《计算机辅助设计技术》课程教学大纲

（修订）

(72学时 4学分)

大纲说明

一、课程性质与教学目的

本课程属机、机电、 CAD 、汽车等专业的专业基础课。

计算机辅助设计技术的飞速发展，推动着制造业从产品设计、制造到技术管理一系列深刻、全面、具有深远意义的变革，这是产品设计、产品制造业的一场技术革命。 CAD 技术的应用，将计算机的快速性、准确性以及信息高度集成性和设计人员的创造性思维、综合分析的能力充分地结合起来，从根本上提高企业人员技术素质，促使企业从生产到管理全面革新，因而， CAD 技术应用水平已是衡量一个国家、一个企业技术水平的重要标志之一。

二、课程总学时和学分

本课程总学时为 72 学时，计 4 学分。

三、课程考核

本课程结束后由江苏广播电视大学统一命题考核。

大纲正文

教学内容与教学要求

教学内容：

第 1章　计算机辅助设计概述

1.1 CAD 概念

1.2 CAD 技术的发展过程　

  1.3 CAD 技术的应用

1.4 CAD 系统的产生的效益

1.5 CAD 技术的主要功能

教学要求：

  1．基本要求：

    1）正确理解CAD的概念。2）了解CAD技术发展的三个阶段。3）了解CAD技术的应用领域。4）懂得CAD产生的效益。5）掌握CAD系统的主要功能。

  2．基本内容：

   CAD概念；CAD技术的发展过程；CAD技术的应用；CAD系统的产生的效益；CAD技术的主要功能。

  3．重点和难点：

     重点： CAD系统产生的效益；CAD技术的主要功能。

     难点：正确理解CAD的概念。

教学内容

第 2章 计算机辅助设计系统

2.1 CAD 系统的构成和分类

      2.1.1 CAD 系统的基本构成

       2.1.2 CAD 系统的分类

      2.1.3 网络结构

  2.2 CAD 系统的硬件      

      2.2.1 主机      

      2.2.2 输入设备

       2.2.3 输出设备

      2.2.4 人机对话设备      

      2.2.5 外存储设备

  2.3 CAD 系统的软件

      2.3.1 CAD 软件分类        

      2.3.2 CAD 系统软件

      2.3.3 CAD 支撑软件      

      2.3.4 CAD 应用软件

  2.4 CAD 系统的设计与选择

        2.4.1 CAD 系统设计应考虑的问题

      2.4.2 CAD 系统选择的原则

教学要求：

  1．基本要求：

    1）掌握CAD系统的基本构成。2）了解CAD系统的分类。3）掌握网络结构中的常见结构。4）了解CAD系统主要硬件设备以及CAD系统的软件。5）懂得CAD系统设计应考虑的问题和系统选择原则。

  2．基本内容：

   CAD系统的构成和分类；CAD系统的硬件；CAD系统的软件；CAD系统的设计与选择。

3．重点和难点：

重点： CAD系统的基本构成；CAD系统的设计与选择。

难点： CAD系统的软件。

教学内容：

第 3章 图形软件与数据交换的标准    

  3.1 图形软件的标准

      3.1.1 计算机图形参考模型（ CGRM ）

      3.1.2 图形系统标准       

      3.1.3 语言联编标准        

      3.1.4 图形元文件 (CGM) 与图形接口 (CGI) 标准        

      3.1.5 图形系统一致性测试标准

    3.2 产品数据交换标准

       3.2.1 基本图形交换规范（ IGES ）          

      3.2.2 产品模型数据描述和交换标准（ STEP ）          

      3.2.3 IGES 与 STEP 的区别

    3.3 多媒体对象描述环境（ PREMO ）

      3.3.1 PREMO 的基本内容   

      3.3.2 PREMO 的特点

      3.3.3 STEP 和 PREMO 的结合

  3.4 窗口管理系统

      3.4.1 几种常用的窗口系统        

      3.4.2 窗口系统的特点

教学要求：

   1．基本要求：

    1）懂得图形软件标准的制订和设计图形软件应遵循的设计原则。2）了解图形软件的标准。3）了解产品数据交换标准（IGES、STEP）以及IGES与STEP的区别。4）了解多媒体对象描述环境（PREMO）以及PREMO的特点。5）了解几种常用的窗口系统。6）懂得窗口系统的特点。

   2．基本内容：

    图形软件的标准；产品数据交换标准；多媒体对象描述环境（PREMO）；窗口管理系统。

   3．重点和难点：

重点：懂得图形软件标准的制订和设计图形软件应遵循的设计原则； PREMO的特点；窗口系统的特点。

难点：图形各种标准；产品数据交换标准；媒体对象描述环境（ PREMO）。

教学内容：

第 4章　数据结构与数据库系统  

  4.1 数据结构          

      4.1.1 基本概念

      4.1.2 数据的逻辑结构

      4.1.3 数据的存贮结构        

      4.1.4 数据结构在 CAD 中应用      

  4.2 数据库系统

      4.2.1 数据库的基本概念  

       4.2.2 数据库系统的主要特点

       4.2.3 数据库系统的体系结构

      4.2.4 数据模型

  4.3 工程数据库系统简介

    4.3.1 工程数据分析

    4.3.2 工程数据库系统的主要特点

      4.3.3 工程数据库与 CAD 的关系

教学要求：

  1．基本要求：

    1）掌握数据结构的基本框架。2）掌握数据结构中的基本概念。3）掌握常见的数据逻辑结构特点。4）了解常见的数据存贮结构。5）了解数据结构在CAD中的应用。6）掌握数据库系统的基本概念、组成及其主要特点。7）知道数据库系统的体系结构。8）知道数据模型。9）了解工程数据库系统的主要特点。

  2．基本内容：

    数据结构；数据库系统；工程数据库系统简介。

  3．重点和难点：

重点：数据结构的基本框架；数据结构中的基本概念；常见的数据逻辑结构特点；数据库系统的基本概念、组成及其主要特点；数据库系统的体系结构；数据模型。

难点：数据存贮结构。

教学内容：

第 5章　图形变换

  5.1 窗口视图变换

      5.1.1 用户域和窗口区

      5.1.2 屏幕域和视图区

      5.1.3 窗口区——视图区坐标变换

  5.2 图形裁剪

      5.2.1 二维线段的裁剪

      5.2.2 多边形裁剪

      5.2.3 三维线段的裁剪

  5.3 图形变换

       5.3.1 图形变换的方法

       5.3.2 二维图形变换

      5.3.3 三维图形变换

  5.4 投影变换

       5.4.1 正投影变换矩阵

      5.4.2 正轴测投影变换

      5.4.3 斜轴测投影变换

      5.4.4 透视投影变换

教学要求：

  1．基本要求：

    1）了解用户域和窗口区、屏幕域和视图区并掌握其概念。2）了解二维线段的裁剪、多边形裁剪和三维线段的裁剪。3）掌握图形变换的方法。4）掌握二维和三维的基本变换。5）了解投影变换。

  2．基本内容：

    窗口视图变换；图形剪裁；图形变换；投影变换。

  3．重点和难点：

重点：图形变换的方法；二维和三维的基本变换。

难点：用户域和窗口区、屏幕域和视图区；图形的裁剪；投影变换。

教学内容：

第 6 章 常用曲线和曲面

   6.1 曲线和曲面的基本知识

      6.1.1 参数方程表示的特点

      6.1.2 对参数方程处理的几种常用方法

      6.1.3 曲线和曲面的特性

  6.2 常用的参数曲线和曲面

       6.2.1 Bezier 曲线与曲面

       6.2.2 B — Spline(B 样条 ) 曲线与曲面

      6.2.3 非均匀有理 B 样条曲线和曲面 (NURBS)

教学要求：

  1．基本要求：

   1）掌握参数方程表示的特点。2）了解对参数方程处理的几种常用方法并掌握其中的概念。3）了解常用的参数曲线和曲面并掌握其中的概念和性质。

  2．基本内容：

    曲线和曲面的基本知识；常用的参数曲线和曲面；

  3．重点和难点：

重点：参数方程表示的特点；参数方程处理的几种常用方法；常用的参数曲线和曲面的概念和性质。

难点：常用的参数曲线和曲面。

教学内容：

•  几何造型方法

  7.1   几何造型概述

      7.1.1 几何造型概念

      7.1.2 几何造型发展

  7.2 常用的几何造型方法

  7.2.1 线框造型

       7.2.2 曲面造型

      7.2.3 实体造型

      7.2.4 特征造型

      7.2.5 分数维造型

  7.3 几何造型 CAD/CAM 中的应用

教学要求：

  1．基本要求：

    1）了解几何造型发展。2）掌握线框造型、曲面造型的优缺点。3）知道实体造型的基本方法。4）了解特征造型的定义、分类并知道特征造型系统实现的模式。5）了解分数维造型并知道常用的模型。6）了解几何造型CAD/CAM中的应用。

  2．基本内容：

    几何造型概述；常用的几何造型方法；几何造型CAD/CAM中的应用。

  3．重点和难点：

重点：线框造型、曲面造型的优缺点；实体造型的基本方法；特征造型系统实现的模式；分数维造型的常用模型。

难点：实体造型；特征造型；分数维造型。

教学内容：

第 8章 图形真实感

  8.1 概述

  8.2 消隐处理

      8.2.1 消除隐藏线

      8.2.2 消除隐藏面

  8.3 明暗处理

       8.3.1 光照模型 ( 明暗模型 )

      8.3.2 透明效果

      8.3.3 阴影处理

  8.4 色彩处理

  8.4.1 色彩的基本概念

      8.4.2 常用的色彩模型

教学要求：

  1．基本要求：

   1）掌握凸多面体的消隐方法。2）了解凹多面体的消隐方法。3）知道消除隐藏面常用的算法。4）了解明暗处理和色彩处理方法。

  2．基本内容：

    消隐处理；明暗处理；色彩处理。

  3．重点和难点：

重点：凸多面体的消隐方法；消除隐藏面常用的算法。

难点：凹多面体的消隐方法；明暗处理和色彩处理方法。

教学内容：

第 9章 有限元与优化设计

  9.1 有限元

      9.1.1 概述

  9.1.2 有限元分析的基本原理

  9.1.3 有限元分析的前置处理和后置处理

  9.1.4 有限元 AutoFEA 系统介绍

    9.2 优化设计

    9.2.1 优化设计的基本要素和数学模型

  9.2.2 优化设计分类和常用的优化设计方法

  9.2.3 优化设计一般过程

教学要求：

  1．基本要求：

    1）掌握有限元分析过程的三个阶段。2）知道有限元的单元类型以及常用有限元自动生成的方法。3）掌握优化设计的基本要素。4）了解优化设计的分类和常用的设计方法以及设计的一般过程。

  2．基本内容：

    有限元分析的基本原理；有限元分析的前置处理和后置处理；有限元 AutoFEA系统介绍；优化设计的基本要素和数学模型；优化设计分类和常用的优化设计方法；优化设计一般过程。

  3．重点和难点：

重点：有限元分析过程的三个阶段；有限元的单元类型以及常用有限元自动生成的方法；优化设计的基本要素。

难点：有限元分析的前置处理和后置处理；优化设计的基本要素和数学模型。

教学内容：

第 10章   计算机辅助设计与辅助制造

  10.1 CAD/CAM 概论

      10.1.1 CAD 的基本概念

      10.1.2 CAD/CAM 运行环境

      10.1.3 CAD/CAM 系统的软件

       10.1.4 CAD/CAM 生产流程

        10.1.5 CAD/CAM 的技术贡献

  10.2   CAE －计算机辅助工程

      10.2.1 有限元方法

       10.2.2 边界元素法

      10.2.3 模态分析法

  10.3   CAPP －计算机辅助工艺规程

      10.3.1   CAPP 的发展概况与趋势

      10.3.2   CAPP 系统的分类

      10.3.3   CAPP 的几项关键技术

  10.4 数控加工技术

       10.4.1 数控的概念           

      10.4.2 数控机床的组成与工作原理

       10.4.3 数控的坐标系统

      10.4.4 数控运动的控制方式

      10.4.5 数控的应用与效益

       10.4.6 数控的编程

        10.4.7 CNC,DNC 和 AC

  10.5   CAD/CAM 系统集成

       10.5.1 CAD/CAM 系统集成的必要性

      10.5.2 CAD/CAM 系统集成程度

      10.5.3 CAD/CAM 系统集成的关键技术

      10.5.4 计算机集成生产系统

教学要求：

  1．基本要求：

    1）掌握CAD/CAM的基本概念。2）了解CAD/CAM运行环境。3）了解CAD/CAM生产流程以及CAD/CAM的技术贡献。4）知道CAE的主要方法。5）了解CAPP发展趋势，知道CAPP系统的分类和CAPP的几项关键技术。6）了解数控的概念、数控机床的组成与工作原理、数控的坐标系统、数控运动的控制方式、数控的应用与效益、数控的编程和CNC、DNC、AC。7）了解 CAD/CAM系统集成的必要性、CAD/CAM系统集成程度、CAD/CAM系统集成的关键技术和计算机集成生产系统。

  2．基本内容：

    CAD/CAM概论；CAE－计算机辅助工程；CAPP－计算机辅助工艺规程；数控加工技术；CAD/CAM系统集成；数控的应用与效益；CNC、DNC、AC；

  3．重点和难点：

重点： CAD/CAM的基本概念；CAD/CAM的技术贡献；CAE的主要方法；CAPP系统的分类和CAPP的几项关键技术；计算机集成生产系统。

难点： CAD/CAM系统集成。

从第 11章到第14章均为选学内容，这些章节主要反映计算机辅助设计最新进展。其中第12章和第14章为必选内容。其基本要求为：

•  掌握虚拟制造中的虚拟现实、虚拟产品、虚拟制造技术等概念。

•  知道计算机辅助工业设计发展状况与发展趋势。

教学内容：

第 11章 CAPP与PPC集成研究现状与进展

  11.1   集成方法

      11.1.1 可选工艺

       11.1.2 动态反馈

      11.1.3 功能集成

      11.1.4 并行集成

        11.1.5 分层规划

    11.2 集成模型及优缺点比较

      11.2.1 非线性工艺规划模型

      11.2.2 闭环工艺规划模型

      11.2.3 及时工艺规划模型

      11.2.4 优缺点比较

    11.3 集成决策算法

       11.3.1 分派规则的工艺实时规划与调度算法

        11.3.2 利用动态负荷启发的设备选择算法

      11.3.3 可选工艺的优化数学模型求解算法

  11.4 集成工艺表示

       11.4.1 工艺描述语言 ALPS

      11.4.2 工艺的表示层次

  11.5 集成数据模型

教学内容：

第 12章 虚拟制造及其应用

  12.1 虚拟制造

      12.1.1 虚拟现实与计算机访真

      12.1.2 虚拟产品

      12.1.3 虚拟制造技术与虚拟制造系统

       12.1.4 VM 与其他先进制造技术

        12.1.5 VM 的分类

        12.1.6 VM 的意义

  12.2 VM 的过程与体系结构

  12.3 VM 的关键技术

       12.3.1 硬件方面有关技术

       12.3.2 软件方面关键技术

  12.4 VM 的应用实例

         12.4.1 设计

         12.4.2 生产

         12.4.3 销售

    12.5 VM 的软硬件和研究近况

       12.5.1 与 VM 相关的软硬件

        12.5.2 研究近况

教学内容：

第 13章 产品创新设计的CAD方法

  13.1 分解功能方案设计方法

       13.1.1 功能逻辑分解方法

      13.1.2 FBS 方法

    13.2 功能单元的结构设计方法

  13.3 装配的产品改良设计方法

      13.3.1 坐标系约束方法

      13.3.2 位置约束方法

      13.3.3 运动学方法

        13.3.4 fits-against 方法

    13.4 全过程的设计方法及模型

       13.4.1 面向对象设计模型

      13.4.2 GDT 模型

      13.4.3 逐步求精模型

教学内容：

第 14章 计算机辅助工业设计发展状况与趋势

  14.1 计算机辅助工业设计内涵

      14.1.1 工业设计概念

      14.1.2 计算机辅助工业设计基本内涵

      14.1.3 计算机辅助工业设计与创新设计

  14.2 计算机辅助工业设计发展状况

        14.2.1 计算机辅助造型技术的研究

        14.2.2 CAID 中人机交互技术的研究

       14.2.3 CAID 中智能技术的研究

       14.2.4 CAID 中高新技术的应用研究

      14.2.5 商品化软件中的工业设计模块

  14.3 计算机辅助工业设计发展趋势

      14.3.1 现代工业设计发展方向

       14.3.2 CAID 有待解决的关键技术

        14.3.3 CAID 的发展趋势

大纲附录

一、选用教材

    << 计算机辅助设计 >>, 陈 为编著，安徽人民出版社出版， 1999.12

二、学时分配