《CAD技术基础》课程大纲.docx
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《CAD技术基础》课程大纲
《CAD技术基础》课程教学大纲
一、课程名称（中英文）
中文名称：
CAD技术基础
英文名称：
FoundationofCADTechnology
二、课程编码及性质
课程编码：
0800916
课程性质：
专业选修课，限定选修课
三、学时与学分
总学时：
32
学分：
2.0
四、先修课程
计算机与程序设计基础、工程制图、机械原理、机械设计
五、授课对象
本课程面向材料成型及控制工程专业学生开设，也可以供材料科学与工程专业和电子封装技术专业学生选修。
六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）
本课程是本专业的限定选修课程之一，其教学目的主要包括：
1.系统全面掌握计算机辅助设计（CAD）的基本原理与方法，具备应用这些知识分析、解决工程机械设计中的三维模型建立能力；
2.通过课程学习与上机实验，掌握一般CAD/CAM软件的架构和开发方法；
3.通过上机实验，使学生能够将基础理论应用到实践中，提高学生综合分析能力和动手解决实际工程问题的能力；
4．了解CAD技术的发展前沿，掌握其发展特点与动向，为今后研发模具或高端材料成型装备奠定基础。
表1课程目标对毕业要求的支撑关系
毕业要求及其指标点
本课程目标对毕业要求的支撑关系
毕业要求
指标点
毕业要求1：
工程知识
能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题。
1.1掌握了用于解决材料成型及控制工程复杂问题的数学基础知识。
1.2掌握了用于解决材料成型及控制工程复杂问题的物理、化学等自然科学基础知识。
1.3掌握了用于解决材料成型及控制工程复杂问题的工程力学基础知识。
1.4掌握了用于解决材料成型及控制工程复杂问题的工程检测与控制基础知识。
1.5系统掌握了专业知识，能够将所学知识用于解决材料成型及控制工程复杂问题。
课程目标1、
课程目标3
毕业要求2：
问题分析
能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。
2.1能够应用工程数学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。
如：
复杂的模具设计。
课程目标3、
课程目标4
2.2能够应用物理、化学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，获得有效结论。
如：
物理综合实验。
2.3能够应用力学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，获得有效结论。
如：
工程力学综合实验。
2.4能够应用工程科学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，获得有效结论。
如：
工程控制实验中的建模与分析。
毕业要求3：
设计/开发解决方案
能够设计针对复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑法律、健康、安全、文化、社会以及环境等因素。
3.1了解机械工程、材料成型及控制工程问题特征，掌握解决复杂工程问题的设计方法。
3.2在考虑法律、健康、安全、文化、社会以及环境等制约因素的前提下，能够设计（开发）针对复杂材料成型及控制工程问题的解决方案，具备设计（开发）满足特定材料成型及控制工程需求的系统、单元（部件）或工艺流程的能力。
课程目标3、
课程目标4
3.3在设计（开发）过程中，具有追求材料成型及控制工程复杂问题创新解决的态度和意识，掌握了基本的创新方法，清楚创新方向及领域。
毕业要求4：
研究
能够基于科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。
4.1掌握材料热加工成形原理及特点，能够采用科学方法，具备合理设计材料成型及控制工程（模具）复杂实验、开展科学研究的能力。
4.2掌握材料成型及控制工程原理及主要工艺，能够采用科学方法，正确构建并实施材料成型及控制工程综合实验，得出正确结果的能力。
4.3能正确使用和处理实验数据，通过信息综合处理，具备对复杂的材料成型及控制工程实验结果进行正确分析能力。
4.4了解常见的材料成型及控制工程常用设备、实验仪器及实验方法，具备调控设备及仪器参数，进行测控和维护的能力。
毕业要求5：
使用现代工具
能够针对复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。
5.1掌握文献检索、资料查询、现代网络搜索工具的使用方法。
5.2了解材料成型及控制工程专业重要资料来源及获取方法。
5.3具备应用各类文献、信息及资料进行复杂材料成型及控制工程实践的能力。
5.4掌握复杂材料成型及控制工程问题的预测与模拟方法，理解其局限性。
毕业要求6：
工程与社会
能够基于工程相关背景知识进行合理分析，评价专业工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。
6.1了解与工程相关的国家方针、政策与法律法规，能够评价工程实践对社会、健康、安全、法律以及文化的影响。
6.2了解材料成型及控制工程专业特点及其对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，能够正确评价复杂成型及控制工程问题解决方案的优劣。
6.3能正确认识材料成型及控制工程各种复杂工艺对于客观世界和社会的影响，理解并能够承担的相应工程和社会责任。
毕业要求7：
环境和可持续发展
能够理解和评价针对复杂工程问题的工程实践对环境、社会可持续发展的影响。
7.1了解材料成型及控制工程的专业特征、学科前沿和发展趋势，正确认识本专业对于社会发展的重要性。
7.2能正确理解和评价材料成型及控制工程复杂问题实施对环境保护及社会可持续发展等的影响。
7.3在解决复杂的材料成型及控制工程的实际问题中，能够正确理解并考虑工程实践对环境、社会可持续发展的影响。
毕业要求8：
职业规范
具有人文社会科学素养、社会责任感，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。
8.1具有人文社会科学素养，理解世界观、人生观的基本意义及其影响。
8.2了解中国国情，理解中国可持续科学发展道路以及个人的做人规范，具有较高的社会责任感。
8.3在工程实践中，理解工程师的职业性质、职业责任,具备工程师的职业道德
8.4具有健康的体质和良好的心理素质，能较好地履行责任。
毕业要求9：
个人和团队
能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。
9.1具备较宽广的本学科基础知识和较高的个人素质，能够在多学科背景下，承担个人及团队成员的作用。
9.2具备良好的团队协作精神，善于和团队其它成员协作、互补、交往。
9.3能够承担团队负责人角色，具备综合团队成员意见和建议，进行合理决策之领导能力。
毕业要求10：
沟通
能够就复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。
并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。
10.1较好地掌握了一门外语，了解不同文化的差异，具有一定的跨文化交流能力。
10.2了解本专业领域及其相关行业的国内外的技术现状，具有较强的业务沟通能力与竞争能力。
10.3能够应用现代工具撰写报告、设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令，就复杂的专业工程问题进行有效沟通和交流。
毕业要求11：
项目管理
理解并掌握工程管理原理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用。
11.1了解机械及材料工程管理和经济决策的基本知识，理解并掌握工程管理原理与经济决策方法。
11.2具备应用工程管理和经济决策知识实践的工作能力，具有一定的组织、管理及领导能力，能够较好地通过口头或书面方式表达自己的想法。
11.3具有较强的综合归纳能力，能在多学科环境中加于应用。
毕业要求12：
终身学习
具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。
12.1对终身学习的重要性，有自觉的意识和正确的认识。
12.2能够采用合适的方法，自我学习、提高的能力。
12.3能够适应社会进步与发展，与时代同步。
七、教学重点与难点：
教学重点：
1）CAD技术的发展日新月异，本课程以介绍CAD的基础理论方法为主体、以讲述参数化特征造型的实现原理和方法为重点；
2）在全面了解与掌握CAD技术特点的基础上，重点学习产品模型表达、特征造型方法、曲面造型理论等技术；
3）理论与实践的结合是本课程的重点，通过上机学习NX软件，在学习过程中理解CAD技术的理论知识，从而更好地掌握CAD软件的应用方法。
4）重点学习的章节内容包括：
第2章“图形变换”（4学时）、第3章“产品造型”（4学时）、第4章“特征造型”（4学时）、第5章“参数化技术”（2学时）。
教学难点：
1）CAD技术中涉及大量的数学知识，如图形变换、几何造型、曲面造型中的模型表达等，但软件应用中又主要以操作为主，如何将二者有机地结合在一起，提供学生学习兴趣与学习效果是本课程的教学难点。
2）通过本课程学习，要求掌握CAD技术的基本理论，同时要求掌握一个商用CAD软件的应用，具备熟练使用CAD系统完成机械产品设计的能力。
八、教学方法与手段：
教学方法：
（1）采用现代化教学方法（含PPT演示，影像资料等），讲授CAD技术的基本原理、软件系统组成及应用特点，以提高教学效果及效率；
（2）采用课堂教学与上机练习相结合的方式，进行课堂互动，吸引学生的注意力、激发学生的学习热情，提高学生的学习效果。
教学手段：
（1）以现代产品开发流程为主线，深入分析CAD、CAE、CAM等技术的作用和应用范围，使学生具备先进设计制造理念，理解掌握产品开发对设计的要求；
（2）结合本专业材料成形装备及自动化生产实际要求，以模具先进设计为目标展示教学；
（3）CAD软件的培训和实践，与课堂教学内容的互动，提高学生的兴趣和动力，要求每一个学生完成一个较复杂零件的参数化建模。
九、教学内容与学时安排
（1）总体安排
教学内容与学时的总体安排，如表2所示。
表2基本教学内容与学时安排
序号
课程内容
课堂（学习、讨论）学时
上机学时
1
绪论
4
2
图形变换
4
3
产品造型
4
4
特征造型
4
4
5
参数化技术
2
4
6
装配造型
2
7
曲面造型
4
（2）具体内容
各章节的具体内容如下：
第1章绪论（4学时）
1.1CAD技术简介
1.2CAD技术发展历史
1.3CAD技术发展趋势
1.4CAD的应用
1.5CAD系统的硬件和软件
第2章图形变换（4学时）
2.1变换的数学基础
2.2二维几何变换
2.3三维几何变换
2.4二维观察变换
2.5三维观察变换
2.6OpenGL中的变换函数
第3章产品造型（4学时）
3.1造型技术基础知识
3.2几何造型方法
3.3常用形体表示方法
3.4两大几何造型平台
第4章特征造型（4学时）
4.1特征定义
4.2特征分类
4.3特征造型系统实现模式
4.4特征造型的关键技术
4.5特征技术的发展
第5章参数化技术（2学时）
5.1基于约束的参数化设计概述
5.2参数化设计方法
5.3基于特征的参数化设计
第6章装配造型（2学时）
6.1装配造型基本理论
6.2装配造型的一般方法
6.3装配模型的简化表达
6.4装配工程图
第7章曲面造型（4学时）
7.1概述
7.2曲线表示的基本知识
7.3Bezier曲线曲面
7.4B样条曲线曲面
7.5NURBS曲线与曲面
7.6常见曲面生成方法
（3）课后思考题（作业）及CAD上机要求
思考题（课后作业）：
第1章思考题：
1、分析CAD技术的含义与特征。
在CAD系统中，人与计算机的作用分别是什么？
2、CAD系统应具备哪些主要功能？
3、简述CAD技术在现代产品开发流程中的作用。
4、结合你所了解的模具企业应用CAD技术和软件系统的实例，具体分析CAD系统的工作流程。
5、CAD技术有哪些发展方向？
6、收集有关资料，分析目前市场上流行的CAD系统的主要功能。
7、以一个生产汽车覆盖件模具的企业为例，尝试为该企业进行CAD软硬件系统的配置。
8、以一个注塑模具制造企业为例，分析什么样的CAD软件可以满足其设计要求？
第2章思考题：
1、编写实现二维平移、旋转和比例变换的子程序。
2、试证明下列图形变换的矩阵运算具有互换性：
1）两个连续的旋转变换。
2）两个连续的平移变换。
3、在齐次坐标系中，写出下列变换矩阵：
1）整个图形放大2倍；
2）y方向放大4倍，x方向放大3倍；
3）图形绕坐标原点顺时针方向转180°。
4、证明错切变换等价于几个基本变换之积。
5、在x-y平面内，过原点的直线L与x轴夹角为α。
试推导相对与直线L作对称变换的变换矩阵。
6、什么是窗口？
什么是视区？
7、请简述二维图形裁剪的基本原理及可选用的裁剪方法。
8、试用区域编码裁剪算法的原理说明下图中线段AB和CD的裁剪过程。
第3章思考题：
1、什么是三维形体的几何信息？
什么是拓扑信息？
2、什么是正则集合运算？
在三维造型中有什么作用？
3、在三维建模过程中，欧拉公式的作用是什么？
自行设计一个三维形体，用欧拉公式检验它的合法性。
4、CSG和B-Rep实体建模方法各有什么优缺点？
5、为什么大部分的CAD系统都采用CSG和B-Rep混合表示作为形体表示的基础？
6、IGES文件的格式是如何定义的？
在应用过程中主要有什么问题？
7、什么是STEP？
STEP具有什么特点？
第4章思考题：
1、什么是特征？
与实体建模相比，特征建模有何优点？
2、特征建模的一般过程是什么？
3、为什么说同步建模技术是CAD技术的一个新里程碑？
4、试用三维CAD系统完成一个机械零件的三维实体模型，并生成零件的二维工程图。
5、什么是KBE？
它主要解决设计中的什么问题？
6、基于三维设计的优化是如何实现的？
第5章思考题：
1、什么是约束？
它的作用是什么？
2、参数化设计与以往的实体建模最大的区别是什么？
3、参数驱动法与变量几何法有什么区别？
4、特征造型采用了哪一种参数化方法？
第6章思考题：
1、什么是部件？
什么是部件样本？
部件引用有何意义？
2、什么是零件的自由度？
什么是装配约束？
3、以NX软件为例，举例说明有哪些装配约束类型。
4、何谓产品自底向上的设计与自顶向下的设计，分析这两种设计方法的特点及应用。
5、为什么要进行装配模型的简化表达？
有哪些主要方法？
6、何谓部件清单？
以NX软件为例，说明如何生成部件清单。
第7章思考题：
1、几何连续和参数连续有什么区别？
2、试述Bezier曲线的几何特征和两曲线拼接时应满足的条件。
3、B样条曲线与Bezier曲线的表达式有何异同？
4、什么是NURBS曲线？
NURBS曲线的权因子具有怎样的几何意义？
它是如何影响曲线形状的？
思考题与上机要求：
1、每章节学习结束后，学生都要求复习与预习思考题中的相关内容。
2、每位学生，要求用CAD软件完成一个中等复杂程度零件的三维设计，并以设计报告的行式上交，按约20%计入课程总成绩。
十、教学参考书及文献
1、《模具CAD基础》，机械工业出版社，2011年，王义林等编；
2、《机械CAD/CAM》，西安电子科技大学出版社，2008年，葛友华等编；
3、《模具设计基础及模具CAD》，机械工业出版社，2005年，李建军等编。
十一、课程成绩评定与记载考核方式
1、课程考核及评价细则
课程考核及评价细则，详见表3。
表3课程考核及评价细则
成绩组成
考核/评价环节
分值
考核/评价细则
对应的教学目标
平时成绩
30%
（说明按规定，全部课程的平时成绩统一为30%）
上课表现
10
根据学生平时上课的出勤率、课堂表现及互动情况，视其对课程学习的态度及积极程度，按10%计入课程总成绩。
1、2、3、4
上机作业
20
根据学生的课后作业的完成情况及质量，视其对课程知识理解、掌握情况，最后按20%计入课程总成绩。
3、4
考试成绩
70%
考试的卷面分数
70
主要CAD技术基础理论知识内容，以卷面成绩的70%计入总成绩。
1、2、3、4
2、终结性考试形式：
根据考试试题的难度，可以实施开卷或闭卷考试，以卷面成绩的70%计入总成绩。
撰稿：
《CAD技术基础》课程组（主笔：
王义林）
审核：
材料科学与工程学院本科教学指导委员会
2015－12－16
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