計算機輔助設(shè)計課件

計算機輔助設(shè)計TIANJINUNIVERSITY組員：黨莉、劉博靜、姚震、鞏樹濤、周龍、周海鋒計算機輔助設(shè)計TIANJINUNIVERSITY組員：黨莉目錄1.概述2.CAD系統(tǒng)構(gòu)成3.CAD系統(tǒng)的功能4.CAD系統(tǒng)的工作過程5.CAD應(yīng)用實例6.水利工程CAD發(fā)展趨勢目錄1.概述1.概述1.1定義計算機輔助設(shè)計(ComputerAidedDesign)簡稱CAD，是運用計算機硬件和軟件系統(tǒng)強大的計算功能和高效靈活的圖形處理能力，輔助工程設(shè)計人員進行工程設(shè)計和產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)，以達到縮短設(shè)計周期、提高工程和產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量及設(shè)計水平、降低成本、提高市場競爭力的一門先進技術(shù)。1.概述1.1定義計算機輔助設(shè)計(ComputerAid90年代至今80~90年代70年代60年代1.2發(fā)展歷史第一階段：以使用大型通用機和刷新式圖形顯示器為基本標(biāo)志。第二階段：價格低廉的小型機、存儲管式顯示器得到應(yīng)用，圖形輸入設(shè)備投入應(yīng)用，使CAD技術(shù)有可能得到快速發(fā)展和推廣。第三階段：微型機、超級微型機和圖形工作站得到普及使用。第四階段：以Intel公司芯片技術(shù)為代表的硬件革命，為CAD技術(shù)的創(chuàng)新提供了更加強大的實現(xiàn)手段。90年代80~9070年代60年代1.2發(fā)展歷史第一階段：1.3主要應(yīng)用領(lǐng)域1243航空和汽車工業(yè)電子工業(yè)機械制造行業(yè)土木建筑業(yè)1.3主要應(yīng)用領(lǐng)域1243航空和汽車工業(yè)電子工業(yè)機械制造行硬件系統(tǒng)（HardwareSystem）軟件系統(tǒng)（SoftwareSystem）組成：電子計算機及其外圍設(shè)備是CAD系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)組成：程序及相關(guān)的文檔是CAD系統(tǒng)的核心2.CAD系統(tǒng)構(gòu)成進行工程計算機輔助設(shè)計，必需是在CAD系統(tǒng)的支持下方能實現(xiàn)。硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)組成：電子計算機及其外圍設(shè)備組成：程序及相關(guān)2.1CAD硬件系統(tǒng)（1）主機

主機是整個系統(tǒng)的核心，通過執(zhí)行實際運算與邏輯分析，控制、指揮著整個系統(tǒng)進行有效的工作。主要由中央處理器、主存儲器（簡稱內(nèi)存）及總線構(gòu)成。（2）外存儲器外存儲器通常是磁性介質(zhì)或光盤，像磁盤，磁帶，CD等，具有長期保存程序和數(shù)據(jù)，存儲量大、價格低，且不依賴于電來保存信息但其存取速度與內(nèi)存比慢的多。（3）輸入設(shè)備

鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀等。（4）輸出設(shè)備顯示器、打印機、繪圖儀、影像輸出系統(tǒng)、語音輸出系統(tǒng)等。2.1CAD硬件系統(tǒng)（1）主機2.2CAD軟件系統(tǒng)（1）系統(tǒng)軟件

計算機系統(tǒng)的內(nèi)核與基石，主要用于計算機的管理、維護、控制和運行，提供了整個CAD系統(tǒng)內(nèi)部的支持功能，控制著存貯操作、指令執(zhí)行與外圍設(shè)備動作。（2）支撐軟件工程CAD系統(tǒng)的支撐軟件主要包括工程計算分析軟件、圖形支撐軟件和數(shù)據(jù)庫管理軟件。如：AutoCAD、ANSYS（3）應(yīng)用軟件

應(yīng)用軟件是用戶利用計算機以及它所提供的各種系統(tǒng)軟件和支撐軟件，編制解決用戶各種實際問題的程序。計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)的功能最終反映在解決具體設(shè)計問題的應(yīng)用軟件上。2.2CAD軟件系統(tǒng)（1）系統(tǒng)軟件3.CAD系統(tǒng)的功能（1）圖形處理

計算機繪圖：工程設(shè)計中，繪圖工作量約占總設(shè)計工作量的50%~60%，可見，提高繪圖速度和繪圖質(zhì)量是提高設(shè)計效率的關(guān)鍵。

幾何造型：把物體的幾何形狀轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C能接受的數(shù)學(xué)描述。某水庫除險加固溢洪道平面布置圖3.CAD系統(tǒng)的功能（1）圖形處理某水庫除險加固溢洪道平面（2）工程計算分析CAD系統(tǒng)包括某些功能強的工程分析軟件（有限元分析及優(yōu)化計算分析），進行結(jié)構(gòu)強度與剛度計算、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計算與分析、結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計及優(yōu)化計算分析等。龍開口水電站導(dǎo)墻振動分析模型白鶴灘反拱形底板（包括基巖），用于水墊塘穩(wěn)定計算的模型（2）工程計算分析龍開口水電站導(dǎo)墻振動分析模型白鶴灘反拱形底（3）數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)交換

數(shù)據(jù)管理是利用計算機硬件和軟件技術(shù)對數(shù)據(jù)進行有效的收集、存儲、處理和應(yīng)用的過程。數(shù)據(jù)交換是在多個數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）之間，為任意兩個終端設(shè)備建立數(shù)據(jù)通信臨時互連通路的過程。如接口技術(shù)，包括串行接口、并行接口及USB接口等。(4)文檔處理

如文檔制作、編輯及文字處理等。(5)軟件設(shè)計

如窗口界面設(shè)計、軟件工具、軟件工程規(guī)范等。（3）數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)交換(4)文檔處理4.CAD系統(tǒng)的工作過程(1)建立工程設(shè)計數(shù)據(jù)庫a.定義：

工程設(shè)計數(shù)據(jù)庫是用來存儲設(shè)計某個工程時所需的各種信息，如有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、圖紙、表格、計算公式。

建立工程設(shè)計數(shù)據(jù)庫是指從工程應(yīng)用需要出發(fā)，設(shè)計出一個工程數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的全過程。4.CAD系統(tǒng)的工作過程(1)建立工程設(shè)計數(shù)據(jù)庫a.定義：b.主要任務(wù):在工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的支持下，按照應(yīng)用的要求，為某一類或某個工程項目設(shè)計一個結(jié)構(gòu)合理、使用方便、效率較高、穩(wěn)定性較強的工程數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)。從而提高系統(tǒng)資源的利用率，簡化軟件設(shè)計和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換工作，避免系統(tǒng)開發(fā)中人力、物力、財力上的浪費，提高系統(tǒng)的生產(chǎn)率。數(shù)據(jù)庫設(shè)計得好，可以使整個應(yīng)用系統(tǒng)效率高、維護簡單、使用容易。b.主要任務(wù):c.應(yīng)用舉例：BIDMS作為集成化CAD系統(tǒng)BICAD的一個子系統(tǒng)，是將BICAD系統(tǒng)中產(chǎn)生的設(shè)計圖紙統(tǒng)一管理起來。BIDMS利用圖紙間的層次關(guān)系來組織管理圖紙，已應(yīng)用于建筑領(lǐng)域。圖1工程圖紙管理系統(tǒng)c.應(yīng)用舉例：圖1工程圖紙管理系統(tǒng)（2）建立多功能交互式圖形程序庫建立多功能交互式圖形程序庫，利用圖形程序庫可以進行二維及三維圖形的信息處理工作，能在此基礎(chǔ)上繪制工程設(shè)計圖樣，建立標(biāo)準(zhǔn)零部件圖形庫等處理工作。交互式圖形處理程序允許用戶動態(tài)對顯示圖形進行修改，改變圖形參數(shù)、顏色、比例等。如AutoCAD就是一款著名的交互式繪圖軟件。隨著計算機繪圖技術(shù)的廣泛應(yīng)用，交互處理已經(jīng)是必不可少的內(nèi)容。（2）建立多功能交互式圖形程序庫建立多功能交互式圖形優(yōu)點：（1）可以及時交換信息a.對計算機應(yīng)用程序：可根據(jù)用戶選擇內(nèi)容決定程序流向，即程序如何運行；b.對用戶來說，可以根據(jù)提示內(nèi)容輸入選擇。（2）靈活方便運行程序一個應(yīng)用程序會有不同的應(yīng)用功能，用戶可以根據(jù)需要方便的選擇所需功能。圖2交互式圖形處理過程圖優(yōu)點：圖2交互式圖形處理過程圖（3）建立應(yīng)用程序庫應(yīng)用程序庫是匯集解決某一類工作設(shè)計問題的通用及專用設(shè)計程序，如：通用數(shù)學(xué)方法計算程序、常規(guī)設(shè)計程序、結(jié)構(gòu)力學(xué)計算程序、優(yōu)化設(shè)計程序、有限元方法計算程序。其它應(yīng)用程序平面設(shè)計程序數(shù)學(xué)工具軟件MAPLEMATLABVISUALFORTRANSTATIS-TICAPhotoshopIllustratorCorelDRAWPageMaker………………++（3）建立應(yīng)用程序庫應(yīng)用程序庫是匯集解決某一類工作設(shè)（4）向CAD系統(tǒng)輸入設(shè)計要求

描述設(shè)計模型，選擇合理的設(shè)計子模塊，進行結(jié)構(gòu)布置、外形和尺寸的初步設(shè)計，并將此階段成果及設(shè)計要求寫入工程設(shè)計數(shù)據(jù)庫中。（5）優(yōu)化設(shè)計及計算分析

利用應(yīng)用程序?qū)Τ醪皆O(shè)計方案進行優(yōu)化設(shè)計，用有限元方法對初擬的結(jié)構(gòu)尺寸進行計算分析，使結(jié)構(gòu)尺寸及材料性能滿足相關(guān)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)的要求，并由此確定結(jié)構(gòu)尺寸的主要尺寸。（6）成果輸出

利用交互式圖形程序庫，以人機交互作業(yè)方式對初步設(shè)計的圖形進行實時修改，滿意后繪制出結(jié)構(gòu)設(shè)計詳圖、編制好相關(guān)技術(shù)文件。（4）向CAD系統(tǒng)輸入設(shè)計要求5.CAD應(yīng)用實例第一階段：在80年代之前，水利工程應(yīng)用計算機主要是進行數(shù)值計算，完成結(jié)構(gòu)分析；第二階段：開發(fā)了具有前后處理結(jié)構(gòu)分析計算程序；第三階段：結(jié)構(gòu)CAD在設(shè)計中應(yīng)用最普遍，效果也最好；第四階段：開發(fā)CAD及系列產(chǎn)品；第五階段：設(shè)計各專業(yè)的集成化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化系統(tǒng)，以提高設(shè)計整體效益，達到優(yōu)化。5.CAD應(yīng)用實例第一階段：在80年代之前，水利工程應(yīng)用計應(yīng)用舉例：公路橋梁集成化CAD系統(tǒng)應(yīng)用舉例：公路橋梁集成化CAD系統(tǒng)6.水利工程CAD發(fā)展趨勢虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實（VirtualReality，簡稱VR）技術(shù)，是由多種媒體構(gòu)成的三維信息空間，可進行各類可視化模擬。其基本特征是具有交互感和存在感。6.水利工程CAD發(fā)展趨勢虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用集成化技術(shù)的應(yīng)用建筑設(shè)計集成化是以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為支撐，CAD技術(shù)為基礎(chǔ)，工程信息管理為核心，工程項目管理為主線，實現(xiàn)設(shè)計和管理一體化。包括三方面內(nèi)容：設(shè)計數(shù)據(jù)集成化、設(shè)計過程集成化、設(shè)計管理集成化。集成化技術(shù)的應(yīng)用協(xié)同設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用

CAD網(wǎng)絡(luò)協(xié)同設(shè)計的核心是并行一體化設(shè)計，強調(diào)設(shè)計及其相關(guān)過程同時交叉進行。設(shè)計過程技術(shù)層面人員層面建筑設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計者用戶開發(fā)商施工方協(xié)同設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用設(shè)計過程技術(shù)層面人員層面建筑設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計者23謝謝！謝謝！計算機輔助設(shè)計TIANJINUNIVERSITY組員：黨莉、劉博靜、姚震、鞏樹濤、周龍、周海鋒計算機輔助設(shè)計TIANJINUNIVERSITY組員：黨莉目錄1.概述2.CAD系統(tǒng)構(gòu)成3.CAD系統(tǒng)的功能4.CAD系統(tǒng)的工作過程5.CAD應(yīng)用實例6.水利工程CAD發(fā)展趨勢目錄1.概述1.概述1.1定義計算機輔助設(shè)計(ComputerAidedDesign)簡稱CAD，是運用計算機硬件和軟件系統(tǒng)強大的計算功能和高效靈活的圖形處理能力，輔助工程設(shè)計人員進行工程設(shè)計和產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)，以達到縮短設(shè)計周期、提高工程和產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量及設(shè)計水平、降低成本、提高市場競爭力的一門先進技術(shù)。1.概述1.1定義計算機輔助設(shè)計(ComputerAid90年代至今80~90年代70年代60年代1.2發(fā)展歷史第一階段：以使用大型通用機和刷新式圖形顯示器為基本標(biāo)志。第二階段：價格低廉的小型機、存儲管式顯示器得到應(yīng)用，圖形輸入設(shè)備投入應(yīng)用，使CAD技術(shù)有可能得到快速發(fā)展和推廣。第三階段：微型機、超級微型機和圖形工作站得到普及使用。第四階段：以Intel公司芯片技術(shù)為代表的硬件革命，為CAD技術(shù)的創(chuàng)新提供了更加強大的實現(xiàn)手段。90年代80~9070年代60年代1.2發(fā)展歷史第一階段：1.3主要應(yīng)用領(lǐng)域1243航空和汽車工業(yè)電子工業(yè)機械制造行業(yè)土木建筑業(yè)1.3主要應(yīng)用領(lǐng)域1243航空和汽車工業(yè)電子工業(yè)機械制造行硬件系統(tǒng)（HardwareSystem）軟件系統(tǒng)（SoftwareSystem）組成：電子計算機及其外圍設(shè)備是CAD系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)組成：程序及相關(guān)的文檔是CAD系統(tǒng)的核心2.CAD系統(tǒng)構(gòu)成進行工程計算機輔助設(shè)計，必需是在CAD系統(tǒng)的支持下方能實現(xiàn)。硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)組成：電子計算機及其外圍設(shè)備組成：程序及相關(guān)2.1CAD硬件系統(tǒng)（1）主機

主機是整個系統(tǒng)的核心，通過執(zhí)行實際運算與邏輯分析，控制、指揮著整個系統(tǒng)進行有效的工作。主要由中央處理器、主存儲器（簡稱內(nèi)存）及總線構(gòu)成。（2）外存儲器外存儲器通常是磁性介質(zhì)或光盤，像磁盤，磁帶，CD等，具有長期保存程序和數(shù)據(jù)，存儲量大、價格低，且不依賴于電來保存信息但其存取速度與內(nèi)存比慢的多。（3）輸入設(shè)備

鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀等。（4）輸出設(shè)備顯示器、打印機、繪圖儀、影像輸出系統(tǒng)、語音輸出系統(tǒng)等。2.1CAD硬件系統(tǒng)（1）主機2.2CAD軟件系統(tǒng)（1）系統(tǒng)軟件

計算機系統(tǒng)的內(nèi)核與基石，主要用于計算機的管理、維護、控制和運行，提供了整個CAD系統(tǒng)內(nèi)部的支持功能，控制著存貯操作、指令執(zhí)行與外圍設(shè)備動作。（2）支撐軟件工程CAD系統(tǒng)的支撐軟件主要包括工程計算分析軟件、圖形支撐軟件和數(shù)據(jù)庫管理軟件。如：AutoCAD、ANSYS（3）應(yīng)用軟件

應(yīng)用軟件是用戶利用計算機以及它所提供的各種系統(tǒng)軟件和支撐軟件，編制解決用戶各種實際問題的程序。計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)的功能最終反映在解決具體設(shè)計問題的應(yīng)用軟件上。2.2CAD軟件系統(tǒng)（1）系統(tǒng)軟件3.CAD系統(tǒng)的功能（1）圖形處理

計算機繪圖：工程設(shè)計中，繪圖工作量約占總設(shè)計工作量的50%~60%，可見，提高繪圖速度和繪圖質(zhì)量是提高設(shè)計效率的關(guān)鍵。

幾何造型：把物體的幾何形狀轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C能接受的數(shù)學(xué)描述。某水庫除險加固溢洪道平面布置圖3.CAD系統(tǒng)的功能（1）圖形處理某水庫除險加固溢洪道平面（2）工程計算分析CAD系統(tǒng)包括某些功能強的工程分析軟件（有限元分析及優(yōu)化計算分析），進行結(jié)構(gòu)強度與剛度計算、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計算與分析、結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計及優(yōu)化計算分析等。龍開口水電站導(dǎo)墻振動分析模型白鶴灘反拱形底板（包括基巖），用于水墊塘穩(wěn)定計算的模型（2）工程計算分析龍開口水電站導(dǎo)墻振動分析模型白鶴灘反拱形底（3）數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)交換

數(shù)據(jù)管理是利用計算機硬件和軟件技術(shù)對數(shù)據(jù)進行有效的收集、存儲、處理和應(yīng)用的過程。數(shù)據(jù)交換是在多個數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）之間，為任意兩個終端設(shè)備建立數(shù)據(jù)通信臨時互連通路的過程。如接口技術(shù)，包括串行接口、并行接口及USB接口等。(4)文檔處理

如文檔制作、編輯及文字處理等。(5)軟件設(shè)計

如窗口界面設(shè)計、軟件工具、軟件工程規(guī)范等。（3）數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)交換(4)文檔處理4.CAD系統(tǒng)的工作過程(1)建立工程設(shè)計數(shù)據(jù)庫a.定義：

工程設(shè)計數(shù)據(jù)庫是用來存儲設(shè)計某個工程時所需的各種信息，如有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、圖紙、表格、計算公式。

建立工程設(shè)計數(shù)據(jù)庫是指從工程應(yīng)用需要出發(fā)，設(shè)計出一個工程數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的全過程。4.CAD系統(tǒng)的工作過程(1)建立工程設(shè)計數(shù)據(jù)庫a.定義：b.主要任務(wù):在工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的支持下，按照應(yīng)用的要求，為某一類或某個工程項目設(shè)計一個結(jié)構(gòu)合理、使用方便、效率較高、穩(wěn)定性較強的工程數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)。從而提高系統(tǒng)資源的利用率，簡化軟件設(shè)計和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換工作，避免系統(tǒng)開發(fā)中人力、物力、財力上的浪費，提高系統(tǒng)的生產(chǎn)率。數(shù)據(jù)庫設(shè)計得好，可以使整個應(yīng)用系統(tǒng)效率高、維護簡單、使用容易。b.主要任務(wù):c.應(yīng)用舉例：BIDMS作為集成化CAD系統(tǒng)BICAD的一個子系統(tǒng)，是將BICAD系統(tǒng)中產(chǎn)生的設(shè)計圖紙統(tǒng)一管理起來。BIDMS利用圖紙間的層次關(guān)系來組織管理圖紙，已應(yīng)用于建筑領(lǐng)域。圖1工程圖紙管理系統(tǒng)c.應(yīng)用舉例：圖1工程圖紙管理系統(tǒng)（2）建立多功能交互式圖形程序庫建立多功能交互式圖形程序庫，利用圖形程序庫可以進行二維及三維圖形的信息處理工作，能在此基礎(chǔ)上繪制工程設(shè)計圖樣，建立標(biāo)準(zhǔn)零部件圖形庫等處理工作。交互式圖形處理程序允許用戶動態(tài)對顯示圖形進行修改，改變圖形參數(shù)、顏色、比例等。如AutoCAD就是一款著名的交互式繪圖軟件。隨著計算機繪圖技術(shù)的廣泛應(yīng)用，交互處理已經(jīng)是必不可少的內(nèi)容。（2）建立多功能交互式圖形程序庫建立多功能交互式圖形優(yōu)點：（1）可以及時交換信息a.對計算機應(yīng)用程序：可根據(jù)用戶選擇內(nèi)容決定程序流向，即程序如何運行；b.對用戶來說，可以根據(jù)提示內(nèi)容輸入選擇。（2）靈活方便運行程序一個應(yīng)用程序會有不同的應(yīng)用功能，用戶可以根據(jù)需要方便的選擇所需功能。圖2交互式圖形處理過程圖優(yōu)點：圖2交互式圖形處理過程圖（3）建立應(yīng)用程序庫應(yīng)用程序庫是匯集解決某一類工作設(shè)計問題的通用及專用設(shè)計程序，如：通用數(shù)學(xué)方法計算程序、常規(guī)設(shè)計程序、結(jié)構(gòu)力學(xué)計算程序、優(yōu)化設(shè)計程序、有限元方法計算程序。其它應(yīng)用程序平面設(shè)計程序數(shù)學(xué)工具軟件MAPLEMATLABVISUALFORTRANSTATIS-TICAPhotoshopIllustratorCorelDRAWPageMaker………………++（3）建立應(yīng)用程序庫應(yīng)用程序庫是匯集解決某一類工作設(shè)（4）向CAD系統(tǒng)輸入設(shè)計要求

描述設(shè)計模型，選擇合理的設(shè)計子模塊，進行結(jié)構(gòu)布置、外形和尺寸的初步設(shè)計，并將此階段成果及設(shè)計要求寫入工程設(shè)計數(shù)據(jù)庫中。（5）優(yōu)化設(shè)計及計算分析

利用應(yīng)用程序?qū)Τ醪皆O(shè)計方案進行優(yōu)化設(shè)