第1章-计算机辅助设计概述

CAD

1第1章计算机辅助设计概述教学要求目标了解计算机辅助设计的概念、发展掌握计算机辅助设计的工作流程了解AutoCAD的发展及功能熟悉AutoCAD2006操作界面掌握启动和退出的方法21.1CAD发展简述1.1.1计算机辅助设计的概念计算机辅助设计（ComputerAidedDesign，CAD）是利用计算机强有力的计算功能和高效率的图形处理能力，辅助知识劳动者进行工程和产品的设计与分析，以达到理想的目的或取得创新成果的一种技术。它是综合了计算机科学与工程设计方法的最新发展而形成的一门新兴学科。计算机辅助设计技术的水平成了衡量一个国家工业技术水平的重要标志。3CAD的定义1973年，当CAD处于发展初期的时候，国际信息技术联合会就给CAD一个广义的定义：CAD是将人和计算机混编在解题专业组中的一种技术，从而将人和计算机的最佳特性结合起来。人具有图形识别的能力，具有学习、联想、思维、决策和创造能力，而计算机具有巨大的信息存储和记忆能力，有丰富灵活的图形和文字处理功能和高速精确的运算能力，上述人和计算机最佳特性的结合就是CAD的目的。41.1.2CAD制图方法交互法：直接利用绘图软件的各种功能，利用人机交互方式将图形一笔一笔画出来。缺点是速度慢，绘图工作量大，应用熟练后，比原始绘图要快2-3倍以上。尺寸驱动法：51.1.2CAD的优点(1)准确。计算机产生的图形绘制和打印的准确性达到所用单位的小数点后14位。其严格的尺寸和公差数值比传统的手工刻度方法更加可靠。(2)快速。CAD所具有的复制、编辑、安排条目等能力加速了绘图过程。当操作者定制了针对某一特定任务的操作过程后，工作的速度会大大提高。(3)整洁清晰。绘图仪所具有的产生精确清晰的图的能力，是优于传统手工方法的最明显优点。CAD绘图的一致性，包括线条粗细均匀、打印高质量字符、没有污损或其他绘图用的临时标记等方面都是极佳的。6(4)一致。因为在方法上系统保持了一致性，就消除了因为个人风格不同产生的问题。一家公司中可以有多个制图员同时为一个工程制图，并产生一致的图形集。(5)高效。CAD绘图员使用与手工制图完全不同的方式完成一项制图任务。CAD程序能够为操作员完成大量工作，因此必须在绘图前进行大量的准备工作以期利用系统所提供的所有好处。71.1.3CAD技术在工程设计中的应用建筑设计，包括方案设计、三维造型、建筑渲染图设计、平面布景、建筑构造设计、小区规划、日照分析、室内装潢等各类CAD应用软件。结构设计，包括有限元分析、结构平面设计、框/排架结构计算和分析、高层结构分析、地基及基础设计、钢结构设计与加工等。设备设计，包括水、电、暖各种设备及管道设计。城市规划、城市交通设计，如城市道路、高架、轻轨、地铁等市政工程设计。8市政管线设计，如自来水、污水排放、煤气、电力、暖气、通信（包括电话、有线电视、数据通信等）各类市政管道线路设计。交通工程设计，如公路、桥梁、铁路、航空、机场、港口、码头等。水利工程设计，如大坝、水渠、河海工程等。其他工程设计和管理，如房地产开发及物业管理、工程概预算、施工过程控制与管理、旅游景点设计与布置、智能大厦设计等。91.1.4CAD技术的发展历程(1)准备和诞生时期（20世纪50年代）1950年，MIT研制出WHIRLWIND1计算机的图形显示器；1958年，美国Calcomp公司研制出滚筒式绘图机；美国GerBer公司把数控机床发展成平板式绘图机；20世纪50年代末，MIT在WHIRLWIND计算机上第一次使用了阴极射线管CRT（CathodeRayTube），操作者可以用光笔在屏幕上确定目标。它预示着交互式图形生成技术的诞生，为CAD技术的发展作了必要的准备。10(2)蓬勃发展和进入应用时期（20世纪60年代）20世纪60年代初，MIT的博士生IvanSutherland研制出世界上第一台利用光笔的交互式图形系统SKETCHPAD。在20世纪60年代，由于计算机及图形设备价格昂贵，技术复杂，只有一些实力雄厚的大公司才能使用这一技术。作为CAD技术的基础，计算机图形学在这一时期得到了很快的发展。20世纪60年代中期出现了商品化的CAD设备，CAD技术开始进入了发展和应用阶段。11(3)广泛应用时期（20世纪70年代）20世纪70年代推出了以小型机为平台的CAD系统。同时，图形软件和CAD应用支撑软件也不断充实提高。图形设备，如光栅扫描显示器、图形输入板、绘图仪等相继推出和完善。于是，20世纪70年代出现了面向中小企业的CAD商品化系统。12(4)突飞猛进时期（20世纪80年代）20世纪80年代，大规模和超大规模集成电路、工作站和RISC（精简指令集计算机）等的出现使CAD系统的性能大大提高了一步。与此同时，图形软件更趋成熟，二维、三维图形处理技术，真实感图形技术以及有限元分析，优化，模拟仿真，动态景观，科学计算可视化等方面都已进入实用阶段。包括CAD/CAE/CAM一体化的综合软件包使CAD技术又上了一个层次。13(5)日趋成熟的时期（20世纪90年代）这一时期的发展主要体现在以下几个方面：CAD标准化体系进一步完善；系统智能化成为又一个技术热点；集成化成为CAD技术发展的一大趋势；科学计算可视化、虚拟设计、虚拟制造技术14151.1.5CAD软件技术的未来发展(1)CAD系统的智能化与人工智能技术结合，形成CAD专家系统(2)实体造型与仿真通过静态和动态实体造型，更真实地描述三维物体的几何信息；在实体造型和计算机图形学的基础上，在计算机上建立工程设计的实际系统的计算机模型来代替实际系统的运行，以便对设计结果进行试验和考核。(3)CAD系统的集成化CAD+CAM=CAD/CAM；CAD/CAM+CAPP+CAT+PDM=CAE集成的最高层次：计算机集成生产系统-CIMS161.1.6CAD的工作流程(1)CAD的工作内容－建立产品设计数据库－建立多功能交互式图形程序库－建立应用程序库(2)CAD的工作流程图17

人计算机计算机系统（设计与计算）输入设计要求描述设计模型计算结果满意否？输出设计结果YN数据库图形库程序库181.2CAD系统组成及发展趋势AutoCAD是美国Autodesk公司开发的一个交互式绘图软件，是用于二维及三维设计、绘图的系统工具，用户可以使用它来创建、浏览、管理、打印、输出、共享及准确复用富含信息的设计图形。AutoCAD已经成为一个功能强大、性能稳定、市场占有率位居世界第一的CAD系统，在城市规划、建筑、测绘、机械、电子、造船、汽车等许多行业得到了广泛的应用。统计资料表明，目前世界上有75%的设计部门、500多万的用户应用此软件，大约有50万套AutoCAD软件安装在各企业中运行。1998年法国世界杯足球场、波士顿查尔斯河大桥、马来西亚Petronas双塔等都是它的杰作。191.2.1AutoCAD的发展历程1982年10月AutoCAD1.0版1983年1月AutoCAD1.1版1984年11月AutoCAD2.01版1985年5月AutoCAD2.17版1985年11月AutoCAD2.18版1986年6月AutoCAD2.5版1987年5月AutoCAD2.62版1987年9月AutoCAD9.0版1988年10月AutoCAD10.0版1991年4月AutoCAD11.0版1992年6月AutoCAD12.0版1994年11月AutoCAD13.0版1997年6月AutoCAD14.0版1999年3月AutoCAD2000版2000年9月AutoCAD2000i版2001年6月AutoCAD2002版2003年5月AutoCAD2004中文版2004年3月AutoCAD2005版2005年3月AutoCAD20062006年3月AutoCAD2007年3月AutoCAD20082008年3月份AutoCAD2009201.3环境工程CAD功能(1)提高绘图效率AutoCAD的绘图、修改、编辑功能非常强大，对重复性的工作，点击鼠标即可完成；修改方便，不留痕迹；绘图空间理论上不受图纸幅面和缩放比例的限制。(2)提高图纸质量AutoCAD提供了强大的修改和编辑功能，可以轻松地实现设计图纸从粗糙到完美的过程。当然，图纸的质量主要决定于设计人员的经验和水平，AutoCAD只是在绘图的手段上提供了充分的保证。21(3)建立图库，积累经验在工程设计和产品开发项目中，有许多单元、部件、零件、图形和线型是相同的，这些图元按一定的格式存放到个人图库中，需要时便可随时调用，这可极大地提高工作效率。图库中的图形设计在技术上应该是成熟的，一般已经过实践的检验，所以建立图库的过程，就是积累经验的过程。一位长期从事设计的人员都有自己个性化的图库。(4)利用网络，交流经验221.4.1AutoCAD的基本功能(1)绘制图形。AutoCAD提供了多种绘图的方式，包括绘图菜单、绘图工具栏以及命令等，可以绘制点、线、曲线、矩形、多边形、圆及圆弧、椭圆及椭圆弧等图形元素。还可以进行徒手绘线。(2)编辑图形。AutoCAD具有强大的图形编辑功能，包括移动、旋转、缩放、拉伸、延长、断开、修剪、拷贝、阵列、镜射等。(3)图形标注。AutoCAD可以对图形尺寸标注和注写文本，并提供了各种样式以供用户选择。1.4AutoCAD工作界面简介及基本操作23(4)精确绘图。为了用户绘图的方便和准确，AutoCAD提供了坐标显示、栅格捕捉、对象捕捉。在光标点上利用栅格捕捉相当于在坐标纸上绘图。对象捕捉可以捕捉对象的端点、中点、圆心、垂足、交点、切点、圆周上的象限点等等，使绘出的图形非常准确。(5)图形输出。AutoCAD提供了多种图形输出的功能。用户可以将图形直接输出到打印机，也可以输出到其它软件中加以利用，同时还允许用户将图形输出到Internet上进行共享。241.4.2AutoCAD2006快速入门1.AutoCAD2006工作界面25工具栏菜单栏标题栏工具选项板绘图窗口状态栏命令行窗口光标坐标系26AutoCAD2006提供了“二维草图与注释”、“三维建模”和“AutoCAD经典”3种工作空间模式。默认状态下，打开“二维草图与注释”工作空间，其界面主要由菜单栏、工具栏、工具选项板、绘图窗口、文本窗口与命令行、状态栏等元素组成，如图所示。

标题栏菜单栏“面板”选项板工具栏绘图窗口命令行与文本窗口状态栏AutoCAD2008的三维建模界面组成27标题栏位于应用程序窗口的最上面，用于显示当前正在运行的程序名及文件名等信息，如果是AutoCAD默认的图形文件，其名称为DrawingN.dwg(N是数字)。单击标题栏右端的按钮，可以最小化、最大化或关闭应用程序窗口。标题栏最左边是应用程序的小图标，单击它将会弹出一个AutoCAD窗口控制下拉菜单，可以执行最小化或最大化窗口、恢复窗口、移动窗口、关闭AutoCAD等操作。28菜单栏主要由“文件”、“编辑”、“视图”等菜单组成，它们几乎包括了AutoCAD中全部的功能和命令。29面板是一种特殊的选项板，用于显示与基于任务的工作空间关联的按钮和控件，AutoCAD

2008增强了该功能。它包含了9个新的控制台，更易于访问图层、注解比例、文字、标注、多种箭头、表格、二维导航、对象属性以及块属性等多种控制，提高工作效率。30工具栏是应用程序调用命令的另一种方式，它包含许多由图标表示的命令按钮。在AutoCAD中，系统共提供了二十多个已命名的工具栏。默认情况下，“工作空间”和“标准注释”工具栏处于打开状态。31绘图窗口是绘图工作区域，所有的绘图结果都反映在这个窗口中。可以根据需要关闭其周围和里面的各个工具栏，以增大绘图空间。如果图纸比较大，需要查看未显示部分时，可以单击窗口右边与下边滚动条上的箭头，或拖动滚动条上的滑块来移动图纸。32“命令行”窗口位于绘图窗口的底部，用于接收输入的命令，并显示AutoCAD提示信息。在AutoCAD2006中，“命令行”窗口可以拖放为浮动窗口。33状态栏用来显示AutoCAD当前的状态，如当前光标的坐标、命令和按钮的说明等。34AutoCAD常用的术语1．键入2．拾取3．回车4．关键字5．正交35AutoCAD保存的格式.CDF

配置文件.EXE执行文件·BAK图形备份文件·DXF

autocad图形交换文件·DWGAUTOCAD图形文件361.4.3启动和退出AutoCAD2006启动AutoCAD：从桌面AutoCAD快捷方式图标启动（双击或单击）；从“开始”菜单“程序”中AutoDesk程序项中启动（单击）。退出AutoCAD：直接单击AutoCAD主窗口右上角的按钮；单击“文件”中的“退出”；在命令行中输入quit（或别名exit）注意：如果在退出AutoCAD时，当前的图形文件没有被保存，则系统将弹出提示对话框，提示用户在退出AutoCAD前保存或放弃对图形所做的修改。371.4.5创建新文件在AutoCAD2006中，用户可以通过如下几种方式建立新的图形文件。在命令行中输入New。在“文件”菜单上单击“新建”。在“标准”工具栏上单击“新建”图标。输入快捷键Ctrl+N。用上述方法中的任一种命令，AutoCAD都会出现图所示的“选择样板”对话框。用户可以利用该对话框建立一个新的图形文件。38选择样板对话框391.4.6打开旧文件如果在原有的图形文件基础上进行有关的操作，就必须打开原有的图形文件。在AutoCAD2006中，用户可以通过如下几种方法打开原有的图形文件。在命令行中输入“Open”。在“文件”菜单上单击“打开”。在“标准”工具栏上单击“打开”图标。输入快捷键Ctrl+O。用上述方式中的任一种命令，AutoCAD将出现图所示的“选择文件”对话框。在该对话框中，用户既可以在输入框中直接输入文件名打开已有的图形，又可以在文本框中双击要打开的文件名打开已有的图形。40选择文件对话框41下面介绍对话框的内容：1．单击“打开”按钮右边的下拉按钮，则会出现一个下拉菜单，我们可以从中选出图形的4种打开方式之一，包括：打开以只读方式打开局部打开以只读方式局部打开422．用户若选取“选择初始视图”复选框，则该选项决定的目标图形将以用户定义过的第一个视窗方式打开。3．用户可以利用“查看”菜单中的子菜单确定“选择文件”对话框中文件的显示方式以及是否预览图形文件。4．用户可以利用“工具”菜单中的子菜单来了解该图形文件的信息。单击“查找”按钮，在弹出的“查找”对话框中，用户可以通过文件的名称和位置来查找文件，也可以通过修改时间来查找文件。43利用局部打开功能可以有效提高运行效率。局部打开功能支持空间索引能力，使图纸打开过程更快。局部打开功能提供对于外部参照文件的控制能力，可减少打开大型绘图文件所需要的时间和内存，而绘制和编辑图形的能力则不受影响。一个图形文件以局部打开方式打开后,就可以使用局部加载功能按照给定的视图或者图层条件来继续加载图形文件的其他部分。选择“文件”→“局部加载”或者直接在命令行输入Partiaload，都将自动弹出如图所示的“局部加载”对话框，用户可以在该对话框中确定局部加载的条件，比如要加载部分所在的图层名称等。用户可以通过“选择文件”对话框打开多个图形；也可以通过在资源管理器中拖放的方式打开多个图形文件，以节省文件打开的时间，提高效率。44局部打开对话框45局部加载对话框461.4.7保存当前文件在AutoCAD2006中，用户可以利用如下几种方法保存当前的图形文件：在命令行输入Save或Qsave。在“文件”File菜单上单击“保存”或“另存为”。在标准工具栏上单击“保存”图标。输入快捷键Ctrl+S。用上述方法中的任一种命令，均出现如图所示的“图形另存为”对话框。47图形另存为对话框48对尚未命名保存的图形文件，用户可利用该对话框将当前图形文件命名存盘；对已命令存盘的图形文件，用户可以利用该对话框对当前文件以另外的文件名保存。注意：用户若单击标准工具栏上的保存图标，文件将以当前文件名称进行保存。用户如果不注意，很容易导致用一个文件覆盖另一个文件的错误操作。用户在绘图的过程中，要记住经常存盘，以免在发生事故（死机、断电）时丢失文件。491.5在AutoCAD中使用命令在AutoCAD中，菜单命令、工具按钮、命令和系统变量都是相互对应的。可以选择某一菜单命令，或单击某个工具按钮，或在命令行中输入命令和系统变量来执行相应命令。可以说，命令是AutoCAD绘制与编辑图形的核心。

使用鼠标操作执行命令使用键盘输入命令使用“命令行”使用命令系统变量命令的重复、撤消与重做

501.5.1使用鼠标操作执行命令在绘图窗口，光标通常显示为“十”字线形式。当光标移至菜单选项、工具或对话框内时，它会变成一个箭头。无论光标是“十”字线形式还是箭头形式，当单击或者按动鼠标键时，都会执行相应的命令或动作。511.5.2使用键盘输入命令在AutoCAD2006中，大部分的绘图、编辑功能都需要通过键盘输入来完成。通过键盘可以输入命令、系统变量。此外，键盘还是输入文本对象、数值参数、点的坐标或进行参数选择的唯一方法。521.5.3使用“命令行”在AutoCAD2006中，默认情况下“命令行”是一个可固定的窗口，可以在当前命令行提示下输入命令、对象参数等内容。对于大多数命令，“命令行”中可以显示执行完的两条命令提示(也叫命令历史)，而对于一些输出命令，例如TIME、LIST命令，需要在放大的“命令行”或“AutoCAD文本窗口”中显示。531.5.4使用命令系统变量在AutoCAD中，系统变量用于控制某些功能和设计环境、命令的工作方式，它可以打开或关闭捕捉、栅格或正交等绘图模式，设置默认的填充图案，或存储当前图形和AutoCAD配置的有关信息。系统变量通常是6~10个字符长的缩写名称。许多系统变量有简单的开关设置。例如GRIDMODE系统变量用来显示或关闭栅格，当在命令行的“输入GRIDMODE的新值<1>:”提示下输入0时，可以关闭栅格显示；输入1时，可以打开栅格显示。有些系统变量则用来存储数值或文字，例如DATE系统变量用来存储当前日期。

541.5.5命令的重复、撤消与重做在AutoCAD中，可以方便地重复执行同一条命令，或撤消前面执行的一条或多条命令。此外，撤消前面执行的命令后，还可以通过重做来恢复前面执行的命令。重复命令终止命令撤消前面所进行的操作551.6为什么要学AutoCAD？我国自20世纪80年代开始推广应用AutoCAD，到现在为止AutoCAD已在很多行业普及应用。熟练掌握CAD是社会的需要，在项目投标、方案设计、设计施工和工程验收中都要求使用CAD图纸，手绘图纸一般不再接受了。对许多工程设计类专业，掌