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第9章 索引 9.1 计算机辅助设计与制造 9.1.1 概述 以计算机为主要技术手段来生成和运用各种数字信息与图形信息,以进行产品设计和制造. 计算机辅助设计(Computer Aided Design，简称CAD)： 计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing,简称CAM)： CAD/CAM最早源于航空工业和汽车工业，20世纪80年代伴随计算机软硬件技术水平的提高，CAD/CAM快速发展。 进入20世纪90年代，由于数据库和网络技术的发展，CAD/CAM已发展成为集市场信息、设计、加工、原材料、质量保证、销售服务于一体的计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacture System，简称CIMS)。 9.1.2 CAD/CAM系统的组成与功能 一个CAD/CAM系统由硬件和软件两部分组成. 硬件由计算机、外围设备和网络组成。 CAD/CAM系统的软件分为两大类：支撑软件和应用软件。 支撑软件：包括操作系统、程序设计语言及其编辑系统、数据库管理系统(对数据的输入、输出、分类、存储、检索进行管理)和图形支撑软件。 应用软件：是指用户针对本领域任务设计的程序包，包括图形处理、几何造型、有限元分析、优化设计、动态仿真、数控加工、检测与质量控制等软件。 CAD/CAM系统功能： 几何造型 物性计算 有限元分析 优化设计 图形显示与处理 运动分析与仿真 数控加工 信息管理等 9.1.3 CAD/CAM技术的研究热点 1.参数化设计（代表软件：UG） 用CAD方法开发产品时，建模速度是决定整个产品开发效率的关键。产品开发初期，零件形状和尺寸有一定模糊性，要在装配验证、性能分析和数控编程之后才能确定。这就希望零件模型具有易于修改的柔性。 参数化设计方法：将模型中的定量信息变量化，使之成为任意调整的参数。对于变量化参数赋予不同数值，就可得到不同大小和形状的零件模型。 在CAD中要实现参数化设计，参数化模型的建立是关键。参数化模型表示了零件图形的几何约束和工程约束。 几何约束包括结构约束和尺寸约束。结构约束是指几何元素之间的拓扑约束关系，如平行、垂直、相切、对称等；尺寸约束则是通过尺寸标注表示的约束，如距离尺寸、角度尺寸、半径尺寸等。 工程约束是指尺寸之间的约束关系，通过定义尺寸变量及它们之间在数值上和逻辑上的关系来表示。 参数化设计可以大大提高模型的生成和修改的速度。 2.智能CAD 3. 基于特征的设计 特征设计是用易于识别的、包含加工信息的几何单元，如孔、槽，倒角等，来取代以往设计中所用的纯几何描述，如直线、圆弧等。 特征是构造零件的最基本的单元要素，它既反映零件的几何信息，又反映零件的加工工艺特征信息。 5. NURBS几何构型技术 非均匀有理B样条(NURBS)技术可以使系统在描述自由曲线、曲面以及精确的二次曲线、曲面时，能够采用统一的算法和表示方法。 6. 面向对象的设计方法 基本出发点就是尽可能按照人类认识世界的方法和思维方式来分析和解决问题。 在CAD/CAM系统中，所定义的对象可以是用来描述几何模型，如点、线、圆、平面、折线、曲线、曲面、体素等，也可以是用来描述加工过程的零件模型、加工特征、刀具类型、刀位指令等等. 7. CAD/CAM系统的网络化与集成化 网络技术是计算机技术和通信技术相互渗透、密切结合的产物，在计算机应用和信息传输中起着越来越重要的作用。通过网络可以实现资源共享和协调合作，发挥更大的效能。 CAD/CAM系统中所需的所有公共信息，如图形、数据、零件、编码等可存储在服务器的公共数据库中，而各工作站可以通过网络共享其中的数据，进行各自的设计工作。工作站之间也可以通过网络交换相互所需的中间和最后处理结果。 基于数据库、网络技术，企业可将CAD/CAM系统与市场信息、原材料、产品数据管理、市场销售等管理信息系统集成在一起形成CIMS系统，共享信息和资源，达到经济上最合理、技术上最先进的最优化方案。 9.1.4 应用实例 9.2 计算机动画 9.2.1 概述 计算机动画是指用绘制程序生成一系列的景物画面，通过足够快的速度显示一系列的单个帧以生成活动的感觉。一般动画播放速度每秒15帧以上，电影业的标准是每秒24帧，欧洲PAL制式视频标准是每秒25帧，而美国的NTSC制式每秒30帧。 计算机动画不仅可应用于商业广告、电视片头、影视特技、动画片、游艺场所，还可用于教育、军事、飞行模拟、科研。 计算机动画技术最初是应影视业发展的要求而产生的。 1908年法国人Emile Cohl开创了电影动画卡通(Cartoon)。 1928年Walt Disney电影制片厂开始制作动画片，塑造了米老鼠、唐老鸭等家喻户晓的卡通形象。 计算机动画可分