CAD系统的硬件及软件.ppt

第2章 CAD系统的硬件及软件,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，Intergraph，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/CAM系统与分时系统的小型机CAD/CAM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/CAM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/CAM系统。 目前以PC微机为主处理机的CAD/CAM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/CAM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。,数字化仪的主要技术指标是： 1）分辨率 每英寸2000-2500线。 2）精度 0.25-0.125mm。 数字化仪通常与计算机的RS-232C串行口连接。,4. 扫描仪 用于将工程图样自动的输入计算机，以便在计算机里建立图样的技术档案，代替目前占用大量房屋面积和人力的技术档案室管理方法。这种图样自动输入技术可分为三部分： 1）用扫描仪将图形录入计算机，形成灰度及不同的图像格式的文件。 2）经二值化处理后，该文件转化成以二进制数表示的点阵图像文件。 3）经过有关软件的处理，点阵图像转换为矢量化图。 4）将图形信息和文本、符号分离与识别。,扫描仪的主要技术指标有： 1）分辨率 每英寸200-1200点。 2）灰度 灰度是指一系列具有黑白比例或彩色浓淡的色调，通常为256级，64级，或更低。 扫描仪与计算机的接口，常用RS-232C标准接口,一些新型扫描器采用快速传输数据的SCSI接口。,5.触摸屏 又称为触感型终端，是一种特殊的显示屏。与普通的显示器不同的是：附加了坐标定位装置，从而感知接触点的位置，功能与图形板相同。 触感可由红外式、电容式、机械式传感系统获得，当手指触摸屏幕时，通过相应的电路就可以检测到该点的位置。 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。,6.语音输入设备 将人类说话的语音直接输入计算机的设备。将声音通过话筒变成模拟信号，再将模拟信号通过调制变成数字信号。 语音输入的难点是如何理解、识别语音，目前的水平处于定量词汇、定人语音识别的程度。已有公司开发出操作系统的语音输入系统，用户只需读出所需进入选项的名称，系统会自动识别用户语音而选择相应的操作，其效果与鼠标选择是相同的。,7.数据手套 虚拟现实系统中最常用的输入装置。如下图所示，数据手套利用光导纤维的导光量来测量手指角度。当光导纤维弯曲时，传输的光将会有损失，弯曲越大，损失越多。数据手套可以帮助计算机测试人手的位置与指向，从而可以实时地生成手与物体接近或远离的图像。,8.位置传感器 在应用虚拟现实技术的CAD/CAM系统中，为了提高真实感，必须知道浏览者在三维空间中的位置，尤其是必须知道浏览者头部的位置和方向。 位置传感器用于检测和确定浏览者的位置和方向，通常包括电磁场式、超声波式、机电式、光学式等。 电磁场式传感器通过检测低频磁场的变化来确定运动对象的位置和方向，并据此跟踪运动对象的位置和方向。 超声传感器的工作原理与电磁场式传感器类似，也是采用接收器和发送器方式，只不过发送器是超声扬声器，接收器是超声麦克风并且利用了三角形定位原理 。,三 输出设备 1. 显示器 图像显示是将计算机CPU当前所做的工作的数字信息，通过显示处理单元DPU,转换成显示装置所需的电压值，将图形和文字立即显示在显示器阴极射线管（CRT）的屏幕上。,2. 打印机 以纸为介质，将计算机处理后的结果变为永久的可保留信息，这种输出称为硬拷贝。按其工作方式，可分为击打式和非击打式两种。 击打式：特点是便宜，打印速度慢，噪声大。 非击打式：喷墨式、激光式,特点是贵，打印快，噪音小。,3.绘图机 自动绘图机按工作原理可分为笔式绘图和非笔式绘图两大类。 笔式绘图机 是以墨水笔作为绘图工具，计算机通过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。 根据笔与纸的相对运动实现方法的不同，笔式绘图机可分为平板式和滚筒式两类。,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，但价格比较贵，而且占地面积大，幅面受限制，工程图纸质量高。,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。,非笔式绘图机 作图工具不是笔。一般包括静电绘图机、喷墨绘图机、热敏绘图机等几种类型。,2.2 CAD系统的软件 计算机软件是指与计算机系统操作使用有关的程序、规程、规则及其相关文档资料的总和。 在CAD系统中，根据软件在系统中执行的任务及服务对象的不同，软件大体分为系统软件、支撑软件和应用软件三大类。 一、 系统软件 系统软件是直接配合硬件工作,并对其它软件起着支撑作用的软件。主要的系统软件有： 操作系统；b 网络系统；c 高级语言编辑器等。,系统软件构成,二 支撑软件 支撑软件是在系统软件基础上开发出来的满足CAD用户一些需要的通用软件或工具软件，是CAD/CAM系统的核心。 常见的CAD支撑软件有如下几类: 几何建模软件: 提供一个完整，准确地描述和显示三维几何造型的方法和工具。具有消隐、着色、浓淡处理、实体参数计算、质量特性计算等功能。 计算机辅助工程软件: 集几何建模，三维绘图，有限元分析，产品装配，公差分析，机构运动学，NC自动编程等功能分析系统为一体的集成软件系统。,绘图软件: 具有基本图形元素（点、线、图）绘制等，图形变换（缩放、平移、旋转等），编辑（增、删、改等），存贮，显示控制以及人机交互，输入/输出设计驱动等功能。 有限元分析软件：可以进行静态、动态、热特性分析，通常包括前置处理、计算分析及后置处理三部分。举例:SAP,SKA,NASTRAN,ANSYS等有限元分析软件。 优化方法软件：将优化技术用于工程设计，综合多种优化计算方法，为选择最优方案、取得最优解、求解数学模型提供强有力的数学工具软件。,系统运动学/动力学模拟仿真软件：在产品设计时，实时、并行地模拟产品生产或各部分进行的全过程，以预测产品的性能、产品的制造过程和产品的可制造性。例：ADAMS机械系统动力学自动分析软件。,三 应用软件 是用户解决实际总是而自行开发或委托开发的程序系统。它是在系统软件的基础上，或用高级语言编程，或基于某种支撑软件，针对特定的问题设计研制，既可为一个用户使用，也可为多个用户使用的软件。,2.3 CAD系统的型式 随着计算机功能的提高和CAD技术的应用推广，目前各行业都相继建立了具有本行业特点的CAD系统。下面介绍一些典型的CAD系统。 一、 检索型CAD系统 在信息检索型CAD系统中，已把定型产品的图纸整理成标准图存入计算机，同时存入加工用的信息，当用户需要某种产品时，系统可按需要而选择出标准规格图纸；而当用户所给的初始参数不足时，系统可在同系列产品中，利用经验设计中的类比方法，选择计算出介于两种产品规格之间，满足初始要求的产品。,检索型CAD系统工作原理,二、 计算型CAD系统 计算型CAD系统主要是通过优化分析计算，得到技术上和经济上均最优的设计方案。,计算型CAD系统工作原理,三、 人机交互型CAD系统 交互型系统是利用输入、输出设备，通过人机对话的方式工作的。 由于产品的设计是一个设计、分析、计算、显示、修改，不断反复的过程，计算机不能代替人的全部思维活动，因此，交互式系统是将人的创造性与计算机特性充分结合的系