自动控制网移动版

　　由现代化计算机辅助设计系统完成的各种设计任务可分为四个方面的功能：①几何造型；②工程分析；③设计审核和评价；④自动绘图。

　　这四个方面相当于Shigley提出的一般设计过程中的最后四个阶段。几何造型相当于“综合”阶段，在这一阶段内，借助了交互式计算机图形系统，进行结构设计方案的选定；工程分析相当于第四阶段，进行分析和优化；设计审核和评价是一般设计过程的第五步；自动绘图包括将存放在计算机存储器内的设计图像数据转换成为硬拷贝文件。它是显示设计结果的一种重要方法。

　　一、几何造型

　　在计算机辅助设计中，几何造型涉及计算机兼容的某一物体几何图形的数学描述，数学描述使物体的图像可以通过计算机辅助设计系统的CPU产生的信号在图形终端进行显示和处理，具有几何造型能力的软件必须设计成可供计算机和设计人员有效地使用。

　　为了进行几何造型，设计人员通过生成基本的几何元素，如点、线和圆等，对这些元素定比例、旋转或其他变换，使各种元素连接成人们所要的物体的形状，并在交互式计算机图形系统中生成图形，在屏幕上构成物体的图像。在几何造型过程中，计算机将这些图形变成数学模型，以数据文件的形式储存在计算机中并在屏幕上显示出图形，随后，可以由数据文件调用模型去进行审核、分析或改造。

图1 零件线框图

　　几何造型描绘物体有几种不同的方法。基本的方式是用线框表现物体，在这种方式中物体由相互连接的线表示，如图1所示，线框几何造型按照交互式图形系统的功能，可以分成三类，这三类是：　

　　(1)2D二维表示方式，用于平板类物体。
　　(2)212D这种方式在一些方面超出二维的范围，可以表现一个三维物体，只要这些物体没有侧壁枝节部分。　　(3)3D这种方式可以得到更复杂的几何形状的全三维造型。

　　有时，对于复杂的形状，甚至于用三维的线框图也不能正确表达，线框模型可以用几种不同的方法来加强，图2表示上图所示的同一物体，但是有两种可能的改进方法，第一种方法是利用虚线描绘物体的后侧边缘，它们被前面所遮蔽；第二种改善的方法是完全消除隐藏线。这样就为观察者提供了一个清晰的图片。某些CAD系统具有一种自动消除隐藏线的功能，而另一些系统则要求用户由观察者去识别要消除的线，线框图的另一种改进的办法是表面表示法，它给观察者看到的是立体的形状，而储存在计算机内的还是线框模型。

图2 (a)用虚线表示零件的后侧　(b)消除了隐藏线

图3零件的三维实体模型

　　最先进的几何造型方法是三维实体造型。这种方法见图3中，一般是使用称为“图素”的立体几何形状构成物体，我们将在以后讨论线框图和立体模型之间的差别。

　　某些CAD系统的另一个特性是具有绘制彩色图像的功能，利用彩色可以在图像屏幕上显示更多的信息。彩色图像可以使装配组件中的零件更清晰，或者使尺寸更突出，或者可以达到其他许多目的。

　　二、工程分析

　　某些类型的分析几乎在所有的工程设计方案的公式表达方式中都是需要的，这种分析可以包括应力应变计算、热传导计算或者用于所要设计的系统的动态描述的微分方程求解。计算机可以被用来辅助这些分析工作。经常需要由工程分析小组内部开发专门的程序来解决一个特殊的设计问题，在另外一些场合，工程分析可以用市场上销售的通用软件来完成。

　　工程分析软件中可进行物质性能分析(表面积、重量、体积等)和有限元分析。

　　三、设计的审核和评价

　　可以很方便地在图像终端校核设计的精确度，并可进行零件装配的“干涉”校验。

　　四、自动绘图

　　包括直接从CAD数据库生成工程图的硬拷贝。而有些CAD系统可以自动标注尺寸，生成阴影面，按比例绘图，产生断面图和放大图。

　　五、零件的分类和编码

　　零件的分类和编码是用与编码分类表格相似的零件设计分类，并将各相似性联系起来。设计者可以用分类和编码系统去检索已有的零件设计而不总是重新设计新零件，这样的系统在制造方面也有一些用处。