计算机辅助设计排版,计算机辅助设计

第1章计算机辅助设计概论

1．1机械设计概述

所谓机械设计就是根据使用要求确定产品应该具备的功能，构想出产品的工作原理、运动方式、

力和能量的传递、结构形状、以及所用材料等事项，并转化为具体的描述，例如图纸和设计文件等，

以此作为制造的依据。

机械设计是产品从设计、制造、装配、销售和使用整个生命周期中的第—个环节，也是最重要

的环节，因为它对产品性能的影响通常占80％。

机械设计过程如图1-1所示。设计一般经历以下几个阶段：

概念设计:通过调查研究，资料收集，仔细分析用户需求，在此基础上确定产品功能，进而构思

方案，进行分析与论证，最后获得一组可行的原理性方案(见图1—1中的第2，3框)。

初步设计：从前一阶段一组可行性原理方案中选一优化方案，绘制总布置草图，确定各部件基

本结构和形状，建立相应数学模型，进行主要设计参数的分析计算与优化。

详细设计：确定设计对象的细部结构，最终完成总布置图和零、部件图，并编写技术文件。

详细设计的终结并不意味着最终获得了一个好的设计。机械产品在经历了制造加工、样机测试、

批量生产、以及销售使用后，将返回大量信息，并对产品进行不断修改。由此可见，机械设计是一

个“设计一评价一再设计”的反复迭代、不断优化的过程。在人工设计情况下，设计周期长，因此

实现某种程度的设计自动化，缩短设计周期，降低设计成本，提高设计质量，就成为机械设计发展

的迫切要求，正是在这样的背景下产生了计算机辅助设计(CAD)

图1-1 机械设计过程

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1．2 机械CAD方法概述

计算机辅助设计是用计算机硬、软件系统辅助人们对产品或工程进行设计、修改及显示输出的

一种设计方法。同时它也是一门多学科的综合性应用新技术。

从方法学角度看，在CAD中人与计算机密切合作，在决定设计策略、信息处理、修改设计及分

析计算等方面充分发挥各自的特长。例如计算机在信息存储与检索、分析与计算、图形作图与文字

处理以及代替人作大量重复枯燥工作等方面有特殊优点；但在设计策略、逻辑控制、信息组织及发

挥经验和创造性方面，人将起主导作用。因此二者的有机结合必然能提高设计质量、缩短设计周期、

降低设计费用。

从技术角度看，60年代初出现的CAD技术主要解决自动绘图问题，随着计算机硬、软件技术及

其它相关技术的发展，现在的CAD已成为一门综合性应用新技术，它涉及到以下基础技术。

(1)图形处理技术。如二维交互图形技术、三维几何造型及其它图形输入输出技术。

(2)工程分析技术。如有限元分析、优化设计方法、物理特性计算(如面积、体积、惯性矩等)、

模拟仿真以及各行各业中的工程分析等。

(3)数据管理与数据交换技术。如数据库管理、不同CAD系统间的数据交换和接口等。

(4)文档处理技术。如文档制作、编辑及文字处理等。

(5)软件设计技术。如窗口界面、软件工程规范及其工具系统的使用等。

必须指出，CAD不是完全的设计自动化，实践证明完全的设计自动化是非常困难的，为此曾经

走过弯路。CAD是将人的主导性与创造性放在首要地位，同时充分发挥计算机的长处，使二者有机

地结合起来，因此人机信息交流及交互工作方式是CAD系统最显著的特点。图1-2表示了CAD系统

的工作过程。

该图表示了整个设计过程中的一个子过程，此时假设概念设计已经完成，于是首先定义产品的

几何模型，并将其转换成具体的数据，然后根据后续工作抽取模型中有关数据进行处理，例如变成

有限元网格数据，接着进行工程分析及计算，根据计算结果决定是否要对设计进行修改，修改满意

后进行详细设计，接着编制全部设计文档，输出工程图。

图1-2 机械CAD过程

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现在的 CAD过程往往与计算机辅助工艺规程设计(CAPP：Computer Aided Process planning)

及数控自动编程连在一起，形成集成的CAD／CAM系统。图1—3给出了这种系统的工作流程图。图

中一开始先根据市场需求确定产品的性能要求，然后用专家系统进行产品方案设计，由此再进行几

何建模、工程分析、直到产生详细的工程图。CAPP的功能是进行零件加工工艺路线及工序的编制，

它的作用除为生产调度