CAD系统软硬件及接口技术.ppt

第2章 CAD系统软硬件及图形接口技术,罗天洪 博士 副教授 重庆交通大学机电与汽车工程学院,主要内容,CAD硬件系统 CAD软件系统 系统接口技术,2.1 CAD系统硬件 CAD系统的硬件配置与通用计算机系统有所不同，其主要差异是CAD系统硬件配置中，应具有较强的人机交互设备及图形输入装置，为产品设计提供良好的硬件环境。CAD系统硬件的配置一般也能满足CAD/CAPP/CAM系统，主要包括如下几部份：,计算机系统,图形输入设备,图形显示设备,图形绘制设备,2.1.1计算机系统 目前CAD所使用的计算机系统主要有工作站和高档微机两种，它们的主要特征是，都具备很强的图形处理能力，速度较高，使用较大的内外存以适应CAD应用软件的需求。,计算机的技术指标主要有3个方面：一是运算速度，以CPU（中央处理单元）的每秒执行指令数目（MIPS，百万次/秒）来衡量，时钟频率（主频）是影响速度的主要方面；二是字长，即CPU每执行一条指令可以内存提取和处理的数据位数，例如386、486为32位，pentium是64位并采用了较新的RISC（精简指令集）技术；三是内存容量，内存越大，可容纳和处理的程序和数据量就愈大。,选用何种计算机系统，应取决于选用何种CAD应用软件及应用开发方面的要求。一般来说，高档微机于中小型CAD系统，如二维绘图、CAD/CAM、产品信息管理等，具有价廉物美、共享资源丰富的特点。而工作站适用于集成化CAD/CAM/CAE系统，包括三维建模、分析，数控加工和数据库等，但无论在硬件还是在软件方面均需要较大的投资额度。,2.1.2 图形输入设备 在CAD作业中，常需要交互地输入和修改产品设计方案的图形，对图形作多种变换操作。仅用键盘输入不能满足快速作业的要求，因而出现了各种各样的输入设备，如光笔、鼠标器、扫描仪等。,鼠标器,数字化仪,扫描仪,2.1.3 图形显示设备 图形显示器的主要器件是阴极射线管(CRT)，目前交互图形系统广泛使用的是光栅扫描式显示器，它的显示原理与电视机相似，不同的是电视机用模拟信号来扫描形成屏幕上的图像，而图形显示器则不断地读取帧缓冲区的数据来控制不同位置的RGB色刷新屏幕上的图像。,衡量图形显示器清晰度的主要指标是分辨率。,图形显示离不开图形显示卡,2.1.4 图形绘制设备 CAD设计结果通常以数据表的形式或工程图的形式输出到打印纸或图纸上，以形成后续生产的指导性文件。用于输出报表和图纸的硬拷贝设备有打印机和绘图机等。,2.2 CAD系统软件,CAD系统的软件分为三个层次：系统软件，支撑软件和应用软件。系统软件与硬件和操作系统环境相关，支撑软件主要指各种工具软件，应用软件指以支撑软件为基础的各种面向工程应用的软件，其中大量的由各行业的工程设计人员开发。CAD/CAPP/CAM系统的软件除与CAD系统的要求一样外，还增加了CAPP和的有关软件。,2.2.1系统软件 系统软件主要用于计算机管理，维护，控制及运行，以及计算机程序的翻译和执行，它分为以下几类:,1.操作系统 操作系统的主要功能是管理文件及各种输入输出设备。,2.编译系统 是将高级语言编制的程序转换成可执行指令的程序。,3.图形接口及接口标准 为实现图形向设备的输出，必须向高级语言提供相应的接口程序(函数库)。,2.2.2支撑软件 支撑软件是在系统软件的基础上开发的满足CAD用户一些共同需要的通用软件或工具软件，它是CAD软件系统的核心。近10多年，由于计算机应用领域的扩大，CAD支撑软件产品及市场飞速发展，根据应用需求分为以下几类。,(1).计算机分析软件 这类软件主要用于解决工程设计中的各种数值计算和分析。主要有：1) 常用数学方法库及其可视化软件。2)有限无分析软件。目前，有限元理论和方法已趋成熟，而且求解总是的范围及规模日益扩大，除弹性力学和流体力学外，也应用于流动分析、电磁场分析等方面。商品化的有限元分析软件很多，如SAP-5、ADINA、NASTRAN、ANSYS、COSMOS等，一些软件还具有较强的前后置处理功能。,3)优化设计软件。优化设计建立在最优化数学理论和现代计算技术的基础上，通过迭代寻求设计的最优方案。已有不少成熟的优化程序库，如LBM公司的ODL，我国自主版权的“优化方法程序库OPB-2”等。,(2).集成化CAD/CAM/CAE软件 这些软件支持二维和三维图形方式下进行产品及其零件的定义。早期的软件主要致力于实现交互式绘图，如CADAM、AUTOCAD、MEDUSA的早期版本均主要以二维交互式绘图为主。80年代中期开始，实体造型技术日趋完善，不少CAD系统转向采用实体造型技术定义产品零件的几何模型，进行分析、数控加工、输出工程图等。今天，参数化技术、装配设计、并行设计方法、统一数据模型为各个模块共享几何模型和最终的集成创造了条件。,目前较流行的CAD集成系统有：I-DEAS、Pro/Engineer、UG-2、CADDS-5、CATIA、Siemens-Desiggn等。国内由清华大学和华中理工大学共同开发的CAD-MLS也初步实现了CAD、CAM、FCA、2D、数据库管理的集成，但商品化程度仍较低。,(3).数据库管理系统(DBMS) 用于管理庞大的数据信息，提供数据的增、删、查询、共享、安全维护等操作，是用户与数据之间的接口。数据库管理系统使用3种数据模型，即层次模型、网状模型、关系模型。目前流行的系统有Foxbase、oracle、Ingres等，它们都属于关系型数据库管理系统，常用于商业、事务管理。而适用于CAD/CAM的工程数据库管理系统，则要求管理地大的数据量，数据类型及关系很复杂，有信息模式是动态，一般的DBMS并不适用。研制完善的支持设计的工程数据库管理系统是亟待解决的课题。,(4).网络国软件 采用微机和工作站局域网形式的CAD系统已成为90年代CAD软硬件配置的首选方案。网络服务软件为这些系统在网络上传输和共享文件提供了条件。最常用的是NoveII公司的NETWARE，它包括服务器操作系统、文件服务器软件、通讯软件等。Mi-crosoft的Window95环境下可直接支持绝大多数的网络互连服务。通过TCP/IP协议及Inter-net， 我们可以发送邮件、查询世界各地各领域的信息。随着网络的普及，网络服务即通过计算机网络进行信息咨询服务的市场正迅速扩大，SAP公司在短短几年的成功就是一个例子。,2.2.3应用软件 应用软件是在系统软件、支撑软件的基础上，针