02第2章--CAD系统的组成解析

计算机辅助设计基础及应用第二章CAD系统的组成第2章CAD系统的组成一．概述1.CAD系统是由软件、硬件设备和人组成•CAD系统是基于计算机的系统，软件是CAD系统的核心，系统硬件设备是软件正常运行的基础和保障。•任何功能强大的CAD系统均只是一个辅助设计工具，系统的运行离不开人的创造性思维活动。因此，使用CAD系统的技术人员也属于系统组成的一部分。•将软件、硬件以及人这三者有效地融合在一起，才能发挥CAD系统强大的功能。计算机辅助设计基础及应用第二章CAD系统的组成2.1CAD系统的分类和构建模式•概述1.CAD系统与普通的计算机系统存在区别•CAD系统具有强大的图形交互设计能力和显示输出能力，因而在软、硬件方面与普通的计算机系统有很大的区别。（速度更快—64位CPU和内存容量大、图形处理能力更强—显卡、性能稳定—硬件设备品质高）2.CAD系统的类型多样•计算机技术发展是前提条件：•计算机技术的迅速发展，为构建形式各样的CAD系统的创造了条件。（硬件设备各式各样）•社会的需求是动力：•为适应各种层次和不同规模的CAD使用要求，CAD系统呈现出形式多样化的格局。•共同点：不论什么类型的CAD系统，它们都是CAD技术的集中体现。计算机辅助设计基础及应用第二章CAD系统的组成2.1.1CAD系统的分类•概述CAD系统通常根据系统的硬件组成或工作方法及功能进行分类。一．按硬件组成分类随着计算机硬件技术的发展，CAD系统通常按硬件组成可分为5类：主机系统、小型机系统、工作站系统、微机系统和基于网络的微机-工作站系统。计算机辅助设计基础及应用第二章CAD系统的组成1.主机系统（别名：大型机系统）①结构特点：I.该系统以一台大（中）型计算机为中心，采用分时操作的方法，集中支持几十个、甚至上百个CAD终端。②配置特点：I.主机系统通常具有高速、大容量的内存和外存，配有高精度、高速度、大幅面的图形输入/输出设备。③应用特点I.通常用于运行规模较大的支撑软件或自行开发的大型应用软件，可以将设计、分析、计算、图形处理等工作结合起来进行复杂的CAD工作。④数据特点：I.由于是多用户系统，系统共用一个集中的大型数据库。计算机辅助设计基础及应用第二章CAD系统的组成⑤缺点I.投资高主机系统具有强大的应用处理功能，但它要求使用单位具有雄厚的资金实力，原始投资一般较大。II.系统运行受限制一旦主机出现故障，将影响所有用户，而且，随着同时使用终端的用户的增加或计算工作量的加大将使系统响应变慢。（如：曲面模型处理、消隐处理、大型有限元分析等）⑥现状：I.主机系统在20世纪70年代较为流行，目前一般已不再采用。计算机辅助设计基础及应用第二章CAD系统的组成2.小型机系统（定制）①结构特点I.这类系统出现于20世纪70年代后期。以32位超级小型机为主机，通常带有几个到十几个终端，是由从事CAD技术开发的公司专门为用户配置的计算机配套系统。②优缺点I.小型机系统具有很强的工作针对性，配有专用的硬件和软件，且两者紧密结合、配套使用。II.系统价格昂贵。III.系统的针对性过强，用户难以进一步开发，应用范围受到限制。③适用范围I.这类CAD系统适于中等规模企业的应用要求。④现状：I.目前，此类系统大多已被淘汰。计算机辅助设计基础及应用第二章CAD系统的组成3.工作站系统①出现I.工作站包括工程工作站和图形工作站，是为满足用户在工程分析和图形图像处理上的专业需求，克服原有大型机系统、小型机系统系统庞大，不能适应工程和图形处理中灵活多变的缺点而研制的专用计算机。②特点I.分布式计算能力强（各终端可以单独进行运算）；图形智能化程度高（丰富的图形处理）；网络能力强（通过网络可以共享系统资源）II.具有逐步投资、逐步发展的优点（功能模块化）③现状：I.目前，大多数高端CAD支撑软件和应用软件主要以工程工作站为运行平台。随着工作站本身的性能发展，向上越来越多地覆盖了中、小型机乃至大型机、巨型机的应用领域，向下则可与个人计算机争夺巨大的低端市场。计算机辅助设计基础及应用第二章CAD系统的组成4.微机系统①结构特点I.微机系统以32位或64位超级微机作为主机，并配有高分辨率图形显示系统、大幅面绘图仪、高容量硬盘等硬件。②性能特点I.微机系统主要用于绘制二维工程图和一些简单的三维设计。但随着微机的运算和图形处理性能的迅速提高，微机系统不仅具有较强的分析计算能力，而且足以完成各种复杂的三维造型功能。目前，许多过去只能在工作站上运行的著名高端CAD软件如CATIA、UG、Pro/ENGINEER等，目前均已移植到微机上。③应用特点I.微机CAD系统具有投资少、见效快、成本低、具有良好的可扩充性等特点。因此，这类系统受到中小型企业和个人用户的普遍欢迎，成为国内外中小企业开展CAD工作的主要型式，并在相当长的时期内与工作站互为补充。（目前，比不上工作站系统）计算机辅助设计基础及应用第二章CAD系统的组成5.基于网络的微机-工作站系统①组成I.微机、工作站、网络（通过网络连接在一起，实现协同作业和资源共享）②特点I.通过网络，将分散于同一单位不同部门、不同地点的微机及工作站连接起来。II.具有良好的交互性和快速响应能力。III.实现软、硬件资源共享，充分和准确地交流设计信息；IV.协调作业；实现并行工程的设计理念。计算机辅助设计基础及应用第二章CAD系统的组成二．按工作方法及功能分类CAD系统按工作方法及功能分为4类：检索型、自动型、交互型和智能型。1.检索型CAD系统①应用范围：I.检索型CAD系统主要用于已经实现了标准化、系列化、模块化的工程或产品设计。②实现机理I.这些产品的工程数据和图纸（零部件图和装配图）已转换成代码存于计算机中。在设计过程中，用户只需按照要求给出某些参数的具体数值，系统即可检索出所需的零部件图，同时在计算机上装配成产品图，并可以对产品的性能进行校核，在满足要求后，输出所需的各种技术文件和图纸。（自动检索生成）计算机辅助设计基础及应用第二章CAD系统的组成③示例I.以轴的设计为例：在检索型CAD系统中，数据库中存储了轴的系列化产品数据信息（如：几何形状、外观尺寸、材料、结构工艺等）和对应的图纸信息，用户只需要输入相关的参数信息：如轴的类型（曲轴或直轴、光轴或阶梯轴、心轴、转轴或传动轴）、轴的材料（碳钢或合金钢）、轴径和各段长度、轴的结构工艺性要求（圆角、导角、键槽）等信息，系统便自动选出符合要求的轴的电子图纸，和校核计算结果，输出所需要的各种技术文档(如：加工工艺卡片)。计算机辅助设计基础及应用第二章CAD系统的组成2.自动型CAD系统①特点I.在自动型CAD系统中，用户根据产品或工程的性能、规格要求输入基本参数后，不需要人工干预，系统即可按照既定的程序自动完成设计工作，并输出产品或工程设计的全部图纸与技术文件。（自动设计生成）②应用范围I.这类系统用于设计理论成熟、计算公式明确、设计步骤和判别标准清楚、设计资料完备的产品或工程设计情况。（如：机械零件设计：齿轮设计、链轮设计、带传动设计、涡轮蜗杆设计等）计算机辅助设计基础及应用第二章CAD系统的组成3.交互型CAD系统①应用范围I.产品的设计过程中，当方案及结构不能完全实现自动设计的情况下。②特点I.交互型CAD系统可以最大限度地发挥计算机系统的高速运算能力、严格的逻辑推理能力以及大容量的信息存储能力，同时，充分发挥设计人员在长期设计过程中积累的经验和智慧，在交互方便、界面友好的环境下完成产品或工程的设计工作，使人机得到最佳配合的系统。II.交互型CAD系统是CAD软件开发中最容易实现的系统。（交互设计生成）计算机辅助设计基础及应用第二章CAD系统的组成4.智能型CAD系统（未来发展趋势）①说明I.现有的CAD技术在产品或工程设计中的大多数情况下只能做数值型工作，如计算、分析、绘图等。实际上，在设计过程中还存在着方案构思、最佳方案选择、结构设计优化、设计评价、决策等内容，这类工作往往需要根据一定的知识模型（知识库），采用推理的方法（推理机）才能获得比较圆满的答案。（即机械设计专家系统）②组成I.智能型CAD系统主要由知识库、推理机、解释系统（向用户解释它利用知识库进行推理的过程和结果）、知识获取系统和人机接口等组成，还包括各种先进技术的综合运用。计算机辅助设计基础及应用第二章CAD系统的组成③操作I.用户只需输入设计对象的概念、用途、性能等抽象信息，系统利用提供的推理、决策、计算和电子数据处理等各种机制，即可完成产品或工程的详细设计。（自动设计生成，较自动型CAD系统更具有智能化，目前还没有完全实现）计算机辅助设计基础及应用第二章CAD系统的组成2.1.2CAD系统的构建模式一．概述1.CAD系统的构建模式与计算机技术和网络通信技术的发展密切相关。2.发展过程•20世纪70～80年代，CAD系统的构建模式主要采用主机-终端结构（也称集中式系统）。•进入20世纪90年代以后，随着网络技术的迅速发展，CAD系统的构建模式以客户机/服务器结构（Client/Server，C/S结构）为主，并向基于Web的浏览器/服务器结构（WebBrower/WebServer，基于Web的B/S结构）发展。计算机辅助设计基础及应用第二章CAD系统的组成二．目前流行的两种结构模式1.客户机/服务器结构（Client/Server，C/S结构）①C/S结构的工作机理I.CAD系统的C/S结构是一种分布式、协同作业的CAD系统构建模式，通常采用局域网，网络协议一般采用TCP/IP。II.C/S结构将较大的设计任务分解为多个子任务，由多台计算机分别执行，共同完成整个设计任务。III.C/S结构以“请求/服务”方式完成交互操作。（服务器的工作是被动式的）计算机辅助设计基础及应用第二章CAD系统的组成②C/S结构的组成I.客户机A.客户机通常是微机或工作站，采用UNIX或Windows操作系统。客户机软件一般具有输入/输出、多窗口的图形用户界面、应用程序中的编辑、个人数据存储、计算与分析等功能。II.服务器A.服务器一般是高档微机和工作站，采用UNIX或Windows操作系统。B.服务器通常提供管理和通信服务：管理服务主要包括对数据库、文件、网络等的管理；通信服务主要包括打印、通信、传真、图像传输等计算机辅助设计基础及应用第二章CAD系统的组成III.网络设施A.网络设施包括网络系统的硬件和软件。硬件主要包括网络拓扑结构、网卡、传输介质、调制解调器、集线器等。网络软件包括网络协议、应用接口等（如软件工具、编程函数等）。计算机辅助设计基础及应用第二章CAD系统的组成2.基于Web的浏览器/服务器结构（WebBrower/WebServer，B/S结构）①B/S结构的工作机理I.B/S结构也是为了完成分布式、协同作业的要求，以“请求/响应”方式完成交互操作（服务器具有一定的智能型）②Web应用技术能有效地解决CAD技术应用中的信息集成与资源共享问题I.实现方式：软件、硬件平台的无关性A.软件：通过中间描述文件进行数据交换B.硬件：标准图形程序库（虽然硬件的设备驱动程序不同，但采用的绘图方式是相同的。如：绘制园，都是由一小段一小段的直线绘制而成）计算机辅助设计基础及应用第二章CAD系统的组成2.2CAD系统的硬件组成•概述•CAD系统的硬件主要由主机、输入设备（键盘、鼠标、扫描仪等）、输出设备（显示器、绘图仪、打印机等）、信息存储设备（主要指外存，如硬盘、软盘、光盘、各种移动存储设备等）及网络设备、多媒体设备等组成。如图2-1所示。计算机辅助设计基础及应用第二章CAD系统的组成图2-1图形显示器计算机主机绘图仪、打印机器硬盘软盘鼠标、键盘扫描仪光盘计算机辅助设计基础及应用第二章CAD系统的组成2.2.1CAD系统的硬件简介一．计算机主机计算机主要由中央处理器（CPU）和内存储器（简称为内存）等组成，是整个CAD系统的核心。衡量主机性能的指标主要有两项：CPU性能和内存容量①CPU性能计算机辅助设计基础及应用第二章CAD系统的组