吴青老师《工程设计软件介绍》

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1、CAD／CAE技术概论及工程设计软件介绍第一节CAD概念的产生和发展CAD(ComputerAidedDesign)指使用计算机系统进行设计的全过程，包括资料检索、方案构思、零件造型、工程分析、工程制图、文档编制等。在设计的各个阶段计算机都能发挥它的辅助作用，因此CAD概念一产生，就成为一门新兴的学科，引起了工程界的关注和支持，迅速地得到发展并日益地完善起来。20世纪60年代初，美国麻省理工学院MIT，开发了名为Sketchpad的计算机交互图形处理系统，并描述了人机对话设计和制造的全过程，这就是CAD／CAM的雏型，形成了最初的CAD概念：科学计算、绘图。随着计算机软、硬件的发展，计算机

2、逐步应用于设计过程，形成了CAD系统，同时给CAD概念加入新的含义，逐步形成了当今应用十分广泛的CAD／CAE／CAM集成的CAD系统。从CAD概念产生至今，CAD经历了多个发展时期。从20世纪60年代初到70年代中期，CAD从封闭的专用系统走向商品化，主要技术特点是二维、三维线框造型，只能表达基本的几何信息，不能有效表达几何数据间的拓扑关系，需配备大型计算机系统，价格昂贵。此时期有代表性的产品是：美国通用汽车公司的DAC-1，洛克希德公司的CADAM系统。CAD开始进入应用阶段。20世纪70年代后期，进入发展时期。由于集成电路的问世，CAD系统价格下降。同时，此时正值飞机和汽车工业蓬勃发

3、展时期，飞机和汽车制造中遇到了大量的自由曲面何题，法国达索飞机制造公司率先开发出以表面模型为特点的自由曲面建模方法，推出了三维曲面造型系统CATIA，采用多截面视图、特征纬线的方式来近似表达自由曲面。该阶段的主要技术特点是自由曲面造型。曲面造型系统为人类带来了第一次CAD技术革命。一些受到国家财政支持的军用工业相继开发了CAD软件，如美国洛克希德公司的CADAM、美国通用电气公司的CALMA、美国波音公司的CV、美国国家航空及宇航局(NASA)支持开发的I-DEAS、美国麦道公司开发的UG等。20世纪80年代初，由于计算机技术的大跨步前进，CAE、CAM技术也开始有了较大的发展，由于表面模

4、型技术只能表达形体的表面信息，难以准确地表达零件韵其他属性，如质量、质心、惯性矩等，对CAE十分不利，最大的问题在于分析的前处理特别困难。基于对CAD／CAE一体化技术发展的探索，SDRC公司第一个开发了基于实体造型技术的CAD／CAE软件I-DEAS。由于实体造型技术能够精确地表达零件的全部属性，在理论上有助于统一CAD、CAE、CAM的模型表达，因此称之为CAD发展史上的第二次技术革命。但由于当时的硬件条件还不能满足实体造型技术所带来的数据计算量极度膨胀的需求，使实体造型技术没能很快在整个行业中全面推广开来。20世纪80年代中期，CV公司的一些人提出了参数化实体造型方法，其特点是：基于

5、特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改等。策划参数化技术的这些人成立了一个参数技术公司(ParametricTechnology7Corp.PTC)，开始研制Pro／ENGINEER的参数化软件。进入20世纪90年代，PTC在CAD市场份额中名列前茅。可以认为，参数化技术的应用主导了CAD发展史上第三次技术革命。20世纪90年代初期，SDRC公司在摸索了几年参数化技术后，开发人员发现参数化技术尚存在许多不足之处。“全尺寸约束”这一硬性规定就干扰和制约着设计者创造力及想象力的发挥。为此，SDRC的开发者捉出了一种此参数化技术更为先进的实体造型技术——变量化技术，并历经3年时间，投资一

6、亿多美元，推出了全新体系的I-DEASMasterSerise软件。变量化技术成就了SDRC，也驱动了CAD技术发展的第四次技术革命。目前，CAD技术日益完善，许多发达国家相继推出成熟的CAD／CAF／CAM集成化的商品软件，在设计理论、设计方法、设计环境、设计工具等各方面出现许多成熟的现代CAD技术。当今CAD技术是计算机在工程中最有影响的应用技术，它作为现代工程制造技术的重要组成部分，是促进科研成果的开发和转化，促进传统产业和学科的更新与改造，实现设计自动化，增强企业及其产品在市场上的竞争力，加强国民经济发展的一项关键性高新技术。CAD概念在各个时期有所不同，1973年国际信息联合会给

7、出“CAD是将人和机器混编在解题作业中的一种技术，从而使人和机器的最好特性联系起来。”的定义。到20世纪80年代初，第二届国际CAD会议上认为CAD是一个系统的概念，包括计算、图形、信息自动交换、分析和文件处理五个方面的内容。1984年召开的国际设计及综合讨论会上，认为CAD不仅是设计手段，而且是一种新的设计方法和思维。可见CAD概念是一个变化的、不断发展的概念。第二节CAE概念的产生和发展CAE是ComputerAid