計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)

內(nèi)容概要

國內(nèi)的CAID起步已經(jīng)有了一段時(shí)間，在許多的企業(yè)和設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)得到了重視和廣泛應(yīng)用，這一點(diǎn)，可以從企業(yè)對工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)生的素質(zhì)要求中明顯感受到。但總的來說，目前的CAID在眾多企業(yè)、學(xué)生甚至一些院校的培養(yǎng)計(jì)劃中，計(jì)算機(jī)輔助繪圖的成分遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。這種現(xiàn)象的現(xiàn)現(xiàn)有許多歷史淵源，但是它無助于CAID基本的存在價(jià)值：提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。認(rèn)為完成一張交果圖就是完成了一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的觀念若不及時(shí)扭轉(zhuǎn)，工業(yè)設(shè)計(jì)的價(jià)值就無法體現(xiàn)出來。在強(qiáng)調(diào)并行設(shè)計(jì)、敏捷制造的今天，這種傳統(tǒng)的、低效率的、滿足于自我欣賞的設(shè)計(jì)觀念將不再有適合的生存空間。    本書著重于CAID的系統(tǒng)性闡述，以設(shè)計(jì)方案的三維建模、設(shè)計(jì)表達(dá)、造型設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的接口與轉(zhuǎn)換為重點(diǎn)，而不是僅僅將CAID技術(shù)作為設(shè)計(jì)表達(dá)的手段，從而向工業(yè)設(shè)計(jì)師提示隱藏在造型背后的更為重要的CAID的標(biāo)準(zhǔn)和原則，以期達(dá)到樹立工業(yè)設(shè)計(jì)師系統(tǒng)的CAID概念的目的。

書籍目錄

第一章 概述  第一節(jié) 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)對于工業(yè)設(shè)計(jì)的意義  第二節(jié) 計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)  第三節(jié) 計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的流程第二章 計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ)  第一節(jié) 圖形與圖像簡介  第二節(jié) 計(jì)算機(jī)色彩與材質(zhì)  第三節(jié) 向何造型系統(tǒng)  第四節(jié) 參數(shù)曲線和曲面第三章 計(jì)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)  第一節(jié) 高度靈活的電子手繪  第二節(jié) 基本于維點(diǎn)陣/矢量技術(shù)的概念表現(xiàn)  第三節(jié) 三維空間的快速概念表達(dá)  第四節(jié) 快速概念表達(dá)的設(shè)計(jì)細(xì)化第四章 設(shè)計(jì)深化的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)      第一節(jié) 從形態(tài)塑造到結(jié)構(gòu)   第二節(jié) 基于計(jì)算機(jī)的人機(jī)工程設(shè)計(jì)第五章 面向制造的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)優(yōu)化  第一節(jié) 面向制造的三維建模  第二節(jié) 外觀的曲面評(píng)估  第三節(jié) 數(shù)字化樣機(jī)技術(shù)評(píng)估整體設(shè)計(jì)第六章 面向設(shè)計(jì)傳達(dá)的計(jì)算機(jī)技術(shù)  第一節(jié) 照片真實(shí)感渲染技術(shù)  第二節(jié) 設(shè)計(jì)的動(dòng)畫表達(dá)  第三節(jié) 工業(yè)設(shè)計(jì)中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)第七章 計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)深入研究    第一節(jié) 計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)中的人機(jī)交互技術(shù)  第二節(jié) 計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)中的智能技術(shù)  第三節(jié) 計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)中的高新技術(shù)應(yīng)用  第四節(jié) 計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)中有待解決的關(guān)鍵技術(shù)課程作業(yè)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　利用特征造型可以便捷地構(gòu)造幾何形體?！　√卣魇菂?shù)化的幾何形體，通過改變特征的尺寸就可以用有限的特征構(gòu)造出各種幾何形體。特征造型是參數(shù)化的　個(gè)特例，是幾何造型的重要領(lǐng)域?！　?shù)化造型　　常規(guī)的實(shí)體造型系統(tǒng)所構(gòu)造的幾何形體具有確定的形狀和尺寸，一旦建立，即使結(jié)構(gòu)相似但想改變某些形狀的尺寸也只能重新構(gòu)造。而采用參數(shù)化造型(Parametricmodeling )，只要通過修改其相應(yīng)的造型參數(shù)就可以方便地改變形體的形狀和尺寸。　　參數(shù)化造型利用幾何約束和幾何元素上的尺寸數(shù)據(jù)來定義和構(gòu)造幾何形體。幾何約束指幾何元素問的關(guān)系，如兩邊共面、一條曲線與相鄰直線相切等，尺寸數(shù)據(jù)不僅包括定義形狀的尺寸，而且還包括這些尺寸間的關(guān)系，這些關(guān)系由設(shè)計(jì)師以數(shù)學(xué)方程的形式定義。因此，參數(shù)化造型構(gòu)造幾何形體是通過求解由尺寸數(shù)據(jù)及尺寸關(guān)系決定的、表示幾何約束的方程來實(shí)現(xiàn)的，該方程定義了一組可以控制設(shè)計(jì)結(jié)果的參數(shù)，通過對其中各參數(shù)的修改可以得到不同的設(shè)計(jì)結(jié)果?！　≡趨?shù)化造型中，通常按以下步驟構(gòu)造一個(gè)幾何體：　　以草圖方式輸入一個(gè)大致相近的=維形體：　　輸入尺寸數(shù)據(jù)，進(jìn)行幾何約束，構(gòu)造準(zhǔn)確的二維幾何形體；　　進(jìn)八三維造型方式，創(chuàng)建三維實(shí)體；　　造型完成后，如果還須修改尺寸數(shù)據(jù)，修改其二維數(shù)據(jù)后，三維造型會(huì)重新生成，而無須重建。　　在參數(shù)化造型的過程中，幾何形體的修改通過幾何約束、尺寸數(shù)據(jù)以及尺寸關(guān)系來實(shí)現(xiàn)，而不是直接修改形體的幾何元素來完成。因此，設(shè)計(jì)師可以生成各種設(shè)計(jì)方案而不必過多考慮形體幾何元素的細(xì)節(jié)，從而將精力集中于功能設(shè)計(jì)與造型設(shè)計(jì)?！　∥逖b配造型　　在幾何造型系統(tǒng)中，線框、曲面或?qū)嶓w造型主要用于單個(gè)零件的設(shè)計(jì)或制造，而非零件裝配。工程師應(yīng)首先進(jìn)行零件的設(shè)計(jì)，然后在產(chǎn)品開發(fā)的后期將其裝配在　起以確定零件配合是否合理以及產(chǎn)品是否按預(yù)期的設(shè)想運(yùn)行。這種設(shè)計(jì)方式適于設(shè)計(jì)人員較少而結(jié)構(gòu)相對比較簡單的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。而當(dāng)一個(gè)產(chǎn)品的裝配結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，設(shè)計(jì)人員眾多，甚至由分布在世界各地的多個(gè)設(shè)計(jì)小組承擔(dān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，上述方式是不合適的?！　鹘y(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程經(jīng)常會(huì)發(fā)生這樣的事情：某個(gè)設(shè)計(jì)人員對某個(gè)零件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了修改，但可能沒有通知到其他設(shè)計(jì)人員或忘記了更改其他與之相關(guān)的零部件。因此，在設(shè)計(jì)中，相當(dāng)多的時(shí)間用于人工跟蹤零件設(shè)計(jì)、零件和零件的連接、工藝更改、產(chǎn)品說明、測試結(jié)果以及其他基本設(shè)計(jì)信息，以確保每個(gè)零件的設(shè)計(jì)與其他零件相匹配。20世紀(jì)90年代并行工程的發(fā)展，推動(dòng)了裝配設(shè)計(jì)功能的開發(fā)。裝配造型裝配設(shè)計(jì)精確地保存了零件的設(shè)計(jì)過程和零件間的關(guān)系，設(shè)計(jì)人員可以按照零件間的裝配關(guān)系構(gòu)造零件的幾何形狀。使用裝配設(shè)計(jì)最多的行業(yè)是汽車業(yè)和航空業(yè)，這是為其高度復(fù)雜的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不僅要求其分布于世界各地的工程技術(shù)人員協(xié)同工作，并且對其第=或第三方供應(yīng)商也有同樣的要求?！　?裝配造型的功能　　目前，大型CAD系統(tǒng)的裝配模塊為零件分類、裝配以及子裝配的構(gòu)成提供了一種邏輯結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可使設(shè)計(jì)人員識(shí)別單個(gè)零件，保留(保存)相關(guān)零件的過程數(shù)據(jù)、保存零件在裝配體中的相互關(guān)系。由裝配造型系統(tǒng)保存的關(guān)系數(shù)據(jù)包含了在一個(gè)裝配體中有關(guān)零件及其連接的大量信息，其中零件間的配合條件是最重要的關(guān)系數(shù)據(jù)，該條件用于識(shí)別一個(gè)零件如何被連接到另一個(gè)零件(如配合面是平面還是同軸柱面)，例證信息(Instancing Information，又稱為實(shí)例信息)是裝配造型中一個(gè)非常有用的概念，用于識(shí)別裝配體中可使用的相同零件的位置，特別像緊固件這樣的標(biāo)準(zhǔn)件。在一個(gè)裝配體中，標(biāo)準(zhǔn)件可以在多個(gè)地方使用，但利用例證信息，其零件數(shù)據(jù)只需記錄次即可。　　利用裝配體中有關(guān)配合、位置以及方位等數(shù)據(jù)，裝配造型可以精確地識(shí)別零件是如何連接的。在許多系統(tǒng)中，零件的位置和方位數(shù)據(jù)都可由配合條件得到。裝配造型系統(tǒng)也提供創(chuàng)建零件問的參數(shù)約束關(guān)系，以及由一個(gè)零件及與該零件具有配合關(guān)系的其他零件測量其大小和尺寸的功能，這樣可使用戶方便地在配合部位重新輸入幾何數(shù)據(jù)。當(dāng)一個(gè)裝配體中的許多數(shù)據(jù)是由某些關(guān)鍵尺寸決定的時(shí)候，交互式零件約束關(guān)系則是非常有用的。一旦輸入了零件約束關(guān)系，設(shè)計(jì)人員只需修改關(guān)鍵尺寸，系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)修改相關(guān)尺寸。這種強(qiáng)大的功能提供了完成修改的　　種傳遞機(jī)制，并大大節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間。因?yàn)?，?dāng)某個(gè)零件被修改后，設(shè)計(jì)者不必再對整個(gè)裝配體進(jìn)行修改，而系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)完成對所有相關(guān)零部件的修改。下圖為由UG裝配模塊創(chuàng)建的裝配設(shè)計(jì)?！　⊙b配造型系統(tǒng)可使設(shè)計(jì)人員創(chuàng)建和處理零件間的所有裝配約束、定義相關(guān)零件的位置和運(yùn)動(dòng)。裝配約束則可以捕捉各種設(shè)計(jì)意圖，包括零件的公共尺寸，零件的相對位置，零件的排列、連接條件、工作參數(shù)以及一般配合條件等。所謂工作參數(shù)是指諸如配合零件間的相對移動(dòng)距離、旋轉(zhuǎn)角度、銷軸類零件在孔中的軸向位移等參數(shù)?！　?裝配瀏覽　　所有裝配設(shè)計(jì)系統(tǒng)均提供某種類型的瀏覽器，以允許用戶在零件定位，關(guān)系定義以及訪問CAD模型、圖紙和相關(guān)的零件數(shù)據(jù)方面與系統(tǒng)進(jìn)行交互。瀏覽器采用樹型結(jié)構(gòu)，在不同層次的連接節(jié)點(diǎn)上顯示零件和子裝配的詳細(xì)細(xì)節(jié)。圖2-16中所示為由裝配模塊創(chuàng)建的某個(gè)裝配體的樹型結(jié)構(gòu)。如圖所示，瀏覽器通過將裝配樹和CAD模型同時(shí)顯示于屏幕上來幫助用戶找到有關(guān)零件。在瀏覽器中單擊某個(gè)零件，其相關(guān)圖形馬上在CAD模型中高亮顯示，反之亦然?！　?并行設(shè)計(jì)功能　　裝配造型的并行設(shè)計(jì)功能支持由多個(gè)部門組成的產(chǎn)品研發(fā)小組對裝配的協(xié)調(diào)與修改，支持在同一時(shí)間內(nèi)處理多個(gè)用戶對同一個(gè)裝配體的訪問。在某些CAD系統(tǒng)中，由檢入、檢出(chleck in／check out)處理來控制誰在某個(gè)零件上工作(他不離開該零件，別人不得進(jìn)八)，并可防止兩個(gè)設(shè)計(jì)人員在同一時(shí)間修改相同的零件設(shè)計(jì)。支持并行工程的裝配造型系統(tǒng)也具有構(gòu)威一個(gè)統(tǒng)一裝配體的能力，以完成運(yùn)動(dòng)分析、有限元分析以及其他工程分析等?！　‘?dāng)許多人被許可在同一個(gè)裝配體上工作時(shí)，溝通零件設(shè)計(jì)更改而又不中斷其他人的工作則是一個(gè)主要問題。所有用戶都不希望由于同事對設(shè)計(jì)進(jìn)行的更改而使自己的計(jì)算機(jī)屏幕不斷閃動(dòng)。解決問題的方法是僅在特定的時(shí)間定期傳送更新或用戶請求最新結(jié)構(gòu)時(shí)更新。然而，對于那些對其他零件產(chǎn)生重要影響的更改，則應(yīng)立即通知相關(guān)設(shè)計(jì)人員?！　?裝配模型的使用　　由裝配造型系統(tǒng)創(chuàng)建的裝配模型可以以多種方式應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)。多數(shù)裝配模型模塊允許用戶在一個(gè)裝配體的零件間進(jìn)行測量或由裝配模型生成爆炸視圖，爆炸視圖清晰顯示了一個(gè)裝配體中所有零件的物理關(guān)系，這些視圖在描述裝配結(jié)構(gòu)時(shí)特別有用?！　×硗?，材質(zhì)渲染顯示可以以逼真的效果顯示裝配件中的所有零件。數(shù)字樣機(jī)(HocKup)不僅可使用戶觀察裝配，還可以完成打包分析、干涉檢查、運(yùn)動(dòng)分析等操作。數(shù)宇樣機(jī)甚至允許用戶在一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中在裝配體中漫游，以觀察裝配體如何工作并檢查零件的相互作用?！　⊙b配模塊還易于生威材料清單(BOM)，該文檔列出了　個(gè)產(chǎn)品所需要的各種材料以及一個(gè)裝配體中的各個(gè)零件等。通過遍歷裝配結(jié)構(gòu)和總結(jié)零件數(shù)據(jù)，很容易生成BOM。　　5裝配簡化　　具有基本裝配造型功能的許多幾何造型系統(tǒng)，對于處理由數(shù)百個(gè)零件組成的一個(gè)裝配體來說是沒什么問題的，然而，要處理個(gè)由成千上萬個(gè)零件組成的大型裝配，則會(huì)非常困難。系統(tǒng)的性能取決于單個(gè)零件和子裝配的特征數(shù)量，如倒圓就是個(gè)典型的影響系統(tǒng)性能的實(shí)例。裝配體中零件的數(shù)量及其所帶有的復(fù)雜的零件特征往往使系統(tǒng)不堪重負(fù)，從而導(dǎo)致模塊性能大幅度下降并難于找到所需信息。為提高裝配體的可處理性，許多系統(tǒng)提供了簡化裝配的方法。　　第四節(jié)參數(shù)曲線和曲面　　如何表示象飛機(jī)、汽車、輪船等具有復(fù)雜外形產(chǎn)品的表面是工程中必須解決的問題。1963年美國波音(B0elng)飛機(jī)公司的佛格森(Ferguson)最早引入?yún)?shù)三次曲線，將曲線曲面表示成參數(shù)矢量函數(shù)形式，構(gòu)造了組合凸線和由四角點(diǎn)的位置矢量、兩個(gè)方向的切矢定義的佛格森雙三次曲面片。1964年，美國麻省理工學(xué)院(HIT)的孔斯(Coons)用封閉曲線的四條邊界定義一張曲面。同年，舍恩伯格(Schoen。Derg)提出了參數(shù)樣條曲線、曲面的形式。1971年，法國雷諾(ReFiau]t)汽車公司的貝塞爾(Bezier)發(fā)表了　種用控制多邊形定義曲線和曲面的方法。

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