第1章 计算机辅助设计概述
工程认证《计算机辅助设计》课程教学大纲
工程认证《计算机辅助设计》课程教学大纲课程简介本课程是专为工程认证研究者设计的，旨在提供计算机辅助设计方面的基础知识和技能。
通过研究本课程，学员将能够掌握计算机辅助设计软件的基本操作和应用，为将来在工程设计领域取得认证打下坚实的基础。
课程目标通过研究本课程，学员将能够达到以下目标：1. 掌握计算机辅助设计软件的基本操作技能；2. 理解计算机辅助设计的基本原理和概念；3. 能够使用计算机辅助设计软件进行工程设计、制图和模拟；4. 将所学知识和技能应用于实际项目中，解决工程设计问题。
课程内容1. 计算机辅助设计概述- 计算机辅助设计的定义和发展历程- 计算机辅助设计软件的分类和应用领域2. 计算机辅助设计软件基础操作- 软件界面和工具栏的介绍- 绘图和编辑基本图形- 数据输入和查询操作- 图层管理和属性设置3. 计算机辅助设计原理和技巧- 坐标系和尺度的应用- 图形变换和缩放技巧- 二维图形绘制和编辑技巧- 三维模型的创建和编辑技巧4. 工程设计及模拟- 工程设计流程和方法- 工程模型的创建和分析- 工程模拟和优化5. 实践项目- 完成一个实际工程设计项目，包括设计、绘图和模拟评估方式本课程的评估方式包括学员的课堂表现、作业完成情况和实践项目的质量。
具体评估标准将在课程开始前由教师提供。
参考资料- 《计算机辅助设计基础教程》- 《计算机辅助设计软件应用实例》- 课程相关手册和教材以上是《工程认证《计算机辅助设计》课程教学大纲》的内容概述。
希望通过本课程的学习，学员能够掌握计算机辅助设计的基本知识和技能，为将来在工程设计领域的认证做好准备。
cad基础知识
提高了设计效率；
(4)有利于实现产品设计的标准化、系列化、通 用化； (5)它为使用计算机辅助制造（CAM）、计算机 辅助检测（CAT）、计算机辅助工程（CAE）、 计算机辅助工艺过程设计（CAPP），为计算机 管理、集成制造系统准备了完备的信息，创造了 良好的基础； CAD系统的软件包括系统软件和应用软件。系统 软件是与计算机硬件联系紧密的软件，它起着扩 充计算机功能、合理调度设备资源的作用，应用 软件是用户为完成某些CAD任务所编制的程序， 它有很强的针对性。一般CAD系统的应用软件应 包括几何建模软件、工程绘图软件、结构分析软 件、优化设计软件、数值模拟软件、工程数据管 理软件等。
2.2开放的二次开发功能
（1）提供多种开发工具。 （2）直接访问、修改AutoCAD原有标准系统 库函数和文件。 （3）对线型库、字体库、图案库以及菜单文 件、对话框进行用户定制。
2.3提供多种接口文件
具有较强的数据交换能力，提供DWF等 数据信息交换方式。 2.4支持多种交互设备 2.5具有良好的用户界面和高级辅助功能
在AutoCAD中用黑色字符标明的菜单项表示该 项可用为有效菜单，用灰色字符标明的菜单项 目表示该项暂时不可用，需要选定合乎要求的 对象之后才能使用的菜单称为无效菜单。 如果某菜单项右侧带有省略号“…”，表示选取 该项后将会打开一个对话框，通过对话框可为 该命令的操作指定参数。 如果某菜单项右侧带有“”符号，表示该项 还包括下一级菜单，用户可进一步选定下一级 菜单中的选项。 如果菜单项右侧没有任何符号，则表示选取该 项将直接执行某个命令。
AutoCAD软件主要具有如下特点：
2.1完善的图形绘制和编辑功能
（1）可以绘制二维图形和三维实体图形。 （2）可以对三维实体进行自动消隐、润色 和赋材质等操作，以生成真实感极强的渲 染图形。 （3）具有强大的图形编辑功能，能方便地 进行图形的修改、编辑操作。 （4）强大的尺寸整体标注和半自动标注功 能。
EDA 技术实用教程 第1章 概述
1.1 EDA技术及其发展 技术及其发展
EDA (Electronic Design Automation) 利用EDA技术进行电子系统的设计，具有以下几个特点： ① 用软件的方式设计硬件；② 用软件方式设计的系统到硬件 系统的转换是由有关的开发软件自动完成的；③ 设计过程中可 用有关软件进行各种仿真；④ 系统可现场编程，在线升级；⑤ 整个系统可集成在一个芯片上，体积小、功耗低、可靠性高。 因此，EDA技术是现代电子设计的发展趋势。
图1-1 EDA技术实现目标 技术实现目标
ASIC:
Application-Specific Integrated Circuits
ASIC的含义：指应特定用户要求或特定 的含义： 的含义 应用需要而设计制造的集成电路。 应用需要而设计制造的集成电路。 ASIC的概念早在上个世纪 年代就有人 的概念早在上个世纪60年代就有人 的概念早在上个世纪 提出，但其真正发展是在进入20世纪 世纪80 提出，但其真正发展是在进入 世纪 年代以后 以后。 年代以后
1.2 EDA技术实现目标 技术实现目标
半定制或全定制ASIC 2. 半定制或全定制ASIC 基于EDA技术的半定制或全定制ASIC，根据它们的实 现工艺，可统称为掩模ASIC 。可编程ASIC 与掩模ASIC相 ASIC ASIC ASIC 比，不同之处就在于它具有面向用户的灵活多样的可编程性。
1.1 EDA技术及其发展 技术及其发展
EDA技术发展的三个阶段 技术发展的三个阶段
20世纪 年代 世纪70年代 世纪
MOS工艺 CAD概念 工艺 概念
20世纪70年代，MOS工艺在集成电路制作方面得到广 泛应用，可编程逻辑技术及器件已经出现。计算机在科研领 域的广泛应用，促使了CAD技术的出现。 CAD即计算机辅 助设计(Computer Assist Design)。在这一阶段，人们开始利 用计算机取代手工劳动，辅助进行集成电路版图设计，PCB 布局布线等工作。
第一章：protel99介绍
同一设计项目内，原理图的张数没有限பைடு நூலகம்，对设计层次的深度也 没有限制。
⑵ 强大的元件及元件库的组织功能： Protel99元件库提供超过6万种元件，同时它的元件库编辑器使用户 可以创建自己的元件库，用户可以在各库之间自由移动、拷贝元件， Protel99还提供强大的元件库查询功能，查询范围可以是一个文件夹， 或是一个盘符，也可以是整个硬盘。 ⑶ 方便易用的连线工具： Protel99的电气栅格连线和自动连接特性，被激活的电气“热点”将
进入90年代以后，由于计算机的发展，软件进入Windows时代， Protel Technology 公司自1991年开始推出Protel For Windows 版本； 1999年3月，Protel公司正式推出Protel99正式版本，改进了老版本的 操作界面和文件管理方式； Protel98/99具有Windows 的一切特性，
向CAM（Computer Aided Manufacturing）方向发展；
二、Protel的发展与演变：发展
1987、88年，美国的ACCEL Technologies Inc公司推出的软TANGO
是Protel99的前身，随后升级为TANGO For Dos版本；
Protel发展史
• 初期Protel Windows版本 八十年代末期推出了Windows版本下的Protel For Windows 1.0、 Protel For Windows1.5等版本。
注：目前计算机都能满足以上配置。
二、 Protel99的安装过程：
• 光盘安装的默认路径为：C:\Program Files\Design Explorer99,也可以 在安装过程中自己设定路径。 • 安装后的目录结构图。 • 安装补丁程序。 • 安装中文菜单。
计算机辅助设计简介
计算机辅助设计简介计算机辅助设计简介计算机辅助设计，是利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作，简称CAD。
在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。
CAD能够减轻设计人员的劳动，缩短设计周期和提高设计质量。
在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案;各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索;设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成;利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。
计算机辅助设计-概述电子计算机技术是现代科学技术发展的重要标志。
在机械工业中应用电子计算机技术为机械设计服务，具有十分重要的意义。
随着经济社会的发展，将计算机具有的运算速度快，计算精度高，存储容量大和具有逻辑判断功能等特点与图形显示，自动绘图设备技术相结合，在人机交互作用下，“计算机辅助设计”应运而生。
计算机辅助设计-定义计算机辅助设计图册计算机辅助设计指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作，简称CAD。
在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。
在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案;各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索;设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成;由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形显示出来，使设计人员及时对设计作出判断和修改;利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。
CAD能够减轻设计人员的劳动，缩短设计周期和提高设计质量。
计算机辅助设计-发展概况CAD作品图册20世纪50年代世界上第一台计算机绘图系统在美国诞生，开始出现具有简单绘图输出功能的被动式的计算机辅助设计技术。
Autodesk Inventor 2013课件第1章 Inventor 2013入门
菜单栏
快速工具
标题栏
浏览器
功能航栏
坐标系
状态栏
状态托盘
图1-10 Autodesk Inventor工作界面
❖ 6．导航栏：默认情况下，导航栏显示在图形 窗口的右上方。可以从导航栏访问查看和导 航命令。
❖ 7．状态栏：状态栏位于Inventor窗口底端的 水平区域，提供关于当前正在窗口中编辑的 内容的状态，以及草图状态等信息等内容。
图1-27 零件工程图
1.3.6 课上十分钟——表达视图环境
❖ 1．表达视图的必要性 ❖ 装配图相对于零件图来说具有一定的复杂性，
需要有一定看图经验的人才能明白设计者的 意图。如果能动态的显示部件中每一个零件 的装配位置，甚至显示部件的装配过程，那 么势必能节省工人读懂装配图的时间，大大 提高工作效率。
❖ 1．曲面造型 ❖ 三维CAD技术可根据给定的离散数据和工程问题的边界条件来定义、生成、控
制和处理过渡曲面与非矩形域曲面的拼合能力提供曲面造型技术。 ❖ 2．实体造型 ❖ 三维CAD技术具有定义和生成体素的能力，以及用几何体素构造法CSG 或连界
表示法B- rep 构造实体模型的能力，并且能提供机械产品总体、部件、零件以及 用规则几何形体构造产品几何模型所需要的实体造型技术。 ❖ 3．物质质量特性计算 ❖ 三维CAD技术具有根据产品几何模型计算相应物体的体积、表面积、质量、密 度、重心、导线长度以及轴的转动惯量和回转半径等几何特性的能力, 为系统对 产品进行工程分析和数值计算提供必要的基本参数和数据。
图1-22 钣金零件环境
1.3.5 课上十分钟——工程图环境
❖ 1．工程图环境概述 ❖ 在Inventor中完成了三维零部件的设计造型后，接
1概述_计算机辅助设计
1.4 计算机辅助设计的应用
CAD的基本技术 4. 科学计算 模拟真实世界的数学、力学方法。例如有 限元、边界元等计算方法等。
1.4 计算机辅助设计的应用
CAD的基本技术 5. 优化设计 选定在设计时力图改善的一个或几个量作 为目标函数，在一定约束条件下，以数学方 法和电子计算机为工具，不断调整设计参量， 最后使目标函数获得最佳的设计。
计算机辅助设计包括的内容很多，如概念设计、 优化设计、有限元分析、计算机仿真、计算机绘 图等。
1.1 什么是计算机辅助设计
设计的重要性
“设计工作是新产品研制的第一道工序，设计 工作的质量和水平，直接关系到产品质量、性能、 研制周期和技术经济效益”——书本P1 设计的广泛性
除了花草树木这些自然景物，从茶杯到桌子、 建筑、公路、桥梁、火车……所有跟普通人生活 息息相关的物品和工程设施，都需要设计。
1.5 CAD系统的组成与配置
1.5.3.2 常用CAD软件介绍 1. 绘图软件
AutoCAD-欧特克公司 特点：专业制图，三维建模，渲染
1.5 CAD系统的组成与配置
1.5.3.2 常用CAD软件介绍 2. 造型软件
UG-美国麦道 Pro/Engineer-美国参数技术公司 CATIA-法国达索飞机公司 特点：三维，CAD/CAM，参数化设计
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1.3 CAD的特点
工作内容
• 设计数据库 • 图形数据库 • 应用程序库
17
1.3 CAD的特点
在数据库的基础上开展CAD工作 五个方面：
• • • • • 建立模型； 设计计算； 图形显示； 仿真； 出图样、文档等。
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1.3 CAD的特点
1）提高设计质量
综合性的技术知识；人机交互使产品设计更加合理； 优化设计；数据的一致性。
CADCAM-第一章.概述
一、CAD/CAM的基本功能
交
图
存
输
互
形
储
入
功
显
功
输
能
示
能
出
功
功
能
能
1.交互功能
人机接口是CAD/CAM系统中用户与系统连接的
桥梁
友好的用户界面，是用户直接而有效地
完成复杂设计任务的必要条件
除软件中界面设计外，还必须有交互设 备实现人与计算机之间的不断通信
2.图形显示功能
CAD/CAM是一个人机交互的过程，从产品的造型、 构思、方案的确定，结构分析到加工过程的仿真，系 统随时保证用户能够观察、修改中间结果，实时编辑 处理。
产品设计阶段
设计人员以计算机为辅助工具完成各项工作， 即计算机辅助设计(Computer Aided Design，CAD)。
生产准备阶段
工艺人员借助计算机根据产品设计阶段给出的 信息和产品制造的工艺要求，交互或自动地完成各 项工作，即计算机辅助工艺过程设计
(Computer Aided Process Planning，CAPP)。
空间的保障。
CAD/CAM系统运行时，数据
量很大，有很多算法往往生成
大量的中间数据，尤其是对图
形的操作、交互式的设计以及
IBM737Байду номын сангаасMagnetic core
storage unit
结构分析中的网格划分等。
4.输入输出功能
CAD/CAM系统运行中，用户需不断地将有关设计 的要求、各步骤的具体数据等输入计算机内，通过计 算机的处理，能够输出系统处理的结果。
生产人员完成从生 产准备到产品制造 出来的过程中的各 项活动，包括作业 计划、零件加工、 装配和性能检验。
计算机辅助设计概述
•
20世纪60年代初美国麻省理工学院林肯
实验室的I．E．Sutherland发表T“Sketch—Pad：
一个人机通讯的图形系统”的博士论文，首先提
出计算机图形学、交互技术、分层存储的数据结
构等新思想，从而为计算机辅助设计技术的发展
和应用打下了理论基础，打开了计算机图形处理
和辅助设计发展的大门。
• 70年代计算机辅助设计专家的理论研究利用有限元方
大型系统： （1）Pro/Engineer –美国PTC公司产品，是
最早的参数化造型软件，是CAD/CAE/CAM集 成软件系统，其中CAD系统尤为突出。 （2）UG--美国EDS公司产品，CAD/CAE/CAM集 成软件系统，CAM系统功能强大。己和IDEAS合并。
（3）I-DEAS--美国SDRC公司产品，最初以工 程计算和结构分析为主，后来也成为 CAD/CAE/CAM集成软件系统，CAE是该软件 特长，CAM相对不足，因此与UG合并。
1.2 计算机辅助设计的作用和功能
• 1.2.1 计算机辅助设计的作用 1．交互式的图形处理与几何模型构造 2．工程计算分析和对设计的模拟、验证、优化 3. 计算机自动绘图和辅助文档编辑 4．工程信息的有效存储及工程数据库的管理与共事 5．知识库基础上的专家系统和人工智能型辅助设计
与决策 6．良好的人机交互界面
因此，在研究计算机辅助设计技术的发展 时．不能只看到计算机辅助设计本身，必须随时 注意到相关工程技术领域的发展以及在这些领域 的推广和应用，从而引起全方位的技术革命。
第二章 计算机辅助设计系统的硬件和软件
• 计算机辅助设计系统包括硬件系统和软件系统 两大部分。硬件系统主要由电子计算机及其外 围设备组成，它是计算机辅助设计技术的物质 基础。软件系统是计算机辅助设计技术的核心， 它决定了系统所具有的功能。硬件和软件的组 合形成了计算机辅助设计系统。因此，了解和 掌握计算机辅助设计技术，研究和开发计算机 辅助设计系统，必须具备一定的硬件和软件知 识。
824计算机辅助制造-第一章
第一章CAD/CAM 概述1.1、CAD/CAM概念1、CAD/CAM概念n 计算机辅助设计CAD(Computer-aided Design)n 计算机辅助制造CAM(Computer-aided Manufacturing)CAD/CAM：是指以计算机为主要技术手段来生成和运用各种数字信息和图形信息，以进行产品的设计和制造。
（Page 1）2、CAD/CAM的广泛性n 技术涉及计算机科学、计算数学、计算几何、计算机图形学、数据结构、数控技术、仿真技术、人工智能等领域.n 特点：具有高智力、知识密集、更新速度快、综合性强、效益高、初始投入大等特点。
n 应用于机械、电子、航空宇航、建筑、轻纺产品的总体及结构设计、运动机构的模拟、有限元分析的前后置处理、工艺过程设计、数控加工、检验测量等环节。
（Page 1）3、CAD/CAM技术发展动力: 三个环境变化n市场环境的变化（企业竞争、产品市场寿命短），n设计环境的变化（开发新产品的成功率要高而设计周期短），n制造环境的变化（多品种、小批量、高质量）1.2、CAD/CAM系统简介1、基本概念n CAD－－从方程求解计算和绘图入手，发展到现在的诸项内容：建立数学模型、工程分析、产品设计（包括方案设计、总体设计、零部件设计）、动态模拟仿真等.CAD/CAM系统是围绕着产品的设计与制造两大部分独立发展起来的，但现在两者是紧密结合在一起的。
n CAM－－指NC编程（手工编程、自动编程）, 到现在还包括：工艺装备设计、数字化（图形化）控制、CAPP（Computer Aided Progress Planning）工艺过程规划、机器人、柔性制造系统FMS（Flexible ManufacturingSystem）、有限元技术、成组技术、工厂管理、CIMS 等.CAM 有广义和狭义的两个概念n CAM的狭义概念:从产品设计到加工制造之间的一切生产准备活动，包括生产计划的制定，CAPP(计算机辅助工艺规划)，NC（数控）编程，资源需求计划制定（RRPD），工时定额的计算。
计算机辅助工业设计概述
图1-6
二、Adobe Illustrator Illustrator作为Adobe公司首推的专业矢量绘图软件，是一个强大的
艺术设计工具，无论是在出版、多媒体，还是在线图像的工业标准矢量插 画领域都有着广泛的应用。加之它与Photoshop完美的数据对接，为产品 二维效果图制作提供了较高的效率和控制，适合进行任何规模的设计项目 。同样，业内人士将Illustrator简称为AI，如图1-7所示。
一、Alias SketchBook Pro
曾荣获美国电影艺术与科学学院奖项的Alias SketchBook Pro，是一 款身材小巧的高品质数字草绘软件，专为数位手绘板（屏）用户设计， 其优点在于围绕Alias专门的Marking Menu技术开发的友好的、基于手 势的用户界面。在数位手绘板上用笔轻点便可使用该软件的顶尖工具， 包含有铅笔等30种笔触效果、随笔移动的图层、背景模板以及一个独特 的全景/缩放工具。短小精悍，操作简便，支持多种图片格式，可以用作 设计概念的草图构思工具，如图1-3和图1-4所示。
数字技术下的产品设计表达方式，一般是将产品模型的形体转化为计算机中的 数据，利用这些数据，配合与之配套的软硬件接口构建产品的虚拟模型，预览生产 后的效果，模拟机构运动。同时，还能够与生产环节的上下游紧密地结合起来。由 于数字化的产品设计空间是虚拟的，因此对方案的评估与修改就比较方便，这样有 助于设计师对所设计的产品进行全方位、多角度的调整与把握。在虚拟阶段针对可 能出现的生产问题进行解决，这也是数字化设计方式的优势之一。
1.2 计算机辅助工业设计的历史与现状
第1章计算机辅助设计概述
第 1 章计算机辅助设计概述1.1 计算机辅助设计的概念计算机辅助设计( Computer Aided Design ，CAD )，它是计算机科学技术发展和应用中的一门重要技术。
所谓CAD 技术，就是利用计算机快速的数值计算和强大的图文处理功能来辅助工程师、设计师、建筑师等工程技术人员进行产品设计、工程绘图和数据管理的一门计算机应用技术，如制作模型、计算、绘图等。
计算机辅助设计对提高设计质量，加快设计速度，节省人力与时间，提高设计工作的自动化程度具有十分重要的意义。
现在，它已成为工厂、企业和科研部门提高技术创新能力，加快产品开发速度，促进自身快速发展的一项必不可少的关键技术。
与计算机辅助设计( CAD )相关的概念有：CAE (Computer Aided Engineering )：计算机辅助分析。
就是把CAD 设计或组织好的模型，用计算机辅助分析软件对原设计进行仿真设计成品分析，通过反馈的数据，对原CAD 设计或模型进行反复修正，以达到最佳效果。
CAM ( Computer Aided Manufacture )：计算机辅助制造。
就是把计算机应用到生产制造过程中，以代替人进行生产设备与操作的控制，如计算机数控机床、加工中心等都是计算机辅助制造的例子。
CAM 不仅能提高产品加工精度、产品质量，还能逐步实现生产自动化，对降低人力成本、缩短生产周期有很大的作用。
把CAD 、CAE 、CAM 结合起来，使得一项产品由概念、设计、生产到成品形成，节省了相当多的时间和投资成本，而且保证了产品质量(如图1-1 所示)。
是图1-1 计算机辅助设计过程计算机辅助设计( CAD )技术是集计算、设计绘图、工程信息管理、网络通讯等计算机及其他领域知识于一体的高新技术，是先进制造技术的重要组成部分。
其显著特点是：提高设计的自动化程序和质量，缩短产品开发周期，降低生产成本费用，促进科技成果转化，提高劳动生产效率，提高技术创新能力。
1-计算机辅助设计概述
计算机辅助设计（CAD）概述计算机辅助设计是20世纪50年代末发展起来的综合性计算机应用技术。
它是以计算机为工具，处理产品设计过程中的图形和数据信息，辅助完成产品设计过程的技术。
计算机辅助设计包括的内容很多，如概念设计、优化设计、有限元分析、计算机仿真、计算机绘图等。
在计算机辅助设计工作中，计算机的任务实质上是进行大量的信息加工、管理和交换。
也就是在设计人员的初步构思、判断、决策的基础上，由计算机对数据库中的大量设计资料进行检索，根据设计要求进行计算、分析及优化，将初步设计结果显示在显示器上，以人机交互方式反复加以修改，经设计人员确认之后，在自动绘图机及打印机上输出设计结果。
计算机辅助设计是人和计算机相结合，各尽所长的新型设计方法。
在设计过程中，人可以进行创造性的思维活动，完成设计方案构思、工件原理拟定等，并将设计思想、设计方法经过综合、分析、转换成计算机可以处理的数学模型和解析这些模型的程序。
在程序运行过程中，人可以评价设计结果，控制设计过程；计算机则可以发挥其分析计算和存储信息的能力，完成信息管理、绘图、模拟、优化和其他数值分析任务。
一个好的计算机辅助设计系统既能充分发挥人的创造性作用，又能充分利用计算机的高速分析计算能力，找到人和计算机的最佳结合点。
一、计算机辅助设计技术的产生及发展20世纪50年代，以美国为代表的工业发达国家出于航空和汽车等工业的生产需要，开始将计算机技术应用于产品的设计过程，逐渐发展形成具有重大影响力的计算机辅助设计技术。
1、20世纪50年代——CAD技术的萌芽期。
1950年美国麻省理工学院（MIT）研制出旋风型图形显示设备，可以显示简单图形；50年代后期推出了图形输入装置——光笔；1958年美国Calcomp公司研制出滚筒式绘图仪，Gerber公司研制出平板绘图仪。
上述图形处理设备的问世，标志着CAD技术已处于交互式计算机图形系统的初期萌芽和诞生阶段。
2、20世纪60年代——CAD技术的成长期。
第1章 计算机辅助设计与仿真技术概述
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其概念和内涵正在不断地发展中。早在1972年10 月的国际信息处理联合会（IFIP）在荷兰召开的“关 于 CAD原理的工作会议”上给出如下定义：CAD是一种 技术，其中人与计算机结合为一个问题求解组，紧密 配合，CAD是工程技术人员以计算机为工具，对产品 和工程进行设计、绘图、分析和编写技术文档等设计 活动的总称 。
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常用的数理统计分析方法有最大似然概率估算法， 最大似然概率辨识法等。
混合模型（hybrid model） ——过程开发模型又 叫混合模型或元模型（meta-model）,把几种不同模型 组合成一种混合模型，实际上，一些软件开发单位都 是使用几种不同的开发方法组成他们自己的混合模型。 混合模型兼具物理模型和数学模型的优点,将两者有 机地结合起来,有效地提高了试验研究的精度,可用以 解决单一模型不易解决和不能解决的问题。
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1.3 计算机辅助设计的基本概念
1.3.1 计算机辅助设计的概念
计算机辅助设计（ Computer Aided Design简称 CAD）技术是利用计算机高速而精确的计算能力、大容 量存储和处理数据的能力，结合设计者的综合分析、逻 辑判断及创造性思维，用以加快设计进程、缩短设计周 期、提高设计质量的技术。
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由于我们所面临的工程问题越来越复杂，计算机仿 真是一门综合性的新学科，它取决于计算机工具本身硬 件与软件的发展，又依赖于仿真计算方法在精度与效率 方面的研究与提高，还要服从于计算机仿真对象学科领 域的发展需要, 所以, 计算机仿真是多种学科 互相渗透、 相互融合又与多种学科相关联的边缘科学。
1计算机辅助平面设计(第一章)
1-10 安装向导窗口8
《计算机辅助平面设计》第1章
概述
（6）点击“完成”，结束安装。
《计算机辅助平面设计》第1章
概述
（4）获取图形 CorelDRAW可以导入多种软件处理过的文件，例
如Photoshop、Illustrator等软件处理过的图像。 （5）填充对象 对于矢量图形及文本，CorelDRAW提供了多种填
充方式，例如，交互式填充、网格填充等等，可以满足设计者的各种
需要。 （6）转换功能CorelDRAW提供了多种转换功能，例如：图形与文
《计算机辅助平面设计》第1章
概述
1.2
计算机辅助平面设计基础软件概述
在整个计算机辅助平面设计过程中，主要使用了Photoshop 和CorelDRAW这两种平面绘制软件。
CorelDRAW侧重于矢量图形的绘制，而Photoshop侧重于对
位图的处理，两种软件的配合使用在平面设计中能发挥更大的 作用。
《计算机辅助平面设计》第1章
概述
1.1 计算机辅助设计的概念和特点 计算机辅助设计（Computer Aided Design—CAD）指利用计算机 及其图形设备帮助设计人员进行设计工作，简称CAD。
《计算机辅助平面设计》第1章
概述
在设计中，计算机可以帮助设计人员担负制图、处理图片等项工作。 一个好的计算机辅助设计软件既能充分发挥人的创造性作用，又能 充分利用计算机的快速处理图像的能力，找到人和计算机最佳结合点。 所以，设计人员通常进行创造性的思维活动强的设计构思工作，将 其余的的繁重工作则可以交给计算机完成。 由计算机自动产生的设计结果，可以快速以图形形式显示出来，使 设计人员及时对设计做出判断和修改。利用计算机可以进行对图形的编 辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作，故而CAD 能 够减轻设计人员的劳动，缩短设计周期和提高设计质量。
第1章计算机辅助设计概述
2019/12/27
• 2）学科建立和进入应用时期（20世纪60年代）
• （1）在20世纪60年代，晶体管取代了真空电子管。20世纪 60年代后期，出现了直接存取存储器，研制成功了阴极射线 管显示器等等。
我国CAD技术的引入大约是在60年代，起步较晚，但最近几年 的发展较为迅速，在机械、电子、建筑、汽车、服装等行业逐步进 入了使用阶段，在许多其他领域也进入了试用时期。
2019/12/27
在我国，通过“七五”和“八五”期间坚持不懈地科技攻关 ， 特 别 是 机 械 行 业 从 2 0 1 9 年 以 来 ， 相 继 开 展 的 “ CAD 应 用 1215工程”和“CAD应用1550工程”，使我国CAD技术在理 论与算法研究、硬件设备生产、支撑软件的开发与商品化，专 业应用软件系统的研制与应用，以及在人才培养与技术普及等 方面均取得了丰硕的成果。
2019/12/27
• 4）飞速发展时期（20世纪80年代）
2019/12/27
• 5）标准化、集成化、智能化和网络化发展时期 （20世纪90年代）
2019/12/27
1.2 CAD的基本概念及特点
1. 产品开发过程
设计一般经历以下阶段： （1）概念设计：需求分析、确定功
能、构思方案，获得一组原理方案 （2）初步设计：从可行方案中优选出一个功
2019/12/27
• 2. 零件造型
• 零件造型是指在计算机中建立零件的三维实体模型。设计人员 可以根据自己的设想将零件从计算机中逐步“制作”出来。
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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 了解AutoCAD的发展及功能 熟悉AutoCAD 2004操作界面 熟悉AutoCAD 2004操作界面 掌握启动和退出的方法
1
1.1 计算机辅助设计概述
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 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。
1.1.1 计算机辅助设计的概念 计算机辅助设计（Computer Aided Design，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。
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1.1.2 CAD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：
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1.1.2 CAD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1 4位。其严格的尺寸和公差数值比传统的手工刻度方法 14 更加可靠。 (2)快速。C A D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。
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(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。
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(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。
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1.1.6 CAD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
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输入设计要求 描述设计模型 计算机系统 （设计与计算）
数据库 图形库 程序库
人
计算机
N
计算结果 满意否？ Y 输出设计结果
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1.2 AutoCAD简介 简介
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命令行：命令行提供了调用命令的第三种方式，即用键盘直接输入 命令。用户可在命令行提示下输入各种命令。命令行还显示 AutoCAD命令的提示及有关信息，并可查阅和复制命令的历史记录。 通过按F2键，可以调出文本窗口。基本上，可以将文本窗口视为放 大的命令行。
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工具选项板：在该工具栏上有3个选项卡：ISO图案填充，英制图 案填充和办公室项目样例。 通过该“ISO图案填充”选项卡，用户可以方便地选取需要进行填 充的图案进行填充，而不必调用HATCH命令。单击某一图案，然后 拖放到需要填充的区域即可。“英制图案填充”选项卡的使用方法 与“ISO图案填充”选项卡使用方法相同。“办公室项目案例”选 项卡提供一系列办公用品的模型，用户可以方便地进行调用。调用 时，只需单击需要的图形，鼠标就会带着选定的图形，选好合适的 地方单击即可完成一次调用。
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1.2.1 AutoCAD的发展历程
1982年10月 AutoCAD 1.0版 1983年1月AutoCAD 1.1版 1984年11月AutoCAD 2.01版 1985年5月AutoCAD 2.17版 1985年11月AutoCAD 2.18版 1986年6月AutoCAD 2.5版 1987年5月AutoCAD 2.62版 1987年9月AutoCAD 9.0版 1988年10月AutoCAD 10.0版 1991年4月AutoCAD 11.0版 1992年6月AutoCAD 12.0版 1994年11月AutoCAD 13.0版 1997年6月AutoCAD 14.0版 1999年3月AutoCAD 2000版 2000年9月AutoCAD 2000i版 2001年6月AutoCAD 2002版 2003年5月AutoCAD 2004中文版 2004年3月AutoCAD 2005版 2004年6月AutoCAD 2005中文版
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-CIMS
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(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 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
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1.1.5 CAD软件技术的未来发展
(1) CAD系统的智能化
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CAD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， 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。 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。
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(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。
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1.2.2 AutoCAD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。
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1.1.3 CAD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。
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1.1.4 CAD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WHIRLWIND 1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（Cathode Ray Tube），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。
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1.2.3 AutoCAD 2004快速入门
1. AutoCAD 2004工作界面
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工具栏 菜单栏
标题栏
工具选项板 绘图窗口
命令行窗口 坐标系
状态栏
光标
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标题栏：同其他标准的Windows应用程序界面一样，标题栏包括 控制图标以及窗口的最大化、最小化和关闭按钮，并显示应用程序 名和当前图形的文件名。 菜单栏：菜单是调用命令的一种方式。菜单栏以级联的层次结构来 组织各个菜单项，并以下拉的形式逐级显示。 工具栏：工具栏是调用命令的另一种方式，通过工具栏可以直观、 快捷的访问一些常用的命令。AutoCAD 2004系统提供了29种工具 栏，分别为：
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CAD标准 UCS UCS II Web 标注 标准 布局 参照 参照编辑 样式
插入 查询 对象捕捉 对象特性 绘图 绘图顺序 曲面 三维动态观察器 实体 着色