計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

1、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)TIANJIN UNIVERSITY組員：黨莉、劉博靜、姚震、鞏樹濤、周龍、周海鋒目錄目錄v1.概述v2.CAD系統(tǒng)構(gòu)成v3.CAD系統(tǒng)的功能v4.CAD系統(tǒng)的工作過程v5.CAD應(yīng)用實(shí)例v6.水利工程CAD發(fā)展趨勢1.1.概述概述1.1 定義計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Computer Aided Design)簡稱CAD，是運(yùn)用計(jì)算機(jī)硬件和軟件系統(tǒng)強(qiáng)大的計(jì)算功能和高效靈活的圖形處理能力，輔助工程設(shè)計(jì)人員進(jìn)行工程設(shè)計(jì)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)，以達(dá)到縮短設(shè)計(jì)周期、提高工程和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量及設(shè)計(jì)水平、降低成本、提高市場競爭力的一門先進(jìn)技術(shù)。90年代至今8090年代70年代年代60年代年代

2、1.2 發(fā)展歷史第一階段：第一階段：以使用大型通用機(jī)和刷新式圖形顯示器為基本標(biāo)志。第二階段第二階段：價(jià)格低廉的小型機(jī)、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：第三階段：微型機(jī)、超級微型機(jī)和圖形工作站得到普及使用。第四階段：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(qiáng)大的實(shí)現(xiàn)手段。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(jī)械制造行業(yè)土木建筑業(yè)硬件系統(tǒng)（Hardware System）軟件系統(tǒng)（Software System）組成：電子計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備組成：電子計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備是是CAD系

3、統(tǒng)的系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)物質(zhì)基礎(chǔ)組成：程序及相關(guān)的文檔組成：程序及相關(guān)的文檔是是CAD系統(tǒng)的系統(tǒng)的核心核心2. CAD2. CAD系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)構(gòu)成進(jìn)行工程計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，必需是在CAD系統(tǒng)的支持下方能實(shí)現(xiàn)。2.1 CAD 硬件系統(tǒng)（1）主機(jī) 主機(jī)是整個系統(tǒng)的核心，通過執(zhí)行實(shí)際運(yùn)算與邏輯分析，控制、指揮著整個系統(tǒng)進(jìn)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(jià)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(jī)

4、、繪圖儀、影像輸出系統(tǒng)、語音輸出系統(tǒng)等。2.2 CAD 軟件系統(tǒng)（1）系統(tǒng)軟件 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)核與基石，主要用于計(jì)算機(jī)的管理、維護(hù)、控制和運(yùn)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(jì)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(jì)算機(jī)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(shí)際問題的程序。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能最終反映在解決具體設(shè)計(jì)問題的應(yīng)用軟件上。3. CAD3. CAD系統(tǒng)的功能系統(tǒng)的功能（1）圖形處理 計(jì)算機(jī)繪圖：工

5、程設(shè)計(jì)中，繪圖工作量約占總設(shè)計(jì)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(jì)效率的關(guān)鍵。 幾何造型：把物體的幾何形狀轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)能接受的數(shù)學(xué)描述。某水庫除險(xiǎn)加固溢洪道平面布置圖（2）工程計(jì)算分析 CAD系統(tǒng)包括某些功能強(qiáng)的工程分析軟件（有限元分析及優(yōu)化計(jì)算分析），進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度計(jì)算、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計(jì)算與分析、結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)及優(yōu)化計(jì)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(jì)算的模型（3）數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)交換 數(shù)據(jù)管理是利用計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)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

6、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(jì) 如窗口界面設(shè)計(jì)、軟件工具、軟件工程規(guī)范等。4. CAD4. CAD系統(tǒng)的工作過程系統(tǒng)的工作過程(1)建立工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫a.定義： 工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫是用來存儲設(shè)計(jì)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(jì)算公式。 建立工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫是指從工程應(yīng)用需要出發(fā)，設(shè)計(jì)出一個工程數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的全過程。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(xiàng)目設(shè)計(jì)一個結(jié)構(gòu)合理、使用方便、效率較高、穩(wěn)定性較強(qiáng)的工程數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系

7、統(tǒng)。從而提高系統(tǒng)資源的利用率，簡化軟件設(shè)計(jì)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(cái)力上的浪費(fèi)，提高系統(tǒng)的生產(chǎn)率。 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)得好，可以使整個應(yīng)用系統(tǒng)效率高、維護(hù)簡單、使用容易。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(jì)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。圖圖1 工程圖紙管理系統(tǒng)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(jìn)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(jì)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

8、許用戶動態(tài)對顯示圖形進(jìn)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(jì)算機(jī)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。優(yōu)點(diǎn)：（1）可以及時交換信息 a.對計(jì)算機(jī)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(yùn)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(yùn)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。圖圖2 交互式圖形處理過程圖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(jì)問題的通用及專用設(shè)計(jì)程序，如：通用數(shù)學(xué)方法計(jì)算程序、常規(guī)設(shè)計(jì)程序、結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算程序、優(yōu)化設(shè)計(jì)程序

9、、有限元方法計(jì)算程序。其它應(yīng)用程序其它應(yīng)用程序平面設(shè)計(jì)程序平面設(shè)計(jì)程序數(shù)學(xué)工具軟件數(shù)學(xué)工具軟件MAPLEMATLABVISUAL FORTRANSTATIS-TICAPhotoshopIllustratorCorelDRAWPageMaker+（4）向CAD系統(tǒng)輸入設(shè)計(jì)要求 描述設(shè)計(jì)模型，選擇合理的設(shè)計(jì)子模塊，進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置、外形和尺寸的初步設(shè)計(jì)，并將此階段成果及設(shè)計(jì)要求寫入工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫中。（5）優(yōu)化設(shè)計(jì)及計(jì)算分析 利用應(yīng)用程序?qū)Τ醪皆O(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，用有限元方法對初擬的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行計(jì)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

10、互式圖形程序庫，以人機(jī)交互作業(yè)方式對初步設(shè)計(jì)的圖形進(jìn)行實(shí)時修改，滿意后繪制出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)詳圖、編制好相關(guān)技術(shù)文件。5. CAD5. CAD應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例第一階段：在80年代之前，水利工程應(yīng)用計(jì)算機(jī)主要是 進(jìn)行數(shù)值計(jì)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(jì)算程序；第三階段：結(jié)構(gòu)CAD在設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)整體效益，達(dá)到優(yōu)化。應(yīng)用舉例：公路橋梁集成化CAD 系統(tǒng)6. 6. 水利工程水利工程CADCAD發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用 虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡稱VR）技術(shù)，是由多種媒體構(gòu)成的三維信息空間，可進(jìn)行各類可視化模擬。其基本特征是具有交互感和存在感。 集成化技術(shù)的應(yīng)用 建筑設(shè)計(jì)集成化是以網(wǎng)