《第11講 三維CAD系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《第11講 三維CAD系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)（43頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,1,1.,三維,CAD,系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù),系統(tǒng)功能需求,2.,系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu),3.,部分關(guān)鍵技術(shù),4.,系統(tǒng)開發(fā)簡(jiǎn)介,Solid Edge,CATIA,UG NX,Pro/E,Inventor,目前最流行的三維,CAD,系統(tǒng),美、法等國(guó)的,CAD,技術(shù)一直走在世界的前沿，它們擁有許多世界聞名的,CAD/CAM,系統(tǒng)，這些系統(tǒng)具備十分強(qiáng)大的功能。,國(guó)內(nèi)：清華大學(xué)、北航、新舟、浙大、華工,1,、系統(tǒng)功能需求,以國(guó)家,863,三維,CAD,系統(tǒng)評(píng)測(cè)要求為例,系統(tǒng)綜合功能,二維圖形功能,三維造型及零件設(shè)計(jì)功能,裝配功

2、能,三維模型與二維圖形的關(guān)聯(lián)功能,數(shù)據(jù)接口功能,系統(tǒng)性能需求,文字或圖符菜單、下拉式菜單、動(dòng)態(tài)彈出式菜單、對(duì)話框、命令語言、數(shù)字化儀、鼠標(biāo)器、功能鍵、快捷鍵、提示信息、出錯(cuò)信息、動(dòng)態(tài)導(dǎo)航功能等。,系統(tǒng)綜合功能,視像定義與修改、多視口顯示、動(dòng)態(tài)顯示、視圖的管理、透明命令、圖形縮放（,Z00M,）、圖形曳移；,曲面和線框圖顯示及輪廓圖顯示；,實(shí)體及特征的真實(shí)圖與簡(jiǎn)圖顯示（簡(jiǎn)圖用于二維及三維布置）；,正投影圖、軸測(cè)圖、透視圖、剖切圖、,消隱圖；,渲染圖（真實(shí)感圖）；,圖像文件輸出（,GIF,等光柵文件格式）。,圖形顯示功能,用戶界面,驅(qū)動(dòng)繪圖機(jī)、打印設(shè)備等。,視圖投影設(shè)置、二維視圖布局、標(biāo)準(zhǔn)視圖和自

3、定義視圖輸出、剖視；,圖層控制功能。,按比例輸出圖形及自動(dòng)按圖紙?jiān)O(shè)定輸出比例；,輸出圖形預(yù)覽及終止預(yù)覽；,對(duì)多張圖紙進(jìn)行編輯打??；,繪圖輸出控制線型及粗細(xì)；,繪圖輸出功能,設(shè)備驅(qū)動(dòng)功能,圖形管理功能,二維圖形功能,基本繪圖功能,建立坐標(biāo)系統(tǒng)（直角坐標(biāo)系、極坐標(biāo)系）；,點(diǎn)、中心標(biāo)記（點(diǎn)的絕對(duì)坐標(biāo)、點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)、點(diǎn)的絕對(duì)極坐標(biāo)、點(diǎn)的相對(duì)極坐標(biāo)）；,繪制線段、直線、折線（多段連線、兩點(diǎn)連直線、水平線及垂直線、向已知直線作垂直線、作已知直線的平行線、作圓弧切線、作已知直線的垂直平分線、作曲線切線）；,繪制圓弧、圓（給定圓心和半徑作圓、圓弧、作同心圓、作圓與直線相切、作圓與已知圓相切等）；,繪制橢圓弧、

4、二次曲線、樣條曲線、組合曲線、等距線等；,繪制剖面線。,圖形編輯和操作功能,圖形元素求交與打斷（直線、圓弧、曲線兩兩求交）；,相鄰兩圖形元素之間作倒圓與倒角；,多個(gè)閉合圖形之間的布爾操作（并、差、交運(yùn)算）；,等分已知直線、分已知圓（?。?多義線編輯；,修改圖形元素的幾何與屬性（顏色，所屬層，線型，可見性）數(shù)據(jù)；,圖形平移復(fù)制、旋轉(zhuǎn)復(fù)制、鏡象復(fù)制、陣列復(fù)制；,圖形的平移、旋轉(zhuǎn)、拉伸、圖形縮放；,圖塊之間消隱；,圖形的捕捉與選??；,圖形元素的剪裁。,標(biāo)注功能,各種尺寸標(biāo)注、粗糙度標(biāo)注、形位公差標(biāo)注、各種字符、字體標(biāo)注、工程符號(hào)標(biāo)注。,圖紙幅面定義功能,定義圖幅格式類型、圖紙標(biāo)題欄、明細(xì)表欄、其它

5、表欄,繪圖輔助功能,初始化功能（圖形屏幕范圍的設(shè)定、光標(biāo)捕捉精度、柵格顯示精度）,用戶坐標(biāo)系統(tǒng)、圖形定位、線型、顏色設(shè)定；,提示信息、回退（,UNDO,）、重作（,REDO,）操作、公制與英制的換算等。,三維造型及零件設(shè)計(jì)功能,線框造型功能,基本幾何元素定義；,曲線插值和逼近；,NURBS,曲線；,線組合、曲線拆散、曲線光順、曲線延伸、曲線修整、曲線拼接、曲線求交；,過渡曲線、等距曲線和線性變距曲線；,線變換（平移、旋轉(zhuǎn)、鏡像、陣列等）；,曲線分析與計(jì)算（切矢、曲率、坐標(biāo)值反求參數(shù)值等）,曲面造型功能,曲面求交、延伸；,直紋面、旋轉(zhuǎn)面；,掃成曲面、點(diǎn)陣曲面、由給定邊界定義曲面、,NURBS,曲

6、面；,曲面等距和曲面變距；,曲面過渡、拼接、光順、剪裁、修型；,曲面分析與計(jì)算（切矢、法矢、各種曲率、坐標(biāo)值反求,U,，,V,參數(shù)值）；,取子曲面片、曲面的輪廓線、曲線在曲面上的投影線；,測(cè)量造型（散亂點(diǎn)插值、數(shù)據(jù)預(yù)處理、特征點(diǎn)提取及光順）。,實(shí)體造型功能,基本體素、用戶定義體素、體素庫(kù)（體素庫(kù)的建立、查詢、刪除和維護(hù)）；,實(shí)體生成方法（平掃、旋轉(zhuǎn)掃、廣義掃等生成方法，非均勻有理,B,樣條法（,NURBS,）及其它生成方法）；,幾何體間的并交差布爾運(yùn)算；,局部操作（剖切、圓角、倒角、局部拉伸）；,實(shí)體的編輯（拷貝、鏡像、陣列、刪除、回退（,Undo,）與重作（,Redo,）、平移、旋轉(zhuǎn)、縮放、

7、幾何元素查詢、幾何信息的修改）；,實(shí)體抽殼、曲面轉(zhuǎn)實(shí)體；,三維實(shí)體向二維的轉(zhuǎn)換（生成輪廓圖及消隱）。,特征造型功能,基準(zhǔn)特征，拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃成、放樣特征，增料、減料特征，過渡、倒角、拔模、抽殼特征,零件庫(kù)功能,常用標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)、零件庫(kù)的建立與維護(hù),布爾運(yùn)算功能,實(shí)體間的交、并、差運(yùn)算,參數(shù)化草圖功能,圖形生成、圖形編輯、約束、圖形繪制約束導(dǎo)航,物性分析功能,體積、重量、重心、慣性矩等計(jì)算,裝配功能,基本規(guī)模裝配（零部件數(shù)量,100,以上）；,裝配約束（裝配約束定義、裝配約束求解）；,干涉檢查；,爆炸圖；,裝配結(jié)構(gòu)樹；,生成零件,BOM,表,三維模型與二維圖形的關(guān)聯(lián)功能,數(shù)據(jù)接口功能,三維模型生成二

8、維圖形；,三維模型的變化則二維圖形自動(dòng)變化；,二維圖形參數(shù)變化則三維模型自動(dòng)變化；,裝配、零件、工程圖的全關(guān)聯(lián)。,具有某種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接口（如,IGES,、,STEP,等）；,具有某種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口（如,DXF,、,X_T,、,SAT,、,STL,、,VRML,等）。,性能需求,軟件的可靠性,可以屏蔽用戶操作錯(cuò)誤；,運(yùn)行操作錯(cuò)誤不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)異常退出；,軟件應(yīng)提供數(shù)據(jù)、圖形備份和恢復(fù)手段；,軟件能進(jìn)行有效性檢查；,無損壞數(shù)據(jù)、圖形和軟件的現(xiàn)象；,具有容錯(cuò)性，當(dāng),CAD,軟件發(fā)生故障或規(guī)定界面被破壞時(shí)，仍能保持規(guī)定性能；,易恢復(fù)，在失效情況下，可重建恢復(fù)數(shù)據(jù)；,安裝運(yùn)行后對(duì)其它程序不產(chǎn)生破環(huán)性的影響。,

9、軟件的易用性,易安裝維護(hù)；,界面友好、布局合理、風(fēng)格一致；,界面所用術(shù)語規(guī)范、準(zhǔn)確；,操作提示易于理解，引導(dǎo)準(zhǔn)確；,有聯(lián)機(jī)幫助。,軟件可擴(kuò)展性,用戶可進(jìn)行系統(tǒng)的功能擴(kuò)充，例如：用戶定義的圖形庫(kù)、線型庫(kù)、符號(hào)庫(kù)；,對(duì)話框開發(fā)；,二次開發(fā)接口。,1,1.,三維,CAD,系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù),系統(tǒng)功能需求,2.,系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu),3.,部分關(guān)鍵技術(shù),4.,系統(tǒng)開發(fā)簡(jiǎn)介,以天喻公司等六家單位聯(lián)合申請(qǐng)項(xiàng)目為例,系統(tǒng)支持大型集團(tuán)企業(yè)產(chǎn)品協(xié)同創(chuàng)新設(shè)計(jì)，包括：,基礎(chǔ)核心層：,提供共性基礎(chǔ)構(gòu)件，幾何與拓?fù)浜诵臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，內(nèi)存管理機(jī)制、基礎(chǔ)算法引擎及方法；,通用平臺(tái)層：,提供通用設(shè)計(jì)、分析工具構(gòu)件,支撐用戶進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、

10、裝配設(shè)計(jì)、工程繪圖、工藝設(shè)計(jì)、數(shù)控代碼生成；,專業(yè)應(yīng)用層：,提供面向航空制造應(yīng)用設(shè)計(jì)分析工具，支持快速產(chǎn)品開發(fā)；,接口工具集：,提供系統(tǒng)內(nèi)部各層間訪問接口、外部數(shù)據(jù)交換接口、系統(tǒng)集成接口、用戶二次開發(fā)接口。,核心層,幾何引擎：,支持零件造型、裝配造型、高級(jí)曲面造型等三維數(shù)字化設(shè)計(jì)功能，應(yīng)具有接口兼容、功能齊全、計(jì)算穩(wěn)定、幾何覆蓋域?qū)?、多種造型統(tǒng)一表示、可擴(kuò)展性等特點(diǎn),2D,尺寸約束管理：,即變量化草圖設(shè)計(jì)，能夠支持,2D,設(shè)計(jì)、工程圖和,2D,輪廓草圖，,2D,輪廓草圖能夠有效地支持,3D,參數(shù)化實(shí)體模型；支持欠約束和過約束設(shè)計(jì)。,3D,尺寸約束管理：,即裝配件和機(jī)構(gòu)件的約束管理，能夠支持,3

11、D,草圖、零件設(shè)計(jì)和裝配設(shè)計(jì)。并提供沖突檢測(cè)管理，支持實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)裝配和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真。,通用函數(shù)庫(kù)：,提高共享的常用數(shù)學(xué)運(yùn)算方法。,圖形管理：,該模塊包括線框顯示、隱藏線消除、快速真實(shí)感圖形顯示和高度真實(shí)感圖形顯示等三種不同層次的子模塊，以滿足多種形式的用戶需求。,通用平臺(tái)層,特征設(shè)計(jì)工具：,是基于參數(shù)化的實(shí)體造型。特征包含產(chǎn)品的特定幾何拓?fù)潢P(guān)系,技術(shù)公差要求，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作在更高層次上。包括：草圖設(shè)計(jì)、特征生成兩個(gè)方面。,曲面造型：,是復(fù)雜形體型面造型的最有力的工具。包括：,基本曲面,直紋面、旋轉(zhuǎn)面、掃描面、裁剪平面等；,功能曲面,等距面、橢球面、雙曲面、拋物面等；,曲面編輯,裁剪面、過渡面、曲

12、面拼接、曲面縫合、,曲面延伸、曲面求交等。,零件設(shè)計(jì)：,提供以特征為基礎(chǔ)的零件設(shè)計(jì)和管理工具，與裝配和工程圖設(shè)計(jì)共同構(gòu)成一個(gè)設(shè)計(jì)平臺(tái)。,裝配設(shè)計(jì)：,支持復(fù)雜產(chǎn)品裝配設(shè)計(jì)、干涉檢查。提供面向設(shè)計(jì)群體的裝配設(shè)計(jì)環(huán)境，支持參數(shù)化自動(dòng)裝配功能，能容易地完成大型結(jié)構(gòu)、復(fù)雜零件的裝配和子裝配。,工程圖設(shè)計(jì)：,主要包括圖紙生成、圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、圖紙管理及打印輸出等。三維零件或裝配模型能自動(dòng)生成各種視圖，例如主視圖、左視圖、俯視圖、向視圖、剖面圖，系統(tǒng)自動(dòng)填充剖面線等；實(shí)現(xiàn)自動(dòng)國(guó)標(biāo)尺寸標(biāo)注和工程標(biāo)注，生成符合國(guó)標(biāo)的標(biāo)題欄，創(chuàng)建各種表格和明細(xì)表等。,逆向工程工具：,包括數(shù)據(jù)獲取、噪聲點(diǎn)過濾、殘缺數(shù)據(jù)恢復(fù)、區(qū)域分割、特

13、征提取、三角網(wǎng)格化、參數(shù)曲面擬合重建等功能，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速原型設(shè)計(jì)。,鈑金設(shè)計(jì)工具：,針對(duì)鈑金零件的特點(diǎn)專門設(shè)計(jì)供處理鈑金零件造型用的模塊，它根據(jù)鈑金零件的幾何特征進(jìn)行鈑金零件設(shè)計(jì)，鈑金零件自動(dòng)展開、自動(dòng)排樣計(jì)算。,動(dòng)畫與仿真：,提供機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真、運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)關(guān)系、運(yùn)動(dòng)范圍設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)干涉檢查；機(jī)械產(chǎn)品可裝配性檢查；提供產(chǎn)品真實(shí)效果顯示，機(jī)器內(nèi)部的漫游。,其它設(shè)計(jì)工具集：,包括標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)工具，材料庫(kù)工具，設(shè)計(jì)圖表工具，計(jì)算工具，協(xié)同管理工具，知識(shí)管理工具等。,應(yīng)用層,專業(yè)設(shè)計(jì)庫(kù)：,結(jié)合企業(yè)實(shí)際需求構(gòu)建。如飛機(jī)、家電、汽車、工程機(jī)械，,接口層,同一類軟件不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換：,如,UG,、,CATIA,

14、、,PRO/E,，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交換，標(biāo)準(zhǔn)：,IGES,，,STEP,等；,不同軟件系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)接口,：如,CAD,、,CAPP,、,CAM,、,CAE,等；,開放式二次開發(fā)接口：,提供可供用戶開發(fā)的,API,接口。,1,1.,三維,CAD,系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù),系統(tǒng)功能需求,2.,系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu),3.,部分關(guān)鍵技術(shù),4.,系統(tǒng)開發(fā)簡(jiǎn)介,幾何引擎,技術(shù)（,CAD,的基石，本課程重點(diǎn)）,三維形體的表達(dá),曲線、曲面的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),NURBS,數(shù)據(jù)的組織及內(nèi)存管理,CSG,BREP,高精度的曲面求交計(jì)算,跟蹤迭代,布爾運(yùn)算與局部操作,上述內(nèi)容是本課程的重點(diǎn)和核心，在此不再展開,幾何約束求解技術(shù),為草圖設(shè)計(jì)、零件設(shè)計(jì)、裝

15、配設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)等應(yīng)用提供算法支持，整體實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)。,在幾何約束研究中，首先要解決冗余約束分量的表達(dá)、判定和管理，其次利用結(jié)構(gòu)分解方法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模幾何約束系統(tǒng)的有效分解，實(shí)現(xiàn)快速穩(wěn)定的求解。,奇異性分析,求解,方程映射,子結(jié)構(gòu)劃分,二維幾何約束,三維幾何約,束,二維、三維約束求解流程,提供完備的、多層次的統(tǒng)一產(chǎn)品信息模型，包括幾何、精度、技術(shù)特征和管理信息等，是,CAD,、,CAPP,、,CAM,、,PDM,系統(tǒng)集成的前提。,特征建模技術(shù),形狀特征包括：,基本體素特征、基于草圖的特征、成型特征、過渡特征和用戶自定義特征。,基本體素特征：,包括長(zhǎng)方體、圓柱體、球體、圓環(huán)體、圓臺(tái)體等特征。,基于

16、草圖的特征：,由草圖或一般曲線通過平移、旋轉(zhuǎn)或者多截面路徑掃描而形成的形體。,成型特征包括：,孔、凸臺(tái)、槽、臺(tái)階、筋、抽殼、特征陣列等。,過渡特征：,包括圓角、倒角等。,過渡策略采用當(dāng)前多數(shù)造型系統(tǒng)中采用滾動(dòng)球策略。其基本思想是利用沿兩相鄰面的等距面交線滾動(dòng)的球面包絡(luò)面作為過渡面，以嚴(yán)格保證過渡的連續(xù)性要求。,用戶自定義特征：,可以是基于草圖的特征，也可以是成型特征與草圖特征的復(fù)合。,為了提高過渡的速度，系統(tǒng)中盡量利用二次面作為過渡曲面，否則，利用基于,NURBS,的蒙皮過渡算法。另外，過渡時(shí)進(jìn)行有效的合法性檢查。,此外還包括,：特征拷貝、鏡象、聯(lián)動(dòng)、組合、重定義、隱藏、重排序、插入、修改、刪除等操作，特征管理，支持與設(shè)計(jì)歷史無關(guān)的并行設(shè)計(jì)等。,當(dāng)前特征建模需要解決的問題：,缺乏產(chǎn)品制造信息定義的有效手段，目前制造特征的識(shí)別與提取仍需依賴人的交互來完成。,因此，從,CAD,到,CAPP,再到,CAM,的集成有待進(jìn)一步研究。,二維、三維模型的全關(guān)聯(lián)技術(shù),所謂全關(guān)聯(lián)技術(shù)是指裝配設(shè)計(jì)、零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工程圖設(shè)計(jì)過程中所有參數(shù)共用，如果在某種設(shè)計(jì)環(huán)境下（例如零件設(shè)計(jì)）修改其設(shè)計(jì)參數(shù)，則其它設(shè)計(jì)環(huán)