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CAD技术及其应用 机械与运载工程学院 谌霖霖 一、概述 1. 定义： CAD（Computer Aided Design）是以计算机系统作为主要技术手段来生成和运用各种数字信息和图形信息，帮助设计人员从事产品开发、修改、分析和优化的一门技术。 2. CAD技术是一门综合性的技术复杂的系统工程: 涉及许多学科领域，如计算机科 学与工程、计算数学、几何造型、仿真技术、人工智能等。是一门正飞速发展并不断拓宽其应用领域的学科。 3. CAD技术完成的任务：完成、实现工程设计构思。 产品市场需求分析 设计分析阶段 明确设计要求 构造设计模型 确定数学模型 计算、分析 资料库和图形库 几何造型 审查、评估 修 改 N Y CAD 产品设计制造流程图 结构设计、分析 审查、评估 修 改 N Y 结构设计阶段 有限元分析 优化设计 工程描述、编制技术文件 计算机绘图 使用考验阶段 CAT 出产品、完成设计 成批制造 审查、评估 N Y 质量控制 用户使用 实验分析阶段 提供生产信息 CAPP Y 产品试制、实验、分析 审查、评估 N NC,FMS CAM 4. CAD技术的发展： 50年代末，美国的CALCOMP公司制成滚筒式绘图机，GERBER公司制成平板式绘图机，为CAD提供了最基本的物质条件。图形的显示和输出设备的研制是CAD技术的起源。1959年，MIT成立了一个CAD课题小组，揭开CAD研究的序幕。 CAD主要经历了以下四个发展阶段： 智能CAD得到发展，CAD技术集成化 90年代 第四阶段 实现计算机过程的全部CAD化，图形接口、图形功能日趋标准化，推出了包括GKS、CGM、IGES等标准 80年代 第三阶段 Turn Key式(交互式作图)系统问世，出现了面向中小企业的CAD/CAM商品化系统，绘图技术实用化，图形数据库应用 70年代后半期~ 80年代前半期 第二阶段 SKETCHPAD系统（1963年，二维人机通讯图形系统），几何构形基础研究取得进展 上世纪60年代~70年代后半期 第一阶段 CAD技术发展水平 时代 阶段 二、CAD系统的构成与类型 CAD系统 CAD硬件系统 CAD软件系统 计算机 外部设备 应用软件 支撑软件 系统软件 CAD系统基本结构 1. CAD系统的硬件 (1) 主机 中央处理器(CPU): 主存储器： RAM：随机存取存储器， 用户数据 ROM: 只读存储器，系统数据 由控制器、运算器组成。 (2) 输入输出设备 ? 输入设备：键盘、 鼠标器、数字化仪、扫描仪等，把数字、文字、图形信号送入计算机。 ? 输出设备：图形显示器、绘图仪、打印机等，把计算结果、图形等信号输出计算机。 ? 图形显示器的两个重要指标的介绍 ① 点间距：指的是屏幕上两个相邻象素点中心的距离以mm为单位。点间距越小，图象越清晰，是一个物理指标。 ② 分辨率：指的是屏幕上水平与竖直方向上所显示的点数，为显示适配卡的性能指标，由显卡发出的图象信号决定，可以调整分辨率，显示器的点间距与分辨率必须相互匹配才能产生最佳显示效果。 (3) 外存储器：弥补主存储器容量不足而设置的辅助存储器，容量大，但存取速度比主内存慢得多。主要有：软盘、磁带、硬盘、光盘等。 为最低层的软件，为使用开发各类支撑软件、应用软件提供必要的基础和环境，是用户与计算机系统之间的接口。主要包括：操作系统、语言处理系统及一些维护控制程序，如：错误诊断、测试、检查程序等。 (1) 系统软件： 2. CAD系统的软件 (2) 支撑软件： 为CAD软件系统的核心部分，多为大型通用商业软件，为用户二次开发的平台。具体包括以下三类： ? 科学计算类： 常用方法软件包 优化方法软件包 有限元方法软件包 可靠性方法软件包 ? 图形系统软件：为CAD软件的主要组成部分，也是当前CAD应用中最活跃的部分。 几何建模软件包 图形处理软件包 ? 数据库系统软件：CAD系统软件的基础。 往往在支撑软件的基础上进行二次开发，面向不同领域、专业。常用于解决某些特定的问题。 (3) 应用软件： 3. CAD系统的类型 按工作方式及功能划分主要有以下类型： (1) 检索型CAD系统 适用于基本结构已定型，有标准零件和结构可以借鉴的产品开发。如，标准化、系列化的产品设计，如：电机、水泵等。目前又开发了CAD零件及材料选择等系统。如瑞典SKF公司开发的CADlog系统。 (2) 自动型CAD系统 也叫自动设计，为非会话型系统，设计人员按设计要求输入相关参数，无须人工干预，由计算机按预定的程序自动完成全部设计任务。 只适用于设计理论成熟、计算公式确定、设计步骤分明、判断标准清楚的产