第1章計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)概述

1、AutoCAD 2007應(yīng)用基礎(chǔ)教程第1章 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)概述1.1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的概念計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Computer Aided Design , CAD),它是計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用中 的一門重要技術(shù)。所謂CAD技術(shù)，就是利用計(jì)算機(jī)快速的數(shù)值計(jì)算和強(qiáng)大的圖文處理功能 來輔助工程師、設(shè)計(jì)師、建筑師等工程技術(shù)人員進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程繪圖和數(shù)據(jù)管理的一 門計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，如制作模型、計(jì)算、繪圖等。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)對(duì)提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，加快設(shè)計(jì)速度，節(jié)省人力與時(shí)間，提高設(shè)計(jì)工作的 自動(dòng)化程度具有十分重要的意義。現(xiàn)在，它已成為工廠、企業(yè)和科研部門提高技術(shù)創(chuàng)新能 力，加快產(chǎn)品開發(fā)速度，促進(jìn)自身快速發(fā)展的一

2、項(xiàng)必不可少的關(guān)鍵技術(shù)。與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)相關(guān)的概念有：CAE (Computer Aided Engineering )：計(jì)算機(jī)輔助分析。就是把 CAD設(shè)計(jì)或組織好的 模型，用計(jì)算機(jī)輔助分析軟件對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)成品分析，通過反饋的數(shù)據(jù)，對(duì)原CAD設(shè)計(jì)或模型進(jìn)行反復(fù)修正，以達(dá)到最佳效果。CAM (Computer Aided Manufacture ):計(jì)算機(jī)輔助制造。就是把計(jì)算機(jī)應(yīng)用到生產(chǎn)制 造過程中，以代替人進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備與操作的控制，如計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床、加工中心等都是計(jì) 算機(jī)輔助制造的例子。CAM不僅能提高產(chǎn)品加工精度、產(chǎn)品質(zhì)量，還能逐步實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化，對(duì)降低人力成本、縮短生產(chǎn)周期

3、有很大的作用。把CAD、CAE、CAM結(jié)合起來，使得一項(xiàng)產(chǎn)品由概念、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到成品形成，節(jié) 省了相當(dāng)多的時(shí)間和投資成本，而且保證了產(chǎn)品質(zhì)量(如圖 1-1所示)。圖1-1計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD )技術(shù)是集計(jì)算、設(shè)計(jì)繪圖、工程信息管理、網(wǎng)絡(luò)通訊等計(jì)算 機(jī)及其他領(lǐng)域知識(shí)于一體的高新技術(shù)，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分。其顯著特點(diǎn)是：提高設(shè)計(jì)的自動(dòng)化程序和質(zhì)量，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本費(fèi)用，促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，提高技術(shù)創(chuàng)新能力。可見，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）對(duì)工業(yè)生產(chǎn)、工程設(shè)計(jì)、機(jī)器制造、科學(xué)研究等諸多 領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步和快速發(fā)展產(chǎn)生了巨大影響。1.2 計(jì)算機(jī)輔助

4、設(shè)計(jì)的范疇計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）是一個(gè)涵蓋范圍很廣的概念。概括來說，CAD的設(shè)計(jì)對(duì)象最初包括兩大類，一類是機(jī)械、電子、汽車、航天、輕工和紡織產(chǎn)品等；另一類是工程設(shè)計(jì) 產(chǎn)品等，如工程建筑。如今，CAD技術(shù)的應(yīng)用范圍已經(jīng)延伸到諸如藝術(shù)等各行各業(yè)，如電影、動(dòng)畫、廣告、娛樂和多媒體仿真（如：模擬霜凍植被受損的過程）等都屬于CAD范疇。CAD在機(jī)械制造行業(yè)的應(yīng)用最早，也最為廣泛。采用 CAD技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)不但可 以使設(shè)計(jì)人員甩掉圖板，更新傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)自動(dòng)化，降低產(chǎn)品的成本，提高 企業(yè)及其產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力；還可以使企業(yè)由原來的串行式作業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿凶鳂I(yè)， 建立一種全新的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)管

5、理體制，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。如今 世界各大航空、航天及汽車等制造業(yè)巨頭不但廣泛采用CAD/CAM技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，而且投入大量的人力、物力及資金進(jìn)行CAD/CAM 軟件的開發(fā)，以保持自己技術(shù)上的領(lǐng)先地位和國(guó)際市場(chǎng)上的優(yōu)勢(shì)。CAD在建筑方面的應(yīng)用一一計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)（CAAD ）,它為建筑設(shè)計(jì)帶來了一場(chǎng)真正的革命。隨著 CAD軟件從最初的二維通用繪圖軟件發(fā)展到如今的三維建筑模型軟 件，CAD技術(shù)已開始被廣泛采用，這不但可以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短工程周期，還可以節(jié)約 2%5%的建設(shè)投資，而近幾年來，每年僅在我國(guó)的基本建設(shè)投資就有幾千億元之多，如 果全國(guó)近萬個(gè)大小工程設(shè)計(jì)單位都采用CA

6、D技術(shù)，則可以大大提高基本建設(shè)的投資效益。CAD技術(shù)還被用于輕紡及服裝行業(yè)中。以前，我國(guó)紡織品及服裝的花樣設(shè)計(jì)、圖案的 協(xié)調(diào)、色彩的變化、圖案的分色、描稿及配色等均由人工完成，速度慢，效率低，而現(xiàn)在 國(guó)際市場(chǎng)上對(duì)紡織品及服裝的要求是批量小、花色多、質(zhì)量高、交貨要迅速，這使得我國(guó) 紡織產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)。采用CAD技術(shù)以后，大大加快了我國(guó)紡織及服裝企業(yè)走向國(guó)際市場(chǎng)的步伐。如今，CAD技術(shù)已進(jìn)入到人們的日常生活中，在電影、動(dòng)畫、廣告和娛樂等領(lǐng)域大顯 身手。電影拍攝中利用 CAD技術(shù)已有十余年的歷史，美國(guó)好萊塢電影公司主要利用CAD技術(shù)構(gòu)造布景，可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)的手法設(shè)計(jì)出人工不可能做出的

7、布景。這不僅能節(jié)省大 量的人力、物力，降低電影的拍攝成本，而且還可以給觀眾造成一種新奇、古怪和難以想 象的環(huán)境，獲得極大的票房收入。- # 第1章 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)概述1.3 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀與發(fā)展計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) （CAD）技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)60年代，到現(xiàn)在只是短短的 40多年，但 它的技術(shù)發(fā)展之快、應(yīng)用之廣、影響之大，令人矚目，特別是進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，以及互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，這都極大地促進(jìn)了 CAD技術(shù)的發(fā)展。CAD技術(shù)應(yīng)用展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，從早期的幾個(gè)特殊行業(yè)的應(yīng)用， 到現(xiàn)在幾乎遍及所有領(lǐng)域。隨著CAD技術(shù)的發(fā)展和人們需求的不斷提高，人工

8、智能等各類技術(shù)逐漸融入到CAD系統(tǒng)中，形成了基于各種知識(shí)的 CAD系統(tǒng)（或智能CAD系統(tǒng)）。知識(shí)的應(yīng)用使 CAD系統(tǒng) 的“設(shè)計(jì)”功能和設(shè)計(jì)自動(dòng)化水平大大提高，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)全過程的支持程度大大加強(qiáng)，促 進(jìn)了產(chǎn)品和工程的創(chuàng)新開發(fā)。世界發(fā)達(dá)國(guó)家已把計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)作為增強(qiáng)企業(yè)生產(chǎn)競(jìng)爭(zhēng)力和促進(jìn)發(fā)展的重要手 段。我國(guó)在“八五”期間就實(shí)施了 “國(guó)家CAD應(yīng)用工程”計(jì)劃，近 10年來，我國(guó)加大了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的研究、應(yīng)用和推廣，越來越多的設(shè)計(jì)單位和企業(yè)采用這一技術(shù)來提 高設(shè)計(jì)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和改善勞動(dòng)條件。目前，我國(guó)從國(guó)外引進(jìn)的 CAD軟件有幾十種，國(guó)內(nèi)的一些科研機(jī)構(gòu)、 高校和軟件公司也都立足于國(guó)內(nèi)，開發(fā)

9、出了自己的 CAD軟件，并投放市場(chǎng)，使CAD技術(shù)應(yīng)用呈現(xiàn)出一片欣欣向榮的景象。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)將朝著標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化、三維化及多媒體虛擬化等 方向發(fā)展，甩掉圖板，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)無紙化設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和制造，是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)發(fā)展的最 終目標(biāo)。1.4 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的常用軟件介紹計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)深入到各行各業(yè)，所使用的軟件很多，在這里著重介紹應(yīng)用較廣泛的 幾個(gè)常用軟件。1. . AutoCADAutoCAD是美國(guó)Autodesk公司開發(fā)研究的一種通用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件包。Autodesk公司在1992年推出了 AutoCAD的第一個(gè)版本 V1.0,隨后相繼開發(fā)出多個(gè)版本，其中典型 版本有 R14、

10、AutoCAD 2000、AutoCAD 2002、AutoCAD 2005 等，目前最新的是 AutoCAD 2009版。AutoCAD的功能越來越強(qiáng)大和完善，是當(dāng)今世界上最為流行的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟 件之一。2. PhotoshopPhotoshop是Adobe公司推出的一款功能十分強(qiáng)大、使用范圍廣泛的平面圖像處理軟 件。目前，Photoshop是眾多平面設(shè)計(jì)師進(jìn)行平面設(shè)計(jì)，圖形圖像處理的首選軟件。3. CorelDrawCorelDraw是Corel公司出品的世界一流的平面矢量繪圖軟件，被專業(yè)設(shè)計(jì)人員廣泛使用，它的集成環(huán)境（稱為工作區(qū)）為平面設(shè)計(jì)提供了先進(jìn)的手段和最方便的工具。在 Core

11、lDraw系列的軟件包中，包含了 CorelDraw、Corel Paint Photo兩大軟件和一系列的附 屬工具軟件，可以完成一幅作品從設(shè)計(jì)、構(gòu)圖、草稿、繪制到渲染的全部過程。CorelDraw是系列軟件包中的核心軟件，可以在其集成環(huán)境中集中完成平面矢量繪圖。4. Pro/EngineerPro/Engineer系統(tǒng)是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（PTC）的產(chǎn)品，它剛一面世（1988年），就以 其先進(jìn)的參數(shù)化設(shè)計(jì)、基于特征設(shè)計(jì)的實(shí)體造型而深受用戶的歡迎。Pro/Engineer整個(gè)系統(tǒng)建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)上，具有完整而統(tǒng)一的模型，能將整個(gè)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)過程集成在一起， 它一共有20多個(gè)模塊供用戶選擇?；谝?/p>

12、上原因，Pro/Engineer在最近幾年已成為三維機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域里最富魅力的系統(tǒng)。5. SolidWorksSolidWorks是由美國(guó)SolidWorks公司于1995年11月研制開發(fā)，最有代表性的三維 CAD 繪圖軟件，多用于外型設(shè)計(jì)。 SolidWorks是一套基于 Windows的CAD/CAE/CAM/PDM 桌 面集成系統(tǒng)，與 Office兼容，具有較強(qiáng)的參數(shù)化特征造型功能。6. CAXA電子圖版CAXA電子圖板是由北京海爾軟件有限公司于1996年研制開發(fā)的二維微機(jī)系統(tǒng)。CAXA電子圖板以交互方式，對(duì)幾何模型進(jìn)行實(shí)時(shí)的構(gòu)造、編輯和修改，并能保存各類拓 樸信息。目前已在工程和產(chǎn)品設(shè)計(jì)

13、繪圖中得到廣泛的應(yīng)用，成為全國(guó)制圖員計(jì)算機(jī)繪圖技 能考試的指定軟件。7. PICADPICAD系統(tǒng)及系列軟件是中科院凱思軟件集團(tuán)及北京凱思博宏應(yīng)用工程公司開發(fā)的具 有自主版權(quán)的CAD軟件。該軟件具有智能化、 參數(shù)化和較強(qiáng)的開放性，對(duì)特征點(diǎn)和特征坐標(biāo)可自動(dòng)捕捉及動(dòng)態(tài)導(dǎo)航。PICAD是國(guó)內(nèi)商品化最早、市場(chǎng)占有率最大的CAD支撐平臺(tái)及交互式工程繪圖系統(tǒng)。8. 高華CAD高華CAD由清華大學(xué)和廣東科龍（容聲）集團(tuán)聯(lián)合創(chuàng)建，系列產(chǎn)品包括計(jì)算機(jī)輔助繪 圖支撐系統(tǒng) GHDRAFTING、機(jī)械設(shè)計(jì)及繪圖系統(tǒng)GHMDS、工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng) GHCAPP、三維幾何造型系統(tǒng) GHGEMS、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng) GHPDMS及

14、自動(dòng)數(shù)控編程系統(tǒng) GHCAM 。 高華CAD也是基于參數(shù)化設(shè)計(jì)的 CAD/CAE/CAM 集成系統(tǒng)，是全國(guó) CAD應(yīng)用工程的主 推產(chǎn)品之一，其中 GHGEMS 5.0曾獲第二屆全國(guó)自主版權(quán) CAD支撐軟件評(píng)測(cè)第一名。9. 清華 XTMCAD清華XTMCAD是清華大學(xué)機(jī)械CAD中心和北京清華艾克斯特 CIMS技術(shù)公司共同開 發(fā)的基于 Windows 95和AutoCAD R12及R13二次開發(fā)的 CAD軟件。它具有動(dòng)態(tài)導(dǎo)航、 參數(shù)化設(shè)計(jì)及圖庫(kù)建立與管理功能，還具有常用零件優(yōu)化設(shè)計(jì)、工藝模塊及工程圖紙管理 等模塊。作為 Autodesk注冊(cè)認(rèn)可的軟件增值開發(fā)商，可直接得到Autodesk公司的技術(shù)支持，其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在對(duì) CIMS工程支持?jǐn)?shù)據(jù)的交換與共享上。10. 開目CAD開目CAD是華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院開發(fā)的具有自主版權(quán)的基于微機(jī)平臺(tái)的CAD和圖紙管理軟件，它面向工程實(shí)際，模擬人的設(shè)計(jì)繪圖思路，操作簡(jiǎn)便，機(jī)械繪圖效率比 AutoCAD高得多。開目CAD支持多種幾何約束種類及多視圖同時(shí)驅(qū)動(dòng)，具有局部參數(shù)化 的功能，能夠處理設(shè)計(jì)中的過約束和欠約束的情況。開目CAD實(shí)現(xiàn)了 CAD、CAPP、CAM的集成，適合我國(guó)設(shè)計(jì)人員的習(xí)慣，是全國(guó) CAD應(yīng)用工程主推產(chǎn)品之一。1.5 小