計算機輔助設計技術考試方式：筆試（50分）+機試（50分）=100分筆試題型：1、填空（10分）、選擇（單選4、復選6）10分、判斷（5分）2、簡答（三道15分）3、分析（10分）——數控加工程序編制機試題型：使用一種三維CAD軟件設計2~3個三維零件并裝配。各30分及格課程內容：計算機輔助設計技術三維幾何建模技術計算機輔助工藝設計計算機輔助制造技術產品數據管理技術1：以CAD/CAPP/CAM/PDM技術與應用為主導2：主要應用技術基礎+著名軟件產品+典型應用案例3：思考題、習題橫向廣度縱向深度CADCAPPCAMPDM本課程從CAD/CAM技術的理論性和實踐性兩個方面組織教學。理論性教學：以機械CAD/CAM為應用背景，介紹CAD/CAM技術涉及的基本概念、基本理論及相關技術。課程的實踐性：學習要求學生基本掌握常用的具有代表性的二維和三維軟件（如AutoCAD、Solidworks、MasterCAM、Pro/E、UG等）的使用方法。重點和學習目標？（考試）第1章計算機輔助設計技術1.1計算機輔助設計概述1.2CAD系統1.3CAD質量保證體系1.4用戶界面設計1.5設計資料管理1.6圖形基礎考試內容：（1）掌握CAD的基本概念和發展趨勢。（2）熟悉CAD的軟硬件系統。（3）了解CAD技術在機械設計中的應用。（4）掌握設計資料的管理技術。（5）掌握圖形生成的主要方法。1.1計算機輔助設計概述

第1章一、CAD的概念轉變計算機輔助設計(computerAidedDesign)早期CAD（ComputerAidedDrafting)二維工程圖設計（計算機繪圖）產品設計的一部分產品的構思、功能設計、結構設計、加工制造等√第1章計算機輔助設計(ComputerAidedDesign)利用計算機強有力的計算功能和高效率的圖形處理能力，輔助設計師進行工程和產品的設計與分析，以達到理想的目的或取得創新成果的一項技術。它以計算機、外圍設備及其系統軟件為基礎，包括概念設計、方案設計、造型設計、優化設計、有限元分析、仿真模擬及產品數據管理等內容。概述√第1章◆CAD由二維向三維的轉變二維CAD系統表達的是“點、線、圓、弧、文本”等幾何元素的集合，幾乎沒有立體感，通過各種視圖來表達零件的相關特征，費時費力，讀圖麻煩；文件之間不具關聯性，修改難；不能進行實體分析，無法用二維圖紙去描繪三維空間機構運動和進行產品裝配干涉檢查等工作。隨著CAD技術的發展，三維CAD系統已從早期的實體造型發展到特征造型。三維CAD系統中可以很清楚的看到所設計零部件的實體效果，具有主模關聯性，只要一處修改，所有涉及的領域便會自動修改；可以對整體設計或部件進行有限元分析、應力應變分析、質量屬性分析、空間運動分析、裝配干涉分析、NC控制可加工性分析、機構仿真等一系列的需求。概述第1章

二維CAD要想向三維CAD成功轉型，改變傳統的二維設計思維是成功轉型的關鍵。在大學階段要開展三維CAD技術學習，加強技術培訓，培養設計人員的三維設計理念，提高技術人員的素質及企業的整體技術水平，以適應現代設計發展。

目前有很多三維CAD軟件如：UGNX、CATIA、Pro/E、SolidWorks、SolidEdge、Inventor等都可以完成二維圖形向三維模型的轉換。概述√第1章二、CAD的技術發展曲面造型技術實體造型技術參數化技術變量化技術特征造型20世紀70年代----飛機、汽車制造----計算機處理曲面問題-----法國開發出以表面模型為特征的自由曲面建模方法-----三維曲面造型系統CATIA----標志CAD由二維向三維的理念轉變。SDRC公司1979-----基于實體造型技術的大型CAD/CAE軟件I-DEAS------能夠準確表達零部件的全部屬性。20世紀80年代CV公司----參數化實體造型----設計參數與設計對象的控制尺寸有顯式對應關系，設計結果的修改受尺寸驅動----特點：基于特征設計、全尺寸約束、全數據相關、尺寸驅動修改參數-----（Pro/ENGINEER)SDRC公司以參數化技術為藍本-------變量化技術（保留參數化優點，克服不足）-----允許欠約束條件，可用公差分析、運動機構協調、設計優化、初步方案設計等----全新體系結構I—DEAS。CAD建模方法的一個新里程碑----特征兼有形狀和功能兩種屬性，包括產品的特定幾何形狀、拓撲關系、典型功能、繪圖表示、制造技術和公差要求-----更高層次的設計-----直接體現設計意圖----促進CAD/CAPP/CAM集成系統的發展。概述√第1章二、CAD的技術發展集成化：發展趨勢：數字化制造技術大型CAD軟件高級編程語言促進CAD/CAPP/CAM/CAE/PDM的集成用數字化定量、表述、存儲、處理和控制的方法，支持產品全生命周期和企業的全局優化運作。數控機床數字化制造起點。Pro/E、UG、Solidworks等，不但具備強大的三維造型功能、而且具有良好的CAM加工及仿真功能。JAVA、VC++、VB等都具有和數字化機床的接口。（ComputerAidedDesign＆ProcessPlanning＆Manufacturing＆Engineering＆ProductDataManagement)概述√第1章智能化:用戶專家系統（知識庫）工程數據庫管理系統各種應用子系統數據庫圖形處理系統機械設計的創造性、日益增長的知識需求量、計算量、決策活動要求在CAD系統中，綜合應用文字、圖形、圖像、語音等多媒體技術和人工智能技術大大提高自動化設計程度。智能CAD將工程數據庫、知識庫及專家系統、擬人化用戶接口管理系統集成。概述第1章網絡化20世紀90年代以來，CAD/CAPP/CAM技術日趨成熟

——跨國式動態企業聯盟使用網絡化制造技術

——進行異地協同設計與加工

——針對某一特定產品，資源優勢互補

——組成跨地域、靠電子網絡聯系的、統一指揮的運營實體。網絡企業聯盟概述第1章1.2CAD系統CAD系統的三層結構：CAD支撐軟件用戶接口與人機交互面向應用的二次開發環境二維參數化特征幾何造型真實感圖形顯示異地協同虛擬設計Internet/Interanet應用支撐PDM產品數據管理……機械CAD、建筑CAD、汽車CAD、廣告CAD…計算機硬件及系統軟件應用層支撐層基礎層√第1章CAD系統CAD硬件系統CAD軟件系統計算機外圍設備網絡系統應用軟件支撐軟件系統軟件CAD系統√第1章CAD系統幾種常用的CAD系統硬件：計算機---主機，由中央處理器、內存儲器及外部設備接口等組成。輸入設備---包括鍵盤、鼠標、光筆、數字化儀、圖形輸入板、掃描儀、數碼相機等。輸出設備---顯示適配卡、顯示器、打印機、繪圖儀等。外存儲器---可移動存儲器和固定外存儲器。通信設備---利用網絡硬件將單臺計算機相互連接，構成局域網或萬維網，完成數據共享或者傳送信息。√第1章應用軟件支撐軟件系統軟件軟件系統的底層管理軟件，是支撐軟件和應用軟件使用的平臺系統。操作系統、窗口管理系統、網絡管理系統、外部設備管理系統等。常用：MS-DOS、UNIX、MS-Windows、X-Windows等。支撐軟件是支持輔助用戶完成某些設計工作的具有通用功能的軟件高級程序設計語言及其編輯系統：匯編語言、VB、VC++等數據庫管理系統：Oracle、Sybase、SQLServer等有限元分析軟件：ASKA、ANSYS等計算機輔助工程軟件：ADAMS（機械系統動力學自動分析）等設備驅動程序：二維與三維圖形支撐軟件：AutoCAD、Pro/E、UG、Solidworks等其他輔助軟件：圖形用戶接口（GUI）程序、異地協同虛擬設計系統等StructuredQueryLanguage-結構化語言查詢關系型數據庫管理系統設計計算方法庫：常用數學方法庫、常規設計計算方法庫、可靠性設計軟件、優化設計軟件、動態設計軟件等各種專業程序庫：常用機械零件設計計算方法庫、常用產品設計軟件包等應用軟件為利用支撐軟件開發的解決本工程領域特定問題的軟件系統CAD系統CAD軟件系統√第1章1.3CAD質量保障體系CAD技術發展關鍵CAD標準化ISO9000：2000版國際標準《CAD通用技術規范》企業在配置、擴充CAD系統及應用CAD系統進行產品設計的采用標準計算機圖形系列標準CAD制圖標準產品數據技術標準CAD文件管理和光盤存檔標準其他標準術語、漢字、軟件質量、信息分類編碼等第1章1.4用戶界面設計

Windows圖形用戶界面常用控件：通用控件——靜態控件、按扭控件、滾動條控件、列表框控件、文本框控件和組合框控件。專用控件人機交互第1章1.5設計資料管理

問題————如何將設計資料中的數表和線圖程序化，以便在設計計算過程中調用。機械設計中需查閱大量設計資料、技術文件和實驗報告等機械設計軟件的研制包括設計計算、計算機繪圖和數據庫三方面內容。一、設計資料的類型和處理方法輸入數據CAD作業輸出數據設計資料數據流線圖、數表√第1章設計資料處理方法：1、公式化——原始公式、數據擬合2、數組化——針對單一、嚴格、無規律可循的數列3、數據文件——將數據和離散后的線圖存在數據文件中，應用程序可調用。4、數據庫——將數據和離散后的線圖存在數據庫中，應用程序需使用高級編程語言提供的數據庫接口調用數據庫。程序簡潔，占用空間和內存小，但不適宜數據變化。簡單易用；但數組占內存大，數據不易更改。適用于數據量小、不變的場合。程序簡潔，占內存小，數據易更改；；但文件管理和控制缺少統一性和可靠性。適用于表格數據多的場合。數據獨立于應用程序，數據結構好，更改方便，數據冗余度小，統一性、可靠性和共享性好。適用于數據復雜場合。靈活運用！設計資料管理√第1章數表的處理

一維數表例：由三角膠帶包角α查取修正系數kα用2個一維數組進行程序化。floatalfa[8]={90.0,100.0,110.0,120.0,130.0,140.0,150.0,160.0};floatkalfa[8]={0.68,0.74,0.79,0.83,0.86,0.89,0.92,0.95};α90100110120130140150160kα0.680.740.790.830.860.890.920.951、數組化輸入、輸出、查找、排序設計資料管理第1章二維數表：齒輪傳動工況系數KA

用二維數組進行程序化

floata[3][3]={{1.0,1.25,1.75},{1.25,1.5,3.0},{1.5,1.75,3.25}};工況系數KK[i][j]工作平穩

中等沖擊

較大沖擊

j=0j=1j=2工作平穩

I=01.001.251.75輕度沖擊

I=11.251.503.00中等沖擊

I=21.501.753.25設計資料管理第1章檢索齒輪傳動工況系數C語言程序：#include<stdio.h>main(){inti,j;floatka[3][3]={{1.0,1.25,1.75},{1.25,1.5,3.0},{1.5,1.75,3.25}};while(1){printf(“輸入原動機載荷特性(0,1,2):”);scanf（“%d”，&i）;if(i>=0&&i<=2)break;}while(1){printf(“輸入工作機載荷特性(0,1,2):”)；scanf（“%d”，&j）;if(j>=0&&j<=2)break;}printf(“得到的齒輪工況系數為%f,”,ka[i][j]);}設計資料管理第1章數表的文件化數表數組化表示存在的不足：1）使程序膨脹、累贅，僅適合于小型數表；2）數據的獨立性較差數表文件化：可使程序簡練；使數表與應用程序分離；一個數表文件可供多個應用程序使用；提高數據系統的可維護性。設計資料管理第1章平鍵數表文件化設計資料管理第1章#include<stdio.h>#definenum=12structkey_GB{floatd1,d2,b,h,t,t1;}key;voidmain(){inti;FILE*fp;If((fp=fopen(“key.dat”,”w”))==NULL){printf(“Cannotopenthedatafile”);exit();}for(i=0;i<num;i++){printf(“record%d:d1,d2,b,h,t,t1=”,i;scanf(“%f,%f,%f,%f,%f,%f”,&key.d1,&key.d2,&key.b,&key.h,&key.t,&key.t1);fwrite(&key,sizeof(structkey_GB),1,fp);}fclose(fp);}設計資料管理建立數表文件C語言程序：給定軸徑d尺寸，從“key.dat”文件檢索鍵槽尺寸，#include<stdio.h>#definenum=12structkey_GB{floatd1,d2,b,h,t,t1;}key;voidmain(){inti;FILE*fp;while(1){printf(“Inputtheshaftdiameterd=”);scanf(“%f”,&d);if(d>8&&d<=130)break;elseprintf(“Thediameterdisnotinrange,inputagain!”);}for(i=0;i<num;i++){fseek(fp,i*sizeof(structkey_GB),0);fread(&key,sizeof(structkey_GB),1,fp);if(d>key.d1&&d<=key.d2){printf(“Thekey:b=%f,h=%f,t=%f,t1=%f”,key.b,key.h,key.t,key.t1);break;}}fclose(fp);}第1章線圖的計算機處理技術

線圖一般處理方法：附有公式的線圖：將公式直接編寫到程序中；一般線圖：先將線圖離散為數表，進行程序化處理；復雜線圖：分別編程處理。設計資料管理第1章一般線圖的處理

當量齒數Zv

121416182226304050

齒形系數Y

3.483.223.033.913.733.603.523.403.32

x=0時漸開線齒輪當量齒數和齒形系數關系曲線

分割離散原則：各分割點間的函數值不致相差很大。設計資料管理第1章復雜線圖的處理

對數坐標直線邊方程：若給出Px值，可求得lgNy。可得：V帶選型折線圖設計資料管理第1章voidbelt(intn,floatp,int*k){floatc;c=log10(490.0)+(log10(p)-log10(0.8))*(log10(4900.0)-log10(490.0))/(log10(3.8)-log10(0.8))if(n>=4900||n>=10**c)*k=0;O型帶else{c=log10(100.0)+(log10(p)-log10(1.0))*(log10(3400.0)-log10(100.0))/(log10(10.5)-log10(1.0))if(n>=3400||n>=10**c)*k=1;A型帶else{……}}}C語言實現：設計資料管理第1章數表的公式化處理改寫成為：可見，g(x)是兩個基本插值多項式的線性組合。

線性插值

(兩點插值）X

x1x2x3……….xn

Y

y1y2y3……….yn

列表函數設計資料管理scanf（“%d”，&j）;一、設計資料的類型和處理方法數據元素的數據類型相同，占用的存儲單元長度相同。if(n>=3400||n>=10**c)CAD建模方法的一個新里程碑----特征兼有形狀和功能兩種屬性，包括產品的特定幾何形狀、拓撲關系、典型功能、繪圖表示、制造技術和公差要求-----更高層次的設計-----直接體現設計意圖----促進CAD/CAPP/CAM集成系統的發展。dat”,”w”))==NULL)a)一點透視b)二點透視c)三點透視dat”文件檢索鍵槽尺寸，讀準數值，尤其是特征點--起點、終點、峰點、谷點、轉折點、中點等。左上角子矩陣：圖形的比例、對稱、structkey_GB{floatd1,d2,b,h,t,t1;}key;工程圖形的齊次坐標矩陣表示數據元素與其存放地址之間存在一一對應關系。目前有很多三維CAD軟件如：UGNX、CATIA、Pro/E、SolidWorks、SolidEdge、Inventor等都可以完成二維圖形向三維模型的轉換。使用一種三維CAD軟件設計2~3個三維零件并裝配。第1章線性插值C語言函數程序floatinter(floatx,floatx1,floatx2,floaty1,floaty2){floaty;y=y1+(y2-y1)/(x2-x1)*(x-x1);return(y);}設計資料管理第1章拋物線插值（三點插值）

設計資料管理第1章函數擬合

曲線不要求通過已知節點，僅反映數據變化趨勢——誤差。機械設計中有些數表需要找函數關系，有些線圖并沒給曲線函數，實驗數據很難用數學公式表示，需用曲線公式（即擬合方程）近似反映參數間的關系。誤差大，不能滿足設計要求；精度高，求解困難將擬合方程的誤差控制在允許范圍內。設計資料管理第1章曲線擬合的方法

常用的典型方法是最小二乘法

為了達到最好擬合，應使各節點的最小偏差平方和為最小。設計資料管理√第1章

線圖程序化的步驟：

線圖數表化。要注意：弄清線圖坐標的含義，確切掌握坐標的比例性質、大小和量綱；讀準數值，尤其是特征點--起點、終點、峰點、谷點、轉折點、中點等。確定合理的精度，控制誤差在允許的范圍之內。正確運用分段原則。按曲線走向，相似部分作為一段，分段擬合，使方程簡化并且可提高精度。選擇合適的擬合方程。采用多種方程分別擬合，從中選出最佳方案。根據建立的擬合方程編程。線性方程擬合

對數方程擬合

指數方程擬合

對數指數方程擬合

多項式擬合

設計資料管理第1章線性方程擬合原理

有N組實驗數據xi,yi，設線性方程的形式是：y=a+bx

根據最小二乘法定義，為了達到最好擬合，應使各節點的最小偏差平方和為最小。設S(a,b)為偏差平方和，則:

對上式求偏導并使之為零，得:設計資料管理第1章線性擬合舉例

將Z型帶長度系數KL與基準長度Ld之間關系數據用線性方程擬合。設計資料管理第1章對數方程擬合原理

設有實驗數據xi,yi，設對數方程形式為：y=a+blnx

采用變量代換的方法，使之回歸為線性方程形式。令X=lnx,同線性方程擬合可求出系數a，b值。

注意：這里Xi=lnxi，其偏差平方和：設計資料管理第1章數據的結構及應用數據結構——數據之間的結構層次關系邏輯結構物理結構線性表非線性表順序存儲鏈式存儲邏輯結構指數據邏輯關系，不考慮數據的存儲介質物理結構指數據在計算機存器中的表示和映像，指數據的存儲結構設計資料管理√樹狀結構網狀結構邏輯結構指數據邏輯關系，不考慮數據的存儲介質數據庫的特點是由數據庫管理系統DBMS（DataBaseManagementSystem）來保障的，因而DBMS是數據庫軟件系統的核心。floaty;可見，g(x)是兩個基本插值多項式的線性組合。structkey_GB{floatd1,d2,b,h,t,t1;}key;工況系數KK[i][j]術語、漢字、軟件質量、信息分類編碼等線圖的計算機處理技術但文件管理和控制缺少統一性和可靠性。二維數表：齒輪傳動工況系數KA1、填空（10分）、選擇（單選4、復選6）10分、判斷（5分）如為設計資料的數據描述提供依據；數據獨立于應用程序，數據結構好，更改方便，數據冗余度小，統一性、可靠性和共享性好。第1章計算機輔助設計技術主要內容是研究如何在計算機中表示圖形，以及利用計算機進行圖形的計算、處理和顯示的相關原理和算法。第1章在這種結構中，每一個數據元素僅與它前面的一個和后面的一個數據元素相聯系，因而只能表達數據間的簡單順序關系。下圖就表示了一個線性結構：線性表是一個由n（n≥0）個數據元素a1,a2,a3...an組成的有限序列，表中的每一個數據元素，除了第一個和最后一個，僅有一個直接前驅和直接后繼。當n=0，稱為空表。線性表邏輯結構

（a1,a2,a3,…,ai-1,ai,ai+1,…,an)例如：光軸軸徑系列值表示成線性表形式：

（3，6，10，14，18，...）線性表物理結構

既可以采用順序存儲，也可以采用鏈式存儲結構。在計算機中表現為：數組、字符串、棧和隊列等設計資料管理數據的結構及應用第1章1、線性表的順序存儲在這種結構中，每一個數據元素僅與它前面的一個和后面的一個數據元素相聯系，因而只能表達數據間的簡單順序關系。下圖就表示了一個線性結構：利用連續的存儲單元依次存放各數據元素。如將G1(12),G2(12)...G5(12)一維數組存入計算機，則各數據在存儲器中的存儲順序與邏輯順序一致，也為依次排列。數據元素與其存放地址之間存在一一對應關系。數據元素的數據類型相同，占用的存儲單元長度相同。

順序存儲結構占用存儲單元少，簡單易行，結構緊湊。但數據結構缺乏柔性，若要增刪數據，必須重新分配存儲單元，因而不適合需要頻繁修改、補充、刪除數據的場合。設計資料管理數據的結構及應用√第1章2、線性表的鏈式存儲最簡單；第一節點的地址在表頭指針head中，最后節點設為null（空）；沿指向順序操作。即把數據的地址分散存放在其他有關的數據中，并按照存取路徑進行鏈接。用指針保存前趨和后繼，存儲順序和邏輯順序不必一致。

在鏈接存儲結構中，一個數據元素項由信息字段（INFO）和指針字段(POINT)組成。鏈式存儲分為單向鏈表、雙向鏈表、循環鏈表設計資料管理數據的結構及應用√第1章每個節點增一指針域，next存后繼，last存前趨，雙向操作，易于修補。設計資料管理數據的結構及應用第1章單向或雙向鏈表首尾相接設計資料管理數據的結構及應用第1章數據元素的一對多關系樹表示了元素之間的層次關系，這種關系就仿佛一棵倒長的樹，故樹中只有一個沒有前驅的結點稱為樹根，其它結點僅有一個直接前驅結點；樹中結點的最大層次稱為樹的深度（或高度）；結點的子樹的個數稱為度；度數是0的結點稱為樹葉。邊雙親——節點——孩子（兄弟）3、樹狀結構機械設計中樹狀結構常用，是非線性結構，需多重鏈表和多指針域。如產品的裝配過程。設計資料管理數據的結構及應用第1章多前趨和后繼。如某個零件的加工工藝路線。數據元素的多對多關系數據結構的應用：如為設計資料的數據描述提供依據；為數據檢索提供條件；為數據通訊提供條件等。設計資料管理數據的結構及應用4、網狀結構多前趨和后繼。第1章數據庫技術數據庫技術是三種數據管理技術之一，是在人工管理，文件管理技術上發展起來的數據管理技術。

特點說明復雜的數據模型

即在描述數據的同時，也描述數據之間的聯系，即數據結構化。數據共享性好，冗余度低

數據庫從整體觀點處理數據，面向系統，因而彈性大，使用靈活，實現了數據共享。數據具有獨立性

數據可獨立于程序存在，應用程序也不必隨數據結構的變化而修改。數據具有安全性和完整性

數據庫系統提供數據的控制功能，保護數據，防止不合理使用；保證數據的確定性、有效性和相容性，即數據的完整性。設計資料管理數據的結構及應用第1章數據庫的特點是由數據庫管理系統DBMS（DataBaseManagementSystem）來保障的，因而DBMS是數據庫軟件系統的核心。數據模型：網狀數據庫層次數據庫關系數據庫常用網狀結構樹狀結構，如IBM的IMS（InformationManagementSystem)數據的集中和共享數據的獨立和抽象問題設計資料管理數據庫技術√第1章關系數據庫SQL——IBM提出的一個綜合、通用的關系數據庫語言，功能包括查詢、操作、定義和控制，同時又是一種非過程化的語言，只為用戶指出做什么，但不需指出如何做。它集成了數據庫生命周期的全部操作。主流關系數據庫軟件：1、IBM的DB2/DB2universaldatabase2、Informix與InformixIDS20003、Sybase與SybaseASE(SybaseSQLServer——關系數據庫軟件）Informix_information+unix;sybase_system+database設計資料管理數據庫技術第1章1.6圖形基礎計算機圖形學是使用數學算法將二維或三維圖形轉化為計算機顯示器的柵格形式的科學。主要內容是研究如何在計算機中表示圖形，以及利用計算機進行圖形的計算、處理和顯示的相關原理和算法。圖形通常由點、線、面、體等幾何元素和灰度、色彩、線型和線寬等非幾何元素組成。第1章1.6圖形基礎計算機圖形生成的方法？1、應用圖形設備接口或圖形應用程序接口（GDI或API）2、使用標準圖形數據交換文件(DXF、WRML等）3、二次開發語言（AutoCAD）4、使用圖形對象嵌入方式（ActiveXAutomation/OLE技術）第1章計算機圖形生成基礎？一、二維圖形坐標的選取用戶坐標系設備坐標系假想設備坐標系（0~1）變換（世界坐標系）（物理坐標系）？？二、窗口與視圖區窗口視圖區坐標變換公式？？圖形基礎直線是繪圖的基本單元。兩點成線。點的位置通常在一個規定的坐標系中被定義。圖形系統常使用笛卡爾直角坐標系。（圖形顯示或繪圖機輸出）第