自考13799计算机辅助产品设计考试大纲

Ⅰ 课程性质与课程目标

Ⅱ 考核目标 Ⅰ 课程性质与课程目标

一、课程性质和特点

“计算机辅助产品设计”是高等教育自学考试工业设计（专升本）专业的一门课程，它是为满足工业设计领域及相关专业对工业设计应用人才的需要而开设的。通过本课程的学习，使考生系统化了解计算机辅助设计的相关知识，为学习后续相关课程和开展设计实践打下必备的基础。

“计算机辅助产品设计”是一门理论和实践并重的课程。课程将探讨计算机辅助设计的概念、功能，计算机辅助设计系统的组成，计算机辅助设计软件的作用和基本操作。通过本课程的学习，学生能够掌握计算机辅助设计的思想、方法和理论，了解常用软件的应用场景和功能特点，能够运用计算机辅助设计的原理和合适工具，解决产品设计中遇到的各种问题。

二、课程目标

设置“计算机辅助产品设计”课程的主要目的是使考生掌握计算机辅助产品设计的基本方法和基本原理，了解计算机辅助设计的技术特点、常用软件和设计流程，熟悉参数化三维建模、设计表达、虚拟装配、产品数字化设计等内容，为今后深入开展工业产品设计设计领域的课程学习和实践活动打下坚实的基础。

通过本课程的学习，考生应达到以下目标。

1.掌握计算机辅助产品的基本理论、基本知识、基本技能。

2.理解计算机辅助产品的实质和本质，把握计算机辅助产品的发展趋势。

3.熟悉参数化建模的特点，了解数字产品设计的前沿与热点。

4.能够利用计算机辅助产品设计的相关理论和技术进行设计创作。

5.具备计算机辅助产品设计、加工制造、结构分析等相关领域的知识整合能力，具备创新思维。

三、与相关课程的联系与区别学习

本课程应具备一定的基础，要求考生具备一定的计算机软硬件基础知识和熟练的计算机操作能力，已经学习过机械制图，具备工程图样的看图和读图能力。同时本课程也是工业设计专业的基础课，由“计算机辅助产品设计”派生的专业课有“材料加工和成型工艺”、“电脑三维设计”等。

四、课程的重点和难点

本课程的重点是计算机辅助设计的内涵、系统和应用场景，包括 CAD 的概念和原理、CAM 的概念和原理、计算机辅助设计系统的软硬件组成、集成方式、计算机辅助工业设计的原理、二三维表达方法等。难点是掌握和灵活运用参数化建模思想和有限元分析工具，在产品设计实践中合理设计产品结构，高效完成产品的多样化和系列化设计。

Ⅱ 考核目标

本大纲是“计算机辅助产品设计”课程的个人自学、社会助学和考试命题的依据，本课程的考试范围以本考试大纲所限定的内容为准。

本大纲在考核目标中，按照识记、领会和应用三个层次规定其应达到的能力层次要求。三个能力层次是递进关系，各能力层次的含义是：识记：能识别和记忆有关的计算机辅助产品设计的概念及含义，并能根据考核要求正确地表达、选择与判断。识记是低层次的要求。

领会：在识记的基础上，能够理解计算机辅助产品设计的基本概念、原理及其方法， 能够领悟有关术语、流程、任务的区别与联系，并且能够根据考核要求对计算机辅助产品设计的具体问题进行逻辑推理和论证，做出正确的判断、解释和说明。领会是较高层次的要求。

应用：在理解的基础上，能运用计算机辅助产品设计的基本概念、基本原理、基本方法来分析和解决相关理论问题和实际问题。应用是高层次的要求。

第一章 计算机辅助设计概论

本章简要介绍计算机辅助设计的概念、内涵和系统组成。本章要求熟悉 CAD、CAM 的定义及其特点和功能，计算机辅助设计的技术特征、软硬件构成，及其发展历程和典型软件工具。

1.1 CAD 的内涵与功能

1.2 CAD 技术的发展过程

1.3 计算机辅助制造

（CAM）

1.4 CAD 技术的发展趋势

1.5 CAD 系统的组成

1.6 CAD 系统常用软件介绍（一） CAD 的内涵与功能识记：CAD 的内涵；CAD 的功能；线框模型；曲面模型；实体模型。

领会：CAD 的优越性；图形处理；几何建模；工程分析；仿真模拟；工程数据库的管理与共享。

应用：能够根据产品设计要求，选取正确的 CAD 系统功能。

（二）CAD 技术的发展过程识记：CAD 技术的发展过程；交互式图形系统；实体造型技术。

领会：边界表示法；实体几何构造法；混合表示法；参数化技术。

（三）计算机辅助制造（CAM）识记：计算机辅助制造的概念；数控机床。

领会：计算机辅助制造系统的组成；CAD 与 CAM 的联系；CAD 及 CAM 的工作过应用：能够分析典型 CAD 及 CAM 设备及其工作流程。

（四）CAD 技术的发展趋势识记：变量化设计环境；虚拟产品建模技术；虚拟制造；标准化 CAD 技术；互联网时代 CAD 技术。

领会：计算机辅助产品的概念设计；智能 CAD 技术；协同技术应用：能够分析典型 CAD 系统中运用的各类技术。

（五）CAD 系统的组成识记：CAD 系统的硬件；CAD 系统的软件；输入输出设备。

领会：CAD 系统的软件层次及其特点。

应用：能够分析典型 CAD 系统的软硬件构成。

（六）CAD 系统常用软件介绍识记：AutoCAD；SolidWorks；CAXA；草图；特征；工程图。

领会：常见 CAD 软件的基本功能。

本章的重点：CAD 的内涵；CAD 的功能；CAD 的优越性；CAD 系统的硬件组成和软件组成等。

难点：计算机辅助制造系统的组成；CAD 与 CAM 的联系；CAD 及 CAM 的工作过

第二章 计算机辅助工业设计

本章介绍计算机辅助工业设计的概念、原理和方法，主要包括基本概念和分类、发展现状、常用软件、功能应用、原理及其应用实例。

本章要求了解计算机辅助工业设计的概念和分类，熟悉其历史发展和现状，了解常用软件，熟悉计算机辅助工业设计的基本功能和应用范围。

2.1 计算机辅助工业设计的概念和分类

2.2 计算机辅助工业设计的历史和现状

2.3 CAID 的特点

2.4 常用设计软件特点简介

2.5 计算机辅助工业设计的应用

2.6 计算机辅助工业设计的原理

2.7 计算机辅助工业设计的主要内容和实例

2.8 创建水壶模型

（一）计算机辅助工业设计的概念和分类识记：计算机辅助工业设计的概念。

领会：产品造型 CAID；视觉传达 CAID；环境 CAID（二）计算机辅助工业设计的历史和现状识记：计算机辅助工业设计的发展历程。

（三）CAID 的特点领会：CAID 的特点。

应用：能够针对一个具体的 CAID 软件，分析其具有的特点。

（四）常用设计软件特点简介识记：常用设计软件及其特点。

应用：能够比较分析几种常见 CAID 软件的功能和技术特长。

（五）计算机辅助工业设计的应用识记：市场调研；结构分析；人机分析；形态分析；色彩和材质分析。

领会：计算机辅助工业设计的应用领域及其解决的主要问题。

应用：能够根据具体的设计案例，提取关键问题，提出计算机辅助工业设计实现方案。

（六）计算机辅助工业设计的原理识记：点的构造；线的构造；曲面的构造；实体造型。

领会：布尔运算；实体的变形调整；编辑曲面。

应用：熟悉使用计算机辅助工业设计软件进行几何体创建和编辑的步骤。

（七）计算机辅助工业设计的主要内容和实例识记：构思表达；二维快速表达；三维效果表达。

领会：计算机效果表达的流程。

应用：能够根据具体的设计案例，正确分解效果表达的流程（八）创建水壶模型识记：基本形体；圆角；剪切；扫描；旋转成型；阵列；渲染。

领会：创建水壶模型的步骤和流程。

应用：在 Rhino 等常用计算机辅助工业设计软件中创建水壶模型的步骤和流程。

本章的重点：计算机辅助工业设计的应用、原理和内容。

难点：计算机效果表达的流程，及其具体案例实现。

第三章 参数化设计与建模技术

本章介绍参数化设计与建模技术，内容包括参数化设计的概念、原理、相关建模技术、国际标准、常用软件等，还通过实例对参数化建模的详细流程进行了阐述。通过本章学习，要求学生了解参数化建模的基本思想，理解相关术语，掌握相关标准，熟悉参数化建模软件的使用流程和技术特点。

3.1 参数化设计

3.2 参数化建模技术

3.3 参数化设计的国际标准

3.4 SolidWorks 软件简介

3.5 创建轴承座模型

3.6 创建齿轮模型

（一）参数化设计识记：参数化设计的定义；几何约束；参数化设计的分类；参数化设计的现状及发展趋势。

领会：基于历史的模型；参数化设计的原理；参数化设计的本质和意义。

（二）参数化建模技术识记：参数化模型；几何关系；程序驱动法；尺寸驱动法。

领会：Solidworks 软件设计工作流；基于通用 CAD 系统的零部件参数化设计；零件参数化设计；产品级参数化建模方法。

应用：根据参数化建模思想，对具体产品的参数化建模过程进行规划。

（三）参数化设计的国际标准识记：STEP 标准。

（四）SolidWorks 软件简介识记：零件；装配体；工程图；

领会：基础特征；修饰特征；SolidWorks 中的尺寸驱动。

应用：能够使用 SolidWorks 软件进行简单草图的尺寸驱动绘制（五）创建轴承座模型识记：设计树；拉伸；圆角；切除；阵列；筋特征。

领会：基准面的创建方法；添加几何约束；修剪草图；筋的创建。

应用：熟悉使用 SolidWorks 软件创建轴承座产品的流程，包括各个阶段的草图创建和特征创建过程。

（六）创建齿轮模型

识记：自定义变量；镜像。

领会：方程式驱动曲线；管理方程式。

应用：熟悉采用自定义变量和方程式驱动的方式，在 SolidWorks 软件中创建齿轮的流程。

重点：参数化设计的概念、原理、相关建模技术，几何约束、尺寸驱动。

难点：参数化驱动建模。

第四章 计算机辅助力学分析

本章介绍计算机辅助力学分析的基本概念、原理和使用流程，内容包括有限元的基本知识、算例的基本设置、计算条件的指定、网格划分、计算结果的查看等。通过本章学习，要求学生了解计算机辅助力学分析的基本概念，熟悉分析流程，能够结合具体的产品模型，进行初步的力学分析。

4.1 有限元分析的基本知识

4.2 建立基本算例

4.3 添加计算条件

4.4 网格划分与计算

4.5 结果查看

4.6 调整模型

4.7 其他分析方法简介

（一）有限元分析的基本知识识记：有限元法；Simulation 模块。

领会：有限元分析的主要步骤。

应用：在 SolidWorks 软件中，调用 Simulation 模块。

（二）建立基本算例

识记：算例。

领会：算例的创建流程。

应用：能够创建力学分析算例。

（三）添加计算条件

识记：约束；载荷；固定几何体。

领会：指定材料；添加约束；施加载荷。

应用：在分析软件中，给模型添加材料、约束和载荷。

（四）网格划分与计算识记：网格；网格密度。

领会：网格质量；划分网格；有限元计算。

应用：在分析软件中，合理划分网格，执行有限元计算。

（五）结果查看

识记：应力图解；图表选项；截面；动画。

领会：应力查看；位移查看。

应用：在分析软件中，正确查看计算结果，并调整查看参数和位置。

（六）调整模型

识记：关键特征修改。

领会：重新划分网格。

应用：能够合理修改产品的关键特征，并重新划分网格，执行计算，比较和优化设计方案。

（七）其他分析方法简介识记：运动学；流体力学。

领会：计算机辅助运动学分析；计算机辅助流体力学分析。

重点：计算机辅助力学分析的基本概念、原理和使用流程，创建算例，设置计算条件，查看计算结果等。

难点：有限元相关术语，网格优化。

第五章 虚拟设计与虚拟装配技术

本章介绍虚拟设计与虚拟装配技术，内容包括虚拟设计的内涵，虚拟设计系统的组成、虚拟装配技术的关键技术等。通过本章学习，要求学生了解虚拟现实的基本概念和系统组成，熟悉虚拟设计的应用领域和虚拟设计中的交互方式，能够针对数字化产品构建初步的虚拟设计方案。

5.1 虚拟设计概述

5.2 虚拟装配

5.3 虚拟装配实例

（一）虚拟设计概述识记：虚拟现实；虚拟现实技术的发展；感知；存在；交互；自主；虚拟设计。

领会：虚拟设计的技术基础；虚拟现实技术的四个重要特征；虚拟设计技术的发展趋势；虚拟设计与传统设计的比较优势；虚拟设计的特点；虚拟设计的应用方向。

（二）虚拟装配

识记：虚拟装配的内涵；人机交互界面；五大感官通道；碰撞检测。

领会：虚拟装配技术与传统装配的区别；虚拟装配系统的组成；虚拟装配中的关键技术；多通道的人机交互技术。

应用：能够分析典型虚拟设计系统的组成、交互形式和技术特点。

（三）虚拟装配实例

识记：力反馈；双向闭环系统。

领会：力觉触觉应用程序原理；虚拟装配系统中的物理仿真技术。

本章重点：基于力反馈技术的虚拟装配系统。

难点：虚拟装配系统中的力反馈技术；虚拟装配系统中的物理仿真技术。

一、

自学考试大纲的目的和作用课程自学考试大纲是根据专业自学考试计划的要求，结合自学考试的特点而确定。其目的是对个人自学、社会助学和课程考试命题进行指导和规定。

课程自学考试大纲明确了课程学习的内容以及深广度，规定了课程自学考试的范围和标准。因此，它是编写自学考试教材和辅导书的依据，是社会助学组织进行自学辅导的依据，是自学者学习教材、掌握课程内容知识范围和程度的依据，也是进行自学考试命题的依据。

二、课程

自学考试大纲与教材的关系课程自学考试大纲是进行学习和考核的依据，教材给出了学习掌握课程知识的基本内容与范围，教材的内容还包括大纲所规定的课程知识的扩展与发挥。课程内容在教材中可以体现一定的深度或难度，但在大纲中对考核的要求一定要适当。

大纲与教材所体现的课程内容基本一致；大纲里面的课程内容和考核知识点，教材里一般也要有。反过来教材里有的内容，大纲里就不一定体现。

三、关于自学教材

《计算机辅助设计》，刘林，张瑞秋主编，华南理工大学出版社，2015 年版。

本教材

第五章、第六章 第四节内容，考生可

根据个人能力兴趣学习，不纳入考核范围。

四、关于

自学要求和自学方法的指导本大纲的课程基本要求是依据专业考试计划和专业培养目标而确定的。课程基本要求还明确了课程的基本内容，以及对基本内容掌握的程度。基本要求中的知识点构成了课程内容的主体部分。因此，课程基本内容掌握程度、课程考核知识点是高等教育自学考试考核的主要内容。为有效地指导个人自学和社会助学，本大纲已指明了课程的重点和难点，在章节的基本要求中一般也指明了章节内容的重点和难点。由于成人学习的个性化特点，建议业余自学时间不低于 60 个学时。

建议学习本课程时注意以下几点：

1.在学习本课程教材之前，应先仔细阅读本大纲，了解本课程的性质和特点，熟知本课程的基本要求，在学习本课程时，能紧紧围绕本课程的基本要求。

2.在自学每一章的教材之前，先阅读本大纲中对应章节的学习目的与要求、考核知识点与考核要求，以使在自学时做到心中有数。

3.把学习基本理论、基本知识与分析、解决实际问题结合起来。首先，要弄懂基本理论、基本原理、基本知识和基本方法；其次，要学习运用这些知识联系实际解决有关实际问题。重点是要深刻领会教材内容，将知识转化为能力，提高运用知识分析问题和解决问题的能力。

4.本课程是一门理论与实践并重的课程，学习本课程还应该多观察、多思考、多开展软件实践，并多利用本课程的相关知识解读身边的产品设计热点案例，保持对新技术的敏感性。

5.多参加社会实践活动，多参加产品设计竞赛，多参观展会和艺术馆，多了解专业前沿动态，以便提高专业能力，更好地为社会服务。

五、对社会助学的

要求对担任本课程自学助学的任课教师和自学助学单位提出以下几条基本要求。

1.熟知本课程考试大纲的各项要求，熟悉各章节的考核知识点。

2.辅导教学以大纲为依据，不要随意删减内容，以免偏离大纲。

3.辅导还要注意突出重点，要帮助学生对课程内容建立一个整体的概念。

4.教学要注重实践性，要充分利用现代教育技术和教学媒体，给学生以良好的学习体验。

5.建立讨论、分析机制，鼓励学生剖析问题、表达观点、相互辩论，引导学生对知识点进行总结和归纳，提升学生知识运用能力和解决问题的能力。

本课程考纲建议学时如下：

章次学习内容建议学时

第 1 章计算机辅助设计概论第

2 章计算机辅助工业设计第 3 章参数化设计与建模技术第 4 章计算机辅助力学分析第 5 章虚拟设计与虚拟装配技术

六、对考核内容的说明

1. 本课程要求考生学习和掌握的知识点内容都作为考核的内容。课程中各章的内容均由若干知识点组成，在自学考试中成为考核知识点。因此，课程自学考试大纲中所规定的考试内容是以分解为考核知识点的方式给出的。由于各知识点在课程中的地位、作用以及知识自身的特点不同，自学考试将对各知识点分别按三个认知层次确定其考核要求。

2. 在考试之日起 6 个月前，由全国人民代表大会和国务院颁布或修订的法律、法规都将列入相应课程的考试范围。凡大纲、教材内容与现行法律、法规不符的，应以现行法律法规为准。命题时也会对我国经济建设和科技文化发展的重大方针政策的变化予以体现。

七、关于考试命题的若干规定

1.本课程本课程的考试采用闭卷笔试形式,考试时间为 150 分钟；满分 100 分,60 分及格。考试时只允许携带笔、橡皮和尺，答卷必须使用蓝色或黑色钢笔或签字笔书写。

2.本大纲各章所规定的基本要求、知识点及知识点下的知识细目，都属于考核的内容。考试命题既要覆盖到章，又要避免面面俱到。要注意突出课程的重点、章节重点，加大重点内容的覆盖度。

3.不应命制超出大纲中考核知识点范围的题目，考核目标不得高于大纲中所规定的相应的最高能力层次要求。命题应着重考核自学者对基本概念、基本知识和基本理论是否了解或掌握，对基本方法是否会用或熟练。不应命制与基本要求不符的偏题或怪题。

4.本课程在试卷中对不同能力层次要求的分数比例大致为：识记占 30%，领会占30%，应用占 40%。

5.要合理安排试题的难易程度，试题的难度可分为：易、较易、较难和难四个等级。

每份试卷中不同难度试题的分数比例一般为：2:3:3:2。

必须注意试题的难易程度与能力层次有一定的联系，但两者不是等同的概念，在各个能力层次都有不同难度的试题。

6 各种题型的具体样式参见本大纲附录。

一、单项选择题

（在每小题后的 4 个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其选出并填写在题后的括号内）

1.属于计算机辅助设计系统的输出设备的是（ ）

A.图形扫描仪 B.数字化绘图板 C.鼠标 D.立体显示器

二、名词解释题

1.计算机辅助工业设计（CAID）

三、简答题

1.列举完整 CAD 系统具有的主要功能？

四、论述题

1.如何利用机械产品零件的相关信息进行参数化建模？