网络教育学院 专 科 生 毕 业 大 作 业 题 目： 计算机辅助设计软件 学习中心： 河南郑州奥鹏 层 次： 高中起点专科 专 业： 机械设计制造及其自动化 年 级： 2011 年秋季 学 号： 200904545943 学 生： 张彬 指导教师： 余子开 计算机辅助设计软件内容摘要进入21世纪以来，计算机辅助设（CAD）计软件在工程产品和设计中发挥的作用越来越大，它不仅可以提高设计者的设计精度和方便保存，而且降低了设计者的劳动强度，提高了工作效率，可以说，它已经成为了设计者必不可少的一件利器。本文纵观计算机辅助软件的产生、发展、应用通过例举一些现今常用的国内外CAD软件的实例，阐述了当今CAD软件的主流技术，并且提出了选用适合自己的CAD软件的，最后结合CAD的发展趋势，提出了我国CAD软件的发展方向。关键词 CAD；概述；主流技术；发展趋势I目录内容摘要I引言21 计算机辅助设计概述31.1 概述31.2. CAD技术的产生及发展过程41.4 CAD支撑软件62 CAD技术现状82.1 CAD技术的特点82.2 CAD技术的现状82.3 CAD系统的硬件环境83 当今CAD领域的主流技术103.1 基础造型技术(参数化设计、变量化设计及特征造型技术)103.2 CAD的数据交换格式及标准化(DXF格式IGES格式及STEP标准)114 CAD软件举例介绍。144.1 国产CAD144.2 国外CAD软件厂商155 系统软件的选用原则176 CAD 技术发展趋势196.1 应用习惯改进196.2 应用功能改进196.3 系统功能改进207 我国CAD的发展前景22参考文献271引言20世纪50年代在美国诞生第一台计算机绘图系统，开始出现具有简单绘图输出功能的被动式的计算机辅助设计技术。60年代初期出现了CAD的曲面片技术，中期推出商品化的计算机绘图设备。70年代，完整的CAD系统开始形成，后期出现了能产生逼真图形的光栅扫描显示器，推出了手动游标、图形输入板等多种形式的图形输入设备，促进了CAD技术的发展。 80 年代，随着强有力的超大规模集成电路制成的微处理器和存储器件的出现，工程工作站问世，cad技术在中小型企业逐步普及。80 年代中期以来，CAD技术向标准化、集成化、智能化方向发展。一些标准的图形接口软件和图形功能相继推出，为CAD 技术的推广、软件的移植和数据共享起了重要的促进作用；系统构造由过去的单一功能变成综合功能，出现了计算机辅助设计与辅助制造联成一体的计算机集成制造系统；固化技术、网络技术、多处理机和并行处理技术在CAD中的应用，极大地提高了cad系统的性能；人工智能和专家系统技术引入cad，出现了智能CAD技术，使CAD系统的问题求解能力大为增强，设计过程更趋自动化。 现在，cad 已在电子和电气、科学研究、机械设计 、软件开发、机器人、服装业、出版业、工厂自动化、土木筑、地质、计算机艺术等各个领域得到广泛应用。 1 计算机辅助设计概述1.1 概述计算机辅助设计(CAD-Computer Aided Design)简称CAD.在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形显示出来，使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。CAD 能够减轻设计人员的计算画图等重复性劳动，专注于设计本身，缩短设计周期和提高设计质量。 人们根据系统功能的要求，用有限的特征来描述设计问题，通过形式化用计算机的数据结构来表达特征，并将用数据结构描述的特征数据存放在数据库之中。这样，设计过程变成了对数据库的处理。这一过程可以看作是建模过程，模型被用来表示实际的或抽象的对象，是对被处理对象进行计算、分析、模拟和研究的基础。因此，模型是实际结构在CAD系统中的具体体现，是计算机认知产品的基础。我们知道，产品和工程结构本身能表现出来的属性（特征）是无限的，但可用的计算机资源、人们的认识知识是有限的，我们只能认知实际结构的部分属性，只能处理产品和工程结构设计的某些方面。 根据模型的不同，CAD系统一般分为二维CAD和三维CAD系统。二维CAD系统一般将产品和工程设计图纸看成是“点、线、圆、弧、文本”等几何元素的集合，系统内表达的任何设计都变成了几何图形，所依赖的数学模型是几何模型，系统记录了这些图素的几何特征。二维CAD系统一般由图形的输入与编辑、硬件接口、数据接口和二次开发工具等几部分组成。 三维CAD系统的核心是产品的三维模型。三维模型是在计算机中将产品的实际形状表示成为三维的模型，模型中包括了产品几何结构的有关点、线、面、体的各种信息。计算机三维模型的描述经历了从线框模型、表面模型到实体模型的发展，所表达的几何体信息越来越完整和准确，能解决“设计”的范围越广。其中，线框模型只是用几何体的棱线表示几何体的外形，就如同用线架搭出的形状一样，模型中没有表面、体积等信息。表面模型是利用几何形状的外表面构造模型，就如同在线框模型上蒙了一层外皮，使几何形状具有了一定的轮廓，可以产生诸如阴影、消隐等效果，但模型中缺乏几何形状体积的概念，如同一个几何体的空壳。几何模型发展到实体模型阶段，封闭的几何表面构成了一定的体积，形成了几何形状的体的概念，如同在几何体的中间填充了一定的物质，使之具有了如重量、密度等特性，且可以检查两个几何体的碰撞和干涉等。由于三维CAD系统的模型包含了更多的实际结构特征，使用户在采用三维CAD造型工具进行产品结构设计时，更能反映实际产品的构造或加工制造过程。 专业化CAD应用系统是各专业根据各自的设计需要，利用通用CAD系统提供的二次开发工具或数据接口功能，将各类专业设计技术研制成CAD系统的各类设计工具和知识，从而使设计能直接按照专业设计的方法进行，大大提高了CAD系统的“设计”能力和效率。但这类CAD系统针对具体的专业进行开发，在专业设计方面不具备通用性。1.2. CAD技术的产生及发展过程 1准备和酝酿时期（5060年代初）CAD技术处于被动式的图形处理阶段。2蓬勃发展和进入应用时期（60年代） 提出了计算机图形学、交互技术、分层存储符号的数据结构等新思想，从而为CAD技术的发展和应用打下了理论基础。60年代中期出现了许多商品化的CAD设备，60年代末，美国安装的CAD工作站已达200多台，可供几百人使用。3广泛使用的时期（70年代） 1970年美国Applicon公司第一个推出完整的CAD系统。出现了面向中小企业的CADCAM商品化系统。70年代末，美国CAD工作站安装数量超过12000台，使用人数超过25万。 4突飞猛进的时期（80年代） 在这个时期，图形系统和CADCAM工作站的销售量与日俱增，美国实际安装CAD系统至1988年发展到63000套。CADCAM技术从大中企业向小企业扩展；从发达国家向发展中国家扩展；从用于产吕设计发展到用于工程设计和工艺设计。 5开放式、标准化、集成化和智能化的发展时期（90年代） 由于微机加视窗9598NT操作系统与工作站加Unix操作系统在以太网的环境下构成了CAD系统的主流工作平台，因此现在的CAD技术和系统都具有良好的开放性。图形接口、图形功能日趋标准化。在CAD系统中，综合应用正文、图形、图像、语音等多媒体技术和人工智能、专家系统等技术大大提高了自动化设计的程度，出现了智能CAD新学科。智能CAD把工程数据库及其管理系统、知识库及其专家系统、拟人化用户接口管理系统集于一体，形成如图1示所示的结构。 图1 智能CAD系统 1.3. CAD系统的构成及分类CAD技术集中体现在CAD系统上，CAD系统是最终用户用来实现设计思想、加速产品和工程设计的信息化工具。1CAD系统的构成 CAD系统硬件构成如图2所示，从其体系结构讲可分为三个层次，如图3所示。基础由计算机、外围设备和系统软件组成。系统软件在工作站上流行Unix加Motif操作系统，在微机上流行Win95/98/NT操作系统。系统软件还包括支撑软件、系统开发和维护的工具软件。支撑层包含了图3中部所示内容，随着网络的广泛使用，异地协同虚拟CAD环境将是CAD支撑层的重要发展趋势。应用层针对不同应用领域的需求有各自的CAD专用软件来支持相应的CAD工作。 图2 CAD系统的硬件基本组成图3 CAD系统的三层结构2CAD系统的分类 CAD系统作为计算机应用系统的一个重要分支，经历了三个发展阶段，即：多用户共享一台计算机；一个用户使用一台计算机；一个用户共享多台计算机。从系统结构上看，CAD系统大致可分为两类，即集中式系统和网络系统。集中式系统要求有功能较强的计算机，一次投资大，使用起来不灵活，在80年代中期以前应用比较广泛。从工作站和高性能微机问世以后，大多数用户采用工作站和微机网络系统来代替这类集中式CAD系统，形成网络化的系统。1.4 CAD支撑软件 CAD支撑软件主要包括：1设备驱动程序，如Windows操作系统支持的设备驱动程序集，ISO通过的标准程序库CGI(Computer Graphics Interface)，又如HP 公司提供的绘图仪、打印机设备驱动程序等；2窗口管理系统，工作站上流行Motif窗口系统；微机上Win95、Win98、WinNT 窗口系统，微机上的窗口系统已代替了过去的DOS操作系统，成为最大众化的操作系统。窗口系统中包含了丰富的图形用户接口（GUI）程序，多媒体用户接口程序（MUI）和网络用户接口程序（NOI）；3汉字输入输出程序，除了中文之星专用汉字处理程序外，中文Windows操作系统也已广泛应用；4二维计算机辅助设计绘图系统；5三维线框、曲面、实体和特征统一表示的数字化建模系统；6三维真实图形实时显示系统；7产品数据管理系统PDM（Product Data Management System）；8异地协同虚拟设计系统；9智能CAD系统；