计算机辅助工业设计CHAPTER1概论

计算机辅助工业设计ComputerAidedIndustrialDesign四川大学制造学院工业设计2008.9什么是计算机辅助工业设计?1计算机技术工业设计+•以计算机技术为依托，以数字化、信息化为特征，计算机参与新产品开发研制的设计方式。其目的是提高效率，增强设计的科学性、可靠性，并适应信息化的生产制造方式•核心：工业设计产品设计•CAID与传统工业设计相比，改变了设计方法、设计过程、设计质量、设计效率…•CAID包含哪些技术？CAD技术；多媒体技术；人工智能技术；虚拟现实技术；敏捷制造技术；人机工程技术；…………CAD技术CAD/CAMComputerAidedDesignComputerAidedManufacture计算机图形图象绘制工程制图机械设计制造土木、园林、景观建筑设计体育场馆CAD图纸产品三视图PHOTOSHOP绘制的灯泡和手机CorelDRAW绘制的笔记本电脑？多媒体技术1计算机图形图象二维，三维图形图象3视频动画三维动画，FLASH动画2音频4各种信息、网络媒介…………人工智能技术例如，专家系统（ExpertSystem）的应用●智能化的问题求解在某一专业领域将有关专家的知识库和推理方法制作成计算机能接受和处理的形式，用以解决该领域的特定问题。以提升计算机参与设计的比重和智能化程度。虚拟现实技术一种新型的人机交互界面视觉仿真、物理现实仿真等沉浸感、体验虚拟现实设备立体显示，多屏拼接计算机辅助工业设计有什么特点?2•系统性首先，工业设计就是一个系统。不同阶段、不同目的、不同形式的设计活动，都依赖于不同的工具和手段，因此，工业设计是由多个环节组成的系统化的设计、制造和生产活动。•系统性其次，计算机本身也是一个系统。处理器、存储器、显示系统、输入和输出设备，都是相互依赖、相互协调、共同完成信息处理工作的。那么，CAID就使得工业设计活动中的各个环节都要与计算机紧密结合，并且，各个阶段之间都要以计算机为载体来衔接。操作系统、软件……以计算机辅助设计调查、计算机辅助产品造型、计算机辅助设计表达为例，列举CAID中计算机具体作用的表现：1.计算机辅助设计调查：通过网络、计算机的帮助，进行设计资料收集、分析、统计与归纳，形成对产品设计概念的界定，为后续设计工作提供充分的参考和依据。2.计算机辅助产品造型：用计算机将设计概念转化为三维实体数字模型。数字化产品概念草图、数字化三维建模、真实感产品与环境渲染、数字化产品装配、有限元分析、设计修改、远程设计协作等。设计某一产品造型、尺寸色彩结构、工艺工程制图零件图装配图色彩参数值表现怎么实现仿真、测试加工制造3.计算机辅助设计表达：通过计算机媒体，以宣传、评价、展示产品设计为目的的表达，包括产品演示动画、多媒体产品互动演示、网络互动产品用户评价、虚拟现实设计表达等。•逻辑性•准确性•高效性•交互性CAID实质是设计师与计算机相结合的工作方式，各尽所长，相互配合。人作为设计活动的主体，判断、决策、创造，借助计算机的高效和准确。•周期性计算机软硬件的高速发展，使CAID的方式和方法也产生周期性的变化。1计算机硬件的进步。显示方式和显示效果的提升。2计算机硬件的进步。运算速度和工作效率的提高。3软件的进化。新的设计方式和理念，设计软件版本的进步，操作更人性化。•标准化与贯通性设计软件的更新换代是有继承性的。○操作习惯和布局方式的保留○设计模式、创作套路的继承计算机辅助工业设计的历史与现状3•60年代，CAD的主要技术特点是交互式二维绘图和三维线框模型。•1962年美国学者Sutherland研究出了名为Sketchpad交互式图形系统，能在屏幕上进行图形设计与修改，出现了CAD这一术语。•70年代，CAD的主要技术特征是自由曲线曲面生成算法和表面造型理论。•80年代，CAD提出了更高的要求：将数据库、有限元分析优化及网络技术应用于CAD/CAM系统，使CAD/CAM不仅能够绘制工程图，而且能够进行三维造型、自由曲面设计、有限元分析、机构及机器人分析与仿真、注塑模设计制造等各种工程应用。•80年代，CAD的主要技术特征是实体造型(SolidModeling)理论和几何建模(GeometricModeling)方法。•90年代以来，CAD/CAM技术进一步向标准化、集成化、智能化方向发展。出现了数据标准和数据交换问题，出现了产品数据管理（PDM）系统。•CAD技术基础理论主要是以PTC的Pro/Engineer为代表的参数化造型理论和以SDRC的I-DEAS为代表的变量化造型理论，主要形成了基于特征的实体建模技术。二维CAD当代二维CAD软件二维编辑针对性应用(建筑,机械)AutoCAD实体造型曲面特征技术参数化技术变量化技术现代工程类三维CAD并行工程工程理论知识工程自由造型类三维CAD材质动画渲染效果图3DSMAXMAYASoftImage3D工程特征设计系列控制加工分析CATIA/UG/IDEAS/PROEsolidworks/solidEdge•当今CAID在硬件上的三大主流：•CAD工作站–具有强大的信息处理能力。–设计的高端设备–SGI,SUN,IBM,DEC,HP推出了高性能的工程工作站。–相配的设计软件：Alias，Pro/Engineer,Intergraph,I-DEAS,CATIA等。SGI超级计算机SGI的silicongraphicsoctane2及02桌面工作站HP的Wintel图形工作站•苹果机•PC机–价钱低廉，性能不断提高。–应用软件：•三维软件：AutoCAD,3DSMAX,Solidworks,Rhino,Pro/Engineering…•二维软件:Photoshop,Coreldraw,Illustrator,Painter…•CAD和CAID的应用概况：•CAD/CAID的设计对象：–机械、电气、电子、轻工和纺织产品–工程设计产品：工程建筑－－AEC（ArchitectureEngineeringandConstruction)–延伸到DCC（DigitalContentCreation)，电影，动画，广告计算机对工业设计的影响4•对设计观念的影响传统：“画”的过程“图”的概念CAID中：“建”的过程“电子模型”的概念建模—附材质和贴图—设置灯光和场景—渲染出图传统设计对复杂曲面的表现困难CAID中：由计算机生成数据模型烦琐的草图绘制与修改，并制作实体模型，再转换为工程制图可便利地面向生产避免多次转换，并确保最终效果与最初设计意图吻合创作自由度的改变传统设计中着重于图面效果线条、色彩精细度等工作重心的改变CAID将工作和评判重心转移到对设计实质问题上工作效率的提高方案的修改和调整方便，缩短设计周期•对设计方式的影响1计算机的使用使设计信息资源实现了共享，提供了网络化信息的查询2交流方式的改变。远程异地通讯，电子邮件，QQ，MSN，视频会议3无纸化设计•对设计方法的影响日新月益的计算机技术，提供了更为便捷和直观的设计方法和途径，让更多的设计体验、创作手段成为可能，也提供了更为先进的展示、交流途径。虚拟现实技术产品实时展示个性化定制的设计方法物理仿真，动力学仿真等创造沉浸感的产品展示环境，用于宣传、推广并行化设计在产品开发设计时，利用计算机的产品数据管理（PDM）技术，将工程设计、制造、生产、后勤、计划等信息连成一体，同时展开。