三.CAD 模擬仿真、虛擬設(shè)計(jì)課件

1、CAD 模擬仿真、虛擬設(shè)計(jì)是現(xiàn)代的，先進(jìn)的，以計(jì)算機(jī)為主要工具和手段的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。一、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）1.基本概念和特點(diǎn)： 是指在設(shè)計(jì)活動(dòng)中利用計(jì)算機(jī)作為工具，幫助工程技術(shù)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)的一切適用技術(shù)的總和。 1.基本概念和特點(diǎn)： 任何與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，各盡所長的設(shè)計(jì)方法，一個(gè)完整的CAD系統(tǒng)應(yīng)具備的三個(gè)條件：建立完備的產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫建立完備的應(yīng)用程序庫建立多功能交互式圖形程序庫 CAD的優(yōu)點(diǎn)： 提高設(shè)計(jì)質(zhì)量：科學(xué)基礎(chǔ)，優(yōu)化設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)一致性。節(jié)約時(shí)間，提高生產(chǎn)率。較大幅度降低成本。人可以有更多的時(shí)間從事創(chuàng)造性勞動(dòng)。 2.CAD系統(tǒng)的硬件：70年代：大中型機(jī) 價(jià)格很高80年代末90年代初：

2、圖形工作站：SGI SUN DEC HP IBM等目前：微型機(jī)，網(wǎng)絡(luò)，Pro/E, IDEAS, UG, Solidworks, MDT等。圖形輸出設(shè)備：繪圖機(jī)：平板式 滾筒式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：一般為局域網(wǎng)：作用：傳遞數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)共享 程序、軟件共享 硬件資源共享 互為后備，提高系統(tǒng)可靠性 3.CAD系統(tǒng)的軟件：操作系統(tǒng)圖形軟件：圖形顯示，幾何構(gòu)型 二維 三維數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法程序庫常用數(shù)學(xué)方法程序庫：矩陣運(yùn)算，方程求根，現(xiàn)行方程組求解等。有限元結(jié)構(gòu)分析軟件優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用程序：VB VC Delphi 等智能CAD運(yùn)用專家系統(tǒng)，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能技術(shù)使在作業(yè)過程中具有智能的CAD系統(tǒng)。專家系

3、統(tǒng)：是一個(gè)能在某個(gè)特定領(lǐng)域內(nèi)，用人類專家的知識(shí)，經(jīng)驗(yàn)和能力去解決該領(lǐng)域中復(fù)雜困難問題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。專家系統(tǒng)有知識(shí)庫，推理機(jī)，知識(shí)獲取系統(tǒng)，解釋機(jī)和一些界面組成。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也可成為某種專家系統(tǒng)。基于特征的設(shè)計(jì)用易于識(shí)別的，包含加工信息的幾何單元，如：孔、槽、倒角等來取代以往設(shè)計(jì)中所用的純幾何描述。如：直線、圓弧等。特征是構(gòu)造零件的最基本單元要素，它們能以較高的抽象級(jí)別，不需要解釋的方式來標(biāo)示一個(gè)產(chǎn)品。它既反映零件的幾何信息，又反映零件的加工工藝特征信息?？资且粋€(gè)特征，具有長度，公差，表面粗糙度，位置等屬性，并包括它在裝配圖中的情況。每一個(gè)特征基本上對(duì)應(yīng)一種加工制造方法?；谔卣鞯脑O(shè)計(jì)適合于CA

4、D/CAM集成和CIMS建模需要。相關(guān)性設(shè)計(jì)某個(gè)地方進(jìn)行修改，系統(tǒng)能夠自動(dòng)更新與修改有關(guān)的內(nèi)容。“尺寸聯(lián)動(dòng)”NURBS機(jī)和構(gòu)型技術(shù)Non-Uniform Rational B-Splines非均勻有理B樣條曲線。CAD中用來定義復(fù)雜的幾何曲面。用NURBS技術(shù)構(gòu)造的曲面易于生成、修改和存儲(chǔ)。CAD系統(tǒng)的集成化CAD/CAM集成化面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法盡可能按照人類認(rèn)識(shí)世界的方法和思維方式來分析和解決問題。CAD系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化互聯(lián)、開放、協(xié)同、高效智能計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)基本組成（三個(gè)功能）能夠智能地支持設(shè)計(jì)者：可行方案及結(jié)構(gòu)，推理、決策、查找并修改設(shè)計(jì)錯(cuò)誤具備設(shè)計(jì)資料數(shù)據(jù)庫、計(jì)算分析程序庫、圖形支撐系統(tǒng)和

5、文件產(chǎn)生系統(tǒng)。系統(tǒng)具有自學(xué)能力。二、模擬仿真與虛擬設(shè)計(jì)1.概念：模擬（Simulation）是指選取一個(gè)物理或抽象的系統(tǒng)的某些行為特征，用另一個(gè)系統(tǒng)來表示他們的過程。仿真（Emulation）：是指用另一數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，主要用硬件來全部或部分地模仿某一數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，以至于模仿的系統(tǒng)能像被模仿的系統(tǒng)一樣接受同樣的數(shù)據(jù)，執(zhí)行同樣的程序，獲得同樣的結(jié)果。通用Simulation 用模型（物理模型或數(shù)學(xué)模型）來模仿實(shí)際系統(tǒng)，代替實(shí)際系統(tǒng)來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究，而模擬（Analog）卻被用來僅指應(yīng)用模擬計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真。 風(fēng)調(diào)試驗(yàn) 水池試驗(yàn) 波音777飛機(jī)：Testing Without Flying（模擬試飛）

6、2.優(yōu)點(diǎn)：提高產(chǎn)品開發(fā)質(zhì)量：通過模擬仿真試驗(yàn)及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題?？s短產(chǎn)品開發(fā)周期降低開發(fā)費(fèi)用：汽車：18輛車 5輛車復(fù)雜產(chǎn)品的操作使用訓(xùn)練：航天飛機(jī)、飛機(jī)、核電站等3.模擬仿真技術(shù)的三大組成部分：建立模型： 歸納法 演繹法 模型的可信度實(shí)驗(yàn)求解： 仿真計(jì)算： 連續(xù)系統(tǒng)：數(shù)值解法 離散事件系統(tǒng)：數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析： 結(jié)果數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)可視化機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)軟件：機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真軟件結(jié)構(gòu)仿真軟件動(dòng)力學(xué)仿真軟件機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)軟件：加工過程仿真軟件： 切削加工過程仿真軟件 裝配過程仿真軟件 裝造模具充填過程仿真 壓力成型過程仿真軟件機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)軟件：操作訓(xùn)練仿真軟件生產(chǎn)管理過程仿真軟件企業(yè)經(jīng)營過程仿真軟件 1）

7、系統(tǒng)的類型與組成三大類： 桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)： 三維立體眼鏡 三維操作維護(hù) 臨境虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)： 頭盔顯示器 視覺，聽覺 數(shù)據(jù)手套 頭部跟蹤器 分布式虛擬顯示系統(tǒng)： 在臨境基礎(chǔ)上。 多用戶 2）臨境交互技術(shù)與裝置技術(shù)：實(shí)時(shí)的三維計(jì)算機(jī)圖形，大視角的立體顯示。 頭部跟蹤、手及姿勢跟蹤、三維聲音、觸覺反饋、力反饋等設(shè)備： . 頭盔顯示器：連個(gè)CRT，兩副圖細(xì)微差別，上有頭部位置跟蹤設(shè)備。 . 數(shù)據(jù)手套：每個(gè)關(guān)節(jié)上有光纖傳感器，感知各個(gè)關(guān)節(jié)的彎曲程度，三維位置傳感器有關(guān)來測定手的位置。 . 三維位置傳感器：磁性波和超聲波兩大類 磁場技術(shù) 發(fā)射器，接收器和電子部件 . 三維聲音交互技術(shù)：人耳對(duì)時(shí)間差，強(qiáng)度差和相位差來確定聲源位置，聽覺的真實(shí)感，頭部的移動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)。 4）虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)軟件： VRML OpenGLPC機(jī)：Dimonsion公司的Superscape VRT3軟件工作站：MulitGen公司的Mu