第1章cad概述

1、CAD/CAM基礎,第1章 CAD/CAM技術概述,,1.1 CAD技術應用與發(fā)展概況1.2 CAD系統(tǒng)的軟硬件技術基礎,1.1 CAD/CAM技術應用與發(fā)展概況1.1.1 計算機輔助設計(CAD)的概念 CAD的定義： 用計算機描述、定義和存儲研究對象的技術。 計算機的定義：能快速識別、處理和存儲二進制的機器。 CAD是工程技術人員與計算機相結合、各盡所長、應用多學科的方法綜合有效地進行問題求解的先進

2、信息處理技術。它把人類的決策判斷、創(chuàng)造能力與計算機的高速運算、信息存儲等功能有機結合起來，從而達到縮短工程產(chǎn)品設計周期、提高設計質量的目的。 簡單地講，CAD是工程技術人員利用計算機達到最佳的設計目的。,,CAD概念的目的在于： （1）人機各盡所長； （2）人機交互結合； （3）最佳設計效率。 CAD技術的主要作用如下: （1）提高設計質量

3、和設計效率。 （2）能夠充分發(fā)揮設計人員創(chuàng)造性。 （3）縮短產(chǎn)品的設計周期。,1.1.2 CAD技術的重要應用 CAD是計算機科學與工程設計學科相結合形成的新興技術，是計算機在工程中最有影響的應用技術之一。 CAD技術曾被美國國家工程科學院評為當代十項最杰出的工程技術成就之一。 無論是軍事工業(yè)還是民用工業(yè)，無論是建筑行業(yè)還是制造加工行業(yè)，無論是機械、電子、輕紡行業(yè)還是文體、影視廣告行

4、業(yè)等都離不開CAD技術。CAD技術是企業(yè)界爭奪市場份額和生存發(fā)展不可缺少的手段。,在制造業(yè)中的應用：如波音777飛機是世界上第一架實現(xiàn)無紙設計與制造的飛機。 在工程領域中的應用：如建筑設計CAD、電子沙盤；機械設計CAD等。 仿真模擬和動畫制作：在電影制作中的成功應用，如“未來世界”、“玩具總動員”、“侏羅記公園”等 在輕工行業(yè)的應用：如模具CAD和服裝CAD等。 在醫(yī)學中

5、的應用： 計算機輔助手術規(guī)劃和手術模擬。 在電子電路中的應用：超大規(guī)模集成電路的設計制造。,我國科學技術部在CAD應用工程2000年規(guī)劃綱要中指出：“到2000年，在國民經(jīng)濟主要部門的科研、設計單位和企業(yè)中全面普及推廣CAD技術，實現(xiàn)‘甩掉圖板’（指傳統(tǒng)設計中的描圖板），提高智能勞動效率，推廣我國CAD市場，扶持發(fā)展以CAD為突破口的我國自主創(chuàng)新的軟件產(chǎn)業(yè)，建立起我國的CAD產(chǎn)業(yè)”。 到2000年，我國

6、機械制造業(yè)應用CAD技術的普及率和覆蓋率均達70%以上；工程設計行業(yè)CAD技術的普及率和覆蓋率均達100%。,CAD技術在我國工程和產(chǎn)品設計的一些應用實例：（1） 沈陽變壓器廠用CAD技術輸出三峽工程項目三維彩色產(chǎn)品設計圖和計算機分析的數(shù)據(jù)，從而贏得了三峽工程的招標項目。（2）瀘東造船廠應用CAD技術后，生產(chǎn)技術準備周期縮短1/3以上，造船的設計開發(fā)能力提高一倍。（3）西北電力設計院用CAD系統(tǒng)建渭河電廠主廠房三維模型，對該廠原設

7、計方案自動校驗，共查出6處隱藏在圖紙中的錯誤，當即進行了修改。（4）寰球化工工程公司應用CAD技術，在盤綿乙烯裝置工程中，進行碰撞檢測后，使95%以上的錯誤得以糾正，在總長20多萬米的管道設計中，施工結束后剩余鋼管不到10米。,1.1.3 CAD技術應用實例圖示,一些圖形網(wǎng)站如http://rhino3d.com/gallery/id/具有豐富的圖片，可顯示CAD技術 在各個領域的應用效果。,1.1.4 CAD技術發(fā)展歷程

8、 CAD技術隨著計算機及其外圍設備、圖形輸入輸出設備、軟件技術的發(fā)展而發(fā)展。（1）準備和誕生時期（20世紀50~60年代） 電子管計算機 1950 MIT 能夠顯示簡單圖形的圖形顯示器   1958 Calcomp 滾筒式繪圖機 20世紀50年代末 SAGE戰(zhàn)術防空系統(tǒng),（2） 蓬勃發(fā)展和進入應用的時期（ 20世紀60年代）

9、 1962，Ivan Sutherland 研究出了Sketchpad交互式圖形系統(tǒng)。 計算機及圖形設備價格昂貴，技術復雜。 計算機圖形學的發(fā)展，如Coons曲面 。（3）廣泛應用時期（ 20世紀70年代） 集成電路用于計算機，使計算機平臺的性能大為提高。 出現(xiàn)了以小型計算機為平臺的CAD系統(tǒng)。 圖形設備相繼推出并完善。 圖形軟件和CAD應用支撐軟件不斷得到充實與提高

10、。,（4）飛速發(fā)展時期（ 20世紀80年代） 出現(xiàn)了大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路，使微機進入市場。 推出了以UNIX系統(tǒng)支撐的SUN工作站。 圖形軟件更加成熟 。（5）日趨成熟的時期（ 20世紀90年代） 出現(xiàn)基于PC平臺的價廉物美的CAD系統(tǒng)。 CAD系統(tǒng)的標準化：CGI、GKS、GKS-3D、PHIGS、OpenGL、IGES、STEP。

11、 智能化CAD系統(tǒng)。 集成化 。 科學計算可視化、虛擬設計、虛擬制造。,1.1.5   CAD軟件技術的發(fā)展 以機械行業(yè)為例，說明CAD軟件技術的發(fā)展歷程。 20世紀60年代，CAD的主要技術特點是交互式二維繪圖和三維線框模型。 20世紀70年代，CAD的主要技術特征是自由曲線曲面生成算法和表面造型理論，代表軟件CATIA。 20世紀80年代，

12、CAD的主要技術特征是實體造型理論和幾何建模方法， 代表軟件I-DEAS。 20世紀90年代，CAD技術基礎理論主要是以PTC的Pro/Engineer為代表的參數(shù)化造型理論和以SDRC的I-DEAS為代表的變量化造型理論，形成了基于特征的實體建模技術。,1.1.6 發(fā)展趨勢 微機化、集成化、智能化、網(wǎng)絡化、可視化、并行化、標準化 。,1.2 CAD系統(tǒng)的軟硬件技術基礎,什么是CAD系統(tǒng)？CAD系統(tǒng)是以計算機硬件為基

13、礎，系統(tǒng)軟件和支撐軟件為主體，應用軟件為核心組成的面向工程設計問題的信息處理系統(tǒng)。CAD系統(tǒng)與一般計算機系統(tǒng)的差別：一般計算機系統(tǒng)：計算機+外圍設備。CAD系統(tǒng)：人與計算機及外圍設備協(xié)調(diào)運行的系統(tǒng)。其基本功能是交互性（對話功能）。,1.2.1 CAD系統(tǒng)結構與功能 1. CAD系統(tǒng)的結構可用分層體系結構進行描述。,,,,,硬件平臺：網(wǎng)絡，計算機，繪圖機，打印機...,,操作系統(tǒng)：Windows XP/VISTA/

14、7,LINUX,UNIX,,網(wǎng)絡協(xié)議：TCP/IP,SPX/IPX,,,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：Oracle,Sybase,Forpro …,,,CAD工具軟件：AutoCAD,Solidworks,Pro/E...,,,CAD工程應用軟件...,,,,,,,,,,,硬件系統(tǒng),系統(tǒng)軟件,支撐軟件,應用軟件,,CAD系統(tǒng)的體系結構,2.系統(tǒng)功能分析 （1）硬件應具備的基本功能： 計算功能、存儲功能、輸入輸出功能、交互功能

15、 。 （2）軟件應具備的基本功能： 就機械產(chǎn)品CAD系統(tǒng)來講，應是： 產(chǎn)品幾何造型的功能（線框、曲面與實體造型）、 2D和3D圖形處理功能、 有限元分析功能、 優(yōu)化設計過程、 數(shù)據(jù)庫管理功能等。,CAD 軟件,CAD 專用軟件,,,,,CAD 支撐軟件,優(yōu)化方法庫,圖形支撐軟件,數(shù)據(jù)庫軟件,有限元分析軟件,,

16、,,,,,3.CAD系統(tǒng)軟件層次結構,（1）系統(tǒng)軟件 主要用于計算機的管理、維護、控制以及計算機程序的翻譯、裝入與運行。 操作系統(tǒng)：UNIX、LINUX、Windows XP/VISTA/7等。 語言編譯系統(tǒng)：Visual C/C++、 Visual Basic、AutoLisp等。（2）支撐軟件 是為滿足CAD/CAM用戶共同需要而開發(fā)的通用軟件。 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：Foxpro/ORACLE/INFORMIX/

17、Sybase等。 計算機分析軟件：ANSYS/NASTRAN/ADAMS/VIRTUAL LAB等。 圖形支撐軟件：可分為圖形處理語言及交互式繪圖軟件。,（3）應用軟件 用戶利用計算機所提供的各種系統(tǒng)軟件、支撐軟件，編制解決用戶各種實際問題的程序稱為應用軟件。開發(fā)應用軟件是CAD工作者的一項重要工作。 （4）常用CAD軟件 國內(nèi)應用較廣的微機CAD軟件有： Autodesk公司的 AutoCAD及MD

18、T, 達索公司的Solidworks公司的 Solidworks， 西門子公司的SolidEdge軟件 MicroStation軟件，Micro-CADAM軟件，CADKEY軟件，等。,高檔CAD/CAM系統(tǒng)軟件有： 西門子公司開發(fā)的I-DEAS（Integrated Engineering Analysis Software）， 法國達索公司開發(fā)的CATIA（Compute

19、r-Graphics Aided Three-Dimensional Interactive Applications），法國Matra公司 EUCLID軟件，西門子的EDS公司 UG II (UNIGRAPHICS II)軟件，美國PTC公司 Pro/Engineer系統(tǒng) 。,1.2.2 CAD系統(tǒng)的類型 按照CAD系統(tǒng)中采用的計算機類型、外圍設備以及它們之間的聯(lián)系方式，CAD系統(tǒng)可分為主機型CAD系統(tǒng)

20、、工程工作站CAD系統(tǒng)、微機CAD系統(tǒng)和基于網(wǎng)絡環(huán)境的CAD系統(tǒng)。 CAD系統(tǒng)經(jīng)歷過三個階段的發(fā)展，即許多用戶共享一臺計算機；一個用戶用一臺計算機；一個用戶共享多臺計算機。,（1） 工程工作站系統(tǒng) 工程工作站是具有高速的科學計算、豐富的圖形處理、靈活的窗口及網(wǎng)絡管理功能的交互式計算機系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的特點是：一個用戶用一臺計算機，并且具有聯(lián)網(wǎng)功能。這也是它與具有分時系統(tǒng)的超級小型機的不同之處。 SUN 、 S

21、GI、 HP、 DEC和 IBM等大型計算機公司廣泛采用工程工作站系統(tǒng)，因此工程工作站在國外CAD系統(tǒng)中占有主導地位。,（2）微機CAD系統(tǒng) 是以一臺微機為主的單用戶系統(tǒng)。,微機CAD硬件系統(tǒng),主機,,操作系統(tǒng),顯示設備：圖形顯示器,,,輸入設備,外存儲器,,,,輸出設備,,通訊接口,（3）網(wǎng)絡分布CAD系統(tǒng) 應用計算機技術和通信技術，將分布于各地的各類計算機以網(wǎng)絡形式連接起來進行產(chǎn)品的設計工作。,CAD網(wǎng)

22、絡示例,TCP/IP,Server,Client,,文件服務器,數(shù)據(jù)庫服務器,,,,,,微機,工作站,...,1.2.3 計算機及其輸入輸出設備,CAD硬件,計算機主機,圖形輸入設備,圖形繪制設備,圖形顯示設備,掃描儀,數(shù)字化儀,數(shù)碼相機,光柵掃描顯示器,液晶顯示器,打印機,繪圖機,筆式繪圖機,噴墨繪圖機,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,CAD硬件設備,1. 微機組成與分類,按微機的設備組成，微機設備可分為內(nèi)、外兩

23、部分：內(nèi)部設備通常包括主板、CPU、內(nèi)存儲器、顯示卡、電源、輸入輸出接口等；其中輸入輸出接口又分為串行口和并行口，它們分別可以連接鼠標、打印機等外部設備；主板上通常有幾個擴展槽，用來連接外部設備等。外部設備一般包括軟盤驅動器、硬盤驅動器、光盤驅動器、鍵盤、鼠標、顯示器、聲卡、網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器等。,2. 計算機輸入設備,圖形輸入設備可將用戶的圖形結果及各種命令等轉換為電信號，并傳送給計算機。 （1） 物理設備 鍵盤、鼠標器、數(shù)

24、字化儀、圖形輸入板 鍵盤 由一組按陣列方式裝配在一起的按鍵開關組成。 鼠標器 可以方便、準確地移動光標進行定位，它是窗口軟件和繪圖軟件的首選輸入設備。 數(shù)字化儀和圖形輸入板 矢量圖形輸入設備。 語音輸入與掃描輸入,（2） 邏輯設備 圖形輸入設備從邏輯上分為6種功能，即定位（locator）、筆劃（stroke）、數(shù)值（valuator）、選擇（choice）、拾取（pick）及字符（st

25、ring），也可稱為6種邏輯設備。,,圖形輸入設備的邏輯分類,,名稱,相應的典型設備,基本功能,定位,鼠標器、拇指輪,輸入一個點的坐標,筆劃,鼠標器、拇指輪,輸入一系列點的坐標,數(shù)值,數(shù)字鍵盤,輸入一個整數(shù)或實數(shù),選擇,功能鍵、鼠標器,由一個整數(shù)得到某種選擇,拾取,光筆、鼠標器,拾取一個顯示著的圖素,字符串,字符鍵盤,輸入一串字符,所謂邏輯設備，是指按邏輯功能定義的設備，而不是具體的物理設備。一種邏輯設備對應于一種或一類特定的物理設備，

26、而實際的圖形輸入設備又往往是某些邏輯輸入功能的組合。,3. 計算機圖形輸出設備,常用的圖形輸出設備可以分為兩大類。一類是與圖形輸入設備相結合，構成具有交互功能的可以快速地生成、刪除和修改圖形的顯示設備。另一類是在紙上或其他介質上輸出可以永久性保存的圖形的繪圖設備。后者也稱為硬拷貝設備。 硬拷貝設備: 1）打印機（Printer） 按打印機的打印方式來分，目前常用的打印機有：點陣打印機、噴墨