系统的硬件及软件

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1、第2章 CAD系统的硬件及软件,2.1 CAD系统的构成和配置形式 2.2 CAD系统的硬件 2.3 CAD系统的软件,2.1 CAD系统的构成和配置形式,1、系统的基本组成 2、计算机类型 3、CAD系统的配置形式,2.1 CAD系统的构成和配置形式,1、组成软件 + 硬件 硬件：可以触摸到的物理设备，由计算机、外围设备组成,作用：为CAD系统提供潜在的能力，是CAD系统的基础。,2.1 CAD系统的构成和配置形式,软件：通常是指程序及相关的文档 软件系统：包括系统软件、支撑软件和应用软件。,作用：是开发、利用硬件其能力的钥匙 。,CAD系统的组成：是由计算机、外围设备等硬件和控制这些硬件运

2、行的指令、程序及文档即软件组成，通常包含若干功能模块。,2.1 CAD系统的构成和配置形式,2.计算机类型 a) 主机(或大型机)系统(Mainframe-based system) b) 小型机系统(Minicomputer-based system) c) 微型机系统(Microcomputer-based system) d) 工作站系统(Workstation-based system),2.1 CAD系统的构成和配置形式,定义：以一台大型或小型通用计算机为主机，连接几十至几百台图形终端和字符终端及其他图形输入、输出设备及生产设备。,2.1 CAD系统的构成和配置形式,大型计算机深蓝(

3、Deep Blue) 1997年5月11日击败棋王卡斯帕罗夫,小型机鼻祖 DEC-pdp-8（1965年 ）,2.1 CAD系统的构成和配置形式,优点：系统具有一个大型的数据库，可以对整个系统的数据实行综合管理和维护，给企业的集成管理带来方便； 能进行复杂的计算、分析，运算速度高，提高了企业在设计、制造方面的质量与效率；,缺点： 安全性能低，如果主机出现故障，则整个系统都不能工作； 计算机的总负荷增加，系统的响应速度将降低。这种现象在三维造型和复杂有限元分析时尤为突出。,2.1 CAD系统的构成和配置形式,工作站和微机系统的原理图,2.1 CAD系统的构成和配置形式,3.CAD的配置形式 1）

4、主机终端形式 2）分布式台式计算机形式 3）客户/服务器形式 4）浏览器/服务器形式,2.1 CAD系统的构成和配置形式,2.2 CAD系统的硬件,2.2 CAD系统的硬件,1 计算机系统 速度与容量 1）基本配置 2）主频 3）内存大小与存取周期 4）外存大小与速度 5）显示器分辨率与色彩,2.2 CAD系统的硬件,2输入设备 1）键盘 2）鼠标（机械、光电）,机械式鼠标下面有个滚球,通过滚球带动两个转轴,转轴的一端有个带齿的光电调制盘,转轴转动时带动光电盘转动,通过放在光电盘两边的红外线光电收发装置转变成电脉冲,通过电路检测脉冲的频率和相位来得到鼠标运动的速度和方向,然后通过电路编码送给计

5、算机来控制光标的运动.,光电鼠标内部有一个发光二极管，通过它发出的光线，可以照亮光电鼠标底部表面（这是鼠标底部总会发光的原因）。此后，光电鼠标经底部表面反射回的一部分光线，通过一组光学透镜后，传输到一个光感应器件（微成像器）内成像。这样，当光电鼠标移动时，其移动轨迹便会被记录为一组高速拍摄的连贯图像，被光电鼠标内部的一块专用图像分析芯片（DSP，即数字微处理器）分析处理。该芯片通过对这些图像上特征点位置的变化进行分析，来判断鼠标的移动方向和移动距离，从而完成光标的定位。,2.2 CAD系统的硬件,3）光笔4）图形扫描仪,2.2 CAD系统的硬件,5）数字化仪 6）图形输入板,2.2 CAD系统

6、的硬件,7）数据手套,2.2 CAD系统的硬件,8)触摸屏 在普通的显示屏基础上，附加了坐标定位装置，从而感知接触点的位置。,工作原理：当手指触摸屏幕时，触感可由传感系统获得，通过相应的电路就可以检测到该点的位置。如将应用软件的菜单提示于屏幕上，利用触摸技术，手指直接“点菜”，既直观又方便，不易出错。,传感系统：红外式、电容式、机械式,2.2 CAD系统的硬件,3.图形输出设备1）. 打印机针式、喷墨、激光、静电等 2）. 图形显示器 刷新式 存储管 光栅式,2.2 CAD系统的硬件,3. 绘图机 1）滚筒式绘图机 a) 原理 b) 结构,笔式绘图机工作原理 是以墨水笔作为绘图工具，计算机通过

7、程序指令控制笔和纸的相对运动，同时，对图形的颜色、图形中的线型以及绘图过程中抬笔、落笔动作加以控制，由此将屏幕显示的图形或存储器中的图形输出。,2.2 CAD系统的硬件,滚筒式特点： 纸与笔都动，结构紧凑，速度快，精度低，适合绘制大型的工程图。,2.2 CAD系统的硬件,2.2 CAD系统的硬件,平板式特点： 纸不动、笔在x、y两方向运动，绘图者可自始至终观察绘图过程； 速度稍慢，精度高，工程图纸质量高； 价格比较贵，而且占地面积大，幅面受限制。,2.2 CAD系统的硬件,4立体显示器 在虚拟现实技术的CAD系统中，提供逼真的三维视觉，使用户尽可能地沉浸在虚拟环境中。 种类：头盔显示器（HMD

8、）、立体眼镜及三维立体投影仪等； 头盔显示器参数：焦距、出瞳、眼睛松弛度和视野等光学设计参数，以及分辨率和亮度等性能参数。,2.2 CAD系统的硬件,5三维听觉环境系统 作用：听觉通道可以向用户提供辅助信息，从而加强用户对虚拟环境的感知。 组成：听觉环境系统由语音与音响合成设备、识别设备和声源定位设备构成。 Convolvotron是到目前为止最成功的立体声生成系统。,2.3 CAD系统的软件,1. CAD软件的基本组成 1.1 系统软件 操作系统 开发语言 网络通讯与管理软件 数据库及其管理软件 1.2 支撑软件,2.3 CAD系统的软件,系统软件,2.3 CAD系统的软件,2.3 CAD系

9、统的软件,3.典型的商业CAD软件Auto CAD MDT APT Pro/E I-Deas UG II,2.3 CAD系统的软件,CAD-Key Solidworks MasterCAMCATTIA Sur CAM 开目CAD 高华CAD 北航,应用软件是在系统软件和支撑软件基础上，针对用户具体要求而开发的程序。 在具体的CAD应用中，根据用户要求开发用户化的应用程序，必须能进行二次开发。如：塑料模具设计软件、冷冲模具设计软件、组合机床设计软件、机床夹具设计软件 ,应用软件,重要性：应用软件体现了CAD系统解决具体实际问题的功能， 应用软件的水平、质量及可靠性往往是决定CAD系统生产效益的关

10、键因素,检索型 自动型 交互型 智能型,分类：,原理： 人们预先将已定型的产品资料(图样、技术文件等)存入计算机，并设计检索程序。系统工作时，根据用户输入的设计初始参数，选择标准产品图样及有关数据，并能调用系统中的标准程序库及图形库，计算相应的参数及绘制图形。,1检索型,用途： 这种系统适用于产品定型之后标准化、系列化的设计，如 标准件、电机、水泵等产品的设计。,特点: 通用性差；由于设计过程中不提供人工干预功能，所以不适于新产品的开发设计。,2. 自动型,自动型系统是设计者预先将待解决的问题建立数学模型，找到目标函数，将其求解过程编成程序输入计算机的系统,系统运行时，根据输入的参数自动进行数

11、学模型求解，不需人工介入,范围：适用于事先能够用数学模型描述的一类设计问题。如刀具设计、轴承设计，齿轮设计,3交互型,原理： 利用输入、输出设备，通过人机对话的方式完成CAD的工作。,范围： 适合于复杂结构或新产品的设计、开发工作。,在CAD系统中引入人工智能技术，使计算机在专家级水平上工作,4智能型,原理：设计系统时： 建立知识库； 设置推理机构； 知识库 ： 领域内专家的知识和经验； 推理机构的作用：在求解问题时，模仿人类专家进行思维与决策；系统运行时：输入原始参数及设计要求，系统检索知识库，搜索与待解决问题相匹配的规则，通过推理机的推理、判断或模拟人的智慧，给出智能性的提示，建议解决问题

12、的途径和推荐解决方案。,原理图,范围： 适合于复杂结构或新产品的设计、开发工作。 开发智能型CAD系统面临的问题：知识类型复杂，判断标准模糊不定，知识获取范围小，开发难度大。,一个CAD系统是由一系列必要的硬件和软件组成的，如图2-1所示。,硬件是实现各项功能的物质基础； 软件是实现各项功能技术的核心。 使硬件各个元件能进行正确的协同工作，要有软件的控制、指挥实现。 硬件好比是人的身体，而软件好比是人的头脑，两者只有有机的组织起来才能充分发挥作用。 2.1 CAD系统的硬件 CAD系统的硬件主要由主机、输入设备、输出设备、存储器组成。,图 22 CAD系统的硬件构成,图2-2 CAD系统的硬件

13、构成,一、 主机 主机即用于CAD系统的计算机，一般可分为大型机、小型机、工作站及个人计算机。 1.大型机CAD系统 该系统一般采用具有大容量的存储器和极强计算功能的大型通用计算机为主机，一台计算机可以连接几十至几百个图形终端和字符终端及其它图形输入和输出设备。 优点是：系统具有一个大型的数据库，可以对整个系统的数据实行综合管理和维护；计算速度极快。 缺点是：如果CPU失效，则整个用户都不能工作；由于计算机数据库处于中央位置，计算机数据容易被破坏；终端距离不能太远；随着计算机的总负荷增加，系统的响应速度将降低。,2.小型机CAD系统 生产、制造这类系统的厂商很多，如美国的CV，Intergra

14、ph，Calma，Application，Autotrol，Unigraphics等公司。 在它们中间生产的产品大致可以分为两种类型。 CV公司生产的是属于全封闭系统。该公司曾投入了大量的人力和物力进行硬件和软件的开发。 Intergraph，Application，Unigraphics，Calma等公司，选择通用的计算机，如VAX和MicroVAX等计算机作为系统的硬件环境，有时它们也自己研制和生产一些专用的图形处理设备和高性能的图形显示器。这类系统的优点是软件的移植性较好，用户有较大的主动权，而且软件的研制者不必在硬件生产上分散精力。,3.工作站组成的CAD系统 以工作站为基础的CAD系

15、统与分时系统的小型机CAD系统不同，一台工作站只能一人使用，并且具有联网功能。其处理速度很快，一般都赶上或超过了过去的小型和中型计算机的速度。当前某些高档工作站的处理速度更高，它以达到甚至超过小巨机的水平。这类工作站一般都采用RISC技术和开放系统的设计原则，用UNIX作为它们的操作系统。,4.PC微机组成的CAD系统 随着微机性能的不断提高，价格的不断下降，以PC机组成的CAD系统近年来不断增多。 以微机为基础，配上相应的软件与图形输入输出设备，就可以组成一套微机CAD系统。 目前以PC微机为主处理机的CAD系统除了用于进行二维绘图以外，还能做三维几何造型和有限元分析计算工作。目前在微机上运

16、行的软件主要是Auto CAD等，随着微机性能的进一步提高，将来有可能用它进行复杂的三维造型和计算，甚至可取代低档工作站。,由于网络技术的发展，现在微机已能与大型机、小型机和工作站联网，成为整个网络的一个结点，共享大型机和工作站等的资源。这样，大型机系统、工作站系统和PC机系统就不再相互割裂，而成为一个有机的整体，在网络中发挥各自的优点，使得原来要在小型机和工作站上进行的CAD工作可由微机来完成。,二 输入设备 1. 键盘 键盘是常用的输入设备。CAD系统工作时，可将设计参数、图形的坐标值、命令和字符等都可以用键盘输入计算机。 2. 鼠标 鼠标是一种手动输入的屏幕指示装置。它用于移动光标在屏幕上的位置，以便在该位置上输入图形、字符，或从屏幕菜单上选择需要的项目。有的鼠标有专用接口卡。大多数的鼠标器和计算机端口的RS-232C串行口相连接。,3. 数字化仪 数字化仪是由一块尺寸为A4-A0的图板和一个类似鼠标器的定位器或触笔组成的。数字化仪用于输入图形，跟踪、控制光标位置和选择菜单。大规模的数字化仪常常用于将已有图样输入到计算机。,