第1章 計算機輔助設計概述58446

1、1第第1 1章章 環(huán)境工程環(huán)境工程CADCAD概述概述r教學要求目標教學要求目標21.1 計算機輔助設計概述計算機輔助設計概述1.1.1 計算機輔助設計的概念計算機輔助設計（Computer Aided Design，CAD）是利用計算機強有力的計算功能和高效率的圖形處理能力，輔助知識勞動者進行工程和產品的設計與分析，以達到理想的目的或取得創(chuàng)新成果的一種技術。它是綜合了計算機科學與工程設計方法的最新發(fā)展而形成的一門新興學科。計算機輔助設計技術的水平成了衡量一個國家工業(yè)技術水平的重要標志。3CAD的定義 1973年，當CAD處于發(fā)展初期的時候，國際信息技術聯(lián)合會就給CAD一個廣義的定義：CAD是

2、將人和計算機混編在解題專業(yè)組中的一種技術，是將人和計算機混編在解題專業(yè)組中的一種技術，從而將人和計算機的最佳特性結合起來。從而將人和計算機的最佳特性結合起來。 人具有圖形識別的能力，具有學習、聯(lián)想、思維、決策和創(chuàng)造能力，而計算機具有巨大的信息存儲和記憶能力，有豐富靈活的圖形和文字處理功能和高速精確的運算能力，上述人和計算機最佳特性的結合就是CAD的目的。41.1.2 CAD制圖方法l交互法：直接利用繪圖軟件的各種功能，利用人機交互方式將圖形一筆一筆畫出來。缺點是速度慢，繪圖工作量大，應用熟練后，比原始繪圖要快2-3倍以上。l尺寸驅動法：51.1.2 CAD的優(yōu)點(1)準確。計算機產生的圖形繪制

3、和打印的準確性達到所用單位的小數點后1 4位。其嚴格的尺寸和公差數值比傳統(tǒng)的手工刻度方法更加可靠。(2)快速。C A D所具有的復制、編輯、安排條目等能力加速了繪圖過程。當操作者定制了針對某一特定任務的操作過程后，工作的速度會大大提高。(3)整潔清晰。繪圖儀所具有的產生精確清晰的圖的能力，是優(yōu)于傳統(tǒng)手工方法的最明顯優(yōu)點。CAD繪圖的一致性，包括線條粗細均勻、打印高質量字符、沒有污損或其他繪圖用的臨時標記等方面都是極佳的。6(4)一致。因為在方法上系統(tǒng)保持了一致性，就消除了因為個人風格不同產生的問題。一家公司中可以有多個制圖員同時為一個工程制圖，并產生一致的圖形集。(5)高效。CAD繪圖員使用與

4、手工制圖完全不同的方式完成一項制圖任務。CAD 程序能夠為操作員完成大量工作，因此必須在繪圖前進行大量的準備工作以期利用系統(tǒng)所提供的所有好處。71.1.3 CAD技術在工程設計中的應用l建筑設計，包括方案設計、三維造型、建筑渲染圖設計、平面布景、建筑構造設計、小區(qū)規(guī)劃、日照分析、室內裝潢等各類CAD應用軟件。l結構設計，包括有限元分析、結構平面設計、框/排架結構計算和分析、高層結構分析、地基及基礎設計、鋼結構設計與加工等。l設備設計，包括水、電、暖各種設備及管道設計。l城市規(guī)劃、城市交通設計，如城市道路、高架、輕軌、地鐵等市政工程設計。8l市政管線設計，如自來水、污水排放、煤氣、電力、暖氣、通

5、信（包括電話、有線電視、數據通信等）各類市政管道線路設計。l交通工程設計，如公路、橋梁、鐵路、航空、機場、港口、碼頭等。 l水利工程設計，如大壩、水渠、河海工程等。l其他工程設計和管理，如房地產開發(fā)及物業(yè)管理、工程概預算、施工過程控制與管理、旅游景點設計與布置、智能大廈設計等。91.1.4 CAD技術的發(fā)展歷程(1)準備和誕生時期（20世紀50年代）1950年，MIT研制出WHIRLWIND 1計算機的圖形顯示器；1958年，美國Calcomp公司研制出滾筒式繪圖機；美國GerBer公司把數控機床發(fā)展成平板式繪圖機；20世紀50年代末，MIT在WHIRLWIND計算機上第一次使用了陰極射線管C

6、RT（Cathode Ray Tube），操作者可以用光筆在屏幕上確定目標。它預示著交互式圖形生成技術的誕生，為CAD技術的發(fā)展作了必要的準備。10(2)蓬勃發(fā)展和進入應用時期（20世紀60年代）20世紀60年代初，MIT的博士生Ivan Sutherland研制出世界上第一臺利用光筆的交互式圖形系統(tǒng)SKETCHPAD。在20世紀60年代，由于計算機及圖形設備價格昂貴，技術復雜，只有一些實力雄厚的大公司才能使用這一技術。作為CAD技術的基礎，計算機圖形學在這一時期得到了很快的發(fā)展。20世紀60年代中期出現了商品化的CAD設備，CAD技術開始進入了發(fā)展和應用階段。11(3)廣泛應用時期（20世紀

7、70年代）20世紀70年代推出了以小型機為平臺的CAD系統(tǒng)。同時，圖形軟件和CAD應用支撐軟件也不斷充實提高。圖形設備，如光柵掃描顯示器、圖形輸入板、繪圖儀等相繼推出和完善。于是，20世紀70年代出現了面向中小企業(yè)的CAD商品化系統(tǒng)。12(4)突飛猛進時期（20世紀80年代）20世紀80年代，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路、工作站和RISC（精簡指令集計算機）等的出現使CAD系統(tǒng)的性能大大提高了一步。與此同時，圖形軟件更趨成熟，二維、三維圖形處理技術，真實感圖形技術以及有限元分析，優(yōu)化，模擬仿真，動態(tài)景觀，科學計算可視化等方面都已進入實用階段。包括CAD/CAE/CAM一體化的綜合軟件包使CAD技術

8、又上了一個層次。13(5)日趨成熟的時期（20世紀90年代）這一時期的發(fā)展主要體現在以下幾個方面： CAD標準化體系進一步完善； 系統(tǒng)智能化成為又一個技術熱點； 集成化成為CAD技術發(fā)展的一大趨勢； 科學計算可視化、虛擬設計、虛擬制造技術14151.1.5 CAD軟件技術的未來發(fā)展(1) CAD系統(tǒng)的智能化 與人工智能技術結合，形成CAD專家系統(tǒng)(2) 實體造型與仿真 通過靜態(tài)和動態(tài)實體造型，更真實地描述三維物體的幾何信息； 在實體造型和計算機圖形學的基礎上，在計算機上建立工程設計的實際系統(tǒng)的計算機模型來代替實際系統(tǒng)的 運行，以便對設計結果進行試驗和考核。(3) CAD系統(tǒng)的集成化 CAD+C

9、AM=CAD/CAM；CAD/CAM+CAPP+CAT+PDM=CAE 集成的最高層次：計算機集成生產系統(tǒng)-CIMS161.1.6 CAD的工作流程(1) CAD的工作內容 建立產品設計數據庫 建立多功能交互式圖形程序庫 建立應用程序庫(2) CAD的工作流程圖17 人計算機計算機系統(tǒng)（設計與計算）輸入設計要求描述設計模型計算結果滿意否？輸出設計結果YN數據庫圖形庫程序庫181.2 AutoCAD簡介簡介 AutoCAD是美國Autodesk公司開發(fā)的一個交互式繪圖軟件，是用于二維及三維設計、繪圖的系統(tǒng)工具，用戶可以使用它來創(chuàng)建、瀏覽、管理、打印、輸出、共享及準確復用富含信息的設計圖形。 Au

10、toCAD已經成為一個功能強大、性能穩(wěn)定、市場占有率位居世界第一的CAD系統(tǒng)，在城市規(guī)劃、建筑、測繪、機械、電子、造船、汽車等許多行業(yè)得到了廣泛的應用。統(tǒng)計資料表明，目前世界上有75%的設計部門、500多萬的用戶應用此軟件，大約有50萬套AutoCAD軟件安裝在各企業(yè)中運行。1998年法國世界杯足球場、波士頓查爾斯河大橋、馬來西亞 Petronas 雙塔等都是它的杰作。 191.2.1 AutoCAD的發(fā)展歷程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Au

11、toCAD 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

12、中文版201.2.2 AutoCAD的基本功能(1) 繪制圖形。AutoCAD提供了多種繪圖的方式，包括繪圖菜單、繪圖工具欄以及命令等，可以繪制點、線、曲線、矩形、多邊形、圓及圓弧、橢圓及橢圓弧等圖形元素。還可以進行徒手繪線。(2) 編輯圖形。AutoCAD具有強大的圖形編輯功能，包括移動、旋轉、縮放、拉伸、延長、斷開、修剪、拷貝、陣列、鏡射等。(3) 圖形標注。AutoCAD可以對圖形尺寸標注和注寫文本，并提供了各種樣式以供用戶選擇。21(4) 精確繪圖。為了用戶繪圖的方便和準確，Auto CAD提供了坐標顯示、柵格捕捉、對象捕捉。在光標點上利用柵格捕捉相當于在坐標紙上繪圖。對象捕捉可以捕捉

13、對象的端點、中點、圓心、垂足、交點、切點、圓周上的象限點等等，使繪出的圖形非常準確。(5) 圖形輸出。AutoCAD提供了多種圖形輸出的功能。用戶可以將圖形直接輸出到打印機，也可以輸出到其它軟件中加以利用，同時還允許用戶將圖形輸出到Internet上進行共享。221.2.3 AutoCAD 2004快速入門1. AutoCAD 2004工作界面23工具欄菜單欄標題欄工具選項板繪圖窗口狀態(tài)欄命令行窗口光標坐標系24l標題欄：同其他標準的Windows應用程序界面一樣，標題欄包括控制圖標以及窗口的最大化、最小化和關閉按鈕，并顯示應用程序名和當前圖形的文件名。l菜單欄：菜單是調用命令的一種方式。菜單

14、欄以級聯(lián)的層次結構來組織各個菜單項，并以下拉的形式逐級顯示。l工具欄：工具欄是調用命令的另一種方式，通過工具欄可以直觀、快捷的訪問一些常用的命令。AutoCAD 2004系統(tǒng)提供了29種工具欄，分別為：CAD標準插入實體編輯UCS查詢視口UCS II對象捕捉視圖Web對象特性縮放標注繪圖圖層標準繪圖順序文字布局曲面修改參照三維動態(tài)觀察器修改II參照編輯實體渲染樣式著色26l狀態(tài)欄：狀態(tài)欄位于繪圖屏幕的底部，用于顯示坐標、提示信息等，同時還提供了一系列的控制按鈕，包括“捕捉”、“柵格”、“正交”、“極軸”、“對象捕捉”、“對象追蹤”、“線寬”和“模型/圖紙”等。l繪圖窗口：繪圖窗口是AutoCA

15、D中顯示、繪制圖形的主要場所。在AutoCAD中創(chuàng)建新圖形文件或打開已有的圖形文件時，都會產生相應的繪圖窗口來顯示和編輯其內容。由于從AutoCAD 2000版開始支持多文檔，因此在AutoCAD中可以有多個圖形窗口。由于在繪圖窗口中往往只能看到圖形的局部內容，因此繪圖窗口中都包括有垂直滾動條和水平滾動條，用來改變觀察位置。此外，繪圖窗口的下部還包括有一個模型選項卡和多個布局選項卡，分別用于顯示圖形的模型空間和圖紙空間。 27l命令行：命令行提供了調用命令的第三種方式，即用鍵盤直接輸入命令。用戶可在命令行提示下輸入各種命令。命令行還顯示AutoCAD命令的提示及有關信息，并可查閱和復制命令的歷

16、史記錄。通過按F2鍵，可以調出文本窗口?；旧?，可以將文本窗口視為放大的命令行。28l工具選項板：在該工具欄上有3個選項卡：ISO圖案填充，英制圖案填充和辦公室項目樣例。通過該“ISO圖案填充”選項卡，用戶可以方便地選取需要進行填充的圖案進行填充，而不必調用HATCH命令。單擊某一圖案，然后拖放到需要填充的區(qū)域即可。“英制圖案填充”選項卡的使用方法與“ISO圖案填充”選項卡使用方法相同。“辦公室項目案例”選項卡提供一系列辦公用品的模型，用戶可以方便地進行調用。調用時，只需單擊需要的圖形，鼠標就會帶著選定的圖形，選好合適的地方單擊即可完成一次調用。301.2.4 啟動和退出AutoCAD 2004 l啟動AutoCAD： 從桌面AutoCAD快捷方式圖標啟動（雙擊或