能配制、反求
6、工程、绿色设计、模糊设计、能配制、反求工程、绿色设计、模糊设计、现在学习的是第9页，共91页面向对象设计、工业造型设计等。可信性设面向对象设计、工业造型设计等。可信性设计是广义的可靠性设计的扩展，主要指可靠计是广义的可靠性设计的扩展，主要指可靠性与安全性设计、动态分析与设计、防断裂性与安全性设计、动态分析与设计、防断裂设计、健壮设计、耐环境设计等。设计试验设计、健壮设计、耐环境设计等。设计试验技术包括可靠性试验、环保性能试验与控制，技术包括可靠性试验、环保性能试验与控制，以及运用计算机技术的数字仿真试验和虚拟以及运用计算机技术的数字仿真试验和虚拟试验等。试验等。现在学习的是第10页，共91页4
7、.4.应用技术应用技术应用技术是针对实用目的解决各类具体产应用技术是针对实用目的解决各类具体产品设计问题的技术，如机床、汽车、工程机品设计问题的技术，如机床、汽车、工程机械、精密机械的现代设计内容可以看作是现械、精密机械的现代设计内容可以看作是现代设计技术派生出来的具体技术群。代设计技术派生出来的具体技术群。现代设计已扩展到产品规划、制造、营销、现代设计已扩展到产品规划、制造、营销、运行、回收等各个方面，除了必要的传统设运行、回收等各个方面，除了必要的传统设计理论与方法的基础知识外，相关的学科与计理论与方法的基础知识外，相关的学科与技术，技术，尤其是制造工艺、自动化技术、尤其是制造工艺、自动化
8、技术、现在学习的是第11页，共91页 系统管理技术、材料知识与经验及广泛的自然系统管理技术、材料知识与经验及广泛的自然科学知识等也是十分必要的。此外，设计产品科学知识等也是十分必要的。此外，设计产品总是以满足社会需求为目的的，因此，设计人总是以满足社会需求为目的的，因此，设计人员还应具备政治、经济、法律、人文社会、艺员还应具备政治、经济、法律、人文社会、艺术等方面的知识与素养。术等方面的知识与素养。2.2 2.2 计算机辅助设计计算机辅助设计(CAD)(CAD)技术技术 2.1.1 2.1.1 计算机辅助设计技术的产生及发展计算机辅助设计技术的产生及发展 (1)20(1)20世纪世纪5050年
9、代年代 CAD CAD技术的萌芽期。技术的萌芽期。19501950年美国麻省理工学院研制出旋风型图形显示设备年美国麻省理工学院研制出旋风型图形显示设备现在学习的是第12页，共91页(2)20(2)20世纪世纪6060年代年代 CAD CAD技术的成长期。技术的成长期。19621962年年SketchPADSketchPAD图形系统、首次提出了计算机图图形系统、首次提出了计算机图形学；形学；19651965年美国洛克希德飞机公司推出年美国洛克希德飞机公司推出CAD/CAMCAD/CAM(3)20(3)20世纪世纪7070年代年代 CAD CAD技术的发展期。技术的发展期。三维建模及绘图工具，曲面
10、模型得到初步应用三维建模及绘图工具，曲面模型得到初步应用(4)20(4)20世纪世纪8080年代年代 CAD CAD技术的普及期。技术的普及期。复杂曲面描述技术，实体建模技术趋于成熟。复杂曲面描述技术，实体建模技术趋于成熟。(5)20(5)20世纪世纪9090年代年代 CAD CAD技术集成化期。技术集成化期。网络环境下的网络环境下的CADCAD系统成为主流的设计平台。系统成为主流的设计平台。现在学习的是第13页，共91页 2.2.2 2.2.2 计算机辅助设计的关键技术计算机辅助设计的关键技术1.1.产品的几何造型技术产品的几何造型技术CADCAD的几何造型过程也就是对被设计对象进行的几何造
11、型过程也就是对被设计对象进行描述，描述，并用合适的数据结构存储在计算机内，并用合适的数据结构存储在计算机内，以建立计算机内部模型的过程。被设计对象的以建立计算机内部模型的过程。被设计对象的造型建模技术的发展，经历了线框模型、表面造型建模技术的发展，经历了线框模型、表面(曲面曲面)模型、实体建模、特征造型、特征参数模型、实体建模、特征造型、特征参数模型、模型、产品数据模型的演变过程，产品数据模型的演变过程，现在学习的是第14页，共91页主要模型类型如图主要模型类型如图2-22-2所示。所示。现在学习的是第15页，共91页1)1)线框模型线框模型线框模型由一系列空间直线、圆弧和点组线框模型由一系列
12、空间直线、圆弧和点组合而成，用来描述产品的轮廓外形合而成，用来描述产品的轮廓外形(见图见图2-2-2(a)2(a)。这种模型曾广泛应用于。这种模型曾广泛应用于工厂或车间布工厂或车间布局局、三视图生成三视图生成、运动机构的模拟运动机构的模拟和和有限元有限元网络的自动生成等方面网络的自动生成等方面，但它无法产生剖面，但它无法产生剖面图、消除隐藏线以及求解两个形体间的交线，图、消除隐藏线以及求解两个形体间的交线，也无法根据线框模型进行物性计算和数控加也无法根据线框模型进行物性计算和数控加工指令的编制等作业。工指令的编制等作业。现在学习的是第16页，共91页2)2)表面模型表面模型表面模型的数据结构在
13、线框模型的基础上，表面模型的数据结构在线框模型的基础上，增加了有关面的信息和棱边的连接方向等内增加了有关面的信息和棱边的连接方向等内容。容。表面造型又分为表面造型又分为“多边平面造型多边平面造型”和和“曲面造型曲面造型”两种。多边平面造型只能构建平两种。多边平面造型只能构建平面主体，描述能力不强，故较少采用面主体，描述能力不强，故较少采用(见图见图2-2-2(b)2(b)。曲面造型则发展非常迅速，它可以。曲面造型则发展非常迅速，它可以用于构建具有复杂自由曲面和雕塑曲面的物用于构建具有复杂自由曲面和雕塑曲面的物体模型体模型(见图见图2-3)2-3)，现在学习的是第17页，共91页因此广泛应用于汽
14、车、飞机、船舶等制造工因此广泛应用于汽车、飞机、船舶等制造工业中。常用的建模方法有贝塞尔业中。常用的建模方法有贝塞尔(Beizer)(Beizer)曲曲面技术和面技术和B B样条样条(B(Bspline)spline)曲面技术。表面曲面技术。表面模型能求解两个形体的交线、消除隐藏线等，模型能求解两个形体的交线、消除隐藏线等，但但无法定义厚度及内部几何体，故无法生成无法定义厚度及内部几何体，故无法生成形体的剖面图以及进行物性的计算。形体的剖面图以及进行物性的计算。现在学习的是第18页，共91页现在学习的是第19页，共91页3)3)实体模型实体模型实体模型较完整地反映了三维实体的几何实体模型较完整
15、地反映了三维实体的几何信息信息(见图见图2-2(c)2-2(c)，它既能，它既能消除隐藏线消除隐藏线，产，产生有明暗效应的立体图像，又能生有明暗效应的立体图像，又能进行物性计进行物性计算算，进行装配体或运动系统的空间干涉检查进行装配体或运动系统的空间干涉检查，进行有限元分析进行有限元分析的前后处理以及的前后处理以及多至五轴的多至五轴的数控编程等作业。数控编程等作业。现在学习的是第20页，共91页常用的实体造型方法有常用的实体造型方法有“边界表示边界表示”(Boundary Representation(Boundary Representation，B-rep)B-rep)法和法和“构造实体几
16、何构造实体几何”(Constructive Solid(Constructive Solid GeometryGeometry，CSG)CSG)法。法。边界表示法边界表示法把一个物体被看作是由有界的平把一个物体被看作是由有界的平面或曲面片子集构成的，每个面又由它的边面或曲面片子集构成的，每个面又由它的边界边和顶点组成界边和顶点组成(见图见图2-4)2-4)，经过各种几何运，经过各种几何运算和操作，最后达到构成物体的目的。算和操作，最后达到构成物体的目的。现在学习的是第21页，共91页现在学习的是第22页，共91页 CSGCSG法的基本思想法的基本思想认为任何几何形体都是由简认为任何几何形体都是
17、由简单的单的“实体细胞实体细胞”组成的，这种实体细胞可组成的，这种实体细胞可称为称为“体素体素”。CADCAD系统中常用的体素有：系统中常用的体素有：长长方体方体、圆柱圆柱、圆锥圆锥、球球、圆台圆台、楔楔、椭圆锥椭圆锥等。系统通过等。系统通过布尔运算布尔运算可以将这些几何体素可以将这些几何体素组成所需要的物体。高档的组成所需要的物体。高档的CADCAD系统还允许用系统还允许用户根据需要自己定义一些参数化的几何体素。户根据需要自己定义一些参数化的几何体素。现在学习的是第23页，共91页 复杂的几何物体是由体素组成的，通过正实复杂的几何物体是由体素组成的，通过正实体、负实体的定义，二维多边形的扫描
18、、移体、负实体的定义，二维多边形的扫描、移动、旋转、挖切和镜像等操作来实现物体的动、旋转、挖切和镜像等操作来实现物体的创建。图创建。图2-52-5就是用此方法生成的复杂零件图。就是用此方法生成的复杂零件图。现在学习的是第24页，共91页4)4)特征造型特征造型所谓特征，就是描述产品信息的集合，也所谓特征，就是描述产品信息的集合，也是构成零、部件设计与制造的基本几何体，是构成零、部件设计与制造的基本几何体，它既反映了零件的几何信息，又反映了零件它既反映了零件的几何信息，又反映了零件的加工工艺信息。常用的零件的加工工艺信息。常用的零件特征包括：形特征包括：形状特征、精度特征、技术特征、材料特征、状
19、特征、精度特征、技术特征、材料特征、装配特征等。装配特征等。与实体模型相比较，特征造型与实体模型相比较，特征造型能更好地表达统一、完整的产品信息；能更好地表达统一、完整的产品信息；现在学习的是第25页，共91页 能更好地体现设计意图，使产品模型便于理能更好地体现设计意图，使产品模型便于理解和组织生产；有助于加强产品设计、分析、解和组织生产；有助于加强产品设计、分析、加工制造、检验等各个部门之间的联系。因加工制造、检验等各个部门之间的联系。因此，基于特征的建模技术更适合于此，基于特征的建模技术更适合于CAD/CAMCAD/CAM的的集成和集成和CIMSCIMS的建模需要。的建模需要。2.2.单一
20、数据库与相关性设计单一数据库与相关性设计单一数据库是指与设计相关的全部数据信单一数据库是指与设计相关的全部数据信息来自同一个数据库。息来自同一个数据库。现在学习的是第26页，共91页 所所谓谓相相关关性性设设计计，是是指指任任何何设设计计改改动动都都将将及及时时地地反反映映到到设设计计过过程程的的其其他他相相关关环环节节上上。例例如如，修修改改二二维维零零件件工工程程图图样样中中的的某某个个尺尺寸寸，则则与与该该零零件件工工程程图图样样相相关关联联的的产产品品装装配配图图、加加工工该该零零件件的的数数控控程程序序等等也也将将会会自自动动跟跟随随更更新新；修修改改二二维维图图样样左左视视图图中中
21、的的某某个个尺尺寸寸，其其主主视视图图、俯俯视视图图以以及及三三维维实实体体模模型型中中相相应应的的尺寸和形状也会随之变化。尺寸和形状也会随之变化。现在学习的是第27页，共91页 建立在单一数据库基础上的产品开发，可以建立在单一数据库基础上的产品开发，可以实现产品的相关性设计。单一数据库和相关实现产品的相关性设计。单一数据库和相关性设计技术的应用有利于减少设计中的差错，性设计技术的应用有利于减少设计中的差错，提高设计质量，缩短开发周期。提高设计质量，缩短开发周期。3.CAD3.CAD与其他与其他CAXCAX系统的集成技术系统的集成技术CADCAD技术为产品的设计开发提供了基本的数技术为产品的设
22、计开发提供了基本的数据化模型，然而，它只是计算机参与产品生据化模型，然而，它只是计算机参与产品生产制造的一个环节。产制造的一个环节。现在学习的是第28页，共91页为了使产品生产后续的作业环节有效地利用为了使产品生产后续的作业环节有效地利用CADCAD作业所构造的产品信息模型，充分利用已作业所构造的产品信息模型，充分利用已有的信息资源，提高综合生产效率，有的信息资源，提高综合生产效率，必须将必须将CADCAD技术与其他技术与其他CAXCAX技术进行有效的集成，包技术进行有效的集成，包括括CAD/CAMCAD/CAM技术的集成、技术的集成、CADCAD与与CIMSCIMS其他功能系其他功能系统的集
23、成等。统的集成等。CADCAD技术的主要功能是进行产品技术的主要功能是进行产品的设计造型，为其他功能系统提供共享的产的设计造型，为其他功能系统提供共享的产品数据模型，它已成为品数据模型，它已成为CIMSCIMS或其他制造系统或其他制造系统的基础和关键。的基础和关键。现在学习的是第29页，共91页CADCAD技术的集成技术的集成体现在以下几个方面：体现在以下几个方面：(1)CAD(1)CAD与与CAECAE集成、集成、CADCAD与与CAPP/CAMCAPP/CAM集成、集成、CADCAD与与PDMPDM集成、集成、CADCAD与与ERPERP等软件模块集成。等软件模块集成。CADCAD与这些系
24、统模块的集成为企业提供了产品与这些系统模块的集成为企业提供了产品生产制造一体化解决方案，推动了企业的信生产制造一体化解决方案，推动了企业的信息化进程。息化进程。(2)(2)将将CADCAD技术的算法、功能模块以至整个技术的算法、功能模块以至整个系统以专用芯片的形式加以固化，这样一系统以专用芯片的形式加以固化，这样一现在学习的是第30页，共91页方面可以提高方面可以提高CADCAD系统的运行效率，另一方面系统的运行效率，另一方面可以供其他系统直接调用。可以供其他系统直接调用。(3)CAD(3)CAD在网络计算环境下实现异地、异构系在网络计算环境下实现异地、异构系统的企业间集成，如全球化设计、虚拟
25、设计、统的企业间集成，如全球化设计、虚拟设计、虚拟制造以及虚拟企业就是该集成层次的具虚拟制造以及虚拟企业就是该集成层次的具体体现。体体现。现在学习的是第31页，共91页4.4.标准化技术标准化技术由于由于CADCAD软件产品众多，为实现信息共享，软件产品众多，为实现信息共享，相关软件必须支持异构、跨平台的工作环境。相关软件必须支持异构、跨平台的工作环境。该问题的解决主要依靠该问题的解决主要依靠CADCAD技术的标准化。国技术的标准化。国际标准化组织际标准化组织(ISO)(ISO)制定了制定了“产品数据模型交产品数据模型交换标准换标准”(Standard for the Exchange of(
26、Standard for the Exchange of Product Model DataProduct Model Data，STEP)STEP)。STEPSTEP采用统一采用统一的数字化定义方法，涵盖了产品的整个生命的数字化定义方法，涵盖了产品的整个生命周期，周期，是是CADCAD技术最新的国际标准技术最新的国际标准。现在学习的是第32页，共91页 目前，主流的目前，主流的CADCAD软件系统都支持软件系统都支持ISOISO标准及其标准及其他工业标准，面向应用的标准构件及零部件库他工业标准，面向应用的标准构件及零部件库的标准化也成为的标准化也成为CADCAD系统的必备内容，为实现系统的
27、必备内容，为实现信息共享创造了条件。信息共享创造了条件。2.2.3 CAD2.2.3 CAD系统软件与应用系统软件与应用1.1.系统软件系统软件系统软件主要用于计算机管理、维护、控制、系统软件主要用于计算机管理、维护、控制、运行以及计算机程序的翻译和执行，分为以下运行以及计算机程序的翻译和执行，分为以下几类：几类：现在学习的是第33页，共91页 (1)(1)操作系统操作系统 操作系统的主要功能是管理文件及各种输入操作系统的主要功能是管理文件及各种输入输出设备。微机上常用的操作系统有输出设备。微机上常用的操作系统有DOSDOS、WindowsWindows、UNIXUNIX、OS/2OS/2等。
28、等。目前较为流行的操目前较为流行的操作系统是作系统是WindowsWindows，它是，它是3232位多窗口、多任务位多窗口、多任务操作系统，提供了对多媒体和网络的软件支操作系统，提供了对多媒体和网络的软件支持。工作站主要采用持。工作站主要采用UNIXUNIX操作系统，提供支操作系统，提供支持持X X协议的多窗口环境。协议的多窗口环境。现在学习的是第34页，共91页(2)(2)编译系统编译系统编译系统是将用高级语言编制的程序转换成编译系统是将用高级语言编制的程序转换成可执行指令的程序。我们所熟知的高级语言可执行指令的程序。我们所熟知的高级语言如如FORTRANFORTRAN、BASLCBASL
29、C、PASCALPASCAL、COBOLCOBOL、LISPLISP，C/C+C/C+等，都有相应的编译程序或集成开发环等，都有相应的编译程序或集成开发环境。境。(3)(3)图形接口及接口标准图形接口及接口标准为实现图形向设备的输出，必须向高级语言为实现图形向设备的输出，必须向高级语言提供相应的接口程序提供相应的接口程序(函数库函数库)。现在学习的是第35页，共91页 WindowsWindows的的CGICGI计算机图形接口编码面向应用软计算机图形接口编码面向应用软件开发，先后推出了件开发，先后推出了GKSGKS、GKS-3DGKS-3D、PHIGSPHIGS、GL/OPENGLGL/OPE
30、NGL等图形接口标准。利用这些标准所等图形接口标准。利用这些标准所提供的接口函数，应用程序可以方便地输出二提供的接口函数，应用程序可以方便地输出二维和三维图形。在各种以图形为基础的维和三维图形。在各种以图形为基础的CADCAD软软件相继推出后，为了满足不同应用系统产品数件相继推出后，为了满足不同应用系统产品数据模型的交换、共享需要，又制定了据模型的交换、共享需要，又制定了IGESIGES、DXFDXF、STEPSTEP等图形等图形(产品产品)信息交换标准。信息交换标准。现在学习的是第36页，共91页2.2.支撑软件支撑软件1)1)计算机分析软件计算机分析软件(1)(1)常用数学方法库及其可视化
31、软件。常用数学方法库及其可视化软件。(2)(2)有限元分析软件有限元分析软件。目前，有限元理论和方。目前，有限元理论和方法已趋成熟，除应用于弹性力学和流体力学外，法已趋成熟，除应用于弹性力学和流体力学外，也应用于流动分析、电磁场分析等方面。商品也应用于流动分析、电磁场分析等方面。商品化的有限元分析软件很多，如化的有限元分析软件很多，如SAP-5SAP-5、ADINAADINA、NASTRANNASTRAN、ANSYSANSYS、COSMOSCOSMOS等，一些软件还具有等，一些软件还具有较强的前、后置处理功能。较强的前、后置处理功能。现在学习的是第37页，共91页(3)(3)优化设计软件优化设
32、计软件 优化设计建立在最优化数学理论和现代计算优化设计建立在最优化数学理论和现代计算技术的基础上，通过迭代寻求设计的最优方技术的基础上，通过迭代寻求设计的最优方案。目前已有不少成熟的优化程序库，如案。目前已有不少成熟的优化程序库，如LBMLBM公司的公司的ODLODL，我国自主知识产权的，我国自主知识产权的“优化方法优化方法程序库程序库OPB-2OPB-2”等。等。2)2)集成化集成化CAD/CAMCAD/CAM软件软件集成化集成化CAD/CAMCAD/CAM软件支持在二维和三维图形方软件支持在二维和三维图形方式下进行产品及其零件的定义。式下进行产品及其零件的定义。现在学习的是第38页，共91
33、页 早早期期的的集集成成化化CAD/CAMCAD/CAM软软件件主主要要致致力力于于实实现现交交互互式式绘绘图图，如如CADAMCADAM、AutoCADAutoCAD、MEDUSAMEDUSA的的早早期期版版本本均均主主要要以以二二维维交交互互式式绘绘图图为为主主。2020世世纪纪8080年年代代中中期期开开始始，实实体体造造型型技技术术日日趋趋完完善善，不不少少CADCAD系系统统转转向向采采用用实实体体造造型型技技术术定定义义产产品品零零件件的的几几何何模模型型，进进行行分分析析、数数控控加加工工、输输出工程图等。出工程图等。现在学习的是第39页，共91页 目前较流行的目前较流行的CAD
34、CAD集成系统有：美国集成系统有：美国 PTC(Parametric Technology Corporation)PTC(Parametric Technology Corporation)公公司的司的Pro/EngineerPro/Engineer，美国麦道飞机公司的，美国麦道飞机公司的UGUG(Unigraphics)(Unigraphics)，AutodeskAutodesk公司的公司的AutoCADAutoCAD及及MDTMDT；中国科学院北京软件工程研制中心开发中国科学院北京软件工程研制中心开发的参数智能化的参数智能化CADCAD系统系统PICADPICAD，高华计算机有限，高华计
35、算机有限公司开发研制的集成智能化公司开发研制的集成智能化CADCAD系统，清华大系统，清华大学和华中理工大学共同开发的学和华中理工大学共同开发的CAD-MLSCAD-MLS等。等。现在学习的是第40页，共91页3)3)数据库管理系统数据库管理系统(DBMS)(DBMS)数据库管理系统用于管理庞大的数据信息，数据库管理系统用于管理庞大的数据信息，提供数据的增删、查询、共享、安全维护等提供数据的增删、查询、共享、安全维护等操作，是用户与数据之间的接口。数据库管操作，是用户与数据之间的接口。数据库管理系统使用三种数据模型，即层次模型、网理系统使用三种数据模型，即层次模型、网状模型和关系模型。目前流行
36、的数据库管理状模型和关系模型。目前流行的数据库管理系统有系统有DBASEDBASE、FOXBASEFOXBASE、FOXPROFOXPRO、ORACI.EORACI.E、SYBASESYBASE等。等。现在学习的是第41页，共91页4)4)网络软件网络软件采用微机和工作站局域网形式的采用微机和工作站局域网形式的CADCAD系统已系统已成为成为2020世纪世纪9090年代年代CADCAD软硬件配置的首选方案。软硬件配置的首选方案。网络服务软件为这些系统在网络上的传输和网络服务软件为这些系统在网络上的传输和共享文件提供了条件。最常用的网络软件是共享文件提供了条件。最常用的网络软件是NovellNo
37、vell公司的公司的NETWARENETWARE，它包括服务器操作系，它包括服务器操作系统、文件服务器软件、通信软件等。统、文件服务器软件、通信软件等。MicrosoftMicrosoft的的Windows 95Windows 95以上操作系统可直接以上操作系统可直接支持绝大多数的网络互连服务。支持绝大多数的网络互连服务。现在学习的是第42页，共91页3.3.应用软件应用软件应用软件是在系统软件、支撑软件的基础上，应用软件是在系统软件、支撑软件的基础上，针对某一专门应用领域的需要而研制的软件。针对某一专门应用领域的需要而研制的软件。这类软件通常由用户结合当前设计工作需要自这类软件通常由用户结合
38、当前设计工作需要自行开发，也称行开发，也称“二次开发二次开发”。例如，模具设计。例如，模具设计软件、电器设计软件、机械零件设计软件、飞软件、电器设计软件、机械零件设计软件、飞机气流分析软件等均属应用软件。机气流分析软件等均属应用软件。现在学习的是第43页，共91页 专家系统也是一种应用软件。在设计过程中，专家系统也是一种应用软件。在设计过程中，有相当一部分工作不是仅通过计算或绘图就有相当一部分工作不是仅通过计算或绘图就可以完成的，而必须依赖该领域专家丰富的可以完成的，而必须依赖该领域专家丰富的实践经验和专门知识，经过专家们的思考、实践经验和专门知识，经过专家们的思考、推理和判断才能够完成。为使
39、计算机模拟专推理和判断才能够完成。为使计算机模拟专家解决问题的工作过程而编制的智能型计算家解决问题的工作过程而编制的智能型计算机程序称为专家系统。机程序称为专家系统。现在学习的是第44页，共91页2.3 2.3 有有 限限 元元 分分 析析 19601960年，克拉夫年，克拉夫(Clough)(Clough)首先提出首先提出“有限元有限元法法”这个概念。这个概念。3030多年来，有限元法得到了多年来，有限元法得到了很大的发展。它不仅可用于计算静力学模型，很大的发展。它不仅可用于计算静力学模型，也可用于动力学模型求解；既可以计算稳态也可用于动力学模型求解；既可以计算稳态温度场的物体热力学响应，也
40、可以用于非稳温度场的物体热力学响应，也可以用于非稳态热源下的时间响应，还能用于电磁场的力态热源下的时间响应，还能用于电磁场的力学分析等；既可以用于分析刚件结构的受载学分析等；既可以用于分析刚件结构的受载现在学习的是第45页，共91页 变形过程，也可以用于设计轮胎、橡胶零件等非刚性物体，找出它变形过程，也可以用于设计轮胎、橡胶零件等非刚性物体，找出它们结构设计中的薄弱环节。因此，有限元法已成为工程结构设计们结构设计中的薄弱环节。因此，有限元法已成为工程结构设计阶段不可缺少的工具。阶段不可缺少的工具。秦凯维奇秦凯维奇(.Zienkiewicz).Zienkiewicz)教授在他教授在他的名著的名著
41、有限元法有限元法中给出的有限元法定义中给出的有限元法定义是：把连续体看成是有限个部分是：把连续体看成是有限个部分(有限元有限元)的的集合体，其性态由有限个参数所规定，在求集合体，其性态由有限个参数所规定，在求解离散成有限元的集合体时，其有限单元解离散成有限元的集合体时，其有限单元现在学习的是第46页，共91页 应满足连续体所遵循的规则。应满足连续体所遵循的规则。有限元法的产品结构模型与有限元法的产品结构模型与CADCAD几何造型的模几何造型的模型是有区别的。有限元法将连续体的结构模型是有区别的。有限元法将连续体的结构模型分解成数目有限的小块体型分解成数目有限的小块体(见图见图2-6)2-6)，
42、这些，这些小块体称为有限元，它们彼此之间用有限个小块体称为有限元，它们彼此之间用有限个结点相互联结，再在这些结点上引进等效力结点相互联结，再在这些结点上引进等效力代替作用到单元上的外力，通过计算这些单代替作用到单元上的外力，通过计算这些单元阵点力和位移之间的关系来解决连续体的元阵点力和位移之间的关系来解决连续体的力学问题。力学问题。现在学习的是第47页，共91页 有限元法实质上就是把无限个自由度的连续体有限元法实质上就是把无限个自由度的连续体理想化为只有有限个自由度的单元集合体，使理想化为只有有限个自由度的单元集合体，使复杂问题简化为适合于数值解法的结构型问题。复杂问题简化为适合于数值解法的结
43、构型问题。图图2-6 2-6 有限元实体模型有限元实体模型 图图2-7 2-7 受力弯曲有限元图受力弯曲有限元图 现在学习的是第48页，共91页2.4 2.4 并并 行行 设设 计计 关于并行工程的定义目前国际上有多种提法，关于并行工程的定义目前国际上有多种提法，被普遍采用的是美国防务研究所被普遍采用的是美国防务研究所19881988年年1212月月在第一届在第一届CECE专题研讨会上给出的定义：专题研讨会上给出的定义：“并并行工程是一种对产品及其相关过程行工程是一种对产品及其相关过程(包括包括制造制造过程过程和和支持过程支持过程)进行并行的、一体化设计的进行并行的、一体化设计的工作模式。工作
44、模式。这种工作模式可使产品开发人员这种工作模式可使产品开发人员一开始就能考虑到从产品概念设计到消一开始就能考虑到从产品概念设计到消现在学习的是第49页，共91页 亡的整个产品生命周期中的所有因素，包括亡的整个产品生命周期中的所有因素，包括质量、成本、进度和用户要求。质量、成本、进度和用户要求。”在传统的制造系统中在传统的制造系统中，新产品的开发从概念，新产品的开发从概念设计到产品出厂的整个过程是按顺序设计到产品出厂的整个过程是按顺序(即串行即串行)进行的。进行的。在在产品图纸产品图纸设计完成后，必须进行设计完成后，必须进行样机试制样机试制，再根据试制中发现的问题对，再根据试制中发现的问题对图纸
45、图纸进行修改进行修改，同时整理，同时整理试制工艺，设计制造工试制工艺，设计制造工艺装备艺装备，然后再进行，然后再进行小批量生产小批量生产，现在学习的是第50页，共91页考核工艺规程和工装的正确性，并进行必要考核工艺规程和工装的正确性，并进行必要的的修改修改。只有在小批量试制通过验证后，才。只有在小批量试制通过验证后，才能能正式批量投产正式批量投产。这种串行工程方式对批量较大和市场寿命这种串行工程方式对批量较大和市场寿命较长的产品来说，不失为一种行之有效的方较长的产品来说，不失为一种行之有效的方法。但是，许多不合理设计和错误设计只有法。但是，许多不合理设计和错误设计只有通过试制过程才能发现，有时
46、某些问题甚至通过试制过程才能发现，有时某些问题甚至是无法修改的，是无法修改的，修改设计就意味着部分或全修改设计就意味着部分或全部报废，造成不必要的人力和物力浪费，部报废，造成不必要的人力和物力浪费，现在学习的是第51页，共91页其缺点是显而易见的。其缺点是显而易见的。因此，因此，对于面向定单的单件及小批量生产对于面向定单的单件及小批量生产，这，这种串行工作方式就完全不适用了。图种串行工作方式就完全不适用了。图2-8(a)2-8(a)、(b)(b)为产品设计及技术准备阶段串行工程与并为产品设计及技术准备阶段串行工程与并行工程的基本概念示意图。在串行工程中，前行工程的基本概念示意图。在串行工程中，
47、前馈信息随着过程传递，反馈信息总滞后于过程，馈信息随着过程传递，反馈信息总滞后于过程，返工浪费很难避免。返工浪费很难避免。并行工程采用并行方式，在产品设计阶段就集并行工程采用并行方式，在产品设计阶段就集中产品研制周期中的各有关工程技术人员，中产品研制周期中的各有关工程技术人员，现在学习的是第52页，共91页同步地设计或考虑整个产品生命周期中的所有同步地设计或考虑整个产品生命周期中的所有因素，对因素，对产品设计产品设计、工艺设计工艺设计、装配设计装配设计、检检验方式验方式、售后服务售后服务方案等进行方案等进行统筹考虑统筹考虑，协同协同进行进行。经系统的仿真和分析评估，对设计对象。经系统的仿真和分
48、析评估，对设计对象进行反复修改和完善，力争后续的制造过程一进行反复修改和完善，力争后续的制造过程一次成功次成功(Do Right First)(Do Right First)。这样，设计阶段完。这样，设计阶段完成后一般能保证后面阶段如制造、装配、检验、成后一般能保证后面阶段如制造、装配、检验、销售和维护等活动顺利进行，销售和维护等活动顺利进行，现在学习的是第53页，共91页 前前馈馈信信息息在在过过程程传传递递之之前前即即预预发发布布至至各各后后续续工工作作环环节节，反反馈馈信信息息能能在在过过程程传传递递之之前前送送至至前前序序环环节节，使使之之能能及及时时修修改改。特特殊殊情情况况下下，并
49、并行行工工程程中中也也需需要要对对设设计计方方案案甚甚至至产产品品模模型型进行修改。进行修改。现在学习的是第54页，共91页现在学习的是第55页，共91页 并行工程在实施中采用团队工作并行工程在实施中采用团队工作(Team Work)(Team Work)方式方式(见图见图2-9)2-9)，将各类专业人员在产品设计，将各类专业人员在产品设计的开始时就组织在一起协同工作。初期人们的开始时就组织在一起协同工作。初期人们采用集体办公模式实现团队工作，而在企业采用集体办公模式实现团队工作，而在企业的计算机信息网络建立起来后，可以将各功的计算机信息网络建立起来后，可以将各功能部门的计算机系统联网并通过相
50、应的管理能部门的计算机系统联网并通过相应的管理控制软件，使团队成员在异地共享信息，协控制软件，使团队成员在异地共享信息，协同工作，实现更大范围内的并行工程模式。同工作，实现更大范围内的并行工程模式。现在学习的是第56页，共91页图图2-9 2-9 企业范围内的并行工程模式企业范围内的并行工程模式 现在学习的是第57页，共91页 在上述并行工程运行模式下，每个设计者可在上述并行工程运行模式下，每个设计者可以像在传统的以像在传统的CADCAD工作站上一样进行自己的设工作站上一样进行自己的设计工作。借助于适当的通信工具，在公共数计工作。借助于适当的通信工具，在公共数据库、知识库的支持下，设计者之间可