圖書信息
計算機輔助設計與製造（第2版）ISBN：9787302133728
定價：48元
印次：1-1
裝幀：平裝
印刷日期：2006-9-30
圖書簡介
本書通過一系列精心選擇的有關設計方面的主題和分析方法來為學生了解設計和製造提供了必要的基礎知識。本書敘述清晰、簡明，並提供了眾多示例，使學生和工程師們能夠更好地掌握書中介紹的內容。
圖書前言
本書的特點是通過示例來講解，即在介紹每一主題後均提供說明相關概念的例子。本書介紹的基本工程概念並不涉及具體的軟體。 在對本書介紹的某些內容給予補充時，本書允許學生利用MATLAB來完成練習，從而使他們了解CAD的多學科性，以及書中的某些設計或分析可以用其他語言來編寫程式。之所以可以這樣做，是因為供應商使不同的系統之間傳輸檔案已變得越來越簡單，而且在某些情況下能夠集成不同的分析工具來使學生和工程師與軟體進行互動，以滿足他們的工程需求。在變數化設計和參數化設計中確實是這樣的。在這些設計中，工程方程是某些產品的幾何表示與設計的核心。
本書主要用於CAD教學(雖然在有限元介紹中涉及桁架分析以外的內容)。用一個學期的時間很難學完本書的全部內容。授課教師應根據課程和實驗需要來選擇具體的教學內容。例如，美國芝加哥伊利諾斯大學的CAD課程要求有實驗部分，即給學生不同的題目，用一周的時間來掌握CAD軟體(如ProE或IDEAS)的使用。最後一個實驗題目難度較大，通常需要某些形式的分析和動畫。作者希望在教學中增加有限元方面的內容，教師不僅要講解簡單的桁架問題，而且還能夠介紹熱傳導、FEM基本原理以及振動方面的內容，以拓寬分析範圍。這樣可以使高年級學生通過將他們所學的大多數知識相結合來學習FEM，同時還可以說明藉助於功能強大的FEM技術所能夠完成的工作。對本科生和一年級研究生採用這種教學模式非常成功，因為他們能夠通過本教科書來學習分析中涉及的基本概念，以便能夠利用諸如ANSYS、IDEAS、CATIA等有限元工具進行工程分析。
本書共分15章，內容包括設計、三維變換與幾何處理、表面創建、實體造型、最佳化、有限元、機器人經濟學以及CAD實現等內容。
第1章介紹CAD技術的發展歷史，並介紹了在 程環境中套用的虛擬現實技術。第2章介紹了設計過程中的不同階段，並提供了說明如何完成這些階段的許多實例。本章的特點是介紹了參數化設計和變數化設計的概念。書中強調了要儘可能採用這些技術，因為在不遠的將來，它們有可能成為標準。當通過CAD系統參與設計和製造過程以解決問題描述、綜合、概念化以及分析方面的問題時，人和機器相結合是一個有效的工具。當學生對CAD技術有基本的了解後，就可以學習第2章的內容。建議教師和讀者花一些時間來學習第2章中的例子，並創建自己的例子來體會這些工具的優點。
第3章介紹二維變換、三維變換以及幾何處理，並對二維圖像和三維圖像進行了深入的分析。第4章介紹樣條曲線、參數化和非參數化曲線以及Bezier曲線和曲面。本章提供了一些例子來幫助學生掌握各個概念的套用。根據學生的掌握程度，可以省略或簡要介紹其中的一些內容。
第5章介紹實體造型的概念以及造型時需要的各種構造技術與表示方法。學生可以通過在實驗室利用CAD創建實體模型來掌握其中的某些概念。
第6章介紹各種最佳化技術，並介紹一些基本概念來說明如何建立目標函式、定義合適的約束條件以及選擇分析工具來解決問題。本章重點是常用的最佳化技術，因此高年級本科生和一年級研究生會熟悉這些技術的使用。
第7章~第10章為低年級和高年級學生介紹有限元方法。書中介紹的內容並不涉及繁瑣的微積分，這也是本書的一大特點。如果課程教學的重點是分析，那么可以介紹這全部4章的內容，否則可以有選擇地介紹FEM。可以介紹的內容有應力分析、熱傳導、動態分析以及振動，或者只是介紹第7章給出的FEM基本公式。這些章節中介紹的例子解決的均是實際問題，這有助於培養學生對FEM的濃厚興趣。
第11章~第15章介紹計算機輔助製造，重點介紹學生感興趣的內容，如機器人與經濟影響、成組技術、計算機集成製造。這些是集成CAD和CAM時需要掌握的內容。
本書適用於高低年級本科生以及對計算機輔助設計知之甚少的一年級研究生。本書假設學生已有一些編程經驗，並且在大學一年級的製圖課程學習中對CAD的基本概念有所了解。本書適用於滿足其專業要求的大學本科生。通過學習本書，學生能夠掌握各種設計技術(如參數化設計和變數化設計)，並能夠對FEM的工作原理和如何將FEM用於各種工程套用有更好的了解。
圖書目錄
第1章 數字計算機的發展歷史 1
1.1 簡介 1
1.2 計算機歷史 1
1.3 計算機的分類 4
1.4 計算機硬體 6
1.5 程式語言 6
1.5.1 低級語言 6
1.5.2 高級語言 6
1.6 CAD的歷史 7
1.6.1 CAD圖形生成器 11
1.6.2 CAD程式的目的 11
1.6.3 CAD軟體的繪圖功能 12
1.7 計算機在未來的作用 12
參考文獻 15
第2章 計算機輔助設計 17
2.1 簡介 17
2.2 傳統設計方法 17
2.3 設計過程描述 18
2.3.1 問題定義 19
2.3.2 概念化 19
2.3.3 綜合 20
2.3.4 分析 20
2.4 計算機輔助設計 24
2.4.1 繪圖與設計 24
2.4.2 線框造型 25
2.4.3 幾何造型 25
2.5 參數化設計與變數化設計 26
2.5.1 參數化設計系統 26
2.5.2 變數化設計系統 30
2.6 工程分析與CAD 36
2.6.1 解析法 36
2.6.2 實驗法 38
2.7 計算機輔助工程(CAE) 40
2.8 CAE中的集成資料庫管理系統 41
2.9 CAE產品開發 42
2.10 CAE實現 42
2.11 基於模擬的設計 43
參考文獻 46
第3章 對象的變換與處理 48
3.1 簡介 48
3.2 變換矩陣 50
3.3 二維變換 50
3.4 繞原點任意旋轉 52
3.5 以不同角度旋轉 52
3.6 組合變換 53
3.7 二維平移 53
3.8 向二維平面投影 54
3.9 恆等比例變換 55
3.10 繞任意點旋轉 56
3.11 二維反射 59
3.11.1 相對於任意點反射 60
3.11.2 相對於任意軸反射 61
3.12 三維變換 62
3.13 三維比例變換 63
3.14 對象的三維旋轉 65
3.14.1 繞y軸旋轉 67
3.14.2 繞z軸旋轉 67
3.14.3 繞x軸旋轉30o 68
3.14.4 繞y軸旋轉30o 69
3.14.5 繞z軸旋轉30o 69
3.15 三維反射與圖像鏡像 70
3.16 三維平移 73
3.17 繞任意軸的三維旋轉 74
3.18 三維可視化 81
3.19 正三軸測投影 81
3.20 等軸測投影 85
參考文獻 90
第4章 曲線與曲面 91
4.1 直線擬合 91
4.2 用冪函式進行非線性曲線擬合 94
4.3 用高次多項式進行曲線擬合 96
4.4 Chebyshev多項式擬合 98
4.5 離散系統的傅立葉級數 100
4.6 三次樣條曲線 106
4.7 三次拋物線樣條曲線 107
4.8 非參數化三次樣條曲線 113
4.9 邊界條件 115
4.9.1 自然樣條曲線 115
4.9.2 箝位樣條曲線 115
4.10 Bezier曲線 116
4.11 Bezier曲線方程的微分 118
4.12 B樣條曲線 119
4.13 非均勻有理B樣條(NURBS)曲線 121
4.14 創建面 123
4.15 平面 123
4.16 直紋面 124
4.17 矩形面 124
4.18 旋轉面 125
4.19 套用軟體 125
參考文獻 129
第5章 實體造型 130
5.1 簡介 130
5.2 實體構造技術 130
5.2.1 布爾操作 131
5.2.2 掃略 132
5.2.3 自動創建圓角和倒角 132
5.2.4 微調 133
5.2.5 線框模型和投影的充實 133
5.3 表示方案 133
5.3.1 實例化法 133
5.3.2 邊界表示法 134
5.3.3 構造實體幾何法 135
5.3.4 格線分解法 137
5.4 實體造型的套用 139
參考文獻 144
第6章 最佳化技術 146
6.1 簡介 146
6.2 系統建模 146
6.3 設計最佳化 149
6.3.1 最佳化設計的表述 149
6.3.2 設計參數 149
6.3.3 約束 149
6.3.4 評價 150
6.4 最優設計概念 151
6.5 無約束最佳化 152
6.6 有約束最佳化問題 156
6.7 斐波納契(Fibonacci)法 160
6.8 牛頓(Newton)法 166
6.9 線性規劃 167
6.10 幾何規劃 168
6.11 其他最佳化技術 169
參考文獻 172
第7章 有限元法介紹 174
7.1 簡介 174
7.2 有限元法的基本概念 175
7.3 勢能公式 183
7.4 閉式解 186
7.5 加權殘值法 188
7.6 伽遼金法 189
參考文獻 191
第8章 桁架——有限元法 193
8.1 桁架分析簡介 193
8.2 有限元公式 193
8.3 局部剛度矩陣的特性 196
8.4 整體剛度矩陣 197
8.5 桁架問題的解 201
8.6 局部力的計算 204
8.7 應力分析 208
8.8 力與位移的關聯矩陣 209
8.9 三維桁架分析 211
參考文獻 215
第9章 熱傳導分析——有限元法 216
9.1 簡介 216
9.2 一維單元 216
9.3 有限元表述 217
9.3.1 邊界條件的作用 221
9.3.2 附加約束的處理 221
9.3.3 有限差分法 225
9.4 兩單元桿的熱傳導分析 226
9.5 N單元整體剛度矩陣 228
9.6 二維熱傳導分析 231
9.7 單元傳導矩陣 234
9.8 單元受力函式 235
9.9 FEM與最佳化 243
參考文獻 249
第10章 動態分析——有限元法 251
10.1 簡介 251
10.2 單元剛度和質量矩陣 251
10.3 軸向變形 253
10.3.1 運動的一單元方程 253
10.3.2 運動的三單元方程 254
10.4 梁的彎曲變形或橫向變形 255
10.5 柏努利梁 260
10.6 力矢量 261
10.7 邊界條件 263
10.8 平面梁結構 264
10.9 特徵值問題 265
10.10 模態分析 269
參考文獻 275
第11章 工業機器人 277
11.1 簡介 277
11.2 機器人的結構 278
11.2.1 機械手 278
11.2.2 控制器 280
11.2.3 動力部分 281
11.3 機器人編程 282
11.3.1 在線上編程 282
11.3.2 脫機編程 283
11.4 程式語言 283
11.5 機器人的感測系統 286
11.5.1 機器人感測器的分類 287
11.5.2 視覺系統 288
11.5.3 其他感測器 289
11.6 機械爪設計基礎 290
11.7 機器人在空間的定位 292
11.8 定義機器人的工作空間 295
11.9 機器人與計算機輔助設計 297
參考文獻 300
第12章 機器人經濟學 301
12.1 簡介 301
12.2 經濟上的合理性 302
12.2.1 投資回收期 302
12.2.2 生產率回收期公式 303
12.3 套用機器人的合理性論證 304
12.4 機器人套用 308
12.4.1 焊接 308
12.4.2 噴漆和拋光 309
12.4.3 為設備裝料 310
12.4.4 裝配 310
12.4.5 機械加工 311
12.5 機器人的選擇與實施 312
參考文獻 313
第13章 成組技術 314
13.1 簡介 314
13.2 零件的分類與編碼 314
13.2.1 零件簇 314
13.2.2 設計檢索 315
13.2.3 編碼系統的結構 315
13.2.4 不同類型的代碼 316
13.2.5 現有的編碼系統 316
13.3 一個提出的分類系統 321
13.3.1 通用碼 322
13.3.2 專用碼 322
13.3.3 提出的分類系統的分類方法 322
13.4 工作單元 323
13.4.1 工作單元的類型 324
13.4.2 工作單元中工具機的排列 325
13.5 計算機編碼與信息檢索 328
13.5.1 零件編碼 328
13.5.2 信息檢索 328
13.6 成組技術的優點 332
參考文獻 333
第14章 計算機集成製造 336
14.1 簡介 336
14.2 CIM的目標 337
14.3 企業與產品的建模 338
14.4 CIM架構 339
14.4.1 開放式系統互連模型(OSI) 340
14.4.2 製造自動化協定(MAP) 341
14.5 計算機輔助工藝規劃(CAPP) 342
14.5.1 檢索型CAPP 342
14.5.2 生成型CAPP 342
14.5.3 常用的工藝規劃系統 343
14.6 CIM中的計畫與控制 346
14.6.1 物料需求計畫 346
14.6.2 製造資源計畫 347
14.7 生產能力計畫 347
14.8 資料庫管理系統 348
14.8.1 層次資料庫 348
14.8.2 關係資料庫 348
14.8.3 資料庫管理 348
14.9 CIM的實施 349
14.10 CIM實施的成本 349
參考文獻 350
第15章 CAD/CAM系統的實施 351
15.1 簡介 351
15.2 對CAD/CAM的誤解 351
15.3 CAD/CAM系統的選擇 352
15.4 實施CAD/CAM的實際利益 352
15.5 費用 353
15.6 選擇供應商 354
15.7 測試系統 355
15.8 CAD/CAM市場 355
參考文獻 356
附錄A 矩陣 357
A.1 定義 357
A.2 矩陣的表示與主要類型 357
A.2.1 矩陣的階數 357
A.2.2 行矩陣 357
A.2.3 列矩陣 357
A.2.4 矩形陣和方陣 358
A.2.5 單位矩陣 358
A.2.6 空矩陣 358
A.2.7 轉置矩陣 358
A.2.8 逆矩陣 358
A.2.9 正交矩陣 358
A.2.10 子式、代數餘子式、伴隨矩陣 359
A.2.11 對稱矩陣 360
A.2.12 斜對稱矩陣 360
A.2.13 矩陣的跡 360
A.3 行列式 361
A.3.1 行列式的性質 362
A.3.2 矩陣的奇異性 362
A.4 矩陣分塊 362
A.5 矩陣運算 362
A.5.1 加法 362
A.5.2 減法 363
A.5.3 乘法 363
A.6 矩陣定律 364
A.6.1 交換律 364
A.6.2 分配律 364
A.6.3 結合律 364
A.7 求逆陣的方法 364
A.7.1 求2×2矩陣的逆陣 364
A.7.2 求3×3矩陣的逆陣 365
A.8 解聯立線性方程 367
參考書目 370
