книги / Основы САПР. CAD CAM CAE
.pdf
Kunwoo Lee
Principles of
CAD/CAM/CAE
Systems
...
тт
Addison-Wesley
ББК 30.2-5-05 УДК 621.398.001.2
Л55
Ли К.
Л55 Основы САПР (CAD/CAM/CAE). - СПб.: Питер, 2004.- 560 с.: ил.
ISBN 5-94723-770-9
В этой юшге ttЗJJOЖettы осtювные rtpИtщttnьt работы автоматширuванных систем для r1роект11ро
вашtя изделий 11 rюдготовкtt их 11роизводетва (без углубления н детали конкретных сttстем). Рассмотрены
компоttенты САПР, основные концеrщ11и графического nрограмм11рован11я, системы автоматизированttой разрuботк11 чертежей, с11стемы t"еомстри•tеского модел11рования, 11редставлешtе кривых 11 nоверхностей и работа с ними, метод конечных элементов, 11Нтеграц11и систем, быстрое nрототипираванне и изготовле
НIIе, виртуальная иttженерия, стандарты обмена даннымtt между сttстемuмн.
Книга может бьiть исnользована <.:тудентами инженерных сnециалыюетей в качестве учебного nо
собия nри 11зyчetttt11 сиетем автоматизttрованного nроектироваttия.
ББК 30.2-5-05 УДК 621.398.001.2
Права на издание лолучены по согЛашению с Addison-Wesley Longman.
Все nрава защищены. Никакая часть данной книги не может быть восnроизведена в какой бы то ни было форме без nисьменного
резрешения владельцев авторских nрав.
Информация. содержащаяся а данной книге. лолучена из источников, рассматриваемых издательством как надежные. Тем не
менее, имея в виду возможные человеческие или технические ошибки, издательство не может гарантировать абсолютную точность и nолноту nриводимых сведений и не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.
ISBN 0201380366 (англ.) |
© 1999 Ьу Лddison Wesley Longman, lnc. |
©Перевод на русский язык ЗЛО Издательский дом оПитер», 2004 |
|
ISBN 5-94723-770-9 |
©Издание на русском языке, оформление ЗЛО Издательский дом оПитер», 2004 |
Краткое содержание
Предисловие |
|
13 |
||
Глава |
1. |
Введение в САПР |
17 |
|
Глава |
2. |
КомпонентыСАПР |
34 |
|
Глава |
3. |
Основные концепции графического программирования |
51 |
|
Глава |
4. |
Системы автоматизированной разработки чертежей |
96 |
|
Глава |
5. |
Системы геометрического моделирования |
115 |
|
Глава |
б. |
Представление кривых и работа с ними |
164 |
|
Глава |
7. |
Представление поверхностей и работа с ними |
202 |
|
Глава |
в. |
Метод конечных элементов |
225 |
|
Глава |
9. |
Оптимизация |
268 |
|
rлава 10. |
Интеграция CAD и САМ |
300 |
||
rлава 11. |
Числовое программное управление |
329 |
||
rлава 12. |
Быстрое прототипирование и изготовление |
378 |
||
Глава 13. |
Виртуальная инженерия |
436 |
||
Глава 14. |
Сгандарты обмена данными между системами |
462 |
||
Приложение А. |
Реализация структуры данных полуребер |
474 |
||
ПРиложение Б. Реализация структуры данных крыльевых ребер |
476 |
|||
ПРиложение В. |
Операторы Эйлера |
478 |
||
Приложение Г. |
Пошаговый алгоритм реализации булевекай операции |
492 |
||
ПРиложение д. |
Сгруктура .цанных и топологические операторы |
|
||
|
|
|
для немногообразных систем моделирования |
499 |
Приложеt-~ие Е. |
Алгоритм де Кастильо |
508 |
||
|
|
|
. |
|
ПРиложеt-~ие Ж. ПРиложеt-~ие 3. ПРиложеt-~ие И. ПРиложеtiИе К.
Вычисление В-сплайновой кривой по методу Кокса-де Бура |
511 |
Объединение В-сплайнов |
516 |
Доказательство формулы дифференцирования В-смайна |
519 |
Подход Пе!-iга к вычислению пересечения |
|
|
NURВS-поверхностей |
522 |
ПРиложеt4Ие Л. |
Формулировка системных уравнений конечноэлементного |
|
|
анализа на базе основного дифференциального уравнения |
526 |
ПРиложеt4Ие М. |
Сравнение САD-систем на платформе Windows |
531 |
Л11тература |
|
541 |
А11фавитt-~ый указатель |
551 |
|
Содержание
Предисловие . |
13 |
От издательства |
16 |
Глава 1. Введение в САПР |
17 |
1.1. Обзор |
17 |
1.2. Определение CAD, САМ и САЕ |
22 |
1.3. Сценарий интеграции проектирования и производства посредством |
|
общей базы данных |
24 |
1.4. Реальный пример использования САПР в разработке продукта |
28 |
Вопросы и задачи |
33 |
Глава 2. Компоненты САПР |
34 |
2.1. Аппаратное обеспечение |
34 |
2.1.1. Векторные графические устройства |
36 |
2.1.2. Растровые графические устройства |
38 |
2.2. Конфигурация аппаратных средств |
42 |
2.3. Программные компоненты |
43 |
2.4. САПР на базе Windows |
48 |
Вопросы и задачи |
50 |
Глава 3. Основные концепции графического программирования |
51 |
3.1. Графические библиотеки |
51 |
3.2. Системы координат |
53 |
3.3. Окно и видовой экран |
59 |
3.4. Примитивы |
61 |
3.4.1. Отрезок |
62 |
3.4.2. Многоугольник |
63 |
3.4.3. Маркер |
63 |
3.4.4. Текст |
64 |
3.5. Ввод графики |
66 |
3.6. Дисплейный файл |
66 |
3.7. Матрица преобразования |
67 |
3.7.1. Трансляция |
68 |
3.7.2. Вращение |
69 |
3.7.3. Отображение |
73 |
3.7.4. Другие матрицы преобразования |
77 |
3.8. Удаление невидимых линий и поверхностей |
7~ |
3.8.1. Алгориtм удаления невидимых граней |
7 |
3.8.2. Алгоритм художника |
&u |
Содержание |
|
7 |
|
3.8.3. Алгоритм удаления невидимых линий |
81 |
|
|
3.8.4. Метод z-буфера |
82 |
||
3.9. Визуализация |
84 |
||
3.9.1. Затушевывание |
84 |
||
3.9.2. Трассировка лучей |
89 |
||
3.10. Графический интерфейс пользователя |
90 |
||
3.11. СистемаХ window |
91 |
||
Вопросы и задачи |
92 |
||
Глава 4. Системы автоматизированной разработки чертежей |
96 |
||
4.1. Настройка параметров чертежа |
96 |
||
4.1.1. Единицы измерения |
96 |
||
4.1.2. Размеры чертежа |
97 |
||
4.1.3. Слой |
99 |
||
4.1.4. Сетка и привязка |
100 |
||
4.2. Базовые функции черчения |
100 |
||
4.2.1. Прямая линия |
100 |
||
4.2.2. Окружность и дуга окружности |
101 |
||
4.2.3. спЛайн |
102 |
||
4.2.4. Удаление |
102 |
||
4.2.5. Скругление и снятие фасок |
102 |
||
4.2.6. Штриховка |
103 |
||
4.3. Функции аннотирования |
103 |
||
4.3.1. Простановка размеров |
103 |
||
4.3.2. Примечания |
105 |
||
4.4. Вспомогательные функции |
105 |
||
4.4.1. Копирование |
105 |
||
4.4.2. Окно |
106 |
||
4.4.3. Символы |
106 |
||
4.4.4. Макропрограl'!мирование |
107 |
||
4.4.5. Измерения |
107 |
||
4.4.6. Доnолнителы-tьJе функции |
108 |
||
4.5. Совместимость файлов чертежей |
108 |
||
Вопросы 1'1 |
задачи |
109 |
|
Глава 5. |
Сисrемы геометрического моделирования |
115 |
|
5.1. Системы каркасноrо моделирования |
116 |
||
5.2. Сисrемы поверхносrного моделирования |
117 |
||
5.3. Системы твердотельного моделирования |
118 |
||
5.3.1. Функции моде11ирования |
119 |
||
5.3.2. CтpyJQypa данных |
129 |
||
5.3.3. Оnераторы Эйлера |
144 |
||
5.3.4. Бу11евские операторы |
147 |
||
5.3.5. Расчеr объемНt>IХ nараметров |
148 |
||
5.4. Немногообразные систеt>1ы моделирования |
153 |
||
5.5. Системы моделирования усrройств |
156 |
||
8 |
Содержание |
|
|
5.5.1. Базовые функции моделирования агрегатов |
15б |
||
5.5.2. Просмотр агрегата |
158 |
||
5.5.3. Возможности совместного проектирования |
159 |
||
5.5.4. Использование моделей агрегатов |
159 |
||
5.5.5. Упрощение агрегатов |
1б0 |
||
5.б. Моделирование для Web |
161 |
|
|
Вопросы и задачи . |
1б2 |
||
Глава б. Представление кривых и работа с ними |
164 |
||
б.1. Типы уравнений |
1б4 |
||
б.2. Конические сечения |
1б5 |
||
б.2.1. Окружность и дуга окружности |
1б5 |
||
б.2.2. Эллипс и эллиптическая дуга |
1б7 |
||
б.2.3. Гипербола |
1б8 |
||
б.2.4. Парабола |
1б8 |
||
б.3. Эрмитовы кривые |
1б9 |
||
б.4. Кривая Безье |
171 |
||
б.4.1. Дифференцирование уравнения кривой Безье |
174 |
||
б.4.2. Вычисление кривой Безье |
17б |
||
б.5. В-сплайн |
17б |
||
б.5.1. Вычисление В-сплайна |
184 |
||
б.5.2. Объединение В-сплайнов |
184 |
||
б.5.3. Дифференцирование в-сплайна |
184 |
||
Пример б.5 |
185 |
||
б.б. Неоднородный рациональный В-сплайн |
18б |
||
б.б.1. Вычисление NURВS-кривой |
190 |
||
б.б.2. Дифференцирование NURВS-кривой |
191 |
||
б.7. Интерполяционные кривые |
192 |
||
б.7.1. Интерполяция эрмитовой кривой |
193 |
||
б.7.2. Интерполяция В-сплайном |
19б |
||
б.8. Пересечение кривых |
197 |
||
Вопросы и задачи |
199 |
||
Глава 7. Представление поверхностей и работа с ними |
202 |
||
7.1. Типы уравнений поверхностей |
202 |
||
7.2. Билинейная поверхность |
203 |
||
7.3. Лоскут Куна |
204 |
||
7.4. Бикубический лоскут |
20б |
||
7.5. Поверхность Безье |
209 |
||
7.5.1. Вычисление поверхности Безье |
211 |
||
7.5.2. Дифференцирование поверхности Безье |
212 |
||
7.б. В-сплайновая поверхность |
213 |
||
7.б.1. Вычисление В-сплайновой поверхности |
213 |
||
7.б.2. Дифференцирование В-сплайновой поверхности |
214 |
||
7.7. Поверхность NURBS |
215 |
||
7.8. Интерполяционная поверхность |
|||
219 |
|||
Содержание |
9 |
7.9. Пересечение поверхностей |
221 |
Вопросы и задачи |
222 |
Глава 8. Метод конечных элементов |
225 |
8.1. Введение в метод конечных элементов |
226 |
8.2. Формулировка метода конечных элементов |
229 |
8.3. Моделирование конечных элементов |
240 |
8.4. Автоматическое построение сетки |
244 |
8.4.1. Соединение узлов |
244 |
8.4.2. Топологическое разбиение |
248 |
8.4.3. Геометрическое разбиение |
250 |
8.4.4. Решеточные методы |
251 |
8.4.5. Отображаемые элементы |
254 |
8.4.6. Повышение качества сетки |
257 |
8.5. Пример анализа по методу конечных интервалов |
258 |
Вопросы и задачи |
264 |
Глава 9. Оптимизация |
268 |
9.1. Постановка задачи |
268 |
9.2. Ограничения |
270 |
9.2.1. Внешние штрафные функции |
271 |
9.2.2. Внутренние штрафные функции |
272 |
9.3. Методы поиска |
274 |
9.4. Метод модельной закалки |
277 |
9.4.1. Комбинаторная оптимизация |
277 |
9.4.2. Алгоритм |
278 |
9.4.3. Применения алгоритма модельной закалки |
281 |
9.5. Генетические алгоритмы |
284 |
9.5.1. Основные принципы |
285 |
9.5.2. Реализация |
289 |
9.6. Структурная оптимизация |
291 |
9.6.1. Оптимизация размеров |
292 |
9.6.2. Оптимизация формы |
293 |
9.6.3. Оптимизация топологии |
294 |
Вопросы и задачи |
298 |
Глава 10. Интеграция CAD и САМ |
300 |
10.1. Произведетвенный цикл детали |
300 |
10.2. Технологическая подготовка производства |
301 |
10.2.1. Неавтоматизированный подход |
304 |
10.2.2. Модифицированный подход |
308 |
10.2.3. Генеративный подход |
309 |
10.3. Автоматизированные системы технологической подготовки производства |
310 |
10.3.1. САМ-! САРР |
310 |
10.3.2. MIPLAN и MultiCAPP |
313 |
10.3.3. MetCAPP |
313 |
10 |
Содержание |
|||
|
10.3.4. ICEM-PART |
|
313 |
|
10.4. Групповая технология |
|
314 |
||
|
10.4.1. Классификация и кодирование |
|
315 |
|
|
10.4.2. Существующие системы кодирования |
|
316 |
|
Глава 11. Числовое программное управление |
|
329 |
||
11.1. Введение |
|
329 |
||
11.2. Аппаратная конфигурация станка с ЧПУ |
|
330 |
||
11.3. Типы систем ЧПУ |
|
332 |
||
11.4. Системы NC, CNC, DNC |
|
332 |
||
11.5. Основы составления программ обработки деталей |
|
335 |
||
|
11.5.1. Системы координат |
|
335 |
|
|
11.5.2. Синтаксис программы обработки |
|
337 |
|
11.6. Составление программ вручную |
|
342 |
||
11.7. Автоматизированное составление программ |
|
346 |
||
|
11.7.1. Язык АРТ |
|
347 |
|
|
11.7.2. Прочие языки программирования |
|
360 |
|
11.8. Программирование обработки по базе CAD |
|
361 |
||
|
11.8.1. Построение траекторий |
|
364 |
|
|
11.8.2. Моделирование и проверкатраекторий |
|
369 |
|
Вопросы и задачи |
|
375 |
||
|
Глава 12. Быстрое прототипирование и изготовление |
|
378 |
|
|
12.1. Обзор |
|
378 |
|
|
12.2. Процессы быстрого прототипирования и изготовления |
|
379 |
|
|
12.2.1. Стереолитография |
|
382 |
|
|
12.2.2. Отверждение на твердом основании |
|
384 |
|
|
12.2.3. Избирательное лазерное спекание |
|
385 |
|
|
12.2.4. Трехмерная печать |
|
386 |
|
|
12.2.5. Ламинирование |
|
387 |
|
|
12.2.6. Моделирование методом наплавпения |
|
390 |
|
|
12.2.7. Недорогие станки для быстрого прототипирования и изготовления |
390 |
||
|
12.3. Применение быстрого прототипирования и изготовления |
|
393 |
|
|
12.3.1. Прототипы для оценки проекта |
|
393 |
|
|
12.3.2. Прототипы для функциональной оценки |
|
393 |
|
|
12.3.3. Процессы быстрой инструментовки |
|
395 |
|
|
12.3.4. Примеры специального применения быстрого прототипирования |
|
409 |
|
|
12.4. Процесс стереолитографии |
|
412 |
|
|
12.4.1. Входные геометрические данные |
|
413 |
|
|
12.4.2. Ориентация детали |
|
417 |
|
|
12.4.3. Поддерживающая структура |
|
418 |
|
|
12.4.4. Расщепление и объединение |
|
419 |
|
|
12.4.5. Подготовка |
|
423 |
|
|
12.4.6. Изготовление детали |
|
424 |
|
|
12.4.7. Завершение детали и слив излишков полимера |
|
427 |
|
|
12.4.8. Последующая обработка |
|
427 |
|
Содержание |
|
11 |
12.5. Программные технологии для быстрого прототипирования |
429 |
|
12.5.1. Задачи программ подготовки детали |
430 |
|
Вопросы и задачи |
|
435 |
Глава 13. Виртуальная инженерия |
436 |
|
13.1. Определение виртуальной инженерии |
437 |
|
13.2. Компоненты виртуальной инженерии |
437 |
|
13.2.1. Виртуальное проектирование |
438 |
|
13.2.2. Цифровая имитация |
439 |
|
13.2.3. Виртуальное nрототипирование |
440 |
|
13.2.4. Виртуальный завод |
441 |
|
13.3. Применение виртуальной инженерии |
442 |
|
13.3.1._ Средство проектирования |
443 |
|
13.3.2. Оценка возможности производства |
443 |
|
13.3.3. Оценка и контроль качества |
444 |
|
13.3.4. Оценка и оптимизация производственного процесса |
444 |
|
13.3.5. Планирование производства и продуктов |
444 |
|
13.3.6. Интерфейс для заказчика |
445 |
|
13.3.7. База знаний |
445 |
|
13.3.8. Ко11лективная разработка |
445 |
|
13.4. Родственные технологии |
446 |
|
13.4.1. Интеграция CAD и компьютерного моделирования |
446 |
|
13.4.2. Уnравление степенью детализации и избирательная визуализация |
446 |
|
13.5. Примерь1 nромышленного применения виртуальной инженерии |
448 |
|
13.6. Программные продукты |
450 |
|
13.7. Аппаратура |
|
455 |
13.8. Исследовательские проблемы и препятствия виртуальной инженерии |
459 |
|
Вопросы и задачи |
|
460 |
Глава 14. Сlандарты обмена данными между системами |
462 |
|
14.1. МетодЬI обмена данными технических требований |
462 |
|
14.2. Форма! IGES |
464 |
|
14.3. Форма! DXF |
|
469 |
14.4. Форма! SТЕР |
469 |
|
Вопросы и задачи |
|
473 |
Приложение А. Реал~зация структуры данных полуребер |
474 |
|
Приложение б. |
Реал~зация структуры данных крыльевых ребер |
476 |
Приложение В. |
Операторы Эйлера |
478 |
Приложение Г. |
Пошаговый алгоритм реализации булевекай операции |
492 |
Приложение Д. |
Структура данных и топологические операторы для |
|
немногообразных систем моделирования |
499 |