现代CAD技术.docx

1、现 代 CAD 技 术童 秉 枢 主 编孟 明 辰 李 建 明 田 凌张 林 钅 宣 孟 祥 生 编 著清 华 大 学 出 版 社( 京 ) 新 登 字 158 号内 容 简 介本 书 阐 述 了 现 代 CA D 技 术 的 概 念 与 研 究 内 容 , 讨 论 了 现 代 CAD 技 术 中 一 些 常 见 的 重 要 技 术, 并 将 这些 内 容 组 织 在 设 计 集 成 化 、 设 计 网 络 化 及设 计 智 能 化 三 篇 共 15 章 中 。 设 计 集 成 化 的 主 要 内 容 有 : 集 成设 计 的 理 论 与 方 法 、 产 品 共 享 信 息 模 型 的 建 立

2、 、 产 品 数 据 管 理 技 术 、 产 品 数 据 交 换 技术 、 产 品 装 配设 计 技 术 等 ; 设 计 网 络 化 的 主 要 内 容 有 : 协 同 设 计 的 理 论 、 协 同 设 计 中 产 品 信 息 的 交 换 与 共 享 、 协 同 设 计 过 程 的 管 理 、 协 同 设 计 中 主 要 的 网 络 应 用 技 术 等 ; 设 计 智 能 化 的 主 要 内 容 有: 智 能 CA D 概 述 、 知 识 表 示 、 知 识 推 理 及 设 计 型 专 家 系 统 。 以 上 内 容 力 求 反 映 国 内 外 研 究 新 成 果, 反 映 学 科 前 沿

3、的 动 态 。本 书 可 作 为 研 究 生 教 材 , 也 可 作 为 大 学 本 科 高 年 级 CA D 教 材 , 以 及 从 事 CA D 应 用 和 研 究 的 广 大 科 技 工 作 者 的 参 考 书 。图 书 在 版 编 目 ( CI P) 数 据现 代 CAD 技 术 / 童 秉 枢 主 编 . 北 京 : 清 华 大 学 出 版 社 , 2000I SBN. 7-302-03902-X . 现 . . . . 童 . . . . 计 算 机 辅 助 设 计 -应 用 软 件 , A utoCA D . T P391.72中 国 版 本 图 书 馆 CIP 数 据 核 字

4、( 2000) 第 28813 号出 版 者 : 清 华 大 学 出 版 社 ( 北 京 清 华 大 学 学 研 楼 , 邮 编 100084) htt p: / / w ww.tup.t singhua .edu .cn印 刷 者 : 印 刷 厂发 行 者 : 新 华 书 店 总 店 北 京 发 行 所开 本 : 787 1092 1/ 16 印 张 : 16.25 字 数 : 391 千 字版 次 : 2000 年 6 月 第 1 版 2000 年 6 月 第 1 次 印 刷书 号 : ISBN 7-302-03902-X/ T P 2282印 数 : 0001 0000定 价 : 元前

5、言由 于 先 进 制 造 技 术 、 先 进 设 计 理 论 对 CAD 技 术 的 推 动 , 以 及 当 前 CAD 技 术 的 发 展 , CA D 正 经 历 着 由 传 统 单 元 技 术 向 复 杂 大 系 统 环 境 下 的 设 计 自 动 化 技 术 的 重 要 转 变 , 故 本 书 取 名 为 “现 代 CA D 技 术 ”。现 代 CAD 技 术 是 指 在 复 杂 大 系 统 ( 如 先 进 制 造 ) 环 境 下 , 支 持 产 品 自 动 化 设 计 的 设 计理 论 和 方 法 、 设 计 环 境 、 设 计 工 具 三 方 面 各 有 关 技 术 的 总 称 ,

6、 它 们 能 使 设 计 工 作 实 现 集 成 化 、 网 络 化 和 智 能 化 , 达 到 提 高 产 品 设 计 质 量 , 降 低 产 品 成 本 和 缩 短 设 计 周 期 的 目 标 。本 书 选 择 了 现 代 CA D 技 术 中 一 些 常 见 的 重 要 技 术 进 行 讨 论 , 并 将 这 些 内 容 组 织 在 设计 集 成 化 、 设 计 网 络 化 及 设 计 智 能 化 三 篇 中 。第一 篇 为 设 计 集 成 化 , 分 为 6 章 。 第 2 章 是 对 目 前 流 行 的 并 行 设 计 与 大 规 模 定 制 设 计 理 论 与 方 法 的 阐 述

7、。 第 3 到 第 6 章 分 别 讨 论 了 一 些 重 要 的 基 础 技 术 , 它 们 是 : 产 品 共 享 信 息 模 型 的 建 立 、 产 品 数 据 管 理 技 术 、 产 品 数 据 交 换 技 术 、 产 品 装 配 设 计 技 术 。 本 篇 最 后 一 章 , 即 第 7 章 , 对 工 程 设 计 集 成 平 台 进 行 了 讨 论 , 希 望 给 读 者 一 个 “如 何 集 成 ”的 概 念 。第 二 篇 为 设 计 网 络 化 , 分 为 4 章 。 出 于 把 相 近 内 容 尽 量 放 在 一 起 的 考 虑 , 故 将 设 计 理 论 中 的 协 同 设

8、 计 放 入 此 处 作 为 第 8 章 ; 第 9、 第 10 两 章 分 别 讨 论 协 同 设 计 中 产 品 信 息 的 交 换 与 共 享 以 及 设 计 过 程 的 管 理 ; 第 11 章 是 对 协 同 设 计 中 主 要 的 网 络 应 用 技 术 的 讨 论 。第 三 篇 为 设 计 智 能 化 , 分 为 4 章 。 主 要 讨 论 设 计 型 专 家 系 统 技 术 。 第 12 章 是 智 能 CA D 概 述 , 阐 述 了 智 能 CA D 的 概 念 及 其 研 究 的 问 题 ; 第 13、 第 14 章 对 实 现 设 计 型 专 家 系 统 中 的 两 个

9、 最 重 要 的 问 题 , 即 知 识 表 示 和 推 理 进 行 了 详 细 讨 论 ; 第 15 章 , 也 是 全 书 最 后 一 章 , 讨 论 了 实 现 设 计 型 专 家 系 统 的 其 他 问 题 , 并 给 出 了 一 个 实 例 。本 书 力 求 做 到 :( 1) 反 映 最 新 CA D 技 术 以 集 成 化 、 网 络 化 、 智 能 化 为 主 线 , 反 映 国 内 外 研 究 新 成 果 ,讨 论 学 科 发 展 的 前 沿 问 题 。( 2) 反 映 与 总 结 作 者 的 研 究 成 果 本 书 作 者 群 多 年 从 事 CAD 技 术 、 CIM S

10、 应 用 工 程 、 并 行 工 程 及 各 种 基 金 项 目 等 的 研 究 与 开 发 工 作 , 接 触 国 内 外 CAD 学 科 前 沿 , 取 得 了 一 批 研究 成 果 , 这 些 内 容 也 将 反 映 在 本 书 中 。( 3) 理 论 联 系 实 际 根 据 作 者 的 实 践 经 验 , 力 求 给 出 解 决 问 题 的 具 体 思 路 、 体 系 结 构 、 算 法 、 实 例 等 , 以 求 对 读 者 有 指 导 和 帮 助 作 用 。本 书 可 作 为 研 究 生 教 材 , 又 可 兼 作 大 学 本 科 高 年 级 的 CA D 教 材 以 及 广 大

11、科 技 工 作 者的 参 考 书 , 因 此 , 一 方 面 要 尽 量 反 映 现 代 CA D 技 术 的 最 新 发 展 , 让 读 者 了 解 CA D 的 前 沿 技 术 , 另 一 方 面 又 不 能 空 泛 地 讨 论 这 些 技 术 , 要 注 意 它 们 的 普 遍 性 与 实 用 性 , 为 此 , 在 选 材 时 , 既 注 重 了 基 础 技 术 , 也 对 我 们 自 己 的 开 发 成 果 加 以 介 绍 。参 加 本 书 编 写 的 有 : 童 秉 枢 ( 第 1、 12、 13、 14、 15 章 ) , 孟 明 辰 ( 第 3、 5 章 及 第 2 章 的 2

12、. 1节 ) , 李 建 明 ( 第 4、 7 章 ) , 田 凌 ( 第 8、 10 章 ) , 孟 祥 生 ( 第 9、 11 章 ) , 张 林 钅 宣 ( 第 6 章 及 第 3 章 的3. 2 节 ) , 阴 向 阳 ( 第 2 章 2. 2) 。还 有 黄 利 平 、 冯 春 华 及 彭 继 忠 参 加 了 第 4、 第 7 章 的 编 写 。 全 书 由 童 秉 枢 负 责 汇 总 和 整 理 。由 于 现 代 CA D 技 术 博 大 精 深 , 作 者 的 知 识 水 平 与 实 践 经 验 远 不 能 与 此 相 适 应 , 故 书 中内 容 定 有 不 当 或 错 误 之

13、 处 , 恳 请 读 者 批 评 指 正 。作 者1999 年 6 月目 录第 1 章 现 代 CAD 技 术 概 论 11. 1 CAD 技 术 的 内 涵 11. 2 先 进 制 造 技 术 对 CA D 技 术 的 影 响 21. 2. 1 计 算 机 集 成 制 造 系 统 对 CA D 技 术 的 影 响 31. 2. 2 并 行 工 程 对 CA D 技 术 的 影 响 31. 2. 3 敏 捷 制 造 对 CA D 技 术 的 影 响 41. 3 现 代 CA D 技 术 的 发 展 51. 3. 1 当 前 CA D 技 术 的 发 展 51. 3. 2 基 于 微 机 的 第

14、 四 代 CA D 系 统 初 显 端 倪 51. 4 现 代 CA D 技 术 的 概 念 与 研 究 内 容 81. 4. 1 现 代 CA D 技 术 的 概 念 81. 4. 2 现 代 CA D 技 术 的 研 究 内 容 91. 5 本 书 结 构 9第 一 篇 设 计 集 成 化第 2 章 产 品 集 成 设 计 的 理 论 与 方 法 112. 1 并 行 设 计 112. 1. 1 并 行 设 计 的 基 本 概 念 112. 1. 2 并 行 设 计 的 基 本 特 征 112. 1. 3 并 行 设 计 中 的 几 个 关 键 技 术 152. 1. 4 并 行 设 计

15、的 实 施 182. 2 大 批 量 定 制 设 计 192. 2. 1 大 批 量 定 制 的 基 本 概 念 192. 2. 2 大 批 量 定 制 设 计 的 基 本 概 念 212. 2. 3 大 批 量 定 制 的 设 计 方 法 232. 2. 4 大 批 量 定 制 设 计 的 实 施 25第 3 章 产 品 共 享 信 息 模 型 的 建 立 283. 1 产 品 信 息 模 型 283. 2 装 配 信 息 模 型 303. 2. 1 装 配 建 模 的 基 本 策 略 303. 2. 2 装 配 模 型 的 信 息 组 成 323. 2. 3 装 配 模 型 的 基 本 结

16、 构 333. 2. 4 装 配 模 型 的 实 现 353. 3 零 件 信 息 模 型 393. 3. 1 基 于 特 征 的 零 件 信 息 模 型 393. 3. 2 特 征 建 模 系 统 的 结 构 433. 3. 3 特 征 建 模 的 用 户 界 面 443. 3. 4 特 征 信 息 提 取 与 匹 配 463. 3. 5 ST E P 文 件 的 生 成 47第 4 章 产 品 数 据 管 理 技 术 484. 1 产 品 数 据 管 理 ( P DM ) 技 术 概 述 484. 1. 1 基 本 概 念 484. 1. 2 开 放 式 体 系 结 构 484. 1. 3

17、 支 持 PDM 系 统 实 现 的 主 要 使 能 技 术 494. 2 PDM 系 统 的 主 要 功 能 514. 2. 1 电 子 仓 库 514. 2. 2 工 作 流 或 过 程 管 理 524. 2. 3 产 品 结 构 与 配 置 管 理 534. 2. 4 零 件 分 类 管 理 544. 2. 5 工 程 变 更 管 理 544. 2. 6 其 它 544. 3 PDM 系 统 的 信 息 建 模 554. 3. 1 面 向 对 象 的 建 模 方 法 554. 3. 2 PDM 系 统 的 基 本 对 象 模 型 584. 3. 3 产 品 结 构 与 配 置 管 理 模

18、 型 614. 4 PDM 系 统 的 应 用 实 施 644. 4. 1 PDM 实 施 的 一 般 方 法 644. 4. 2 典 型 PDM 软 件 简 介 664. 4. 3 PDM 软 件 选 型 684. 4. 4 应 用 实 施 实 例 694. 5 产 品 数 据 管 理 技 术 的 发 展 趋 势 71第 5 章 产 品 数 据 交 换 技 术 735. 1 ST E P 标 准 的 特 点 735. 2 ST E P 标 准 的 体 系 结 构 745. 2. 1 描 述 方 法 765. 2. 2 集 成 信 息 资 源 765. 2. 3 应 用 协 议 775. 2.

19、 4 实 现 方 法 775. 2. 5 一 致 性 测 试 785. 3 E XPRE SS 语 言 785. 3. 1 模 式 785. 3. 2 实 体 类 型 795. 3. 3 实 体 数 据 类 型 的 说 明 815. 3. 4 E XPRE SS 的 表 达 式 815. 3. 5 内 部 常 量 、 函 数 、 过 程 825. 3. 6 E XPRE SS 语 言 实 例 825. 4 ST E P 标 准 应 用 协 议 835. 4. 1 应 用 协 议 的 内 容 及 形 式 规 范 835. 4. 2 应 用 协 议 的 建 立 845. 5 建 立 应 用 协 议

20、 实 例 845. 5. 1 应 用 活 动 模 型 ( A A M ) 855. 5. 2 引 用 标 准 865. 5. 3 术 语 与 缩 写 875. 5. 4 应 用 参 考 模 型 ( A R M ) 875. 5. 5 应 用 解 释 模 型 ( A IM ) 905. 5. 6 形 状 特 征 模 式 ( J W-for m - feat ur e- sch ema) 905. 5. 7 实 现 方 法 915. 5. 8 协 议 实 现 的 一 致 性 测 试 目 的 和 要 求 94第 6 章 产 品 装 配 设 计 技 术 956. 1 产 品 装 配 设 计 的 地 位

21、 与 内 容 956. 1. 1 装 配 设 计 的 重 要 性 956. 1. 2 装 配 设 计 的 内 容 956. 1. 3 装 配 设 计 在 集 成 化 产 品 设 计 中 的 地 位 966. 2 产 品 装 配 设 计 的 评 价 966. 3 DFA 的 方 法 及 应 用 976. 3. 1 早 期 DF A 方 法 976. 3. 2 广 义 设 计 中 的 同 步 DF A 方 法 1006. 3. 3 DFA 系 统 的 构 造 与 应 用 1046. 4 从 DF A 到 DFx 面 向 整 个 生 命 周 期 的 设 计 方 法 1086. 4. 1 DFA 向

22、DF M A 的 发 展 1086. 4. 2 面 向 产 品 整 个 生 命 周 期 的 DF x 工 具 109第 7 章 工 程 设 计 集 成 平 台 1107. 1 工 程 设 计 集 成 平 台 概 述 1107. 1. 1 CIM S 应 用 集 成 平 台 1107. 1. 2 工 程 设 计 集 成 平 台 1117. 1. 3 工 程 设 计 集 成 平 台 应 具 备 的 主 要 功 能 1117. 2 CAx 系 统 与 工 程 设 计 集 成 平 台 的 应 用 集 成 与 信 息 集 成 1137. 2. 1 以 商 用 PDM 系 统 为 核 心 建 立 工 程

23、设 计 集 成 平 台 1137. 2. 2 CAx 系 统 与 工 程 设 计 集 成 平 台 的 应 用 集 成 1157. 2. 3 基 于 工 程 设 计 集 成 平 台 的 CA x 系 统 间 的 信 息 集 成 1187. 3 工 程 设 计 集 成 平 台 与 M IS、 车 间 控 制 器 的 信 息 集 成 1207. 3. 1 CAx 分 系 统 与 M IS 分 系 统 的 集 成 分 析 1207. 3. 2 CAx 分 系 统 与 车 间 控 制 器 分 系 统 的 信 息 集 成 1217. 3. 3 CAx 分 系 统 与 其 它 分 系 统 的 共 享 信 息

24、 模 型 1227. 3. 4 基 于 全 局 共 享 信 息 系 统 GIS 的 信 息 集 成 的 实 现 122第 二 篇 设 计 网 络 化第 8 章 产 品 协 同 设 计 的 提 出 与 概 念 1248. 1 产 品 协 同 设 计 的 提 出 1248. 1. 1 敏 捷 制 造 技 术 的 发 展 1248. 1. 2 虚 拟 制 造 技 术 的 发 展 1278. 2 协 同 设 计 的 基 本 概 念 1308. 2. 1 协 同 理 论 1308. 2. 2 计 算 机 支 持 的 协 同 工 作 1318. 2. 3 协 同 设 计 的 基 本 概 念 及 内 涵 1

25、328. 2. 4 协 同 设 计 中 的 关 键 技 术 134第 9 章 协 同 设 计 中 的 产 品 信 息 交 换 与 共 享 1369. 1 异 构 CA D/ CAM 系 统 间 数 据 交 换 问 题 的 研 究 现 状 1369. 2 异 构 PDM 系 统 间 的 产 品 数 据 交 换 1399. 2. 1 异 构 PDM 系 统 间 产 品 数 据 交 换 问 题 的 研 究 现 状 1399. 2. 2 异 构 PDM 系 统 间 数 据 交 换 的 一 个 实 例 141第 10 章 协 同 设 计 中 产 品 设 计 过 程 的 管 理 14710. 1 产 品

26、开 发 过 程 建 模 14710. 1. 1 I DE F 3 模 型 14710. 1. 2 O PN 模 型 14810. 1. 3 基 于 OPN 模 型 的 冲 突 分 析 14910. 2 产 品 开 发 过 程 中 的 冲 突 管 理 15010. 2. 1 协 同 设 计 中 冲 突 管 理 的 概 念 及 内 涵 15010. 2. 2 协 同 设 计 中 的 冲 突 分 析 15110. 3 冲 突 管 理 的 关 键 支 持 技 术 15310. 3. 1 冲 突 避 免 技 术 15310. 3. 2 冲 突 检 测 技 术 15410. 3. 3 冲 突 解 决 技

27、术 15410. 4 协 同 设 计 管 理 系 统 15510. 4. 1 协 同 设 计 的 支 持 环 境 协 同 CAD 系 统 15510. 4. 2 协 同 设 计 管 理 系 统 的 实 现 156第 11 章 协 同 设 计 中 的 网 络 应 用 技 术 15811. 1 w eb 技 术 及 其 应 用 15811. 1. 1 w eb 技 术 的 基 本 概 念 15811. 1. 2 基 于 web 的 Int er net 计 算 模 式 16011. 1. 3 w eb 技 术 在 协 同 设 计 中 的 应 用 16311. 2 多 媒 体 会 议 系 统 165

28、11. 2. 1 多 媒 体 会 议 系 统 概 述 16511. 2. 2 多 媒 体 会 议 系 统 的 基 本 配 置 、 服 务 与 工 作 模 式 16611. 2. 3 典 型 会 议 系 统 简 介 167第 三 篇 设 计 智 能 化第 12 章 智 能 CAD 概 述 17112. 1 智 能 CAD 的 形 成 17112. 1. 1 传 统 CAD 技 术 的 局 限 性 17112. 1. 2 专 家 系 统 的 发 展 17112. 1. 3 智 能 CAD 的 形 成 17212. 2 智 能 CAD 的 概 念 及 其 发 展 17412. 2. 1 智 能 CA

29、D 的 概 念 17412. 2. 2 智 能 CAD 发 展 的 两 个 阶 段 17412. 3 智 能 CAD 研 究 的 基 本 问 题 176第 13 章 知 识 表 示 17913. 1 概 述 17913. 2 产 生 式 规 则 表 示 17913. 2. 1 什 么 叫 产 生 式 系 统 17913. 2. 2 规 则 的 表 示 18013. 2. 3 规 则 集 与 推 理 网 络 18313. 2. 4 概 念 推 理 网 络 及 其 节 点 层 次 管 理 18413. 3 框 架 表 示 18613. 3. 1 框 架 的 一 般 结 构 18713. 3. 2

30、框 架 与 规 则 的 联 接 18913. 4 面 向 对 象 的 知 识 表 示 19013. 4. 1 面 向 对 象 的 方 法 及 特 点 19013. 4. 2 对 象 类 的 框 架 结 构 19113. 4. 3 对 象 类 框 架 结 构 的 形 式 定 义 192第 14 章 知 识 推 理 19514. 1 知 识 推 理 简 介 19514. 2 基 于 规 则 的 推 理 19614. 2. 1 规 则 知 识 的 存 储 19614. 2. 2 正 向 推 理 19714. 2. 3 反 向 推 理 20014. 2. 4 混 合 推 理 20314. 2. 5 约

31、 束 推 理 20414. 3 框 架 推 理 20714. 3. 1 一 般 结 构 框 架 的 推 理 20714. 3. 2 某 些 框 架 功 能 的 实 现 20814. 3. 3 对 象 类 框 架 的 推 理 20914. 4 基 于 实 例 的 推 理 21014. 4. 1 基 于 实 例 推 理 的 基 本 思 想 21014. 4. 2 实 例 的 表 示 与 组 织 21114. 4. 3 实 例 的 检 索 21214. 4. 4 实 例 的 修 正 与 存 储 21314. 4. 5 CBR 应 用 举 例 21314. 5 基 于 原 型 的 推 理 21614.

32、 5. 1 基 于 原 型 的 设 计 21614. 5. 2 原 型 的 表 示 与 组 织 21714. 5. 3 基 于 原 型 的 推 理 机 制 22014. 5. 4 基 于 原 型 的 设 计 系 统 结 构 220第 15 章 设 计 型 专 家 系 统 22215. 1 专 家 系 统 概 述 22215. 1. 1 专 家 系 统 的 特 点 与 类 型 22215. 1. 2 专 家 系 统 的 基 本 结 构 22315. 1. 3 机 械 设 计 型 专 家 系 统 的 特 点 22415. 1. 4 专 家 系 统 实 例 “动 物 识 别 ”专 家 系 统 225

33、15. 2 设 计 型 专 家 系 统 的 控 制 与 求 解 策 略 22715. 2. 1 总 控 策 略 22715. 2. 2 过 程 控 制 策 略 22815. 2. 3 方 案 设 计 专 家 系 统 的 求 解 策 略 与 系 统 结 构 23015. 3 知 识 库 建 造 23215. 3. 1 知 识 获 取 23315. 3. 2 知 识 库 的 组 织 结 构 23515. 3. 3 知 识 库 的 维 护 23615. 4 设 计 型 专 家 系 统 的 开 发 及 举 例 23815. 4. 1 设 计 型 专 家 系 统 的 开 发 过 程 23815. 4.

34、2 龙 门 铣 进 给 箱 方 案 设 计 专 家 系 统 239主 要 参 考 文 献 2461第 1 章 现 代 CAD 技 术 概 论1. 1 CAD 技 术 的 内 涵CA D( computer aided des ign) 是 一 种 用 计 算 机 硬 、 软 件 系 统 辅 助 人 们 对 产 品 或 工 程 进 行 设 计 的 方 法 与 技 术 , 包 括 设 计 、 绘 图 、 工 程 分 析 与 文 档 制 作 等 设 计 活 动 , 它 是 一 种 新 的 设 计 方 法 , 也 是 一 门 多 学 科 综 合 应 用 的 新 技 术 。传 统 CAD 涉 及 以 下

35、 一 些 基 础 技 术 :( 1) 图 形 处 理 技 术 如 自 动 绘 图 、 几 何 建 模 、 图 形 仿 真 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 及 面 向 各 种 专 业 的 工 程 分 析 等 。( 3) 数 据 管 理 与 数 据 交 换 技 术 如 数 据 库 管 理 、 产 品 数 据 管 理 、 产 品 数 据 交 换 规 范 及 接 口 技 术 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

36、 窗 口 界 面 设 计 、 软 件 工 具 、 软 件 工 程 规 范 等 。近 十 多 年 来 , 由 于 先 进 制 造 技 术 的 快 速 发 展 , 带 动 了 先 进 设 计 技 术 的 同 步 发 展 , 使 传 统CA D 技 术 有 了 很 大 的 扩 展 , 我 们 将 这 些 扩 展 的 CAD 技 术 总 称 为 “现 代 CA D 技 术 ”。本 书 的 宗 旨 就 是 在 传 统 CA D 技 术 的 基 础 上 , 较 全 面 地 向 读 者 介 绍 现 代 CAD 技 术 。 本 章 将 对 现 代 CA D 技 术 形 成 的 背 景 、 现 代 CA D 技

37、 术 的 概 念 及 研 究 内 容 作 概 要 说 明 。 有 关 的 详 细 内 容 将 在 以 后 章 节 中 分 别 叙 述 。任 何 设 计 都 表 现 为 一 种 过 程 , 每 个 过 程 都 由 一 系 列 设 计 活 动 组 成 。 这 些 活 动 既 有 串 行 的 设 计 活 动 , 也 有 并 行 的 设 计 活 动 。 目 前 , 设 计 中 的 大 多 数 活 动 都 可 以 用 CA D 技 术 来 实 现 , 但 也 有 一 些 活 动 尚 难 用 CA D 技 术 来 实 现 , 如 设 计 的 需 求 分 析 、 设 计 的 可 行 性 研 究 等 。 将

38、设 计 过 程 中 能 用 CAD 技 术 实 现 的 活 动 集 合 在 一 起 就 构 成 了 CA D 过 程 , 图 1-1 就 说 明 了 设 计 过程 与 CA D 过 程 的 关 系 。 随 着 现 代 CAD 技 术 的 发 展 , 设 计 过 程 中 越 来 越 多 的 活 动 都 能 用 CA D 工 具 加 以 实 现 , 因 此 CA D 技 术 的 覆 盖 面 将 越 来 越 宽 , 以 至 整 个 设 计 过 程 就 是 CA D 过 程 。图 1-1 设 计 过 程 与 CA D 过 程 的 关 系值 得 指 出 的 是 : 不 应 该 将 CAD 与 计 算 机

39、 绘 图 、 计 算 机 图 形 学 混 淆 起 来 。 下 面 叙 述 后 二2者 的 技 术 内 涵 。计 算 机 绘 图 的 内 涵 : 计 算 机 绘 图 是 使 用 图 形 软 件 和 硬 件 进 行 绘 图 及 有 关 标 注 的 一 种 方法 和 技 术 , 以 摆 脱 繁 重 的 手 工 绘 图 为 其 主 要 目 标 。计 算 机 图 形 学 ( computer gr aphics , CG ) 的 内 涵 : 计 算 机 图 形 学 是 研 究 通 过 计 算 机 将 数据 转 换 为 图 形 , 并 在 专 用 设 备 上 显 示 的 原 理 、 方 法 和 技 术 的

40、 科 学 ( 根 据 ISO 在 数 据 处 理 词 典 中 的 定 义 ) 。CG 的 研 究 内 容 有 以 下 四 个 方 面 :( 1) 硬 件 指 图 形 输 入 设 备 、 图 形 处 理 设 备 、 图 形 显 示 设 备 和 图 形 绘 制 设 备 。( 2) 图 形 软 件 设 计 如 二 维 绘 图 系 统 、 三 维 造 型 系 统 、 动 画 制 作 系 统 、 真 实 感 图 形 生 成 系 统 等 。( 3) 图 形 处 理 的 理 论 与 方 法 如 几 何 元 素 和 图 形 的 生 成 方 法 、 实 体 表 示 理 论 与 拼 合 算 法 、 图 形 变 换

41、 、 图 形 的 消 隐 与 裁 剪 、 真 实 感 图 形 生 成 等 等 。 近 年 来 , CG 向 更 深 的 方 向 发 展 , 出现 了 分 布 式 图 形 处 理 、 声 像 一 体 化 、 分 数 维 几 何 、 虚 拟 现 实 、 多 媒 体 技 术 以 及 科 学 计 算 可 视 化 等 高 新 理 论 与 技 术 。( 4) 实 际 应 用 中 的 图 形 处 理 问 题 涉 及 广 阔 的 应 用 领 域 、 如 统 计 管 理 、 测 量 、 生 物 、 医 学 、 药 学 、 模 拟 与 动 画 、 美 术 、 办 公 自 动 化 等 。从 以 上 对 CA D、

42、计 算 机 绘 图 及 CG 的 叙 述 可 以 看 出 它 们 三 者 之 间 是 有 区 别 的 , 但 也 有 联 系 。 可 以 简 单 地 表 述 如 下 :计 算 机 绘 图 是 CG 中 涉 及 工 程 图 形 绘 制 的 一 个 分 支 , 可 将 它 看 成 一 门 工 程 技 术 , 它 为 人 们 以 软 件 操 作 方 式 绘 制 图 样 提 供 服 务 ; 计 算 机 绘 图 不 是 CAD 的 全 部 内 涵 , 但 它 是 CA D 技 术 的 基 础 之 一 ; CG 是 一 门 独 立 的 学 科 , 有 自 己 丰 富 的 技 术 内 涵 , 它 与 CAD

43、 有 明 显 区 别 , 但 它 的 有 关 图 形 处 理 的 理 论 与 方 法 构 成 了 CAD 技 术 的 重 要 基 础 。1. 2 先 进 制 造 技 术 对 CAD 技 术 的 影 响21 世 纪 , 经 济 竞 争 是 世 界 各 国 竞 争 的 焦 点 和 世 界 发 展 的 重 要 推 动 力 。 对 制 造 业 而 言 , 每个 企 业 都 面 临 着 持 续 多 变 和 不 可 完 全 预 测 的 全 球 化 市 场 竞 争 , 竞 争 的 核 心 是 以 知 识 为 基 础的 新 产 品 的 竞 争 。 为 了 提 高 竞 争 力 , 企 业 必 须 解 决 好 产

44、 品 的 T 、 Q 、 C、 S、 E 难 题 , 即 以 最 快 的 上 市 速 度 T ( time t o mar ket ) 、 最 好 的 质 量 Q ( quality) 、 最 低 的 成 本 C( cost ) 、 最 优 的 服 务 S ( s evice ) 及 最 清 洁 的 环 境 E ( envir onment ) 来 满 足 顾 客 的 不 同 需 求 和 社 会 可 持 续 发 展 的 要 求 。 面 对 激 烈 的 竞 争 , 近 二 十 年 来 , 特 别 是 近 十 年 来 , 人 们 将 制 造 技 术 与 飞 速 发 展 着 的 信 息 技 术 、

45、自 动 化 技 术 、 现 代 管 理 技 术 与 系 统 技 术 有 机 融 合 , 逐 渐 形 成 了 新 一 代 先 进 制 造 技 术 。 今 天 它 已 成 为 改 善 产 品 T 、 Q 、 C、 S、 E , 提 高 企 业 敏 捷 性 、 柔 性 、 健 壮 性 的 关 键 手 段 。它 正 推 动 着 制 造 业 进 入 信 息 化 、 自 动 化 、 智 能 化 、 敏 捷 化 的 历 史 新 时 期 。先 进 制 造 技 术 必 然 十 分 重 视 产 品 设 计 问 题 。 众 所 周 知 , 没 有 创 新 产 品 , 没 有 适 销 对 路 的 新 产 品 , 即

46、使 做 到 T 、 Q 、 C、 S、 E 也 是 白 搭 , 也 会 在 竞 争 中 败 下 阵 来 。 因 此 T 、 Q 、 C、 S、 E 的 前 提 是 有 好 的 产 品 设 计 。 所 以 采 用 先 进 制 造 技 术 的 企 业 必 然 将 产 品 设 计 这 个 环 节 视 作 其 生 命 线 , 先 进 设 计 技 术 必 然 成 为 先 进 制 造 技 术 的 核 心 之 一 。 可 以 这 样 认 为 : 市 场 竞 争 促 进 了 先 进 制 造 技 术 的 发 展 , 先 进 制 造 技 术 的 发 展 推 动 了 先 进 设 计 技 术 的 发 展 , 先 进

47、设 计 技 术 离 不 开3CA D 技 术 , 因 此 CA D 技 术 获 得 了 巨 大 的 发 展 。为 了 具 体 说 明 先 进 制 造 技 术 对 CAD 技 术 的 影 响 , 现 就 三 个 典 型 的 先 进 制 造 模 式 对CA D 技 术 的 影 响 作 些 分 析 。1. 2. 1 计 算 机 集 成 制 造 系 统 对 CAD 技 术 的 影 响自 从 1973 年 美 国 的 约 瑟 夫 哈 林 顿 ( J os eph Har r ington ) 提 出 计 算 机 集 成 制 造 ( computer int egr at ed manufactur in

48、g, CI M ) 概 念 以 来 , 近 十 余 年 , CIM 哲 理 及 其 技 术 在 实 践中 不 断 充 实 、 完 善 与 发 展 。 在 我 国 , 自 1986 年 以 来 , 在 国 家 863 计 划 支 持 下 , 对 CIM 的 理 论 与 应 用 进 行 了 深 入 研 究 与 实 践 , 概 括 出 了 对 CI M 的 以 下 认 识 :CI M 是 一 种 组 织 、 管 理 与 运 行 企 业 的 哲 理 , 它 将 传 统 的 制 造 技 术 与 现 代 信 息 技 术 、 管 理 技 术 、 自 动 化 技 术 、 系 统 工 程 技 术 等 有 机 结

49、 合 , 借 助 计 算 机 ( 硬 、 软 件 ) , 使 企 业 产 品 全 生 命 周 期 市 场 需 求 分 析 、 产 品 定 义 、 研 究 开 发 、 设 计 、 制 造 、 支 持 ( 包 括 质 量 、 销 售 、 采 购 、 发 送 、 服 务 ) 以 至 产 品 最 后 报 废 、 环 境 处 理 等 各 阶 段 活 动 中 有 关 的 人 / 组 织 、 经 营 管 理 和 技 术 三 要 素 及 其 信 息 流 、 物 流 和 价 值 流 有 机 集 成 并 优 化 运 行 , 实 现 企 业 制 造 活 动 的 计 算 机 化 、 信 息 化 、 智 能 化 、 集 成 优 化 , 以 达 到 产 品 上 市 快