2/1/2006 1
������������� �������������� �
Gary WangGary Wang25.353 Computer Aided Design and Analysis25.353 Computer Aided Design and Analysis
2/1/2006 2
����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
2/1/2006 3
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
�� In the 1960sIn the 1960s•• simple 2D drafting as its primary functionsimple 2D drafting as its primary function
�� In the middle 1960sIn the middle 1960s•• WireframeWireframe--based modeling as the extension of 2D drafting, based modeling as the extension of 2D drafting,
impossible for surface data representationimpossible for surface data representation�� In the early 1970sIn the early 1970s
•• SurfaceSurface--based modeling, insufficient for solid and volume based modeling, insufficient for solid and volume representation.representation.
�� In the middle 1970sIn the middle 1970s•• solid modeling, used in process planning, assembly planning, solid modeling, used in process planning, assembly planning,
computercomputer--aided engineering analysis, etc.aided engineering analysis, etc.
2/1/2006 4
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
�� In the middle 1980sIn the middle 1980s•• parametric modeling: parametric modeling: dimensiondimension--driven capabilitydriven capability
TodayToday•• KnowledgeKnowledge--based engineering systems for geometric based engineering systems for geometric
and nonand non--geometric product information, such as geometric product information, such as engineering rules, part dependences, manufacturing engineering rules, part dependences, manufacturing constraints, etc.constraints, etc.
•• integrated design, analysis and optimizationintegrated design, analysis and optimization•• concurrent engineering designconcurrent engineering design•• virtualvirtual--prototypingprototyping•• virtual engineering & enterprisevirtual engineering & enterprise
2/1/2006 5
����� ������!����������� ������!����������� ������!����������� ������!����������� ������!����������� ������!����������� ������!����������� ������!������
�� Geometric modeling is a means Geometric modeling is a means not not a goala goal1.1. designdesign2.2. analysisanalysis3.3. simulationsimulation4.4. mold makingmold making5.5. NC toolingNC tooling6.6. etc.etc.
2/1/2006 6
������������������� ���������������������������� ���������������������������� ���������������������������� ���������������������������� ���������������������������� ���������������������������� ���������������������������� ���������
�� ���� ���� ���� ���� ���� ���� ���� ��
2/1/2006 7
���������������� ���������������������������� ���������������������������� ���������������������������� ���������������������������� ���������������������������� ���������������������������� ���������������������������� ������������
2/1/2006 8
���������������� ����������������������������� ����������������������������� ����������������������������� ����������������������������� ����������������������������� ����������������������������� ����������������������������� �������������
2/1/2006 9
into aircraft engineturbulent flow
wall
cooling inletengine bay
wall
intakescoop
impinging droplets leadingto undesirable ice accretion
flowreversal
surface heatingqw
���������������� ������������������ ������������������ ������������������ ������������������ ������������������ ������������������ ������������������ ��
���������� ��������������� ��������������� ��������������� ��������������� ��������������� ��������������� ��������������� �����
2/1/2006 10
0.3 0.35x (m)
0.13
0.14
0.15
0.16
0.17
0.18
0.19
0.2
0.21
0.22
y(m
)
-0.680723 -0.680723
-0.518175
-0.355627
-0.030531
-0.030531
0.29
4565
0.294565
0.457113
0.619661
0.782209
0.9447571.26985
1.4324
1.4324
1.59495
CP1
CP2
CP3 CP4
CP5
CP6
CP7
X
Y
x 1
x 2
y 1
y 2
0.3 0.35x (m)
0.13
0.14
0.15
0.16
0.17
0.18
0.19
0.2
0.21
0.22
y(m
)
Mesh Generation in ANSYS
Heat Conduction Simulation in FEM
(Daepng Wang, Greg F. Naterer, Gary Wang, “Thermofluid Optimization of a Heated Helicopter Engine Cooling Bay Surface”, pp 73~86, Vol. 29, No. 2, Canadian Aeronautics and Space Journal, June, 2003)
B-Spline Modeling in Pro/ECP6
2/1/2006 11
���������������� ������������������������ ������������������������ ������������������������ ������������������������ ������������������������ ������������������������ ������������������������ ��������
(UM SAE Formula 2003)
2/1/2006 12
���������������� ����"�� ��������������������� ����"�� ��������������������� ����"�� ��������������������� ����"�� ��������������������� ����"�� ��������������������� ����"�� ��������������������� ����"�� ��������������������� ����"�� �����
2/1/2006 13
���������������� �������������������������� �������������������������� �������������������������� �������������������������� �������������������������� �������������������������� �������������������������� ����������
Ergonomics and accessibility test (Jack and Jill)
2/1/2006 14
#$��#$��%%���$��������������������������$�����������������������
��������������� �� �&��������������� �� �&
�� The Primary Capability The Primary Capability –– Generating Generating Perfect Scale Drawings Perfect Scale Drawings (This capability sets CAD (This capability sets CAD apart from other uses of computer)apart from other uses of computer)
�� Many Diverse CapabilitiesMany Diverse Capabilities•• 3D rendering3D rendering•• generation of design databasesgeneration of design databases•• facilitating engineering analysisfacilitating engineering analysis•• supporting manufacturing activitiessupporting manufacturing activities
2/1/2006 15
Specific Functions of CAD Specific Functions of CAD (1)(1)
�� Geometric Modeling and RepresentationGeometric Modeling and Representation•• ComputerComputer--aided drafting aided drafting •• 33--D modeling of parts and assemblies (generation of design D modeling of parts and assemblies (generation of design
database)database)•• Customizing CAD systemsCustomizing CAD systems
�� Visualization Visualization •• Architecture view of a design (see 3 pictures)Architecture view of a design (see 3 pictures)•• Computer games and education programsComputer games and education programs
2/1/2006 16
2/1/2006 17
2/1/2006 18
Specific Functions of CAD Specific Functions of CAD (2)(2)
�� PrePre-- and Postand Post--interfaces to Finite Element interfaces to Finite Element Analysis ProgramsAnalysis Programs•• Automated mesh generation Automated mesh generation •• Graphical display of stress distribution (see figure)Graphical display of stress distribution (see figure)
�� Automated Automated TolerancingTolerancing•• Dimension relation analysisDimension relation analysis•• Tolerance analysisTolerance analysis•• Tolerance synthesisTolerance synthesis
�� Generation of Manufacturing Oriented DatabaseGeneration of Manufacturing Oriented Database
2/1/2006 19
2/1/2006 20
Digitized Data RP Software (Preprocessor)
Rapid Prototyping Machine
Manufacturing
• CAD
• 3D Scan
• 3D Digitizers
• Verify and repair the STL file
• Add Support Structure
• Set operation parameters
STL File
Internal File
Rapid Prototyping – Direct manufacturing
2/1/2006 21
My lab; Welcome for touring
2/1/2006 22
Specific Functions of CAD Specific Functions of CAD (3)(3)
�� Animation and SimulationAnimation and SimulationMechanism Mechanism CNC machiningCNC machiningRobot trajectory Robot trajectory Process and ProductionProcess and ProductionMovies, movies, movies ….
�� Design Automation (My research)Design Automation (My research)•• Design optimization Design optimization •• Design for manufacturing (A new course in our dept.)Design for manufacturing (A new course in our dept.)•• Design for automated assemblyDesign for automated assembly•• Concurrent engineering designConcurrent engineering design
�� Virtual (or Soft) PrototypingVirtual (or Soft) Prototyping�� Reverse EngineeringReverse Engineering
2/1/2006 23
BACK
2/1/2006 24
BACK
2/1/2006 25
BACK
2/1/2006 26
Optimal Design of Silencer
(Phillips and Temro)
2/1/2006 27
Custom Designed Pro/E Menu
BACK
Back
Video
2/1/2006 28
2/1/2006 29
'�� (�'��������'�� (�'��������
1. What is the primary function of a CAD system?
2. What is the use of an interactive programming tool provided by most CAD systems?
3. What is reverse engineering?
4. What is design for manufacturing?
5. What info that rapid prototyping process requires as input?
6. Today’s CAD systems should support analysis and manufacturing (True or False).
2/1/2006 30
Information Embedded in a Information Embedded in a CAD SystemCAD System
�� Graphical and Topological InformationGraphical and Topological InformationPart geometryPart geometryAssembly relationsAssembly relations
�� Textual InformationTextual InformationDimensionsDimensionsTolerances (dimensional & geometric)Tolerances (dimensional & geometric)MaterialsMaterialsSurface finishesSurface finishes
2/1/2006 31
Tools Commonly Used in Tools Commonly Used in Computer Aided Design (1)Computer Aided Design (1)
�� Representing geometric shapeRepresenting geometric shapeComputer graphics (2D)Computer graphics (2D)Geometric modeling (3D)Geometric modeling (3D)
�� Interactive Graphical ProgrammingInteractive Graphical ProgrammingProgramming on different platformsProgramming on different platformsGraphical User InterfaceGraphical User Interface
�� Manipulating and storing design dataManipulating and storing design dataData structure designData structure designDatabase systemDatabase system
2/1/2006 32
Tools Commonly Used in Tools Commonly Used in Computer Aided Design (2)Computer Aided Design (2)
�� Generating feasible designs (automatically)Generating feasible designs (automatically)Knowledge reasoningKnowledge reasoningKnowledgeKnowledge--based systembased systemFuzzy logicFuzzy logicArtificial neural networksArtificial neural networks
�� Evaluating design alternatives and identifying Evaluating design alternatives and identifying the optimal design solutionthe optimal design solution
numerical optimizationnumerical optimizationfinite element methodfinite element methodcost modeling and analysiscost modeling and analysis
2/1/2006 33
)������)������
• History of CAD
• Functions of CAD in today’s engineering practice
• Information embedded in CAD
• Tools used in CAD