现代设计方法(第一章 计算机辅助设计)

第一节 CAD系统概述

1.什么是CAD？什么是CAD系统？

CAD是计算机辅助设计的缩写。指人们在计算机软、硬件的辅助下对产品或工程进行设计、绘图、分析计算、修改和编写技术文件以及显示、输出的一种设计方法；

CAD系统：一般把应用于CAD作业的计算机（中、小型或微型计算机等）、软件（计算机的操作系统、图形支撑软件和专业应用软件等）以及外围设备（打印机和绘图仪等），总称为CAD系统；

2.CAD技术在机械工业中的主要应用有以下几方面：

1）二维绘图、2）图形及符号库、3）参数化设计、4）三维造型、5）工程分析、6）设计文档和生成报表；

3.与传统设计方法相比较CAD技术的主要特点有哪些？

1）制图速度快，减少手工绘图时间，提高了工作效率。

2）图样格式统一，质量高，促进设计工作规范化、系列化和标准化。

3）提高分析计算速度、能解决复杂的设计计算问题。

4）易于技术资料的保存和查找，修改设计快，缩短了产品设计周期。

5）设计时可预估产品性能。

4.CAD：计算机与人的分工

计算机：信息存储与检索、分析与计算、图形作图与文字处理；

人：在设计策略、逻辑控制、信息组织及发挥经验和创造性方面；

5.CAD是一门综合性应用新技术，它涉及到以下基础技术：

1）图形处理技术、2）工程分析技术、3）数据管理与数据交换技术、4）文档处理技术、5）软件设计技术、

6.从硬件方面看，CAD系统大致可分为几种类型？每种类型的特点如何？

1）集中式主机系统。该系统由一台集中大型机（或中型、小型机）与若干图形终端连接而成。优点是有一个集中的数据库统一管理所有数据。缺点是由于所有软件都存在中集中，一旦主机失误，将影响用户的工作。另一方面，当计算量过大时，系统响应变慢，甚至于会出现个别终端等待的现象。

2）分布式工程工作站系统。工程工作站系统本身就是一个独立的单独用户CAD系统。也可以一台主服务器为中心将若干台工程工作站或微机连成网络。这种CAD系统的图形功能强，速度快，内存、外存容量大，是从事CAD课题的首选设备。

3）微型计算机系统。它的计算能力和图形处理功能不如工程工作站，但是价格低、使用方便。

第二节 CAD系统的硬件和软件

7.一个典型CAD系统的硬件一般有哪几部分组成？

由主机、输入设备、输出设备和存储设备四部分组成。

8.输入设备的作用是什么？常用的输入设备有哪些？

输入设备：将字符、平面上或空间中点的坐标输入计算机，其基本功能是“定位”和“拾取”。

如：操纵杆、跟踪球、光笔、鼠标器、数字化仪、摸感屏和扫描仪等。

用232接口连接的：

9.输入设备工作原理简介

1）键盘：由键盘控制数据存入磁盘，然后再输入计算机，适合于大批量数据的输入。

3）鼠标器：手动输入的屏幕指示装置，一般有2-3个功能键，用来控制和移动光标在屏幕上的位置，以便在该位置上输入图形、字符或从屏幕菜单上选择需要的项目。有光电式和机械式之分。

4）数字化仪：电磁感应式，静电感应式，超声波式，磁致伸缩式，作用是输入图形，跟踪控制光标位置和选择菜单。

5）图形扫描仪：直接把图形扫描输入计算机中，以像素信息进行存储表示的设备。工作原理：用光源照射原稿，投射光线经过一组光镜头射到CCD器件上，再经过模/数转换器、图像数据暂存器等，最终输入到计算机，或者图形/文字输出输出设备。（图）

10.主要图形输入设备比较

11.输出设备的作用是什么？常用的输出设备有哪些？

输出设备：将计算结果或者输出到屏幕上，或者输出到纸面上。

一类是与图形输入设备相结合，构成具有交互功能的可以快速生成和删改的显示设备；另一类是在纸或其它介质上输出的可以永久保存图形的绘图设备。

常用的输出设备有：显示设备、绘图设备、数据存储设备；

12.显示设备的分类，光栅扫描式显示器的工作原理及增加清晰度的方法和它的优点。

分类：随机扫描式、存储管式和光栅扫描式；都是基于阴极射线管CRT的原理。

光栅扫描式显示器的工作原理：在CRT中装有水平（行）偏转线圈和垂直（场）偏转线圈，前者产生一个水平磁场，后者产生一个垂直磁场，在其中通以线性变化的电流，因而产生的磁场也是线性变化的。电子束在水平偏转线圈产生的水平磁场作用下，沿着水平方向扫描，称为“水平扫描”或“行扫描”

增加清晰度的方法：一。在水平扫描频率不变的前提下把水平扫描线数量增加一倍，这时只能采用隔行扫描，这种方法显示的CAD图形质量不是太好；二。仍然采用逐行扫描但水平扫描频率提高，这种方法在CAD中应用较多，但是其硬件电路复杂。

光栅扫描式显示器优点：不仅可以显示物体的廓线，特征线等所谓的线图形，而且可以显示被多种高度和颜色的像素所填充的所谓面图形，这就使得输出具有真实感的立体图形成为可能。另外，它具有较好的动态性能，因而适宜于做模拟器，成了当前普遍使用的图形显示器。不足之处在于交互操作时的响应还比较慢，输入图形信息也比较慢；另外在显示直线时，线条的阶梯效应解决起来比较麻烦。

512（水平线上的点数）X512（水平线线数）个点；30（帧）X 512 X 512

13.绘图设备

滚筒式绘图仪、平板式绘图仪、静电式绘图仪

14.CAD系统的软件可分为哪三类？其作用各是什么？

1）系统软件：直接配合硬件工作，并对其他软件起支撑作用的软件，主要指操作系统和各种计算机语言；2）支撑软件：指在CAD系统中，支撑用户进行CAD工作的通用性功能软件；

3）专用应用软件：是专门为适应用户特定使用条件需要而开发的软件；

15.系统软件包括哪些类型的软件？

操作系统、计算机语言、网络通信及管理软件、数据库及数据库管理软件。

16.什么是操作系统？它的主要功能有哪些？

操作系统是对计算机系统硬件及系统配置的各种软件进行全面控制和管理的程序的集合。它负责对计算机系统内的所有资源进行监控，使之协调、高效地工作，是计算机最底层的软件，其它软件都要在操作系统的支持下工作。它具有五方面的管理功能，即内存分配管理、文件管理、外部设备管理、作业管理及中断管理。

17.机械CAD的支撑软件主要有哪些？其作用各是什么？

支撑软件从功能上划分可分成三类：第一类解决几何图形设计问题；第二类解决工程分析与计算问题；第三类解决文档写作与生成问题；

基本图形资源软件：这是一些根据各种图形标准或规范实现的软件包，大多是供应用程序调用的图形子程序包或函数库；

二维、三维绘图软件：主要解决零件图的详细设计问题，输出符合工程要求的零件图或装配图。

几何造型软件：主要解决零部件的结构设计问题，存储它们的三维几何数据及相关信息。

工程分析及计算软件：

文档制作软件：可以快速的生成设计结果的各种报告、表格、文件、说明书等；

18.什么是软件工程？以软件工程方法开发软件，大体要经过哪些主要阶段？

软件工程是采用工程化的方法进行软件开发。

需求分析和可行性研究阶段，系统功能和系统结构设计阶段，程序设计及编写阶段，软件测试阶段，使用与维护阶段。

第三节 CAD系统的图形处理

19.图形输出

图形输出的基本形式是屏幕显示和硬拷贝（绘图或打印）；

按其输出的最基本图素类型可分为两类：一类以直线线段为最基本图素，也就是以矢量图素为最基本图素，属于这一类的有随机矢量扫描式显示器和笔式绘图仪。二类以点为最基本图素，也就是以像素为最基本图素，属于这一类的有光栅扫描式显示器和点阵打印机。

20.什么是用户坐标系、设备坐标系、规格化设备坐标系？在图形程序设计中，采用规格化设备坐标系有什么好处？

用户坐标系统，是世界坐标系，它是一个符合右手定则的直角坐标系，用来定义用户在二维平面或三维世界中的物体。理论上，世界坐标系是无限大且连续的，即它的定义域为实数域。

设备坐标系：图形输出设备自身都用一个坐标系。它是一个二维平面坐标系，它的试题单位是步长或像素，因此它的定义域是整数域且是有界的。

规格化设备坐标系：采用一种无量纲的单位代替设备坐标，当输出图形时，再转换为具体的设备坐标。规格化设备坐标系的左下角（0.0，0.0），右上角（1.0，1.0）。用户的图形数据经转换成规格化设备坐标系中的值，使应用程序与图形设备隔离开，增强了应用程序的可移植性。