13.1.2 CAD系统体系架构
以天喻软件等六家单位申请项目“某航空集团企业创新设计平台”为例
用户1 用户2 用户3 用户n
其 它 应 用
数字化协同工作平台
专业 应用层
人 复合 航空 航空 专用 航空 航空 航空 航空 机 知识 材料 钣金 工装 管路 电器 布线 数字 工 处理 设计 设计 设计 设计 设计 设计 样机 程
API接口
约 束 求 解 引 擎 几 何 建 模 引 擎 通 用 图 形 管 理 基 础 算 法 类 库 知 识 推 理 引 擎 优 化 设 计 引 擎 其 它 基 础 类 库
基础 核心层
基 于 组 件 的 二 次 开 发 接 口
与ERP、 CRM、 SCM等其它 系统接口
与其它CAD/CAM 系统接口 （CATIA、UG、 Pro/E等）
实体造型功能：草图定义、编辑、约束、导航等；基本体素、自定义体素、体素库
（体素库建立、查询、删除等维护）；实体生成方法（平扫、旋转扫、广义扫、拔 模、抽壳及其它方法）；布尔运算（并、交、差）；局部操作（剖切、圆角、倒角、 局部拉伸）；实体编辑（拷贝、镜像、阵列、删除、回退与重作、平移、旋转、缩 放、几何元素查询、几何信息的修改）；曲面转实体；三维实体向二维的转换（生 成轮廓图及消隐）；实体体积、质量、质心、惯性矩等计算 。
系统综合管理功能
用户界面：文字或图符菜单、下拉式菜单、动态弹出式菜单、对话框、命令语言、 数字化仪、鼠标器、功能键、快捷键、提示信息、出错信息、动态导航功能等。 图形显示：视像定义与修改、多视口显示、动态显示、视图的管理、透明命令、图 形缩放（Z00M）、图形曳移；曲面和线框图显示及轮廓图显示；实体及特征的真实 图与简图显示（简图用于二维及三维布置）；正投影图、轴测图、透视图、剖切图、 消隐图；渲染图（真实感图）；图像文件输出（GIF等光栅文件格式）。 视图管理：视图投影设置、二维视图布局，标准视图和自定义视图输出、剖视，图 层控制功能。 图纸输出：按比例输出图形及自动按图纸设定输出比例；输出图形预览及终止预览； 对多张图纸进行编辑打印；绘图输出控制线型及粗细；打印机、绘图机驱动。
延伸、修整、拼接、求交等；过渡、等距曲线和线性变距曲线；曲线变换（平移、 旋转、镜像、阵列等）；曲线分析与计算（切矢、曲率、坐标值反求参数值）等。 曲面造型功能：曲面求交、延伸；直纹面、旋转面、扫成面、点阵面、NURBS曲面； 给定边界定义曲面；曲面和变距曲面；曲面过渡、拼接、光顺、剪裁、修型；曲面 分析与计算（切矢、法矢、曲率、坐标值反求U，V参数）；取子曲面片、曲面轮廓 线、曲线在曲面上的投影；散乱点插值、数据预处理、特征点提取及光顺等。
该系统针对某大型集团企业的创新设计需求，不仅需要强大的通用功能，同时也需 要较强的专业化设计功能，系统功能复杂。为此，采用四层体系结构，其中：
装配建模功能
装配建模：装配环境下的零件建模，零件导入、抑制、取消，装配约束管理（装配 约束定义、装配约束求解），零件干涉检查，装配爆炸图生成等。
装配管理：装配结构树维护，生成零件BOM表。
扩展功能：可装配性评价、装配动画仿真、机构运动仿真。
二维工程图功能（参见第4讲二维CAD系统，略） 三维零件、装配与二维工程图关联功能
以国家863国产三维CAD系统评测要求为例，三维CAD基本 功能需求：
三维零件参数化特征建模功能
二维工程图功能
三维零件装配功能 三维零件、装配与二维工程图关联功能 数据接口功能 系统综合管理功能 系统性能需求
三维零件参数化特征建模功能
线框造型：基本几何定义；曲线插值逼近；NURBS曲线；曲线组合、打断、光顺、
零件、装配、工程图关联：三维模型变化则装配模型及二维图形自适应变化；二维 图形主要参数变化则三维模型与装配模型自适应变化；装配模型变化则三维模型与 二维图形自适应变化。
数据接口准接口（如IGES、STEP等）；具有某种工业标
准接口（如DXF、X_T、SAT、STL、VRML等）。
第13讲 三维CAD系统关键技术 及二次开发简介
13.1．CAD系统功能需求及体系架构
13.1.1 三维CAD系统功能需求 13.1.2 三维CAD系统体系架构
13.2．CAD系统开发技术（选学）
13.3．CAD系统二次开发技术
13.3.1 基于通用CAD平台的开发（选学）
13.3.2 工程数据处理组件开发
API接口
通用 平台层
概 念 设 计
工 程 绘 图
零 件 设 计
装 配 设 计
钣 金 设 计
逆 向 工 程
运 动 仿 真
干 涉 分 析
工 艺 设 计
加 工 平 台
车 削 加 工
铣 加 可制 削 工 造性 加 仿 分析 工 真
其 它 工 具
草图 曲面 设计 建模
特征 工业 建模 渲染
设计资源 零部件管 知识处理 管理机制 理机制 机制
13.3.4 专业化应用组件开发（选学）
本章目的
1．了解三维CAD系统的需求及架构 2、掌握工程数据常用处理方法 3、了解三维CAD系统开发方法及二次 开发过程
13.1 CAD系统功能需求及体系架构
13.1.1 CAD系统功能需求
目前最流行的三维CAD系统
Solid Edge
Inventor
UG NX CATIA Pro/E
美、法等国的CAD软件技术一直走在世界的前沿，它们拥有许 多世界闻名的CAD/CAM系统，这些系统具备十分强大的功能。 国内:清华大学、北航、新舟、浙大、华工
真正的产品创新设计有赖于三维CAD的应用；
三维CAD采用直观的三维模型表达方式，能直观清晰地描绘更复杂的产 品结构，能方便地将设计、分析、工艺和辅助制造系统相连接；CAD是 CAE、CAPP、 CAM集成的基础； 三维CAD软件可大幅度的减少设计错误，提高产品设计质量，缩短产品 研发周期。
各 种 数 据 交 换 接 口
标准数据接口 （IGES、 STEP、SAT、 X_T、DXF、 VRML等） 工程分析系统 接口 （NASTRAN、 ANSYS、CFD ADAMS等） 办公自动化软件 接口 （Word、Excel 等）
CAX/PDM应用接口总线 PDM/PLM 系统支撑软件（数据库、操作系统等）