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形象思维与工程语言

主讲教师：杨培中 博士 副教授机械与动力工程学院

pzyang@sjtu.edu.cn

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CAD系统 实体造型

计算机图学

内容：

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计算机辅助设计简称为 CAD, 即computter aided design

运用计算机软硬件系统辅助人们进行上的方法与技术 .

包括 : 几何造型、绘图、工程分析与文档制作等设计活动。

是一门多学科综合应用的技术。

CAD 系统

概念

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图形处理：绘图、造型等 工程计算分析：分析与计算、优化等 数据管理与数据交换 文档处理 软件设计，如界面设计、软件工具等

CAD 系统

功能

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交互性强 效率高 设计规范、质量高 设计可视化 资源共享：有效集成各种技术资料资源，为协同设计、异地设计提供条件

CAD 系统

特点

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集成化 智能化 标准化 可视化 网络化

CAD 系统

发展趋势

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计算机系统• 主机

o CPU 、内存、存储器（软盘、硬盘、 CDROM 等）

o 图形工作站o 操作系统： OS

CAD 系统

CAD系统的硬件

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• 输入设备o 键盘（ KEYBOARD ）

o 光笔（ LIGHT PEN ）

o 鼠标（ MOUSE ）

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CAD系统的硬件

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o 数字化仪（ DIGITIZER ）或图形输入板（ TABLET ）

o 扫描仪（ SCANNER ）o 其他：触摸屏等

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CAD系统的硬件

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显示器 打印机 绘图仪

CAD 系统

CAD系统的硬件

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平台（板）式绘图仪

导轨

横梁

图板

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CAD系统的硬件

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优点：精度高，稳定 缺点：速度慢，占地面积较大 注意事项：坐标架方向

X

Y

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CAD系统的硬件

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滚筒式绘图仪

滚筒

笔架

导轨

图纸

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CAD系统的硬件

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优点：速度快，占地面积小； 缺点：精度不太高； 注意事项：坐标架方向

X

Y

CAD 系统

CAD系统的硬件

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MS-DOSWindowsUNIX

CAD 系统

CAD系统的软件 系统软件

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为 CAD 系统的核心，为用户提供计算机辅助设计工具或开发环境

绘图软件： AUTOCAD 几何造型软件： UG 工程分析软件： ANSYS 工程数据库管理软件：

ORACLE ， IMAN 等

CAD 系统

CAD系统的软件 支撑软件

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在系统支持下，为实现某个应用领域内特定任务而编写的软件。

在系统软件的基础上，采用高级语言或基于某种支撑软件，针对某个特定问题设计研制的一类软件。

CAD 系统

CAD系统的软件 应用软件

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AUTOCAD 强大的二维设计环境 三维实体建模 面向对象的特性管理 二次开发 互联网功能

CAD 系统

CAD系统的软件 典型 CAD支撑软件

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UNIGRAPHICS 无缝集成的产品开发环境 全局相关性 基于装配的产品设计 基于知识的专家设计模块 协同工作 开放式接口

CAD 系统

CAD系统的软件 典型 CAD支撑软件

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PRO/ENGINEER 参数化特征建模 全相关 装配管理 族表（ FAMILY TABLE ） 制造自动化 丰富的接口

CAD 系统

CAD系统的软件 典型 CAD支撑软件

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ANSYS 结构静力分析 结构动力分析 结构非线性分析 热分析 电场分析和压电分析 电磁场分析和耦合场分析 流体流动分析

CAD 系统

CAD系统的软件 典型 CAD支撑软件

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NASTRAN 美国 MSC 公司的产品 1969 推出第一版 世界 CAE 工业标准的大型通用有限元分析软

件 可以评估产品功能的多个方面，如结构在给定

材料、载荷、边界条件时的响应（位移、应变、应力、振动、温度）

其超单元、自动模态综合和分布式并行算法可以对超大模型进行十分有效的计算分析

CAD 系统

CAD系统的软件 典型 CAD支撑软件

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ADAMS 美国 MDI 公司开发的机械系统力学仿真分析

软件 现被MSC 公司收购 可以建立和测试虚拟样机，实现在计算机上仿真分析复杂机械系统的性能

使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建参数化的机械系统几何模型，采用拉格朗日方程建立动力学方程

可得出位移、速度、加速度和作用力响应

CAD 系统

CAD系统的软件 典型 CAD支撑软件

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METAPHASE 美国 SDRC 公司的产品 涵盖了 PDM 系统的各大功能模块，是一个企

业级的 PDM 系统 能使制造者管理、控制那些围绕新产品设计、

开发及整个工程中所有与产品相关的数据 由一系列功能模块组成，具有统一的软件体系

结构，提供常规的用户界面、数据管理和系统管理功能。

CAD 系统

CAD系统的软件 典型 CAD支撑软件

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IMAN EDS 公司的产品 由窗口界面、实用程序、集成工具箱和标准

关系数据库管理系统组成的 PDM 软件 采用客户 / 服务器方式，将同种机、异种机间的数据完全集成在一个逻辑上相同的数据库中，实现了真正的全局数据集成。

CAD 系统

CAD系统的软件 典型 CAD支撑软件

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Constructive Solid Geometry:构造实体几何法。用简单形体的正则运算来表达复杂形体的造型方法。这些简单形体又称为体素，常用的体素有：长方体、圆柱体、圆锥体、球体、圆环体、楔体、棱锥体和扫描体等。

实体造型CSG：构造实体几何法

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CSG：构造实体几何法

实体造型

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在 CSG法造型中，首先确定各种造型体素，然后对其进行集合运算，最后得到相应的三维实体。

CSG：构造实体几何法

实体造型

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用 UNIGRAPHICS 软件制作的一款新型手机造型

实体造型

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其造型过程为：1 、进行曲线造型，生成所需的底面曲线；2 、对底面曲线进行拉伸造型，生成相应的实体；

3 、对实体各处进行圆角造型，生成所需的主要造型实体；

4、用挖切（布尔减）构造屏幕；5 、构造各按钮，并与原造型进行布尔并操作，形成最终的造型。

实体造型

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