第2章车身CAD计算机硬件与软件系统.ppt

主要内容：2.1计算机硬件系统2.2计算机软件系统2.3CAD系统,CAD组成简介,CAD系统由硬件系统和软件系统两部分构成。硬件系统由计算机及其外围设备、生产设备组成，包括主机、外存储器、输入输出设备、网路通讯设备及生产加工设备；软件系统包括系统软件、支撑软件和应用软件。CAD系统的组成如图2.1所示。,2.1计算机硬件系统2.1.1硬件系统的规模与选择原则1.硬件系的规模1）大规模的计算机网络系统应用大中型企业产品层次多、数量大、几何结构复杂计算机工作站、高性能微机、大型机及其终端2）中等规模的计算机局域网络系统应用中小型的企业，产品结构比较专业化，相对专一，对硬件系统要求相对适中。,3）小规模的计算机系统对计算机的要求与计算机的使用领域有关。要求强大图形编辑处理能力、计算机分析能力和大容量信息的存储调用能力。由若干台微型计算机组成局域网内互连。2.硬件系统的选择原则硬件系统规模及功能满足设计工作需求，具有升级能力；硬件系统的稳定性好；硬件系统售后服务质量好，用户广泛；硬件系统的经济性好。,2.1.2硬件系统的组成硬件通常是指构成计算机的设备实体，是一切可以触摸到的物理设备的总称。对于一个CADCAM系统，可以根据应用范围及所使用的软件选用不同规模、不同结构、不同功能的计算机、外设及生产加工设备。CADCAM硬件系统的组成如图2-2所示。CADCAM计算机硬件系统主要包括主机、外存储器、输入输出设备及其他通信接口。,1.计算机主机类型分类：大中型机、小型机、工程工作站、微型机大中型机：计算功能强大，通常一个主机连接多个终端，支持多个用户同时工作，可以进行大型复杂设计运算和仿真分析，管理大型数据库。小型机：性能价格比优于大型机，20世纪7080年代广泛使用。工程工作站：个人计算机环境和分布式网络环境相结合的、高性能价格比的小型机，它为工程技术人员提供比较理想独立使用工作环境故称为工程工作站。,微型机：简称微机，投资少，性能价格比高，操作简单，使用环境要求低，应用软件非常丰富。2.储存器分为：内存储器和外存储器内储存器：用于存储CPU工作程序、指令和数据。随机存储器，只读存储器和高速缓冲存储器外存储器：由于CADCAM系统要处理大量的信息，因此需要配置大容量的外存储器。目前常用的外存储器主要有硬盘、软盘、磁带机、光盘、闪存等，其中硬盘、软盘、磁带机属于磁存储器，光盘属于光存储器。,3.输入设备CADCAM系统要求输入输出设备精度高、速度快。常用的输入设备有键盘、光笔、鼠标和操纵杆、数字化仪和图形输入板、图形扫描输入仪等。光笔光笔是一种定位装置，外形及尺寸与普通笔类似。它的一端为光敏器件，另一段用导线连接到计算机上。光笔本身不发光，但可探测显示屏上的光点。光笔工作原理为：当具有光敏端的笔尖接触屏幕时，产生的光电信号经过计算机放大、整形，转变成标准的脉冲信号，并进入显示控制器。计算机根据这些信号便可确定光点在屏幕上的位置，再配合使用按键，可以对光笔指点的位置进行图形的增删、修改。因此，光笔可以用来在屏幕上指点和画图。,操纵杆、跟踪球和鼠标操纵杆是一个可以前后左右移动的手柄，是用于控制显示屏上光标的装置。利用操纵杆能够控制屏幕上的光标向任意位置移动。用户使用操纵杆时，手将操纵杆向哪个方向推，光标就向所推的方向移动。跟踪球又称轨迹球。它的工作原理与操纵杆基本相同，只是通过滚动球移动光标。鼠标有带旋转球的机械式和利用光反射的光电式两种。数字化仪数字化仪又称图形输入板，通常，读取范围的对角线长度大于20英寸(508mm)的叫做数字化仪，而读取范围小于这个尺寸的叫做图形输入板，一般通称为数字化仪。数字化仪由图形板和触笔(或游标)组成。用户通过使用触笔或游标，可以输入各种命令或符号。板面上是一个x、y坐标平面。当触笔在台面上接触或移动时，由于电磁感应原理，台面上相应点的x、y坐标就被检测到，并被计算机接受，映射到显示屏上。游标在板面上移动与屏幕上光标的移动是一致的。当游标在图形输入板上连续移动时，屏幕上也会出现相应的移动轨迹，便于人机交互。因此，数字化仪既可以画图，也可以通过建立的图形菜单调用一些专用的图形符号，减少重复击键的次数，提高作图的速度和效率。常用的数字化仪有电子式、电磁感应式、超声波式等。,扫描仪扫描仪主要用于输入图形、图像。由于CADCAM系统处理的是矢量化图形，所以扫描仪扫得的图像需要经过矢量化处理方可为CADCAM系统所使用。4.输出设备显示设备显示设备是显示图形效果的部件。激光显示器、液晶显示器、光二极管显示器、等离子体显示器、阴极射线管CRT（CathodeRayTube）绘图设备绘图仪绘图仪按工作原理可分为笔式绘图仪和非笔式绘图仪两大类。按照绘图仪的结构形式又可以分为平板式和滚筒式。,(1)笔式绘图仪笔式绘图仪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将存储器中存储的图形输出。(2)非笔式绘图仪非笔式绘图仪一般包括喷墨绘图仪、静电绘图仪、热敏绘图仪等几种类型，通常使用最多的为滚筒式喷墨绘图仪。,打印机打印机是最常用的输出设备。打印机可分为击打式和非击打式两大类。击打式打印机按工作方式可分串行打印机和并行打印机。串行打印机有针形、菊花瓣形、球形、轮形、杯形等多种。针形点阵式打印机机械结构比较简单，打印速度高，应用比较广泛，但噪音较大。并行打印机有鼓形、点阵形、链式、带式等多种，打印速度显然比串行打印机高得多。非击打式打印机有喷墨式、激光式、静电式、电灼式、热敏式等多种，打印质量和打印速度远高于击打式打印机。目前喷墨打印机和激光打印机应用最为广泛。,5.通信与网络设备网络适配器（NetworkAdapter），又称网卡。按照协议将计算机内的信息格式与网络线缆或接受的格式进行双向变换，控制信息传递及网络通信。网络数字化设计与制造和工程仿真分析服务。,2.2计算机软件系统2.2.1计算机软件系统概述计算机软件系统可分为三个层次，即系统软件、支撑软件和专业应用软件。1系统软件系统软件是使用、管理、控制计算机运行的程序的集合，是用户与计算机硬件的连接纽带。系统软件首先是为用户使用计算机提供一个清晰、简洁、易于使用的友好界面；其次是尽可能使计算机系统中的各种资源得到充分而合理的应用。系统软件具有两个特点，一个是通用性，不同领域的用户都可以使用它；另一个是基础性，即系统软件是支撑软件和应用软件的基础，应用软件要借助于系统软件编制与实现。系统软件主要包括两个部分,即操作系统和语言编译系统。,(1)操作系统操作系统是系统软件的核心，是管理计算机软、硬件资源的程序集合。它具有五大管理功能，即处理机管理、存储管理、设备管理、文件管理和作业管理。(2)语言编译系统语言编译系统用于将高级语言编写的程序翻译成计算机能够直接执行的机器指令。从功能角度，可以将高级语言划分为程序设计语言、数据库语言、仿真语言、人工智能语言等。1)程序设计语言常用的程序设计语言有VisualBasic、VisualC+、C+Builder、Delphi等。2)数据库语言数据库语言主要包括数据描述语言(DataDescriptionLanguage，DDL)、数据操纵语言(DataManipulationLanguage，DML)及一组例行程序。,3)仿真语言常用的仿真语言有GPSS(GeneralPurposeSimulationSystem)、SLAM(SimulationLanguageforAnalogueModelling)和SIMSCRIPT等。GPSS是对离散事件系统的一种仿真语言，仿真模型采用一组标准方块图来表示逻辑结构，根据流程写出相应的GPSS源程序。SIMSCRIPT是一种非语言建模仿真语言，仿真模型由前言、主程序和事件进程子程序三部分组成，采用自然式句法定义模型，程序易于表达和阅读。SLAM是用于离散事件系统、连续系统和离散连续混合系统的仿真语言，它将事件调度和进程交互两种策略结合起来形成统一的建模框架，目前应用十分广泛。4)人工智能语言人工智能语言是知识处理语言，用于决策、规划、预测、诊断等方面，常用的语言有符号处理语言(symbolmanipulatinglanguage)LISP和逻辑程序语言PROLOG(progranminginlogic)等。它们的特点是数据和程序结构统一、允许递归，在CAPP中应用较多。,2支撑软件支撑软件是CADCAM系统的核心。它不针对具体的设计对象，而是为用户提供工具或开发环境。不同的支撑软件依赖一定的操作系统，又是各类应用软件的基础。(1)二维绘图软件此软件侧重于二维图形绘制。目前，微机上广泛应用的Autodesk公司的AutoCAD就属于这类支撑软件。国产的二维绘图软件有高华CAD、开目CAD、凯思PICAD、CAXA-EB电子图板等。,(2)三维几何建模软件此软件为用户提供一个完整、准确的描述和显示三维几何形状的方法和工具。它具有消隐、着色、浓淡处理、实体参数计算、质量特性计算等功能。微机上的三维几何建模软件有Autodesk公司的MDT和Inventor、UG公司的SolidEdge、SolidWorks公司的SolidWorks等。国产的三维几何建模软件有CAXA3D,金银花MDA、浙江大天电子信息工程有限公司开发基于特征的参数化造型系统GS-CAD98等。(3)有限元分析软件NASTRAN、ANSYS(4)优化方法软件(5)系统运动学动力学模拟仿真软件,(6)CADCAM集成软件这是近年来兴起的集几何建模、三维绘图、有限元分析、产品装配、公差分析、机构运动学分析、动力学分析、NC自动编程等各功能分系统为一体的集成软件系统。3应用软件应用软件是在系统软件、支撑软件基础上，用高级语言进行编程，针对某一个专门应用领域而研制的软件。因此这类软件类型多，内容丰富，也是企业在CADCAM系统建设中研究、开发和应用投入最多的方面。由于它的针对性特别强，因此商品化的软件不多，而且价格特别昂贵。此项工作通常称为软件的“二次开发”。,2.2.2典型商品化CAD软件介绍(1)ProEngineerProEngineer系统是美国参数技术公司(ParametricTechnologyCorporation简称PTC)的产品。1988年面世时，它以先进的参数化设计、基于特征设计的实体造型而深受用户的欢迎，随后各大CADCAM公司也纷纷推出了基于约束的参数化造型模块。Pro/Engineer系统独立于硬件，便于移植。该系统用户界面简洁、概念清晰，符合工程人员的设计思想与习惯。Pro/Engineer整个系统建立在统一的数据库上，具有完整而统一时模型，能将整个设计至生产全过程集成在一起。,(2)Unigraphics(UG)UG起源于美国麦道(MD)公司的产品，1991年11月归属美国通用汽车公司EDS分部。如今EDS是全世界最大的信息技术(IT)服务公司，UG由其独立子公司UnigraphicsSolutions开发。UG是一个集CAD、CAE和CAM于一体的集成系统，适用于航空航天器、汽车、通用机械以及模具等的设计、分析及制造工程。UG采用基于特征的实体造型，具有尺寸驱动编辑功能和统一的数据库，实现了CAD、CAE、CAM之间无数据交换的自由切换。它具有很强的数控加工能力，可以进行2轴2.5轴、3轴5轴联动的复杂曲面加工和镗铣。UG还提供了二次开发工具GRIP、UFUNG、ITK，允许用户扩展UG的功能。,(3)CATIACATIA系统是法国达索(Dassault)飞机公司DassaultSystems工程部开发的产品。该系统是在CADAM系统(原由美国洛克希德公司开发，后并入美国IBM公司)基础上扩充开发的。该公司在CAD方面购买了原CADAM系统的源程序，在加工方面购买了有名的APT系统的源程序，经过几年的努力，形成了商品化的系统。CATIA系统如今已经发展为集成化的CADCAECAM系统，具有统一的用户界面、数据管理以及兼容的数据库和应用程序接口，并拥有20多个独立计价的模块。美国波音飞机公司的波音777飞机便是该系统的杰作之一。,(4)SolidWorksSolidWorks是由美国SolidWorks公刊于1995年11月研制丌发的。该软件采用自顶向下的设计力法，可动态模拟装配过程，SolidWorks是基于Windows平台的全参数化特征造型软件，可以方便地实现复杂的三维零件文体造型、复杂装配和牛成工程图。它的图形界面友好，用户上手快。该软件主要应用于以规则几何形体为主的机械产品设计及生产准备工作。(5)AutoCAD、MDT和InventorAutoCAD系统是美国Autodesk公司为微机开发的一个交互式绘图软件，具有较强的绘图、编辑、绘制剖面线和图案、标注尺寸以及方便用户二次开发的功能，也具有部分的三维作图功能。AutoCAD是当今最流行的二维绘图软件，它在二维绘图领域拥有广泛的用户群。AutoCAD提供AutoLISP、ADS、ARX、VBA作为二次开发的工具。,2.3车身CAD系统车身零件多是结构复