計算機輔助工業(yè)設(shè)計

內(nèi)容概要

國內(nèi)的CAID起步已經(jīng)有了一段時間，在許多的企業(yè)和設(shè)計機構(gòu)得到了重視和廣泛應(yīng)用，這一點，可以從企業(yè)對工業(yè)設(shè)計學(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)計劃中，計算機輔助繪圖的成分遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于計算機輔助設(shè)計。這種現(xiàn)象的現(xiàn)現(xiàn)有許多歷史淵源，但是它無助于CAID基本的存在價值：提高設(shè)計質(zhì)量和效率。認(rèn)為完成一張交果圖就是完成了一個產(chǎn)品設(shè)計的觀念若不及時扭轉(zhuǎn)，工業(yè)設(shè)計的價值就無法體現(xiàn)出來。在強調(diào)并行設(shè)計、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)計方案的三維建模、設(shè)計表達、造型設(shè)計數(shù)據(jù)與工程設(shè)計數(shù)據(jù)的接口與轉(zhuǎn)換為重點，而不是僅僅將CAID技術(shù)作為設(shè)計表達的手段，從而向工業(yè)設(shè)計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，以期達到樹立工業(yè)設(shè)計師系統(tǒng)的CAID概念的目的。

書籍目錄

第一章 概述  第一節(jié) 計算機輔助設(shè)計對于工業(yè)設(shè)計的意義  第二節(jié) 計算機輔助工業(yè)設(shè)計系統(tǒng)  第三節(jié) 計算機輔助工業(yè)設(shè)計的流程第二章 計算機輔助工業(yè)設(shè)計技術(shù)基礎(chǔ)  第一節(jié) 圖形與圖像簡介  第二節(jié) 計算機色彩與材質(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 計算機輔助概念設(shè)計  第一節(jié) 高度靈活的電子手繪  第二節(jié) 基本于維點陣/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  第四節(jié) 快速概念表達的設(shè)計細(xì)化第四章 設(shè)計深化的計算機輔助設(shè)計      第一節(jié) 從形態(tài)塑造到結(jié)構(gòu)   第二節(jié) 基于計算機的人機工程設(shè)計第五章 面向制造的計算機輔助設(shè)計優(yōu)化  第一節(jié) 面向制造的三維建模  第二節(jié) 外觀的曲面評估  第三節(jié) 數(shù)字化樣機技術(shù)評估整體設(shè)計第六章 面向設(shè)計傳達的計算機技術(shù)  第一節(jié) 照片真實感渲染技術(shù)  第二節(jié) 設(shè)計的動畫表達  第三節(jié) 工業(yè)設(shè)計中的虛擬現(xiàn)實技術(shù)第七章 計算機輔助工業(yè)設(shè)計深入研究    第一節(jié) 計算機輔助工業(yè)設(shè)計中的人機交互技術(shù)  第二節(jié) 計算機輔助工業(yè)設(shè)計中的智能技術(shù)  第三節(jié) 計算機輔助工業(yè)設(shè)計中的高新技術(shù)應(yīng)用  第四節(jié) 計算機輔助工業(yè)設(shè)計中有待解決的關(guān)鍵技術(shù)課程作業(yè)參考文獻

章節(jié)摘錄

　　利用特征造型可以便捷地構(gòu)造幾何形體。　　特征是參數(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　個特例，是幾何造型的重要領(lǐng)域。　　參數(shù)化造型　　常規(guī)的實體造型系統(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現(xiàn)的，該方程定義了一組可以控制設(shè)計結(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)計結(jié)果?！　≡趨?shù)化造型中，通常按以下步驟構(gòu)造一個幾何體：　　以草圖方式輸入一個大致相近的=維形體：　　輸入尺寸數(shù)據(jù)，進行幾何約束，構(gòu)造準(zhǔn)確的二維幾何形體；　　進八三維造型方式，創(chuàng)建三維實體；　　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)系來實現(xiàn)，而不是直接修改形體的幾何元素來完成。因此，設(shè)計師可以生成各種設(shè)計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)計與造型設(shè)計?！　∥逖b配造型　　在幾何造型系統(tǒng)中，線框、曲面或?qū)嶓w造型主要用于單個零件的設(shè)計或制造，而非零件裝配。工程師應(yīng)首先進行零件的設(shè)計，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)想運行。這種設(shè)計方式適于設(shè)計人員較少而結(jié)構(gòu)相對比較簡單的產(chǎn)品設(shè)計。而當(dāng)一個產(chǎn)品的裝配結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，設(shè)計人員眾多，甚至由分布在世界各地的多個設(shè)計小組承擔(dān)產(chǎn)品設(shè)計時，上述方式是不合適的。　　傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計過程經(jīng)常會發(fā)生這樣的事情：某個設(shè)計人員對某個零件的結(jié)構(gòu)進行了修改，但可能沒有通知到其他設(shè)計人員或忘記了更改其他與之相關(guān)的零部件。因此，在設(shè)計中，相當(dāng)多的時間用于人工跟蹤零件設(shè)計、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)計信息，以確保每個零件的設(shè)計與其他零件相匹配。20世紀(jì)90年代并行工程的發(fā)展，推動了裝配設(shè)計功能的開發(fā)。裝配造型裝配設(shè)計精確地保存了零件的設(shè)計過程和零件間的關(guān)系，設(shè)計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)計人員識別單個零件，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)，該條件用于識別一個零件如何被連接到另一個零件(如配合面是平面還是同軸柱面)，例證信息(Instancing Information，又稱為實例信息)是裝配造型中一個非常有用的概念，用于識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。在一個裝配體中，標(biāo)準(zhǔn)件可以在多個地方使用，但利用例證信息，其零件數(shù)據(jù)只需記錄次即可?！　±醚b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)一個裝配體中的許多數(shù)據(jù)是由某些關(guān)鍵尺寸決定的時候，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)計人員只需修改關(guān)鍵尺寸，系統(tǒng)便會自動修改相關(guān)尺寸。這種強大的功能提供了完成修改的　　種傳遞機制，并大大節(jié)省了設(shè)計時間。因為，當(dāng)某個零件被修改后，設(shè)計者不必再對整個裝配體進行修改，而系統(tǒng)會自動完成對所有相關(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。　　裝配造型系統(tǒng)可使設(shè)計人員創(chuàng)建和處理零件間的所有裝配約束、定義相關(guān)零件的位置和運動。裝配約束則可以捕捉各種設(shè)計意圖，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距離、旋轉(zhuǎn)角度、銷軸類零件在孔中的軸向位移等參數(shù)。　　2裝配瀏覽　　所有裝配設(shè)計系統(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)計功能　　裝配造型的并行設(shè)計功能支持由多個部門組成的產(chǎn)品研發(fā)小組對裝配的協(xié)調(diào)與修改，支持在同一時間內(nèi)處理多個用戶對同一個裝配體的訪問。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零件上工作(他不離開該零件，別人不得進八)，并可防止兩個設(shè)計人員在同一時間修改相同的零件設(shè)計。支持并行工程的裝配造型系統(tǒng)也具有構(gòu)威一個統(tǒng)一裝配體的能力，以完成運動分析、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裝配體上工作時，溝通零件設(shè)計更改而又不中斷其他人的工作則是一個主要問題。所有用戶都不希望由于同事對設(shè)計進行的更改而使自己的計算機屏幕不斷閃動。解決問題的方法是僅在特定的時間定期傳送更新或用戶請求最新結(jié)構(gòu)時更新。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)計人員。　　4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。多數(shù)裝配模型模塊允許用戶在一個裝配體的零件間進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(HocKup)不僅可使用戶觀察裝配，還可以完成打包分析、干涉檢查、運動分析等操作。數(shù)宇樣機甚至允許用戶在一個虛擬現(xiàn)實環(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　個產(chǎn)品所需要的各種材料以及一個裝配體中的各個零件等。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?！　?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)百個零件組成的一個裝配體來說是沒什么問題的，然而，要處理個由成千上萬個零件組成的大型裝配，則會非常困難。系統(tǒng)的性能取決于單個零件和子裝配的特征數(shù)量，如倒圓就是個典型的影響系統(tǒng)性能的實例。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、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的位置矢量、兩個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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