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第1章　计算机辅助设计概述 1

1.1　CAD概念 1

1.2　CAD技术的发展过程 3

1.3　CAD技术的发展现状 5

1.4　CAD技术的应用 7

1.5 CAD技术产生的效益 11

1.6　CAD系统的主要功能 13

第2章　计算机辅助设计系统 15

2.1 CAD系统的构成和分类 15

2.1.1 CAD系统的基本构成 15

2.1.2 CAD系统的分类 16

2.2　CAD系统的硬件 21

2.2.1 主机 21

2.2.2　输入设备 22

2.2.3　输出设备 24

2.2.4　外存储设备 30

2.3 CAD系统的软件 31

2.3.1 CAD软件分类 31

2.3.2 CAD系统软件 31

2.3.3 CAD支撑软件 32

2.3.4 CAD应用软件 38

2.4　CAD系统的设计与选择 39

2.4.1 CAD系统设计应考虑的问题 39

2.4.2　CAD系统选择的原则 39

第3章 图形软件与数据交换的标准 42

3.1 图形软件的标准 42

3.1.1 计算机图形参考模型（CGRM） 44

3.1.2 图形系统标准 44

3.1.3　语言联编标准 47

3.1.4 图形元文件（CGM）与图形接口（CGI）标准 48

3.1.5 图形系统一致性测试标准 49

3.2　产品数据交换标准 50

3.2.1 基本图形交换规范（IGES） 50

3.2.2　产品模型数据描述和交换标准（STEP） 51

3.2.3 IGES与STEP的区别 55

3.3　多媒体对象描述环境（PREMO） 55

3.3.1 PREMO的基本内容 55

3.3.2　PREMO的特点 56

3.3.3 STEP和PREMO的结合 56

3.4　窗口管理系统 57

3.4.1 几种常用的窗口系统 57

3.4.2 窗口系统的特点 57

第4章　数据结构与数据库系统 59

4.1 数据结构 59

4.1.1 基本概念 59

4.1.2　数据的逻辑结构 61

4.1.3　数据的存贮结构 63

4.1.4 数据结构在CAD中应用 65

4.2　数据库系统 69

4.2.1　数据库的基本概念 70

4.2.2　数据库系统的主要特点 71

4.2.3　数据库系统的体系结构 72

4.2.4　数据模型 72

4.3　工程数据库系统简介 77

4.3.1　工程数据分析 77

4.3.2 工程数据库系统的主要特点 78

4.3.3 工程数据库与CAD的关系 78

第5章　图形变换 83

5.1 窗口视图变换 83

5.1.1 用户域和窗口区 83

5.1.2　屏幕域和视图区 84

5.1.3 窗口区—视图区坐标变换 84

5.2　图形裁剪 86

5.2.1 二维线段的裁剪 86

5.2.2 多边形裁剪 90

5.2.3　三维线段的裁剪 90

5.3　图形变换 92

5.3.1 图形变换的方法 92

5.3.2　二维图形变换 93

5.3.3　三维图形变换 100

5.4　投影变换 105

5.4.1 正投影变换矩阵 106

5.4.2　正轴测投影变换 107

5.4.3　斜轴测投影变换 108

5.4.4　透视投影变换 110

第6章　常用曲线和曲面 118

6.1 曲线和曲面的基本知识 118

6.1.1 参数方程表示的特点 118

6.1.2 对参数方程处理的几种常用方法 119

6.1.3 曲线和曲面的特性 120

6.2　常用的参数曲线和曲面 122

6.2.1 Bezier曲线与曲面 122

6.2.2 B-Spline（B样条）曲线与曲面 126

6.2.3 非均匀有理B样条曲线和曲面（NURBS） 127

第7章　几何造型方法 130

7.1　几何造型概述 130

7.1.1 几何造型概念 130

7.1.2　几何造型发展 130

7.2　常用的几何造型方法 131

7.2.1 线框造型 131

7.2.2 曲面造型 131

7.2.3 实体造型 137

7.2.4　特征造型 141

7.2.5　分数维造型 145

7.2.6　参数化几何造型和变量化几何造型 150

7.3 几何造型CAD/CAM中的应用 153

第8章　图形真实感 154

8.1 概述 154

8.2　消隐处理 154

8.2.1 消除隐藏线 154

8.2.2　消除隐藏面 160

8.3 明暗处理 161

8.3.1 光照模型（明暗模型） 161

8.3.2　透明效果 164

8.3.3 阴影处理 165

8.4　色彩处理 166

8.4.1 色彩的基本概念 166

8.4.2 常用的色彩模型 168

8.5　纹理处理 170

第9章　有限元与优化设计 172

9.1 有限元 172

9.1.1 概述 172

9.1.2　有限元分析的基本原理 173

9.1.3　有限元分析的前置处理和后置处理 177

9.1.4 ANSYS软件介绍 180

9.2　优化设计 181

9.2.1 优化设计的基本要素和数学模型 182

9.2.2　优化设计分类和常用的优化设计方法 184

9.2.3　优化设计一般过程 185

第10章　计算机辅助设计与辅助制造 187

10.1 CAD/CAM概论 187

10.1.1 CAD/CAM的基本概念 187

10.1.2 CAD/CAM运行环境 189

10.1.3 CAD/CAM系统的软件 191

10.1.4 CAD/CAM生产流程 191

10.1.5 CAD/CAM的技术贡献 193

10.2　CAE——计算机辅助工程 195

10.2.1 有限元法 195

10.2.2　边界元素法 196

10.2.3　模态分析法 196

10.3　CAPP——计算机辅助工艺规程 196

10.3.1 CAPP的发展概况与趋势 196

10.3.2　CAPP系统的分类 199

10.3.3 CAPP的几项关键技术 200

10.4　数控加工技术 201

10.4.1　数控的概念 201

10.4.2　数控机床的组成与工作原理 202

10.4.3　数控的坐标系统 203

10.4.4　数控运动的控制方式 205

10.4.5　数控的应用与效益 206

10.4.6　数控编程 207

10.4.7 CNC,DNC和AC 209

10.4.8　数控机床发展趋势 212

10.5 CAD/CAM系统集成 214

10.5.1 CAD/CAM系统集成的必要性 214

10.5.2　CAD/CAM系统集成程度 214

10.5.3　CAD/CAM系统集成的关键技术 215

10.5.4　计算机集成生产系统 215

第11章　虚拟制造及其应用 218

11.1 虚拟制造 218

11.1.1 虚拟现实与计算机仿真 218

11.1.2　虚拟产品 219

11.1.3　虚拟制造技术与虚拟制造系统 220

11.1.4　VM与其他先进制造技术 220

11.1.5　VM的分类 222

11.1.6　VM的意义 222

11.2　VM的过程与体系结构 222

11.3　VM的关键技术 223

11.3.1 硬件方面有关技术 223

11.3.2　软件方面关键技术 224

11.4　VM的应用实例 225

11.4.1 设计 225

11.4.2 生产 225

11.4.3　销售 225

11.5　VM的软硬件和研究近况 225

11.5.1 与VM相关的软硬件 225

11.5.2　研究近况 226

第12章　产品创新设计的CAD方法 228

12.1　分解功能方案设计方法 229

12.1.1　功能逻辑分解方法 229

12.1.2　FBS方法 229

12.2　功能单元的结构设计方法 230

12.3　装配的产品改良设计方法 230

12.3.1 坐标系约束方法 230

12.3.2　位置约束方法 231

12.3.3　运动学方法 231

12.3.4　fits-against方法 231

12.4　全过程设计方法及模型 232

12.4.1 面向对象设计模型 232

12.4.2 GDT模型 232

12.4.3　逐步求精模型 232

第13章　计算机辅助工业设计发展状况与趋势 234

13.1　计算机辅助工业设计内涵 234

13.1.1 工业设计概念 234

13.1.2　计算机辅助工业设计基本内涵 236

13.1.3　计算机辅助工业设计与创新设计 236

13.2　计算机辅助工业设计发展状况 236

13.2.1 计算机辅助造型技术的研究 236

13.2.2 CAID中人机交互技术的研究 237

13.2.3 CAID中智能技术的研究 237

13.2.4 CAID中高新技术的应用研究 238

13.2.5 商品化软件中的工业设计模块 238

13.3　计算机辅助工业设计发展趋势 239

13.3.1 现代工业设计发展方向 239

13.3.2　CAID有待解决的关键技术 239

13.3.3 CAID的发展趋势 240

参考文献 241