面向機械領域CAD技術和應用的新發(fā)展，本書對第2版內(nèi)容作了大幅度修改，新增與改寫的內(nèi)容約占全書的2／3。全書共分4篇14章，第1篇為CAD基礎（第1～5章），第2篇為圖形處理基礎（第6、7章），第3篇為建模技術（第8～10章），第4篇為協(xié)同、管理與集成（第11～14章）。本書系統(tǒng)地介紹了計算機輔助設計的基礎知識和應用技術，既保持了內(nèi)容的基礎性，又體現(xiàn)了技術的先進性，同時具有實用性、模塊性和與商用軟件無關性等特點。
本書可作為高等院校機械類各專業(yè)用教材，也可供科研單位和企業(yè)中從事CAD應用的工程技術人員參考。
本書第2版于2003年9月出版，到現(xiàn)在已經(jīng)有4年多了。在此期間，CAD的技術、應用和相關軟件都有了很大發(fā)展，原第2版中的有些內(nèi)容已經(jīng)顯得陳舊，而一些必需的新內(nèi)容又沒有得到反映，因此，更新版本勢在必行。在廣大讀者的熱情鼓勵下，在清華大學出版社的大力支持下，本書第3版與讀者見面了。
第3版繼續(xù)遵循第1版和第2版編寫時的指導思想，即面向機械行業(yè)，將當前CAD應用中的共性問題提煉出來構成全書的內(nèi)容，既要強調(diào)CAD基礎，又要反映CAD應用中的先進技術，以適應培養(yǎng)高素質(zhì)CAD應用人才的需要。
當前國內(nèi)外關于CAD技術方面的書籍有很多，大致可分為三類： 第一類是以某種軟件為背景(例如AutoCAD)的CAD書籍；第二類是以CAD技術基礎為主的書籍； 第三類是CAD/CAM書籍。與第一類書籍相比，本書不與某個具體的CAD軟件綁定，故有明顯不同。與第三類書籍不同的是，本書不涉及CAM內(nèi)容，故在敘述CAD內(nèi)容時有更大的空間。與第二類書籍相比，目標一樣，均以介紹CAD基礎技術為主，但本書以機械行業(yè)為應用背景，在內(nèi)容組織、應用舉例、技術實現(xiàn)等方面體現(xiàn)了機械CAD的特點，更貼近機械類行業(yè)或?qū)I(yè)的讀者。此外，在體現(xiàn)CAD先進技術的章節(jié)中，融入了作者多年的科研成果與經(jīng)驗，具有一些個性化特色。
第3版的主要特點如下。
(1) 基礎性。以機械行業(yè)的CAD應用為背景，將應用中的共性問題作為重點闡述對象，全書中體現(xiàn)基礎的內(nèi)容約占全書2/3，包括CAD基礎、圖形處理基礎與建模技術等，反映了CAD技術的基本原理和方法。
(2) 先進性。引入當前CAD研究與應用中的一些熱點技術，例如，三維參數(shù)化特征建模、變量化設計、協(xié)同設計、產(chǎn)品生命周期管理、產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換、應用系統(tǒng)集成等，內(nèi)容約占全書的1/3，體現(xiàn)了技術的與時俱進。
(3) 實用性。書中采用的應用舉例、習題、商用軟件應用，以及教學過程中所安排的項目訓練等，組成了多樣化的實踐環(huán)節(jié)，體現(xiàn)了課程的實用性。
(4) 模塊性。全書由4個不同主題的模塊（即4篇）組成，每個模塊中的各章又相對獨立，使教師在組織教學時可根據(jù)不同的教學對象選擇不同的模塊與章節(jié)。
第1篇CAD基礎，包括CAD技術概論、CAD系統(tǒng)、工程手冊的數(shù)據(jù)處理、機械CAD中常用的數(shù)據(jù)結構、信息存儲與管理共5章。
第2篇圖形處理基礎，包括圖形變換、圖形技術基礎共2章。
第3篇建模技術，包括二維幾何建模方法、三維建模技術、裝配建模技術共3章。
第4篇協(xié)同、管理與集成，包括產(chǎn)品協(xié)同設計技術、產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術、產(chǎn)品數(shù)據(jù)與產(chǎn)品生命周期管理技術、3C/PDM集成技術共4章。
(5) 與商用軟件無關性。某些章節(jié)以舉例的方式簡略地介紹了一些相關軟件，但全書不依賴于某個商用軟件，不與某個商用軟件綁定，不著力介紹某種軟件的詳細操作與使用，而將重點放在CAD技術的理論與方法上，軟件操作留在實踐環(huán)節(jié)中解決，以利于學生掌握CAD技術的基礎和培養(yǎng)獨立工作的能力。
與第2版相比，新增與改寫的內(nèi)容約占全書2/3。第10章裝配建模技術、第11章產(chǎn)品協(xié)同設計技術，以及第13章中的產(chǎn)品生命周期管理技術為新增內(nèi)容。第1, 2, 5, 7, 8, 9, 12, 13章，改寫的力度均較大。
本書的授課時間仍為50小時左右，有些章節(jié)可不作教學要求，供學生自學。
本書可作為高等學校教學用書，也可作為技術參考書，讀者對象以大專院校學生及工程技術人員為主。
第3版書中的第1, 2, 3, 9, 12, 13, 14章由童秉樞編寫，第4, 8, 10章由李學志編寫，第6, 7章由吳志軍編寫，第5, 11章由馮涓編寫，全書由童秉樞負責匯總與整理。由于作者的學識有限，書中難免存在不足或疏漏之處，敬請讀者批評指正。
第1篇 CAD基礎
1 CAD技術概論3
1.1 機械設計概述3
1.2 CAD技術的內(nèi)涵4
1.3 CAD技術在我國制造業(yè)中的應用7
1.4 CAD技術的發(fā)展簡史10
1.5 CAD技術的發(fā)展趨勢11
習題13
2 CAD系統(tǒng)14
2.1 CAD系統(tǒng)的構成與配置形式15
2.1.1 系統(tǒng)的基本組成15
2.1.2 計算機類型15
2.1.3 CAD系統(tǒng)的配置形式16
2.2 CAD系統(tǒng)的硬件21
2.2.1 計算機主機21
2.2.2 外存儲器22
2.2.3 圖形輸入設備22
2.2.4 圖形輸出設備24
2.2.5 圖形顯示設備29
2.3 CAD系統(tǒng)軟件34
2.3.1 系統(tǒng)軟件34
2.3.2 CAD支撐軟件36
2.3.3 CAD圖形支撐軟件的發(fā)展37
2.3.4 典型CAD軟件簡介38
習題40
3 工程手冊的數(shù)據(jù)處理41
3.1 數(shù)表的程序化42
3.1.1 6個實例42
3.1.2 一元函數(shù)的插值46
3.1.3 二元函數(shù)的插值48
3.2 線圖的程序化52
3.3 建立經(jīng)驗公式的方法53
3.3.1 最小二乘法擬合的基本思想53
3.3.2 最小二乘法的多項式擬合54
3.3.3 最小二乘法的其他函數(shù)的擬合56
3.3.4 列主元素高斯消去法求解線性聯(lián)立方程57
習題62
4 機械CAD中常用的數(shù)據(jù)結構63
4.1 基本概念63
4.2 線性表64
4.2.1 線性表的順序存儲結構65
4.2.2 線性表的鏈式存儲結構67
4.3 棧75
4.3.1 棧的結構75
4.3.2 棧的運算75
4.3.3 棧的應用舉例76
4.4 樹79
4.4.1 樹的邏輯結構79
4.4.2 樹的存儲結構79
4.4.3 樹的應用舉例80
4.5 二叉樹81
4.5.1 二叉樹的邏輯結構81
4.5.2 二叉樹的存儲結構82
4.5.3 二叉樹的遍歷82
4.5.4 樹的二叉樹表示84
4.5.5 二叉樹的應用舉例84
習題87
5 信息存儲與管理88
5.1 基本概念89
5.2 文件系統(tǒng)89
5.2.1 順序文件90
5.2.2 索引文件90
5.2.3 多重鏈表文件92
5.2.4 倒排文件93
5.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)94
5.3.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要特征94
5.3.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本組成96
5.3.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結構97
5.3.4 數(shù)據(jù)模型98
5.4 關系型數(shù)據(jù)庫和SQL語言99
5.4.1 數(shù)據(jù)庫對象99
5.4.2 SQL語言100
5.5 SQL Server關系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)101
5.5.1 SQL Server 2000的啟動和常用工具101
5.5.2 數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建和管理104
5.5.3 表的創(chuàng)建和管理109
5.5.4 表中數(shù)據(jù)的管理112
5.5.5 數(shù)據(jù)的查詢117
5.5.6 創(chuàng)建和修改索引121
5.5.7 創(chuàng)建和修改視圖123
5.6 工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)簡介125
5.6.1 工程數(shù)據(jù)分析125
5.6.2 工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要特點126
習題127
第2篇 圖形處理基礎
6 圖形變換131
6.1 圖形變換的方法131
6.1.1 構成圖形的基本要素及其表示方法131
6.1.2 點的變換132
6.2 二維圖形幾何變換132
6.2.1 二維基本變換132
6.2.2 二維組合變換140
6.3 三維圖形幾何變換143
6.3.1 三維基本變換矩陣143
6.3.2 三維基本變換144
6.3.3 三維基本變換矩陣的組合148
6.4 三維圖形投影變換150
6.4.1 平行投影變換151
6.4.2 透視投影變換157
習題163
7 圖形技術基礎164
7.1 坐標系164
7.1.1 世界坐標系165
7.1.2 觀察坐標系165
7.1.3 規(guī)格化設備坐標系165
7.1.4 設備坐標系166
7.2 圖形的輸出166
7.2.1 窗口與視區(qū)166
7.2.2 窗口視區(qū)變換167
7.2.3 二維圖形的輸出流程168
7.2.4 三維形體的輸出流程169
7.3 二維圖形的裁剪169
7.3.1 點的裁剪169
7.3.2 直線段的裁剪170
7.4 隱藏線和隱藏面的消除174
7.4.1 隱藏線和隱藏面問題174
7.4.2 消隱算法中的基本測試方法176
7.4.3 z向深度緩沖區(qū)算法179
7.4.4 掃描線算法179
7.4.5 循環(huán)細分算法180
7.5 圖形標準181
7.5.1 圖形核心系統(tǒng)183
7.5.2 程序員級層次結構交互式圖形系統(tǒng)183
7.5.3 開放式圖形庫184
7.5.4 Direct3D191
7.5.5 Java 3D192
7.5.6 三維幾何造型引擎ACIS197
習題199
第3篇 建 模 技 術
8 二維幾何建模方法203
8.1 交互幾何建模203
8.1.1 AutoCAD圖形系統(tǒng)簡介203
8.1.2 交互幾何建模的一般步驟219
8.1.3 交互幾何建模實例219
8.2 參數(shù)化幾何建模225
8.2.1 圖形參數(shù)化225
8.2.2 參數(shù)化幾何建模的編程實現(xiàn)227
8.2.3 參數(shù)化幾何建模的非編程實現(xiàn)229
8.3 形狀特征拼合法幾何建模233
8.3.1 形狀特征的概念與確定233
8.3.2 形狀特征拼合法的編程實現(xiàn)234
8.4 二維裝配圖建模240
8.4.1 裝配圖設計方法概述240
8.4.2 裝配圖中的隱藏線處理241
8.4.3 裝配圖建模實例242
習題245
9 三維建模技術248
9.1 三維建模的基本概念248
9.1.1 幾何建模概述248
9.1.2 三維建模系統(tǒng)的3種幾何模型250
9.1.3 實體模型的3種建模方法255
9.2 產(chǎn)品的三維設計257
9.2.1 零件的三維設計257
9.2.2 產(chǎn)品的三維設計過程259
9.3 實體建模技術260
9.3.1 三維實體表示方法260
9.3.2 實體造型的理論基礎267
9.3.3 基于體素法的實體建模系統(tǒng)簡介275
9.4 特征建模技術288
9.4.1 特征建模概述288
9.4.2 特征定義288
9.4.3 形狀特征的分類289
9.4.4 基于特征的零件信息模型291
9.4.5 特征建模的方法及其實現(xiàn)292
9.4.6 Autodesk Inventor軟件的特征建模功能簡介293
9.5 參數(shù)化與變量化設計技術311
9.5.1 參數(shù)化設計與變量化設計的基本概念311
9.5.2 變量化設計中的方程組整體求解法318
9.5.3 商用CAD系統(tǒng)參數(shù)化設計功能舉例320
習題323
10 裝配建模技術326
10.1 概述326
10.2 裝配關系的表達327
10.3 裝配建模的模式331
10.4 裝配建模的方法332
10.4.1 自底向上的裝配建模方法332
10.4.2 自頂向下的裝配建模方法335
10.5 產(chǎn)品裝配模型的應用舉例339
習題341
第4篇 協(xié)同、管理與集成
11 產(chǎn)品協(xié)同設計技術347
11.1 產(chǎn)品協(xié)同設計概述348
11.1.1 產(chǎn)品協(xié)同設計的產(chǎn)生背景348
11.1.2 協(xié)同設計的定義和基本理論350
11.1.3 協(xié)同設計的體系結構352
11.2 協(xié)同設計的關鍵技術354
11.2.1 共享知識的表達與語義一致化354
11.2.2 產(chǎn)品設計信息的集成與共享354
11.2.3 沖突的管理358
11.2.4 協(xié)同設計環(huán)境360
11.3 協(xié)同設計系統(tǒng)應用舉例362
11.3.1 網(wǎng)絡化產(chǎn)品協(xié)同設計支持系統(tǒng)362
11.3.2 AutoCAD軟件的協(xié)同設計功能363
11.3.3 SolidWorks軟件的協(xié)同設計功能367
11.3.4 基于Web的新的三維造型系統(tǒng)369
習題370
12 產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術371
12.1 產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換的方式372
12.2 DXF文件的圖形數(shù)據(jù)交換373
12.2.1 DXF概述373
12.2.2 DXF文件的輸入和輸出命令374
12.2.3 DXF文件的結構374
12.2.4 基于DXF文件的應用開發(fā)383
12.3 IGES文件的圖形數(shù)據(jù)交換387
12.3.1 IGES標準概述387
12.3.2 IGES產(chǎn)品模型387
12.3.3 IGES文件的結構388
12.3.4 IGES應用中存在的問題389
12.4 STEP標準390
12.4.1 STEP標準概述390
12.4.2 STEP標準的基本內(nèi)容391
12.4.3 描述方法391
12.4.4 集成信息資源392
12.4.5 應用協(xié)議394
12.4.6 實現(xiàn)方法395
12.4.7 STEP應用398
12.5 其他格式的數(shù)據(jù)交換400
習題400
13 產(chǎn)品數(shù)據(jù)與產(chǎn)品生命周期管理技術402
13.1 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理403
13.1.1 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的概念403
13.1.2 PDM系統(tǒng)的體系結構403
13.1.3 PDM系統(tǒng)的主要功能404
13.2 產(chǎn)品生命周期管理414
13.2.1 產(chǎn)品生命周期管理的概念414
13.2.2 PLM的特點415
13.2.3 PLM系統(tǒng)的功能框架415
13.2.4 PLM與PDM的關系416
13.3 PLM/PDM軟件產(chǎn)品簡介416
13.3.1 Windchill416
13.3.2 Teamcenter420
13.3.3 國產(chǎn)PLM/PDM產(chǎn)品422
13.4 PLM/PDM系統(tǒng)的實施424
13.4.1 PLM/PDM實施的內(nèi)容424
13.4.2 PLM/PDM實施的步驟424
13.4.3 PLM/PDM實施的信息建模426
13.4.4 PLM/PDM實施的階段431
13.4.5 應用實施舉例431
習題433
14 3C/PDM集成技術434
14.1 3C集成概述434
14.1.1 3C集成的概念434
14.1.2 3C集成的內(nèi)容435
14.1.3 3C內(nèi)部集成存在的問題與解決辦法436
14.2 CAD/CAPP的集成方法439
14.2.1 CAPP的概念、功能與作用439
14.2.2 CAPP系統(tǒng)的類型440
14.2.3 CAD/CAPP的集成方法441
14.3 CAPP/CAM的集成方法443
14.3.1 CAM的概念、功能與作用443
14.3.2 數(shù)控編程方法簡述444
14.3.3 CAD/CAPP/CAM集成的概念模型446
14.3.4 CAPP/CAM的集成方法446
14.4 3C/PDM的集成方法448
14.4.1 PDM應用集成的3個層次448
14.4.2 3C/PDM集成的信息流分析450
14.4.3 3C/PDM集成的體系結構451
14.4.4 3C/PDM集成的實現(xiàn)方法452
14.5 集成系統(tǒng)舉例452
14.5.1 示例1--3C集成452
14.5.2 示例2--3C/iMAN集成454
習題456
縮略語解釋457
參考文獻460
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