武汉理工大学材料加工CADCAECAMT第2章

本章教学要求了解CAD/CAM系统的硬件组成熟悉硬件各组成部分的作用和功能了解软件的概念和CAD/CAM系统软件的层次划分掌握系统软件、支撑软件和应用软件的功能和特点了解CAD/CAM系统的分类方法掌握各类CAD/CAM系统的特点及适应范围。2.1硬件组成

2.2软件组成

2.3CAD系统的分类

2.1硬件组成

硬件是CAD/CAM系统运行的物质基础。主要包括：

♦

计算机主机

♦输入设备

♦输出设备

♦存储器

♦生产设备以及计算机网络等

CAD系统的基本硬件构成(图2.1)目录返回图2.1CAD系统的基本硬件构成

2.1.1计算机主机

计算机主机由中央处理器和内存储器组成。

1.中央处理器

运算器和控制器集成在一块芯片上，合称中央处理机(CPU)。CPU的性能决定着计算机的数据处理能力、运算精度和速度。

2.内存储器

内存储器，又称主存储器，用于存储CPU当前正在处理的部分程序和数据。根据存储信息的方式内存储器可以分为随机存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。

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2.1.2外存储器

外存储器主要用来永久存储，并在计算机运行中存放一些暂时不用的数据和程序。外存储器可以是磁带、磁盘和光盘。

1.磁盘

常用的磁盘有软盘和硬盘等。

软盘：已经基本淘汰。

硬盘：普遍采用，大容量，随机存储。

移动硬盘和U盘发展很快。

2.光盘

分为只读型光盘和可擦写型光盘两种。目录返回

2.1.3输入/输出设备

输入设备泛指用于向计算机输入信息的设备。可分为图形输入设备、图形输出设备和图形显示设备。

1.图形输入设备

常见的输入设备有鼠标、键盘、数字化仪、图形扫描仪等。

1)键盘

键盘是最常用的输入设备，计算机通过不断的扫描键盘各节点的状态来判断按键的状态并进行相应处理。

2)鼠标

鼠标属于定位输入设备，可很方便的完成定位、拾取和选择功能。目录返回

3)数字化仪

数字化仪因制作原理不有多种类型，常用的是电磁感应式数字化仪。

4)图形扫描仪

图形扫描仪是一种能将图纸及文件快速输入到计算机的高速输入设备。它根据光学原理来获取被扫描图纸各点的信息，并将获得的信息进行处理，得到扫描的图形。图2.2图形扫描输入系统

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5)数码相机

用光电转换器件(主要有CCD和CMOS)来感光、滤光并将光信号转化为电信号。

6)其它

此外，语音输入是目前正在研究的图形方法，该方法利用人的自然语言通过输入图形特性参数及其属性参数实现图形输入，将是效率很高的一种图形输入方法。目录返回

2.图形输出设备

为方便交流以及生产中的使用，CAD设计的结果经常需要反映在图纸上，用于这一用途的输出设备统称为硬拷贝机，主要包括打印机和绘图仪。

1)打印机

点阵打印机、喷墨打印机、激光打印机等。

2)绘图仪

根据在图纸上形成图形的原理不同，绘图仪分为喷墨、激光、静电和笔式绘图仪。在CAD中最常用的是笔式绘图仪和喷墨绘图仪。

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3.图形显示设备

1)显示器

标准阴极射线管(CRT)、液晶显示(LCD)、激光显示、等离子显示等。

2)图形显示卡

起着CPU与显示器之间的接口、处理图形数据、加速图形显示等作用。

4.生产设备

主要指的是数控加工，相应的设备主要包括数控车床、数控铣床、数控线切割机等。

5.计算机网络硬件

网卡、传输媒体、服务器、计算机终端和网间连接器等。

目录返回2.2软件组成

软件一般指计算机运行所需的各种程序、数据及相关文档。CAD/CAM系统的软件根据其功能分为系统软件、支撑软件和应用软件等三个层次。

图2.3CAD系统的软件组成

目录返回2.2.1系统软件

系统软件指使用、管理、控制计算机运行的操作系统及语言处理程序等的集合，是支撑软件和应用软件的基础。

1.操作系统

操作系统是系统软件的核心，主要功能包括处理机管理、存贮管理、设备管理、文件管理和作业管理。

工作站：UNIX、WindowsNT/2000/XP等；

微机：Windows系列操作系统。

2.编译系统

将汇编语言、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。目录返回2.2.2支撑软件

在系统软件基础上开发的、满足CAD用户某些需要的通用软件或工具软件。

1.图形软件

基本图形软件是根据各种图形标准和规范实现的软件包，大多是供各种应用程序调用的图形程序库或函数库。如CGI、GKS、PHIGS、OpenGL等。

2.几何建模软件

包括实体造型、曲面造型以及特征造型、参数化造型、装配造型等。例如I-DEAS、Pro/ENGINEER、Unigraphics等。目录返回

3.工程分析和计算软件

满足各种工程分析和计算的需要。主要包括：

1)常用数学方法库

用于解决各类数学问题，如提供解微分方程、线性方程组、数值积分、有限差分、曲线(面)拟合等的计算机程序。

2)有限元分析软件

常见的有限元分析软件有SAP、SKA、NASTRAN、ANSYS等。

3)优化方法软件

4)模拟仿真软件

如机械系统动力学自动分析软件ADAMS。

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4.数据库管理系统

数据库管理系统(DBMS)是操纵和管理数据库的软件。目前应用的商用数据库管理系统有INGRES、PB、ORACLE、SYBASE、FOXPRO等关系型数据库管理系统。

CAD/CAM涉及大量图形信息，需要工程数据库支持，但这类软件尚不够成熟。

5.网络工程软件

包括服务器操作系统、文件服务器软件、通信软件等。

6.NC编程软件

供CAD/CAM系统自动转换和输出NC加工指令之用。

另外，有些CAD软件的功能涵盖了设计、建模、工程分析等方面的功能，例如UG软件。目录返回2.2.3应用软件

应用软件是用户为解决实际应用问题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。

当前，几乎所有的CAD系统软件都提供相应的二次开发工具。如：AutoCAD内置的VisualLisp开发语言，支持面向对象设计的Activex接口；UG的应用程序开发工具UG/OpenAPI等。

目录返回2.3CAD系统的分类

CAD系统通常按系统硬件组成、工作方式和功能的不同进行分类。

2.3.1按硬件组成分类

CAD系统按其硬件组成和计算机技术的发展历程，可分为主机系统、小型机系统、工作站系统、微机系统和基于网络的微机－工作站系统等5种。

1.主机系统

主机系统又称大型主机系统，这类系统以一台大(中)型计算机为中心，采用分时操作系统集中支持几十个、甚至上百个CAD终端运行目录返回

2.小型机系统

小型机系统又称小型机成套系统，它以32位超级小型机为主机，通常带有几个到几十个终端。小型机配有专用硬件和软件，是由从事CAD技术开发的公司专为用户配置的计算机配套系统。

小型机系统具有很强的针对性，适于中等规模企业的应用要求，但小型机系统针对性过强，应用范围受到限制。

3.工作站系统

工作站包括工程工作站和图形工作站，是为满足用户在工程和图形图像处理上的专业需求和克服原有大型计算机、小型计算机由于其系统庞大，不能适应工程和图形处理中灵活多变的缺点而研制的专用计算机。目录返回

4.微机系统

随着微机运算和图形处理性能的迅速提高，许多过去只能在工作站上运行的著名的高端CAD/CAM软件，如CATIA、Unigraphics、Pro/ENGINEER、I-DEAS等，目前均已移植到微机上，微机CAD系统目前主要用于运行中、低端的CAD支撑软件和应用软件。

5.基于网络的微机－工作站系统目录返回2.3.2按工作方式分类

CAD系统按其工作方式可分为检索型、自动型、交互型和智能型CAD系统4大类。

1.检索型CAD系统

2.自动型CAD系统

工作流程（图2.4）

3.交互型CAD系统

工作流程（图2.5）

4.智能型CAD系统

工作流程（图2.6）

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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。系统根据用户输入的设计参数，选择标准产品图样及有关数据，并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。

适用于产品定型之后标准化、系列化的设计。不适于新产品的开发设计。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，将其求解过程编制程序形成的系统。系统运行时，根据输入的参数自动进行数学模型求解，不需人工介入。适用于事先能够用数学模型描述的一类设计问题。图2.4自动型CAD系统工作流程图

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。

图2.5为交互式CAD系统的工作流程图。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，

将人的创造性与计算机特性充分结合的系统，是现代CAD应用系统的主要类型，适合于新产品的设计、开发工作。

图2.5交互型CAD系统工作流程图 将人工智能技术应用于CAD系统，就可以形成智能型CAD系统，用计算机来实现上述问题的求解。

人工智能就是让计算机拥有人类的智能，在遇到问题时能像人类一样进行思考和解决问题。

就某一领域来讲，实现人工智能目的主要是要让计算机通过利用计算机中存储的该领域知识，按照一定的方式进行推理，这一类系统我们称之为专家系统。

图2.6为智能型CAD系统工作的流程图。它主要由知识库、推理机、实时系统、知识获取系统和人机接口等组成。

图2.6