CAD系統(tǒng)的硬件及軟件

會計學(xué)1CAD系統(tǒng)的硬件及軟件硬件是實現(xiàn)各項功能的物質(zhì)基礎(chǔ)；軟件是實現(xiàn)各項功能技術(shù)的核心。使硬件各個元件能進行正確的協(xié)同工作，要有軟件的控制、指揮實現(xiàn)。硬件好比是人的身體，而軟件好比是人的頭腦，兩者只有有機的組織起來才能充分發(fā)揮作用。2.1

CAD系統(tǒng)的硬件CAD系統(tǒng)的硬件主要由主機、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、存儲器組成。

第1頁/共37頁圖

2?2CAD系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

圖2-2CAD系統(tǒng)的硬件構(gòu)成第2頁/共37頁一、

主機主機即用于CAD系統(tǒng)的計算機，一般可分為大型機、小型機、工作站及個人計算機。

1.大型機CAD系統(tǒng)該系統(tǒng)一般采用具有大容量的存儲器和極強計算功能的大型通用計算機為主機，一臺計算機可以連接幾十至幾百個圖形終端和字符終端及其它圖形輸入和輸出設(shè)備。優(yōu)點是：系統(tǒng)具有一個大型的數(shù)據(jù)庫，可以對整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實行綜合管理和維護；計算速度極快。缺點是：如果CPU失效，則整個用戶都不能工作；由于計算機數(shù)據(jù)庫處于中央位置，計算機數(shù)據(jù)容易被破壞；終端距離不能太遠(yuǎn)；隨著計算機的總負(fù)荷增加，系統(tǒng)的響應(yīng)速度將降低。第3頁/共37頁2.小型機CAD系統(tǒng)生產(chǎn)、制造這類系統(tǒng)的廠商很多，如美國的CV，Intergraph，Calma，Application，Autotrol，Unigraphics等公司。在它們中間生產(chǎn)的產(chǎn)品大致可以分為兩種類型。CV公司生產(chǎn)的是屬于全封閉系統(tǒng)。該公司曾投入了大量的人力和物力進行硬件和軟件的開發(fā)。Intergraph，Application，Unigraphics，Calma等公司，選擇通用的計算機，如VAX和Micro—VAX等計算機作為系統(tǒng)的硬件環(huán)境，有時它們也自己研制和生產(chǎn)一些專用的圖形處理設(shè)備和高性能的圖形顯示器。這類系統(tǒng)的優(yōu)點是軟件的移植性較好，用戶有較大的主動權(quán)，而且軟件的研制者不必在硬件生產(chǎn)上分散精力。第4頁/共37頁3.工作站組成的CAD系統(tǒng)以工作站為基礎(chǔ)的CAD/CAM系統(tǒng)與分時系統(tǒng)的小型機CAD/CAM系統(tǒng)不同，一臺工作站只能一人使用，并且具有聯(lián)網(wǎng)功能。其處理速度很快，一般都趕上或超過了過去的小型和中型計算機的速度。當(dāng)前某些高檔工作站的處理速度更高，它以達到甚至超過小巨機的水平。這類工作站一般都采用RISC技術(shù)和開放系統(tǒng)的設(shè)計原則，用UNIX作為它們的操作系統(tǒng)。第5頁/共37頁4.PC微機組成的CAD系統(tǒng)隨著微機性能的不斷提高，價格的不斷下降，以PC機組成的CAD/CAM系統(tǒng)近年來不斷增多。以微機為基礎(chǔ)，配上相應(yīng)的軟件與圖形輸入輸出設(shè)備，就可以組成一套微機CAD/CAM系統(tǒng)。目前以PC微機為主處理機的CAD/CAM系統(tǒng)除了用于進行二維繪圖以外，還能做三維幾何造型和有限元分析計算工作。目前在微機上運行的軟件主要是AutoCAD等，隨著微機性能的進一步提高，將來有可能用它進行復(fù)雜的三維造型和計算，甚至可取代低檔工作站。第6頁/共37頁由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在微機已能與大型機、小型機和工作站聯(lián)網(wǎng)，成為整個網(wǎng)絡(luò)的一個結(jié)點，共享大型機和工作站等的資源。這樣，大型機系統(tǒng)、工作站系統(tǒng)和PC機系統(tǒng)就不再相互割裂，而成為一個有機的整體，在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮各自的優(yōu)點，使得原來要在小型機和工作站上進行的CAD/CAM工作可由微機來完成。第7頁/共37頁二輸入設(shè)備1.

鍵盤鍵盤是常用的輸入設(shè)備。CAD系統(tǒng)工作時，可將設(shè)計參數(shù)、圖形的坐標(biāo)值、命令和字符等都可以用鍵盤輸入計算機。2.

鼠標(biāo)鼠標(biāo)是一種手動輸入的屏幕指示裝置。它用于移動光標(biāo)在屏幕上的位置，以便在該位置上輸入圖形、字符，或從屏幕菜單上選擇需要的項目。有的鼠標(biāo)有專用接口卡。大多數(shù)的鼠標(biāo)器和計算機端口的RS-232C串行口相連接。

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3.

數(shù)字化儀數(shù)字化儀是由一塊尺寸為A4--A0的圖板和一個類似鼠標(biāo)器的定位器或觸筆組成的。數(shù)字化儀用于輸入圖形，跟蹤、控制光標(biāo)位置和選擇菜單。大規(guī)模的數(shù)字化儀常常用于將已有圖樣輸入到計算機。第9頁/共37頁數(shù)字化儀的主要技術(shù)指標(biāo)是：1）分辨率每英寸2000--2500線。2）精度

±0.25--0.125mm。數(shù)字化儀通常與計算機的RS-232C串行口連接。

第10頁/共37頁

4.

掃描儀用于將工程圖樣自動的輸入計算機，以便在計算機里建立圖樣的技術(shù)檔案，代替目前占用大量房屋面積和人力的技術(shù)檔案室管理方法。這種圖樣自動輸入技術(shù)可分為三部分：1）用掃描儀將圖形錄入計算機，形成灰度及不同的圖像格式的文件。2）經(jīng)二值化處理后，該文件轉(zhuǎn)化成以二進制數(shù)表示的點陣圖像文件。3）經(jīng)過有關(guān)軟件的處理，點陣圖像轉(zhuǎn)換為矢量化圖。4）將圖形信息和文本、符號分離與識別。

第11頁/共37頁掃描儀的主要技術(shù)指標(biāo)有：1）分辨率每英寸200--1200點。2）灰度

灰度是指一系列具有黑白比例或彩色濃淡的色調(diào)，通常為256級，64級，或更低。掃描儀與計算機的接口，常用RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口,一些新型掃描器采用快速傳輸數(shù)據(jù)的SCSI接口。

第12頁/共37頁5.觸摸屏

又稱為觸感型終端，是一種特殊的顯示屏。與普通的顯示器不同的是：附加了坐標(biāo)定位裝置，從而感知接觸點的位置，功能與圖形板相同。觸感可由紅外式、電容式、機械式傳感系統(tǒng)獲得，當(dāng)手指觸摸屏幕時，通過相應(yīng)的電路就可以檢測到該點的位置。將應(yīng)用軟件的菜單提示于屏幕上，利用觸摸技術(shù)，手指直接“點菜”，既直觀又方便，不易出錯。

第13頁/共37頁第14頁/共37頁7.數(shù)據(jù)手套

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中最常用的輸入裝置。如下圖所示，數(shù)據(jù)手套利用光導(dǎo)纖維的導(dǎo)光量來測量手指角度。當(dāng)光導(dǎo)纖維彎曲時，傳輸?shù)墓鈱袚p失，彎曲越大，損失越多。數(shù)據(jù)手套可以幫助計算機測試人手的位置與指向，從而可以實時地生成手與物體接近或遠(yuǎn)離的圖像。

第15頁/共37頁8.位置傳感器

在應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的CAD/CAM系統(tǒng)中，為了提高真實感，必須知道瀏覽者在三維空間中的位置，尤其是必須知道瀏覽者頭部的位置和方向。位置傳感器用于檢測和確定瀏覽者的位置和方向，通常包括電磁場式、超聲波式、機電式、光學(xué)式等。

電磁場式傳感器通過檢測低頻磁場的變化來確定運動對象的位置和方向，并據(jù)此跟蹤運動對象的位置和方向。

超聲傳感器的工作原理與電磁場式傳感器類似，也是采用接收器和發(fā)送器方式，只不過發(fā)送器是超聲揚聲器，接收器是超聲麥克風(fēng)并且利用了三角形定位原理。第16頁/共37頁三輸出設(shè)備1.

顯示器圖像顯示是將計算機CPU當(dāng)前所做的工作的數(shù)字信息，通過顯示處理單元DPU,轉(zhuǎn)換成顯示裝置所需的電壓值，將圖形和文字立即顯示在顯示器陰極射線管（CRT）的屏幕上。第17頁/共37頁2.

打印機以紙為介質(zhì)，將計算機處理后的結(jié)果變?yōu)橛谰玫目杀Ａ粜畔?，這種輸出稱為硬拷貝。按其工作方式，可分為擊打式和非擊打式兩種。擊打式：特點是便宜，打印速度慢，噪聲大。非擊打式：噴墨式、激光式,特點是貴，打印快，噪音小。第18頁/共37頁第19頁/共37頁3.繪圖機

自動繪圖機按工作原理可分為筆式繪圖和非筆式繪圖兩大類。筆式繪圖機

是以墨水筆作為繪圖工具，計算機通過程序指令控制筆和紙的相對運動，同時，對圖形的顏色、圖形中的線型以及繪圖過程中抬筆、落筆動作加以控制，由此將屏幕顯示的圖形或存儲器中的圖形輸出。根據(jù)筆與紙的相對運動實現(xiàn)方法的不同，筆式繪圖機可分為平板式和滾筒式兩類。第20頁/共37頁平板式

特點：紙不動、筆在x、y兩方向運動，繪圖者可自始至終觀察繪圖過程，速度稍慢，精度高，但價格比較貴，而且占地面積大，幅面受限制，工程圖紙質(zhì)量高。第21頁/共37頁滾筒式

特點：紙與筆都動，結(jié)構(gòu)緊湊，速度快，精度低，適合繪制大型的工程圖。第22頁/共37頁非筆式繪圖機

作圖工具不是筆。一般包括靜電繪圖機、噴墨繪圖機、熱敏繪圖機等幾種類型。

第23頁/共37頁2.2

CAD系統(tǒng)的軟件計算機軟件是指與計算機系統(tǒng)操作使用有關(guān)的程序、規(guī)程、規(guī)則及其相關(guān)文檔資料的總和。在CAD系統(tǒng)中，根據(jù)軟件在系統(tǒng)中執(zhí)行的任務(wù)及服務(wù)對象的不同，軟件大體分為系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件三大類。一、

系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件是直接配合硬件工作,并對其它軟件起著支撐作用的軟件。主要的系統(tǒng)軟件有：ａ操作系統(tǒng)；b網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；c高級語言編輯器等。第24頁/共37頁系統(tǒng)軟件構(gòu)成第25頁/共37頁二支撐軟件支撐軟件是在系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)上開發(fā)出來的滿足CAD用戶一些需要的通用軟件或工具軟件，是CAD/CAM系統(tǒng)的核心。常見的CAD支撐軟件有如下幾類:幾何建模軟件:提供一個完整，準(zhǔn)確地描述和顯示三維幾何造型的方法和工具。具有消隱、著色、濃淡處理、實體參數(shù)計算、質(zhì)量特性計算等功能。計算機輔助工程軟件:集幾何建模，三維繪圖，有限元分析，產(chǎn)品裝配，公差分析，機構(gòu)運動學(xué)，NC自動編程等功能分析系統(tǒng)為一體的集成軟件系統(tǒng)。第26頁/共37頁繪圖軟件:具有基本圖形元素（點、線、圖）繪制等，圖形變換（縮放、平移、旋轉(zhuǎn)等），編輯（增、刪、改等），存貯，顯示控制以及人機交互，輸入/輸出設(shè)計驅(qū)動等功能。有限元分析軟件：可以進行靜態(tài)、動態(tài)、熱特性分析，通常包括前置處理、計算分析及后置處理三部分。舉例:SAP,SKA,NASTRAN,ANSYS等有限元分析軟件。優(yōu)化方法軟件：將優(yōu)化技術(shù)用于工程設(shè)計，綜合多種優(yōu)化計算方法，為選擇最優(yōu)方案、取得最優(yōu)解、求解數(shù)學(xué)模型提供強有力的數(shù)學(xué)工具軟件。第27頁/共37頁系統(tǒng)運動學(xué)/動力學(xué)模擬仿真軟件：在產(chǎn)品設(shè)計時，實時、并行地模擬產(chǎn)品生產(chǎn)或各部分進行的全過程，以預(yù)測產(chǎn)品的性能、產(chǎn)品的制造過程和產(chǎn)品的可制造性。例：ADAMS機械系統(tǒng)動力學(xué)自動分析軟件。第28頁/共37頁三應(yīng)用軟件是用戶解決實際總是而自行開發(fā)或委托開發(fā)的程序系統(tǒng)。它是在系統(tǒng)軟件的基礎(chǔ)上，或用高級語言編程，或基于某種支撐軟件，針對特定的問題設(shè)計研制，既可為一個用戶使用，也可為多個用戶使用的軟件。第29頁/共37頁2.3

CAD系統(tǒng)的型式

隨著計算機功能的提高和CAD技術(shù)的應(yīng)用推廣，目前各行業(yè)都相繼建立了具有本行業(yè)特點的CAD系統(tǒng)。下面介紹一些典型的CAD系統(tǒng)。

一、

檢索型CAD系統(tǒng)在信息檢索型CAD系統(tǒng)中，已把定型產(chǎn)品的圖紙整理成標(biāo)準(zhǔn)圖存入計算機，同時存入加工用的信息，當(dāng)用戶需要某種產(chǎn)品時，系統(tǒng)可按需要而選擇出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格圖紙；而當(dāng)用戶所給的初始參數(shù)不足時，系統(tǒng)可在同系列產(chǎn)品中，利用經(jīng)驗設(shè)計中的類比方法，選擇計算出介于兩種產(chǎn)品規(guī)格之間，滿足初始要求的產(chǎn)品。第30頁/共37頁檢索型CAD系統(tǒng)工作原理第31頁/共37頁二、

計算型CAD系統(tǒng)計算型CAD系統(tǒng)主要是通過優(yōu)化分析計算，得到技術(shù)上和經(jīng)濟上均最優(yōu)的設(shè)計方案。

計算型CAD系統(tǒng)工作原理第32頁/共37頁三、

人機交互型CAD系統(tǒng)交互型系統(tǒng)是利用輸入、輸出設(shè)備，通過人機對話的方式工作的。由于產(chǎn)品的設(shè)計是一個設(shè)計、分析、計算、顯示、修改，不斷反復(fù)的過程，計算機不能代替人的全部思維活動，因此，交互式系統(tǒng)是將人的創(chuàng)造性與計算機特性充分結(jié)合的系統(tǒng)，是現(xiàn)代CAD應(yīng)用系統(tǒng)的主要類型，適合于新產(chǎn)品的