三维参数化造型及设计

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1、三维参数化造型及设计第二讲第二讲三维造型基础三维造型基础及及SolidWorksSolidWorks概貌概貌一、CAD发展历程在CAD发展初期，其含义仅仅是图板的替代品，即：ComputerAidedDrawing(orDrafting)。而不是ComputerAidedDesign。CAD技术早期发展以二维绘图为主要目标，这一状况一直持续到70年代初期，而此后二维绘图作为CAD技术的一个分支而相对独立、平稳地发展，现在我们有许多工作仍然在这些二维系统中进行，常见的如AutoCAD、CAXA电子图板、开目CAD等。

2、实际上在今天CAD用户中，特别是入门级的CAD用户中，二维绘图仍然占有相当大的比重。1、CAD技术的第一次革命──贵族化的曲面造型系统60年代出现的三维CAD系统只是极为简单的线框式系统。这种初期的线框造型系统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。由于缺乏形体的表面信息，CAM及CAE均无法实现。进入70年代，法国达索飞机制造公司推出了三维曲面造型系统CATIA，标志着计算机辅助设计技术从单纯模仿工程图纸的三视图模式中解放出来，首次实现以计算机完整描述产品零件的主要信息，同时也使得CAM技术的开

3、发有了现实的基础。曲面造型系统CATIA为人类带来了第一次CAD技术革命，改变了以往只能借助油泥模型来近似准确表达曲面的落后的工作方式。此时的CAD技术价格极其昂贵，而且软件商品化程度低，开发者本身就是CAD大用户，彼此之间技术保密。只有少数几家受到国家财政支持的军火商，在70年代冷战时期才有条件独立开发或依托某厂商发展CAD技术。例如：CADAM由美国洛克希德(Lochheed)公司支持；CALMA由美国通用电气(GE)公司开发；CV由美国波音(Boeing)公司支持；IDEAS由美国国家航空及宇航局(NASA)

4、支持；UG由美国麦道(MD)公司开发；CATIA由法国达索(Dassault)公司开发。曲面造型系统带来的技术革新，使汽曲面造型系统带来的技术革新，使汽车开发手段比旧的模式有了质的飞跃，车开发手段比旧的模式有了质的飞跃，新车型开发速度也大幅度提高，许多新车型开发速度也大幅度提高，许多车型的开发周期由原来的车型的开发周期由原来的66年缩短到只年缩短到只需约需约33年。年。CADCAD技术给使用者带来了巨技术给使用者带来了巨大的好处及颇丰的收益。大的好处及颇丰的收益。2、CAD技术的第二次革命──生不逢时的实体造型技术

5、有了表面模型，CAM的问题可以基本解决。但由于表面模型技术只能表达形体的表面信息，难以准确表达零件的其它特性，如质量、重心、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。基于对于CAD/CAE一体化技术发展的探索，SDRC公司于1979年发布了世界上第一个完全基于实体造型技术的大型CAD/CAE软件──IDEAS。由于实体造型技术能够精确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，给设计带来了惊人的方便性。它代表着未来CAD技术的发展方向。可以说，实体造型技术的普及应用标

6、志CAD发展史上的第二次技术革命。实体造型技术虽然带来了算法的改进和未来发展的希望，但也带来了数据计算量的极度膨胀。在当时的硬件条件下，实体造型的计算及显示速度很慢，在实际应用中做设计显得比较勉强。实体造型技术也就此没能迅速在整个行业全面推广开。3、第三次CAD技术革命——一鸣惊人的参数化技术如果说在此之前的造型技术属于无约束自由造型的话，进入80年代中期，出现了比无约束自由造型更好的算法──参数化实体造型方法。它主要的特点是：基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。参数技术公司(Parametric

7、TechnologyCorp.)，研制了命名为Pro/E的参数化软件。由于第一次实现了尺寸驱动零件设计修改，使人们看到了它今后将给设计者带来的方便性。可以认为，参数化技术的应用主导了CAD发展史上的第三次技术革命。4、第四次CAD技术革命——更上层楼的变量化技术SDRC的开发人员发现了参数化技术尚有许多不足之处。首先，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。全尺寸约束：即设计者在设计初期及全过程中，必须通过尺寸约束来控制形状，通过尺寸的改变来驱动形状的改变。当零件形状过于复杂时，改变尺寸

8、达到所需要的形状很不直观；再者，如在设计中关键形体的拓扑关系发生改变，失去了某些约束的几何特征也会造成系统数据混乱。SDRC的开发人员以参数化技术为蓝本，提出了一种比参数化技术更为先进的实体造型技术──变量化技术。SDRC于1993年推出全新体系结构的IDEASMasterSeries软件。众所周知，已知全参数