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1、第一章第一章 概述概述lCAD技术的基本概念lCAD技术的发展历史和发展趋势lCAD系统的基本内容lCAD系统的类型lCAD系统的软硬件组成lCAD系统的选型原则CADCAD技术的基本概念技术的基本概念1. CADCAD（Computer Aided DesignComputer Aided Design）一种利用计算机软硬件 系统辅助人们进行产品和工程设计的方法和技术。CADCAD的基本技术：的基本技术： 图形处理技术：图形处理技术：自动绘图、几何造型、图形仿真、图形输入/输出技术等。 工程分析技术：工程分析技术：有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）、优化设
2、计、工程分析等。 数据管理与数据交换技术：数据管理与数据交换技术：数据库管理（Data Base Management）、产品数据管理（Product Data Management, PDM）、产品数据交换规范及接口技术等。 文档管理技术：文档制作、报表生成等。文档管理技术：文档制作、报表生成等。 软件开发技术：用户界面设计、软件二次开发工具、软件工程规范等。软件开发技术：用户界面设计、软件二次开发工具、软件工程规范等。总之，CADCAD技术是一门多学科综合应用的新技术。技术是一门多学科综合应用的新技术。. CADCAD过程过程工业设计中能用CAD技术实现的活动集合。. 计算机图形学（计算机
3、图形学（Computer graphics, CGComputer graphics, CG）研究通过计算 机将数据转换为图形，并在专用设备上显示输出的原理、方法和技 术的科学。l l计算机绘图：计算机绘图：使用图形软件和硬件进行绘图及有关标注的方法和技术，是计算 机图形学中涉及工程绘图的一个分支，属于工程技术，是CAD的基本内容之一。l l计算机图形学：计算机图形学：是一门独立的学科，有丰富的研究内涵，研究内容包括： 硬件：图形输入、处理和输出设备的研究开发 图形软件设计 图形处理的理论和方法 图形处理的实际工程应用计算机图形学中的图形处理理论与方法是计算机图形学中的图形处理理论与方法是CA
4、DCAD技术的重要基础技术的重要基础CADCAD技术的基本概念技术的基本概念CADCAD技术的发展历史和发展趋势技术的发展历史和发展趋势1. CAD1. CAD技术的发展历程技术的发展历程 2020世纪世纪5050年代：交互式计算机图形处理技术诞生，年代：交互式计算机图形处理技术诞生，CADCAD技术雏形出现。技术雏形出现。第一台显示器（Whirlwind 计算机的附件）诞生。 MIT林肯实验室开发SAGE空中防御系统，使用具有指挥和控制功能的CRT显示器。2020世纪世纪9090年代以来：年代以来：CADCAD造型技术不断完善。造型技术不断完善。广泛采用特征造型和基于约束的参数化和变量化造型
5、方法 ； 向集线框、表面、实体造 型统一表示的非流形形体造型发展， 向基于网络的设计发展，支持协同的概念设计成为 CAD研究热点2020世纪世纪6060年代：交互式计算机图形学和年代：交互式计算机图形学和CADCAD技术发展的重要时期。技术发展的重要时期。1962年Sketchpad：一个人-机通信的图形系统中首次提出“计算机图形学” 20世纪60年代中后期，出现具有实用功能的CAD系统：通用汽车公司的DAC-1系统， 洛克希德飞机制造公司的CADAM系统等。 2020世纪世纪7070年代：计算机绘图技术得到广泛应用，出现光栅扫描显示器。年代：计算机绘图技术得到广泛应用，出现光栅扫描显示器。解
6、决简单产品设计问题，如二维绘图、三维线框造型等。2020世纪世纪8080年代：工程工作站和微机出现，年代：工程工作站和微机出现，CGCG进入新的发展时期，进入新的发展时期，CADCAD技技 术得到普及。术得到普及。 工业界意识到CAD技术对生产的巨大促进作用，实体造型理论及系统得到发展和应用 ；为满足CAD系统间图形交换要求，推出一系列图形标准：CGI、GKS、PHIGS、 IGES、STEP等的推出，提高CAD软件的设备无关性和可移植性。2. CAD2. CAD技术的发展趋势技术的发展趋势CADCAD技术的发展历史和发展趋势技术的发展历史和发展趋势 集成化：集成化：支持信息集成、过程集成与企
7、业集成。涉及的技术涉及的技术: : l 数字化建模l 产品数据管理l 过程协调与管理l 产品数据交换l 各种CAx工具等。 网络化：网络化：支持支持动态联网中协同设计所需的环境和设计技术。 智能化：智能化：集成化、网络化的同时，采用智能技术。CADCAD系统的基本内容系统的基本内容 设计计算 优化设计 设计资料查询 结构设计 运动仿真 有限元分析 可靠性分析 动态分析与仿真 外观设计与仿真 交互式绘图 参数化零件库 图样生成CADCAD系统的类型系统的类型1. 1. 按硬件组成分类按硬件组成分类l l主机系统：主机系统：以大中型计算机为中心，采用分时操作系统集中支持几十甚至上百个 CAD终端运
8、行，通常用于运行大规模的支撑软件或自行开发的大型应用软件，系统 共用一个集中的大型数据库。l l小型机系统：小型机系统：以32位小型机为主机，带几个或十几个终端，通常是由CAD技术开 发公司为用户配置的计算机配套系统，工作针对性强，价格昂贵，作业水平取决于 所配置软件的功能。系统针对性过强，用户难以进一步开发，限制了这类系统的应 用范围，目前已被淘汰。l l工作站系统：工作站系统：包括图形工作站和工程工作站，属于特殊研制的专业计算机，具有 强大的科学计算、丰富的图形处理、灵活的窗口管理及网络管理功能，具有便于逐 步投资、逐步发展的优点，是多数高端CAD支撑软件和应用软件的主要运行平台。l l微
9、机系统：微机系统：以32位或64位超级微机为主机，配备高分辨率图形显示系统、大幅面 绘图仪、高容量硬盘的CAD系统，主要用于绘制二维工程图，并具有一定的三维几 何造型能力，主要用于运行中低端CAD支撑软件和应用软件。l l基于网络的微机基于网络的微机- -工作站系统：工作站系统：可共享软硬件资源；充分准确地交流设计信息；协 调各种作业；完成并行工程。CADCAD系统的类型系统的类型2. 2. 按工作方法分类按工作方法分类l l检索型检索型CADCAD系统：系统：用于已经实现标准化、系列化、模块化的工程产品结构设计。 可根据技术要求及规范，通过给定参数和设计数据，从系统中检索出所需的零部件 图。
10、l l自动型自动型CADCAD系统：系统：用于设计理论成熟、计算公式确定、设计步骤和判别标准清楚 、设计资料完备的产品或工程设计。不需人工干预、系统可根据给定的基本参数自 动完成设计工作，输出产品或工程设计的全部图样。l l交互型交互型CADCAD系统：系统：可充分发挥计算机系统的高速运算能力、严格的逻辑推理能力 以及大容量的信息存储能力，并将设计人员的经验与智慧同计算机CAD系统的优势 相结合，在交互方便、界面友好的环境下完成产品或工程的设计工作，使人机得到 最佳配合的CAD系统。l l智能型智能型CADCAD系统：系统：将人工智能技术，特别是专家系统技术应用于产品和工程设计 ，所形成的专业
11、领域的设计形专家系统。主要由知识库、推理机、实时系统、知识 获取系统和人机接口等组成。输入设计对象的概念、用途、性能等信息，利用智能 型CAD系统提供的推理、决策、计算和电子数据处理等各种机制，即可完成产品或 工程的详细设计。CADCAD系统的硬件组成系统的硬件组成1. 1. 工作站系统的硬件工作站系统的硬件l lUNIXUNIX工作站：工作站：基于RISC处理器（精简指令系统处理器，采用RISC芯片），采用 UNIX操作系统。l lNTNT工作站：工作站：基于Intel处理器，采用Windows 2000/NT/XP操作系统和基于OpenGL标 准的图形技术。2. 2. 微机系统的硬件微机系
12、统的硬件相对普通PC系统，更强调运算能力和图形处理能力，应配备功能较强 的人机交互 设备和图形输入/输出装置。3. CAD3. CAD系统的硬件组成系统的硬件组成主机：主机：CPU和内存储器外存储器：外存储器：硬盘、软盘、光盘、U盘图形输入设备：图形输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、 图形输出设备：图形输出设备：显示器、绘图仪、打印机CADCAD系统的软件组成系统的软件组成l l系统软件：系统软件：与计算机硬件直接关联的软件，起扩充计算机功能和合理调度与运用计算机 的作用。主要用于计算机的管理、维护、控制、运行，以及计算机程序的编译、装载和运 行。具有公用性和基础性两个特点。uu操作系统：操作系统
13、：承担计算机管理工作，主要功能包括文件管理、外部设备管理、 内存分配管理、作业管理和中断管理等。如UNIX、Windows2000/NT/XP等。uu编译系统：编译系统：用于将高级语言编写的程序编译成计算机能够直接执行的机器指 令。l l支撑软件：支撑软件：CAD软件系统的核心，为满足CAD工作中的共同需要而开发的通用软件。uu图形处理软件：图形处理软件：uu基本图形资源软件：基本图形资源软件：根据各种图形标准或规范实现的软件包，具有设备根据各种图形标准或规范实现的软件包，具有设备 无关性，是供各种应用程序调用的图形程序库或函数库。无关性，是供各种应用程序调用的图形程序库或函数库。如：如：CG
14、ICGI（Computer Graphics Interface, Computer Graphics Interface, 计算机图形接口计算机图形接口) )GKSGKS(Graphics(Graphics Kernel System, Kernel System, 图形核心系统图形核心系统) )PHIGSPHIGS( (ProgrammersProgrammers Hierarchical Interactive Graphics Hierarchical Interactive Graphics SystemSystem, , 程序员层次交互图形系统程序员层次交互图形系统）OpenGLO
15、penGL(Open(Open Graphics Library, Graphics Library, 开放式图形程序库）等。开放式图形程序库）等。CADCAD系统的软件组成：系统的软件组成：支撑软件支撑软件uu 二、三维绘图软件：二、三维绘图软件：用于解决零部件的详细设计问题，输出工程图uu 几何造型软件：几何造型软件：用于实现零部件的三维结构设计、存储三维几何数据 及相关信息uu图形处理软件：图形处理软件：uu工程分析与计算软件：工程分析与计算软件：用于解决工程设计中的各种数值计算问题。uu常用数学方法程序库常用数学方法程序库uu有限元分析软件有限元分析软件uu优化设计软件优化设计软件uu
16、机构分析及机构综合软件机构分析及机构综合软件uu机构分析：确定机构的构成参数，计算机构的节点力、弹性力、检验干涉机构分析：确定机构的构成参数，计算机构的节点力、弹性力、检验干涉 、显示机构的动静态图及各种分析结果曲线。、显示机构的动静态图及各种分析结果曲线。uu机构综合；根据产品设计要求，进行机构设计。机构综合；根据产品设计要求，进行机构设计。uu机械系统的动态分析软件：振动分析，噪声分析等机械系统的动态分析软件：振动分析，噪声分析等uu注塑（压铸）模具分析软件注塑（压铸）模具分析软件CADCAD系统的软件组成：系统的软件组成：支撑软件支撑软件uu模拟仿真软件模拟仿真软件uu运动仿真：运动仿真：大型装配体的运动模拟和干涉检验大型装配体的运动模拟和干涉检验uu成型仿真：成型仿真：板金零件的成型过程模拟及其成型缺陷预测板金零件的成型过程模拟及其成型缺陷预测uu加工仿真：加工仿真：用于设计表面的数控加工模拟，以检验过切、少切及加工精
