计算机辅助设计软件(2)

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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（50－60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CAD／CAM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2．5万。

4．突飞猛进的时期（80年代） 在这个时期，图形系统和CAD／CAM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。CAD／CAM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95／98／NT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

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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。

1．CAD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。

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图2 CAD系统的硬件基本组成

图3 CAD系统的三层结构

2．CAD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

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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；

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2 CAD技术现状

2.1 CAD技术的特点

CAD技术是一项综合性的，集计算机图形学、数据库、网络通讯等计算机及其他领域知识于一体的高新技术；是先进制造技术的重要组成部分；也是提高设计水平、缩短产品开发周期、增强行业竞争能力的一项关键技术。CAD技术的特点是涉及面广而复杂、技术变化快、竞争激烈，而且投资大、风险高、产出高。现代有名的CAD软件都是规模巨大、功能众多、系统复杂，所以投资大、开发周期长，难以及时跟上硬件平台和开发环境的迅速发展，以及广大用户需求的变化和不断增长的要求。

2.2 CAD技术的现状

经过四十多年的发展，CAD技术有了长足的进步。现在CAD主要运行在工作站或微机平台上。工作站虽然性能优越，图形处理速度快，但价格却十分昂贵，这在一定程度上限制了CAD技术的推广。随着Pentium芯片和WindowsNT操作系统的出现并流行，以前只能运行在工作站上的CAD软件现在也可以运行在微机上。由于微机的价格远远比工作站低，性能也不比中低档工作站逊色多少，并且windowsNT操作系统的安全性与DOS、Windows3.x、Windows95/98等操作系统相比有了很大提高。所以，微机平台为普及CAD应用创造了绝好的条件。在此基础上，CAD软件厂商展开了新一轮的竞争。一方面工作站上著名的CAD的软件（如UG、CATIA）全功能地移植到微机平台，使微机完全对等地实现了工作站环境的处理能力；另一方面CAD软件打破了原有Unix环境的桎梏，在Windows平台上全面拓展。Pentium以上处理器和NT环境已经或者正在成为CAD软件运行和应用的主流平台。

2.3 CAD系统的硬件环境

当前CAD系统的硬件环境主要是工程工作站及个人计算机。工作站是具有高速的科学计算、丰富的图形处理及灵活的窗口与网络管理功能的交互式计算机系统，它一般具有32位或64位字长的中央处理器(CPU)，广泛采用精简指令(RISC)，超标量、超流水线及超长指令技术，具有Unix操作系统和X窗口管理系统，在一个分布式的网络环境下运行。目前流行的工作站主要有：Sun公司的SPARCStation10工作站，美国惠普(HP)公司的HP-PA工作站，DEC公司的Alpha

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