计算机辅助设计及制造课件第一章

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☆ CAD系统的三个层次
机械 建筑 交通 轻工 纺织 航空 船舶 汽车 模具 外形 广告 影视 … CAD CAD CAD CAD CAD CAD CAD CAD CAD CAD CAD CAD
CAD支撑软件 用户接口与人机交互
应用层
面向应用的二次开发环境
二、三维参数化特征几何造型
真实感图形显示 异地协同虚拟设计
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1.3 CAD质量保证体系
1.3
CAD软件标准化成为CAD技术发展的关键性问题之一。 管理CAD软件除了遵循IS09000：2000版国际标准外，我国目前已经制定了一些与CAD有 关的标准，颁布了《CAD通用技术规范》，这些标准包括：
1.计算机图形系列标准
2.CAD制图标准
3.产品数据技术标准
1.1 计算机辅助设计概述 1.1.1 CAD概念 1.1.2 CAD技术的发展过程 1.1.3 CAD技术发展趋势 1.1.4 CAD技术的应用
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1.1 1.1.1 CAD概念 “CAD”的含义： 早期CAD是指计算机辅助绘图(Computer Aided Drafting)，随着计算机软、硬件技术的 发展，人们逐步认识到单纯使用计算机绘图不能称之为计算机辅助设计。真正的设计是整个产 品的设计，它包括产品的构思、功能设计、结构分析、加工制造等。二维工程图设计只是产品 设计中的一小部分，于是CAD的缩写也由Computer Aided Drafting改为Computer Aided Design，CAD也不再仅仅是辅助绘图，而是整个产品的辅助设计。 CAD的定义： 计算机辅助设计(Computer Aided Design)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，辅助设计师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。它是以计算机、外围设备及其系统软件为基础，包括概念设计、方案设计、造型 设计、优化设计、有限元分析、仿真模拟及产品数据管理等内容。
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1.1.2 CAD技术的发展过程
1.1
• 20世纪40年代— 计算机问世，主要是用于科学计算。 • 20世纪50年代末期— MIT林肯实验室将雷达的信号转换为显示图形，用光笔拾取信息，预示 着交互图形生成技术的诞生。
• 1963年—美国麻省理工学院的I．E．Sutherland发表的博士论文中提出了SKETCHPAD系统。 • 20世纪60年代中后期— 美国的一些大公司投入了相当资金对CAD技术进行研究和开发，研制 出一些CAD系统。 • 20世纪60年代末期至70年代中期— 美国Applicon公司第一个推出完整的CAD系统，出现了面 向中小企业的CAD／CAM商品化系统。 • 20世纪80年代至今— 计算机技术突飞猛进，再加上功能强大的外围设备，CAD技术已进入实 用化阶段。
4．变量化技术 SDRC公司以参数化技术为蓝本，提出了一种比参数化技术更先进的实体造型 技术——变量化技术。
5．特征造型 特征造型是CAD建模方法的一个新里程碑。特征造型技术使得产品的设计工作在 更高的层次上进行，设计人员的操作对象不再是原始的线条和体素，而是产品的功能要素。
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1.1 1.1.3 CAD技术发展趋势
4.CAD文件管理和光盘存档标准
5.其他标准 (1) 术语标准; (2) CAD系统汉字标准; (3) 软件质量标准; (4) 信息分类编码标准.
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1.4 用户界面 设计 1.4.1 Windows图形用户界面 1.4.2 Windows应用程序模型 1.4.3 Windows常用控件介绍 1.4.4 菜单的设计 1.4.5 对话框的设计
外接 磁带机
磁盘
绘图机
图形输入 设备
电视 摄象机
计算机 或工作站
网络系统
扫描仪
文字显示 终端
彩色图形 显示器
打印机
图1-5 CAD系统硬件配置
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☆ CAD系统软件配置
三维交互 造型模块
数据库 管理模块
初步设计 模块
计算机 或工作站
设计 数据库
设计仿真 模块
文档管理 模块
方案论证 模块
图1-6 CAD系统软件配置
目前比较常用的系统软件有以下几种: ① MS-DOS ② UNIX ③ MS-Windows ④ X-Windows
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2.支撑软件
1.2
支撑软件是支持辅助用户完成某些设计工作的具有通用功能的软件。包括以下几 种：
1) 高级程序设计语言 2) 数据库管理系统软件 3) 有限元分析软件 4) 二维图形支撑软件 5) 三维图形支撑软件 6) 计算机辅助工程(CAE)软件 7) 设备驱动程序 8) 其他辅助软件
2．实体造型技术 1979年，SDRC公司发布了世界上第一个完全基于实体造型技术的大型CAD ／CAE软件I-DEAS。理论上有助于统一CAD／CAE／CAM模型表达。
3．参数化技术 20世纪80年代中期，CV公司提出了一种参数化实体造型方法。主要特点是： 基于特征的设计、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。
目前CAD技术正在向集成化、智能化、网络化的方向发展。 1．集成化 数字化制造技术是用数字化定量、表述、存储、处理和控制的方法，支持产品全生命周期和企 业的全局优化运作。从这个意义上讲数控机床的诞生是人类社会进入数字化制造时代的起点，也 为CAD／CAPP／CAM／CAE集成提供了可能。 2．智能化 智能CAD把工程数据库及其管理系统、知识库及其专家系统、拟人化用户接口管理系统集于一 体，形成如图1-2所示的结构。 3．网络化 20世纪90年代以来，CAD／CAPP／CAM技术日趋成熟，应用越来越广，跨国式动态企业联 盟使用网络化制造技术进行异地协同设计与加工。
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1.2 CAD系统 1.2.1 CAD系统结构 1.2.2 CAD系统硬件 1.2.3 CAD系统软件
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1.2 1.2.1 CAD系统结构 • CAD系统的构成从其体系结构讲可分为三个层次， 如图1-3所示。基础层由计算机、外围设备和系统软件组成。系统软件在工作站上流行 UNIX操作系统，在微机上流行Windows、 Linux系统，随着网络的广泛使用，异地协同虚拟CAD环境将是CAD支撑层的重要发展趋 势。应用层针对不同应用领域的需求由各自的CAD专用软件来支持相应的CAD工作。 • CAD系统是由一系列硬件和软件组成的，如图1-4所示。硬件是计算机和外部设备的统 称，软件是指在硬件上运行的程序以及与程序有关的所有文件。根据系统的要求，硬、软 件的配置可能有所不同，而最低的硬、软件配置，是以满足系统的基本功能为目标。根据 计算机系统规模的大小，可以将计算机辅助机械设计系统分为单机系统、局域网络系统和 万维网络系统。系统软件和硬件的配置，如图1-5和图1-6所示。
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1.4.1 Windows图形用户界面
1.4
Windows应用程序的用户界面分为三种类型，即单文档界面、多文档界面和基于对 话框的应用程序。
如图1-7所示，Windows应用程序用户界面的基本组成要素有：标题栏、菜单栏、 工具栏、状态栏、绘图区以及图中没有显示的对话框和各种控件。
工具栏
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3.应用软件
1.2
应用软件是根据本领域工程特点，利用支撑软件系统开发的解决本工程领域特定问题的 软件系统。应用软件系统包括：
(1) 设计计算方法库 常用数学方法库、统计数学方法库、常规设计计算方法库、优化设 计方法库、可靠性设计软件、动态设计软件等。
(2) 各种专业程序库 常用机械零件设计计算方法库、常用产品设计软件包等。 目前国内已经开发出众多的二维CAD应用软件，主要包括基于AutoCAD平台和自主平台 两类。应用软件的性能对CAD的效率有极大的影响，所以应特别重视它的开发和应用。
• 我国自20世纪60年代开始研究开发CAD软件。20世纪80年代起，有些大型企业和设计院成套 引进CAD系统，在此基础上进行开发和应用，取得了一定的成果。
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☆ CAD技术的发展经历的几次大的技术革新
1.1
1．曲由曲面建模方法，推出了三维曲面造型系统CATIA。
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1.4.4 菜单的设计 1.4.4.1 Windows应用程序菜单介绍 1.4.4.2 菜单编辑器的使用
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1.4 1.4.4.1 Windows应用程序菜单介绍 在设计Windows应用程序菜单时，应遵守以下规则： 1) 在菜单栏中的菜单和下拉菜单中的选项均应设置热键，并将这些热键用下滑线标出。 2) 为了加快用户操作，对一些使用频繁的菜单项应提供快捷键方式，并将这些快捷键标在 菜单项的右侧。 3) 如果一个菜单项被选择后需要弹出一个对话框与用户进一步交互，则应在这些选项后边 加上“…”符号，提醒用户选中该项后会显示一个对话框。 4) 某些菜单项暂时不能使用时，应将其置成灰色，表明此时该项功能不能使用。
支撑层
Internet/intranet应用支撑 产品数据管理
…… 计算机硬件及系统软件
基础层
图1-3 CAD系统的三层结构
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☆ CAD系统组成
1.2
CAD系统
CAD硬件系统
CAD软件系统
计算机
外围设备
网络系统
应用软件
支撑软件
系统系统
图1-4 CAD系统组成图
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☆ CAD系统硬件配置
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1.2.3 CAD系统软件
1.2
CAD系统必须配备各种功能的软件。软件分为三大类：系统软件、支撑软件和应 用软件。
1.系统软件 2.支撑软件 3.应用软件
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1.系统软件
1.2
系统软件主要负责管理硬件资源和各种软件资源， 属于软件系统的底层管理软件，它是支撑软件和应用软件得以顺利使用的平台系统，一般包 括操作系统、窗口管理系统、网络管理系统、外部设备管理系统等。