CAD大作业

《CAD理论基础及应用》课程学习报告为期六周的《CAD理论基础及应用》课程已经结束了。

在***老师的悉心指导下，我们顺利完成了这门课程的学习。

虽然本科时学习过类似的一门课程，对CAD有了初步的了解，但通过这次课程的学习，使得我对CAD又有了更加全面、深入的理解。

作为机械工程专业的硕士研究生，CAD理论是我们必备的基础知识，机械类CAD软件的操作及运用更是我们必备的基本技能。

***老师的《CAD理论基础及应用》这门课程通过对CAD概论、计算机辅助设计系统、工程数据的处理、图形坐标变换与裁剪、工程图的绘制、几何造型、AutoCAD二次开发技术等内容的讲述，系统阐述了CAD的基本概念、发展历程、原理、技术、方法、系统和应用，使得我在运用CAD软件过程中又有了新的收获。

下面结合课程学习的内容及本人学习心得做一总结。

CAD概论这一章主要讲述了CAD的内涵、功能和任务以及CAD技术的发展和应用。

对CAD有一定了解的人都知道，CAD是英文“Computer Aided Design”的缩写，即计算机辅助设计，它是一种运用计算机硬、软件系统辅助人们进行产品或工程设计的方法与技术，包括设计、绘图、工程分析与文档制作等设计活动。

它不但是一种全新的设计方法，也是一门多学科综合应用的新技术。

作为现代产品设计方法及手段的综合体现，CAD技术在各个领域得到了广泛的应用，成为当代最杰出的工程技术成就之一。

工程设计的过程包括设计需求分析、概念设计、设计建模、设计分析、设计评价和设计表示，CAD的功能就是在工程设计的过程中对应地起到信息提供、决策支持系统、几何造型、工程分析、评价决策和图文处理的作用。

其主要任务是完成设计信息的计算机存贮和管理、开发工程设计的应用程序、建立一个专用图形系统或利用一个通用图形系统完成产品造型和工程图绘制。

另外，CAD还需要将工程数据库、应用程序以及图形系统等部分有机地组成为一个完整的系统，以适应反复建立模型、评价模型和修改模型这种设计过程的需要。

CAD诞生于二十世纪60年代，是美国麻省理工学院提出的交互式图形学的研究计划，由于当时硬件设施昂贵，只有美国通用汽车公司和美国波音航空公司使用自行开发的交互式绘图系统。

二十世纪70年代，小型计算机费用下降，美国工业界才开始广泛使用交互式绘图系统。

二十世纪80年代，由于PC机的应用，CAD得以迅速发展，出现了专门从事CAD 系统开发的公司。

当时VersaCAD是专业的CAD制作公司，所开发的CAD软件功能强大，但由于其价格昂贵，故得不到普遍应用。

而当时的Autodesk（美国电脑软件公司）公司是一个仅有员工数人的小公司，其开发的CAD系统虽然功能有限，但因其可免费拷贝，故在社会得以广泛应用。

同时，由于该系统的开放性，该CAD软件升级迅速。

进入90年代以来，个人计算机（PC）的性能迅速赶上了10年前高档工作站的性能，CAD的应用范围也随之变得更加广泛。

如今，CAD已经不仅仅用于绘图和显示，它开始进入设计者的专业知识中更“智能”的部分。

许多公司已经开始采用立体的绘图设计。

以往，碍于电脑性能的限制，绘图软件只能停留在平面设计，欠缺真实感，而立体绘图则冲破了这一限制，令设计蓝图更实体化，3D图纸绘制也能够表达出2D图纸无法绘制的曲面，能够更充分表达设计师的意图。

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1995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。

部分国内顶尖的CAD开发商除了提供优秀的CAD平台软件技术以外，一直以来积极推进国产CAD技术的发展，联合众多国产CAD二次开发商组成的国产CAD联盟，更是极大促进了国产CAD的发展壮大，为中国企业提供了真正适合中国国情及应用需求的CAD解决方案。

CAD是计算机科学与工程设计学科相结合形成的新兴技术，是计算机在工程中最有影响的应用技术之一。

如今，CAD已广泛应用于机械、电子、建筑、航空、航天、汽车、化工、冶金、环境工程等领域，涉及工程制图、工业制图、服装加工、园林和景观规划等诸多方面。

纵观CAD的发展历程，我们可以看到CAD技术是随着计算机技术的不断成熟和普及而逐渐发展起来的。

可以非常肯定地说，未来三维CAD技术必然会替代二维CAD绘图。

因为人在设计零件时的原始冲动是三维的，是有颜色、材料、硬度、形状、尺寸、位置、相关零件、制造工艺等等关联概念的三维实体，甚至是带有相当复杂的运动关系的三维实体。

只是由于以前的手段有限，人们不得不共同约定了在第一象限平行正投影的二维视图表达规则，并用有限个相关联的二维投影图表达自己的三维设想。

如果能直接以三维概念开始设计，在现有的软件支持下，这个模型至少有可能表达出设计构思的全部几何参数，整个设计过程可以完全在三维模型上讨论，设计的全部流程都能使用统一的数据，这是发达国家CAD的今天，也将是我们明天的CAD。

计算机辅助设计系统这部分的内容主要涉及CAD系统的硬件、软件和型式。

CAD系统的硬件由主机、存储设备、输入设备、输出设备、生产设备等组成。

主机包括中央处理器（CPU）和主存储器（内存）；存储设备包括外存储设备和可移动存储设备，外存储设备常见种类有磁带机、磁盘驱动器（软盘、硬盘）和光盘驱动器，可移动存储设备主要为闪存类存储器；输入设备是向计算机输入数据、信息的设备总称，包括键盘、鼠标、定位设备、数字化仪和图像输入设备；输出设备则包括打印机、绘图机和图形显示设备；生产系统设备主要包括加工设备（如各类数控机床、加工中心等）、物流搬运设备（如有轨小车、无轨小车、机器人等）、仓储设备（如立体仓库、刀库等）、辅助设备（如对刀仪等）等。

除计算机本身的软件如操作系统、编译程序外，CAD系统的软件主要包括交互式图形显示软件、CAD应用软件和数据管理软件。

交互式图形显示软件用于图形显示的开窗、剪辑、观看，图形的变换、修改，以及相应的人机交互；CAD应用软件提供几何造型、特征计算、绘图等功能，以完成面向机械、广告、建筑、电气各专业领域的各种专门设计；数据管理软件用于存储、检索和处理大量数据，包括文字和图形信息，为此，需要建立工程数据库系统，它同一般的数据库系统相比有如下特点：数据类型更加多样，设计过程中实体关系复杂，数据库中数值和数据结构经常发生变动，设计者的操作主要是一种实时性的交互处理。

CAD系统有四类型式，分别为大（中）型机系统、工作站系统、微机系统、网络型系统。

大（中）型机系统以大（中）型机为主机，拥有强大的运算能力和丰富的信息资源，可直接集中支持十几个，甚至几十个CAD终端，还可集中配备某些公用的外部设备，如图形输入/输出设备等。

这种系统的优点是主机功能强，可以完成大型、复杂的CAD作业。

CAD工作站是一种适用于单用户、使用UNIX操作系统、具有极高的运算速度和强大的图形处理功能的计算机系统，在性能上优于微机。

目前在我国市场上的国内外工作站产品有HP、SUN、IBM、DEC、三星、华胜、海信等。

微机系统以32位微机作为主机，为单用户系统，配备有图形输入设备、图形输出设备、外部存储器等。

微机系统性价比高，软、硬件配置灵活、丰富。

网络型CAD系统是将分布于各处的多台计算机以网络形式连接起来。

目前常用的网络型CAD 系统大多采用局域网（LAN）。

工程数据的处理该章主要介绍了数表的程序化处理和文件化处理、一维数表的插值处理、线图的处理以及工程数据的数据库管理。

从总体上说，处理工程数据的方法有三种，即程序化处理、文件化处理和数据库管理。

程序化处理方式是在编程时将数据以一定的形式直接放于程序中，使得程序和数据直接结合在一起，但同时也可能造成数据无法共享、程序长度增加等问题。

文件化处理方式是将数据放于扩展名为.DAT的数据文件中，需要数据时，再由程序来打开文件并读取数据。

这种方式将数据与程序作了初步的分离，实现了有条件的数据共享；缺点是数据文件只能表示事物而不能表示事物之间的联系、数据与应用程序之间仍存在依赖关系、安全性和保密性差。

数据库管理则是将工程数据存放到数据库中，可以克服文件化处理的不足。

记得学习这一章的内容时，袁老师重点给我们讲述了工程数据的程序化处理和文件化处理方式，他在课堂上亲自运行已写好的Turbo C语言程序，并当堂检验结果，加深了我们对这两种数据处理方式及其优缺点的理解。

图形坐标变换与裁剪该章主要涉及二维图形的坐标变换、三维图形的坐标变换、三维图形变换的应用以及开窗与裁剪等内容。

二维图形、三维图形的坐标变换这部分内容我们在以前的本科相关课程中多次学习过，通过这门课程的学习再次加深了印象，而开窗与裁剪是我比较感兴趣的内容。

我们知道，应用程序中所定义的画面均以世界坐标系表示，这些画面要映射到设备坐标系才可以显示出来。

在显示器上可以只选择一个显示区域观察一幅画面，也可以同时选择若干显示区域观察若干幅画面。

把用一观察的窗口有选择地显示物体的某一部分称为开窗，如果要求删除显示区域之外的画面部分则成为裁剪。

开窗在图形显示中有较多的应用。

利用开窗技术，不但可以灵活地在屏幕上显示一景物的不同部分、改变窗口及视区的大小和位置，还可以使显示的图形发生变化。

对于一个显示物体可定义多个窗口及多个视区，这样可以多方位、多侧面观察一个物体。

在多工作站的情况下，可在各工作站建立不同的窗口及视区，这样就可以在不同的输出设备上显示物体的不同部分。

为了能看到计算机内部存储数据量比较大的图形的各个局部细节，在放大显示一幅图形的一部分区域时，必须确定图形中哪些部分落在显示区之内，哪些落在显示区之外，以便显示落在显示区内的那部分图形，这个选择过程称为裁剪。

裁剪的实质是决定图形中哪些点、线段、文字以及多边形在窗口之内。

在图形裁剪中，最基本的是点的裁剪；直线裁剪则包括Cohen-Sutherland算法和矢量裁剪法；Sutherland—Hodgman算法是解决多边形裁剪的较好算法。

工程图的绘制这一章主要结合AutoCAD 2010图形环境讲述了交互式绘制工程图、参数化绘图程序设计和形状特征拼合法绘制工程图等内容。

可以说该章的内容是这门课程中我最关注的部分，因为它直接涉及软件的操作方法和一些绘制工程图的方法，非常实用。

通过课堂的理论学习加上我课后的操作练习，我发现能否掌握其中的技巧直接影响着绘图速度的快慢。

总结了一下，大概有以下几点：①在画图时要善于使用快捷图标作图，而且要“善变”，因为有时候要想画一个图形是有很多种方法的，这时候就要选择自己熟练的方法或步骤便捷的方法了。