计算机辅助设计技术-第2章_CAD系统

1、第二章 CAD系统2.1 CAD系统的构成和配置2.2 CAD系统的硬件2.3 CAD系统的软件 2.1 CAD系统的构成和配置系统的构成和配置什么是什么是CAD系统？系统？ CAD系统是以计算机硬件为基础，系统软件和支撑系统是以计算机硬件为基础，系统软件和支撑软件为主体，应用软件为核心组成的面向工程设计问题软件为主体，应用软件为核心组成的面向工程设计问题的信息处理系统。的信息处理系统。CAD系统与一般计算机系统的差别：系统与一般计算机系统的差别： 一般计算机系统：计算机一般计算机系统：计算机+ +外围设备。外围设备。 CADCAD系统：人与计算机及外围设备协调运行的系统。系统：人与计算机及外

2、围设备协调运行的系统。 其基本功能是交互性（对话功能）。其基本功能是交互性（对话功能）。CAD系统结构与功能系统结构与功能 硬件平台：网络，计算机，绘图机，打印机硬件平台：网络，计算机，绘图机，打印机.操作系统：操作系统：Windows 3.x/95/98/NT/2000/xp,UNIX网络协议：网络协议：TCP/IP,SPX/IPX数据库系统：数据库系统：Oracle,Sybase,Forpro CAD工具软件：工具软件：AutoCAD,Solidworks,Pro/E.CAD工程应用软件工程应用软件.硬件系统硬件系统系统软件系统软件支撑软件支撑软件应用软件应用软件CAD系统的体系结构系统的

3、体系结构系统功能分析系统功能分析 （1）硬件应具备的基本功能：）硬件应具备的基本功能： 计算功能、存储功能、输入输出功能、交互功能计算功能、存储功能、输入输出功能、交互功能 。 （2）软件应具备的基本功能：）软件应具备的基本功能： 就机械产品就机械产品CAD系统来讲，应是：系统来讲，应是： 产品几何造型的功能（线框、曲面与实体造型）、产品几何造型的功能（线框、曲面与实体造型）、2D和和3D图形处理功能、图形处理功能、 有限元分析功能、优化设计过程、数有限元分析功能、优化设计过程、数据库管理功能等。据库管理功能等。 CAD CAD 软件软件 CAD 专用软件专用软件 CAD 支撑软件支撑软件 优

4、化方法库优化方法库 图形支撑软件图形支撑软件 数据库软件数据库软件 有限元分析软件有限元分析软件 系统软件系统软件 操作系统操作系统 高级语言编译器高级语言编译器 网络软件网络软件CAD系统软件层次结构系统软件层次结构 机械机械CAD 服装服装CAD计算机类型 CAD系统经历过三个阶段的发展，即许多用户共系统经历过三个阶段的发展，即许多用户共享一台计算机；一个用户用一台计算机；一个用户享一台计算机；一个用户用一台计算机；一个用户共享多台计算机。共享多台计算机。 按照按照CAD系统中采用的计算机类型、外围设备系统中采用的计算机类型、外围设备以及它们之间的联系方式，以及它们之间的联系方式，CAD系

5、统中的计算机分系统中的计算机分为：为： 1 大中型计算机大中型计算机: 多用户，计算强，投资大多用户，计算强，投资大 2 小型计算机小型计算机 ：DEC VAX-11/780 3 工作站工作站:HP SUN SGI 4 微机微机 从硬件角度将从硬件角度将CAD系统划分为四类系统划分为四类 ：主机系统主机系统(Mainframe-based system) 这种系统一般以大型机为主机，集中配备某些公用的外部这种系统一般以大型机为主机，集中配备某些公用的外部设备，同时接出许多用户工作站及字符终端设备，同时接出许多用户工作站及字符终端 。 优点优点 是主机功能强，能进行大信息量的作业，如大型分是主机

6、功能强，能进行大信息量的作业，如大型分析计算、复杂模拟和管理等。析计算、复杂模拟和管理等。 缺点缺点 是当终端用户过多时，会使系统过载，响应速度变是当终端用户过多时，会使系统过载，响应速度变慢，而且一旦主机发生故障，整个系统就不能工作，此外价慢，而且一旦主机发生故障，整个系统就不能工作，此外价格昂贵。格昂贵。2. . 小型机系统小型机系统(Minicomputer-based system)(Minicomputer-based system) 这种系统与主机系统在形式上非常类似，只不过用这种系统与主机系统在形式上非常类似，只不过用小型机或超小型机代替主机，用户工作站数量较少，小型机或超小型机

7、代替主机，用户工作站数量较少，一般在一般在4 4到到6 6个。个。 优点优点 是这种小型机大都具有是这种小型机大都具有32位字节，操作系统采位字节，操作系统采用用 虚拟存储技术，成本低，体积小，便于操作使用。虚拟存储技术，成本低，体积小，便于操作使用。 缺点缺点是系统比较封闭，也即开放性较差。是系统比较封闭，也即开放性较差。20世纪世纪80年年代占据了主要的代占据了主要的CAD市场。在市场。在80年代中期以后，小型机年代中期以后，小型机逐渐被工程工作站所代替。逐渐被工程工作站所代替。 3. 工程工作站系统工程工作站系统( (Workstation-based system） 工程工作站是具有高

8、速的科学计算、丰富的图形工程工作站是具有高速的科学计算、丰富的图形处理、灵活的窗口及网络管理功能的交互式计算机系处理、灵活的窗口及网络管理功能的交互式计算机系统。这种系统的特点是：一个用户用一台计算机，并统。这种系统的特点是：一个用户用一台计算机，并且具有联网功能。这也是它与具有分时系统的超级小且具有联网功能。这也是它与具有分时系统的超级小型机的不同之处。型机的不同之处。 系统设计遵循这样一种思想：一个工程师使用一系统设计遵循这样一种思想：一个工程师使用一台计算机；而且还能使用所有的计算机。台计算机；而且还能使用所有的计算机。前半句前半句意味意味着摒弃了多用户分时系统的结构，着摒弃了多用户分时

9、系统的结构，后半句后半句意味着采用意味着采用网络技术。网络技术。 网络分布网络分布CAD系统系统 应用计算机技术和通信技术，将分布于各地的各类应用计算机技术和通信技术，将分布于各地的各类计算机以网络形式连接起来进行产品的设计工作。计算机以网络形式连接起来进行产品的设计工作。CAD网络示例网络示例TCP/IPServerClient文件文件服务器服务器数据库数据库服务器服务器微机微机工作站工作站. 优点是优点是工作站本身具有强大的分布式工作站本身具有强大的分布式计算计算功能，功能，能够支持复杂的能够支持复杂的CAD作业，能支持多任务进程作业，能支持多任务进程 。其性能还是优于微机系统，它为各种功

10、能强大的其性能还是优于微机系统，它为各种功能强大的CAD/CAM软件及复杂应用提供了坚实的平台软件及复杂应用提供了坚实的平台 。 缺点是缺点是系统所需要的软、硬件投资比较大。系统所需要的软、硬件投资比较大。 SUN 、 SGI、 HP、 DEC和和 IBM等大型计算等大型计算机公司广泛采用工程工作站系统，因此工程工作机公司广泛采用工程工作站系统，因此工程工作站在国外站在国外CAD系统中占有主导地位系统中占有主导地位。4. 微型机系统微型机系统(Microcomputer-based system)微机系统微机系统在在中小型企业中小型企业中得到了广泛应用。中得到了广泛应用。一般每台微机只配备一台

11、图形终端，以保证对操作命一般每台微机只配备一台图形终端，以保证对操作命令的快速响应。近年来微机系统发展非常迅速令的快速响应。近年来微机系统发展非常迅速 。（1）32位字节的微机在速度、精度、内外存容量等方位字节的微机在速度、精度、内外存容量等方面已能满足面已能满足CAD应用的要求应用的要求 （2）微机上的各种软件，从图形软件、工程分析软件微机上的各种软件，从图形软件、工程分析软件及各种应用软件，满足了用户的大部分要求及各种应用软件，满足了用户的大部分要求 。（3）现代网络技术能将许多微机及公共外设边在一起现代网络技术能将许多微机及公共外设边在一起，做到了网内资源共享。，做到了网内资源共享。 微

12、机微机CAD系统系统 是以一台微机为主的单用户系统。是以一台微机为主的单用户系统。 微机微机CAD硬件系统硬件系统主机主机操作系统操作系统显示设备：图形显示器显示设备：图形显示器输入设备输入设备外存储器外存储器输出设备输出设备通讯接口通讯接口微机的发展历程时间时间机型机型内存内存硬盘硬盘软盘软盘光盘光盘时钟频率时钟频率显示器显示器显示卡显示卡十多年前十多年前Apple-IIPC/XT64K256K无无10M180K/5英寸英寸无无5MHz640*200单色单色MDA九十年代初九十年代初PC/AT286386486512K2M4M8M20M120M270420360K/5英英寸寸1.2M/5英英

13、寸寸无无25MHz50MHz66MHz640*480800*600彩色彩色CGAEGAVGA九十年代中九十年代中期期586686PII16M32M64M1.2G1.2G4.2G1.44M/3英英寸寸600M120MHz150MHz400MHz1024*768或更高或更高2D8514/A九十年代后九十年代后期期PIIIPIV128M256M,512M20G80G,160GDVD4G1.0GHz3.0GHzAMD64位位3.2G1024*768或更高或更高3D3dfxnVIDIAATI9800GForce4600/FX/4200二 CAD系统的配置形式v 1 主机终端式v 2 分布式台式计算机形式

14、v 3 客户/服务器式(Client/Server)v 4 浏览器/服务器式(Browser/Server) CAD CAD系统的硬件一般由系统的硬件一般由计算机主机计算机主机、外存储器外存储器、图图形输入设备形输入设备、图形输出设备和、图形输出设备和网络设备网络设备组成组成 。输入设备图形终端鼠标、键盘数字化仪扫描仪图形输入板外存储器硬盘、软盘、光盘、磁带计算机主机 中央处理器 内存储器通信设备串行接口、网络接口输出设备图形终端绘图机打印机硬件系统组成硬件系统组成1. 微机组成与分类微机组成与分类 按微机的设备组成，微机设备可分为内、外两部按微机的设备组成，微机设备可分为内、外两部分：内部设

15、备通常包括主板、分：内部设备通常包括主板、CPU、内存储器、显、内存储器、显示卡、电源、输入输出接口等；其中输入输出接口示卡、电源、输入输出接口等；其中输入输出接口又分为串行口和并行口，它们分别可以连接鼠标、又分为串行口和并行口，它们分别可以连接鼠标、打印机等外部设备；主板上通常有几个扩展槽，用打印机等外部设备；主板上通常有几个扩展槽，用来连接外部设备等。来连接外部设备等。 外部设备一般包括软盘驱动器、硬盘驱动器、光外部设备一般包括软盘驱动器、硬盘驱动器、光盘驱动器、键盘、鼠标、显示器、声卡、网卡、调盘驱动器、键盘、鼠标、显示器、声卡、网卡、调制解调器等。制解调器等。 2. 计算机输入设备计算

16、机输入设备 图形输入设备可将用户的图形结果及各种命令等转换为图形输入设备可将用户的图形结果及各种命令等转换为电信号，并传送给计算机。电信号，并传送给计算机。 （1）物理设备物理设备 键盘、鼠标器、数字化仪、图形输入板键盘、鼠标器、数字化仪、图形输入板 键盘键盘 由一组按阵列方式装配在一起的按键开关组成。由一组按阵列方式装配在一起的按键开关组成。 鼠标器鼠标器 可以方便、准确地移动光标进行定位，它是窗可以方便、准确地移动光标进行定位，它是窗口软件和绘图软件的首选输入设备。口软件和绘图软件的首选输入设备。 数字化仪和图形输入板数字化仪和图形输入板 矢量图形输入设备。矢量图形输入设备。 语音输入与扫

17、描输入语音输入与扫描输入（2） 逻辑设备逻辑设备 图形输入设备从逻辑上分为图形输入设备从逻辑上分为6种功能，即定位（种功能，即定位（locator）、笔）、笔划（划（stroke）、数值（）、数值（valuator）、选择（）、选择（choice）、拾取（）、拾取（pick）及字符（及字符（string），也可称为），也可称为6种逻辑设备。种逻辑设备。 图形输入设备的逻辑分类图形输入设备的逻辑分类名称名称相应的典型设备相应的典型设备基本功能基本功能定位定位鼠标器、拇指轮鼠标器、拇指轮输入一个点的坐标输入一个点的坐标笔划笔划鼠标器、拇指轮鼠标器、拇指轮输入一系列点的坐标输入一系列点的坐标数值数值

18、数字键盘数字键盘输入一个整数或实数输入一个整数或实数选择选择功能键、鼠标器功能键、鼠标器由一个整数得到某种选择由一个整数得到某种选择拾取拾取光笔、鼠标器光笔、鼠标器拾取一个显示着的图素拾取一个显示着的图素字符串字符串字符键盘字符键盘输入一串字符输入一串字符 所谓逻辑设备，是指按逻辑功能定义的设备，所谓逻辑设备，是指按逻辑功能定义的设备，而不是具体的物理设备。一种逻辑设备对应于一种而不是具体的物理设备。一种逻辑设备对应于一种或一类特定的物理设备，而实际的图形输入设备又或一类特定的物理设备，而实际的图形输入设备又往往是某些逻辑输入功能的组合。往往是某些逻辑输入功能的组合。3. 计算机图形输出设备计

19、算机图形输出设备 常用的图形输出设备可以分为两大类。一类是与图形输入常用的图形输出设备可以分为两大类。一类是与图形输入设备相结合，构成具有交互功能的可以快速地生成、删除和修设备相结合，构成具有交互功能的可以快速地生成、删除和修改图形的显示设备。另一类是在纸上或其他介质上输出可以永改图形的显示设备。另一类是在纸上或其他介质上输出可以永久性保存的图形的绘图设备。后者也称为硬拷贝设备。久性保存的图形的绘图设备。后者也称为硬拷贝设备。 硬拷贝设备硬拷贝设备: : 1）打印机（）打印机（Printer） 按打印机的打印方式来分，目前常用的打印机有：点阵打按打印机的打印方式来分，目前常用的打印机有：点阵打

20、印机、喷墨打印机与激光打印机。印机、喷墨打印机与激光打印机。 2）绘图仪（）绘图仪（Plotter） 根据在图纸上形成图形的不同原理，绘图仪分为喷墨、激根据在图纸上形成图形的不同原理，绘图仪分为喷墨、激光、静电和笔式绘图仪。喷墨和笔式绘图仪是目前常用的绘图光、静电和笔式绘图仪。喷墨和笔式绘图仪是目前常用的绘图设备。设备。 CAD系统应具备两类软件系统应具备两类软件:系统软件系统软件与与应用软件应用软件。 应用软件应用软件的范围很广，可分为的范围很广，可分为CAD支撑软件及用户支撑软件及用户开发的应用软件两种，开发的应用软件两种，前一种前一种一般在市场上可以买到，一般在市场上可以买到，后后一种一

21、种则需用户开发则需用户开发 。 概念：概念：系统软件指操作系统及语言等，它们不是用系统软件指操作系统及语言等，它们不是用户的具体应用程序，而是着眼于计算机资源的有效管理户的具体应用程序，而是着眼于计算机资源的有效管理，用户任务的有效完成，以及操作的方便，目的是要构，用户任务的有效完成，以及操作的方便，目的是要构成一个良好的软件工作环境，供应用程序的开发使用。成一个良好的软件工作环境，供应用程序的开发使用。系统软件系统软件包括包括以下以下软件软件 ： 操作系统（操作系统（OS: Operating SystemOS: Operating System） 具有五方面的管理功能目前最常见的是多用户、

22、多任务具有五方面的管理功能目前最常见的是多用户、多任务 操作系统操作系统UNIXUNIX ,Windows。 计算机语言计算机语言 低级语言（汇编语言）和高级语言。低级语言（汇编语言）和高级语言。 窗口系统窗口系统 从直观来看，窗口系统是由窗口、菜单、按钮等图形对从直观来看，窗口系统是由窗口、菜单、按钮等图形对象组成的一个图形用户界面，用户的操作就是对这些图形象组成的一个图形用户界面，用户的操作就是对这些图形对象的操作对象的操作 。 。从功能上可分为三类：从功能上可分为三类： 解决图形设计问题解决图形设计问题 二、三维绘图软件，几何造型软件二、三维绘图软件，几何造型软件 解决工程分析与计算问题

23、解决工程分析与计算问题 计算方法库，优化方法库，有限元分析及其前后计算方法库，优化方法库，有限元分析及其前后 置处理程序，机械系统动态分析软件，注塑模分置处理程序，机械系统动态分析软件，注塑模分 析软件析软件 解决文档写作与生成问题解决文档写作与生成问题国外软件国外软件 AutoCAD AutoCAD是当今是当今最流行最流行的的二维绘图二维绘图软件，它在软件，它在二维绘图领域拥有广泛的用户群。二维绘图领域拥有广泛的用户群。AutoCAD有强大有强大的二维功能，如绘图、编辑、剖面线和图案绘制、的二维功能，如绘图、编辑、剖面线和图案绘制、尺寸标注以及二次开发等功能，同时有部分三维功尺寸标注以及二次

24、开发等功能，同时有部分三维功能。能。AutoCAD提供提供AutoLISP、ADS、ARX作为二作为二次开发的工具。次开发的工具。 机械、建筑、电子等领域机械、建筑、电子等领域AutoCAD AutoCAD 得到广泛的应用得到广泛的应用 Unigraphics(UG) UGUG是从二维绘图、数控加工编程、曲面造型等功能发展起来是从二维绘图、数控加工编程、曲面造型等功能发展起来的软件。的软件。 UGUG是是UnigraphicsSolutionsUnigraphicsSolutions公司拳头产品，该公司公司拳头产品，该公司首次突破传统首次突破传统CAD/CAMCAD/CAM模式，为用户提供一个

25、全面的产品建模模式，为用户提供一个全面的产品建模系统。在系统。在UGUG中，优越的参数化和变量化技术与传统的实体、中，优越的参数化和变量化技术与传统的实体、线框和表面功能结合在一起，这一结合被实践证明是强有力线框和表面功能结合在一起，这一结合被实践证明是强有力的，并被大多数的，并被大多数CAD/CAMCAD/CAM软件厂商所采用。软件厂商所采用。 Solid Edge ( UnigraphicsSolutions) SOLIDEDGESOLIDEDGE是真正是真正WindowsWindows软件。软件。SOLIDEDGESOLIDEDGE是基于参数和特征是基于参数和特征实体造型的新一代机械设计

26、实体造型的新一代机械设计CADCAD系统，它是为设计人员专门开系统，它是为设计人员专门开发的，易于理解和操作的实体造型系统。发的，易于理解和操作的实体造型系统。 SolidWorks SolidWorksSolidWorks是基于是基于WindowsWindows平台的全参数化特征造型软件，它平台的全参数化特征造型软件，它可以十分方便地实现复杂的三维零件实体造型、复杂装配和可以十分方便地实现复杂的三维零件实体造型、复杂装配和生成工程图。图形界面友好，用户上手快。该软件可以应用生成工程图。图形界面友好，用户上手快。该软件可以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中，于以规则几何形体

27、为主的机械产品设计及生产准备工作中，其价位适中其价位适中 。 5. ANSYS ANSYSANSYS是最大的有限元分析软件公司之一的是最大的有限元分析软件公司之一的ANSYSANSYS公司开发的公司开发的，它能与多数，它能与多数CADCAD软件接口，实现数据的共享和交换，是经典软件接口，实现数据的共享和交换，是经典的的CAECAE产品。它包括结构分析，流体动力学分析，电磁场分析产品。它包括结构分析，流体动力学分析，电磁场分析等具有灵敏度分析及优化分析的能力。等具有灵敏度分析及优化分析的能力。Pro/Engineer Pro/Engineer Pro/Engineer系统是系统是美国参数技术公司

28、美国参数技术公司(Parametric TechnologyCorporation，简称，简称PTC)的产品。的产品。 PTCPTC公司提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关公司提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念改变了机械的概念改变了机械CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的传统观念，这种全新的概念的传统观念，这种全新的概念已成为当今世界机械已成为当今世界机械CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM领域的新标准。可以实现所领域的新标准。可以实现所谓的并行工程。谓的并行工程。 Pro/Engineer系统系统主要功能主要功能如下如下: (1)真正的全相关性，任何地方的修改都会自动反真正的全相关性，任何地方的修改都会自动反映到所有相关地方。映到所有相关地方。 (2)具有真正管理并发进程、实现并行工程的能力具有真正管理并发进程、实现并行工程的能力 (3)具有强大的装配功能，能够始终保持设计者的设具有强大的装配功能，能够始终保持设计者的设计意图。计意图。 (4)容易使用，可以极大地提高设计效率。容易使用，可以极大地提高设计效率。 Pro/Engineer系统用户界面简洁，概念清晰，符系统用户界面简洁，概念清晰，符合工程人员的设计思想与习惯。整个系统建立在统一合工程人员的设计思想与习惯。整个系统建立在统一的数据库上，具有完整