清华大学土木工程CAD技术基础课件01概论

第一章概论第一章概论?1-1 CAD的目的和意义的目的和意义?1-2 CAD的发展和应用领域的发展和应用领域?1-3 CAD技术在土木工程中的应用技术在土木工程中的应用?1-4 课程任务和学习方法课程任务和学习方法1-1 CAD的目的和意义的目的和意义CAD：基本概念：基本概念?CAD（Computer Aided Design)?综合应用计算机及其有关技术辅助人们进行工程和产品设计的方法和技术。综合应用计算机及其有关技术辅助人们进行工程和产品设计的方法和技术。?CAD技术基础：技术基础：?图形图像处理技术图形图像处理技术?人机交互技术人机交互技术?工程分析技术工程分析技术?数据管理与数据交换技术数据管理与数据交换技术?文档处理技术文档处理技术?软件设计技术软件设计技术自动绘图几何建模图形仿真图形输入图形输出自动绘图几何建模图形仿真图形输入图形输出有限元分析优化设计工程分析与处理有限元分析优化设计工程分析与处理交互输入交互控制图形拾取交互接口交互输入交互控制图形拾取交互接口数据库管理工程数据处理数据交换标准与接口数据库管理工程数据处理数据交换标准与接口文档制作文档编辑文字处理文档制作文档编辑文字处理软件工程规范需求分析系统设计软件编制软件测试软件工程规范需求分析系统设计软件编制软件测试?CAD的理论基础的理论基础?计算机图形学计算机图形学?有限元方法有限元方法?建筑结构建筑结构CAD?通过各种人机交互方式，高速而准确地进行建筑结构的各种技术计算、优化设计、自动绘图以及资料检索。通过各种人机交互方式，高速而准确地进行建筑结构的各种技术计算、优化设计、自动绘图以及资料检索。?CAD与计算机绘图、计算机图形学的关系与计算机绘图、计算机图形学的关系?计算机图形学计算机图形学(Computer Graphics: CG)是研究如何以图形或符号的形式，通过计算机生成、修改或显示数据的学科。是研究如何以图形或符号的形式，通过计算机生成、修改或显示数据的学科。?计算机绘图计算机绘图（Computer Drawing: CD)是是CG中涉及工程图绘制的一个分支，是以计算机操作方式绘制图形的工程技术。中涉及工程图绘制的一个分支，是以计算机操作方式绘制图形的工程技术。?CAD与与CG、CD的关系的关系?CG的图形处理理论和方法是的图形处理理论和方法是CAD的重要基础；的重要基础；?CD是是CAD基本技术。基本技术。CAD：目的：目的?工程设计的工作类型工程设计的工作类型?创造性工作： 研究、分析；创造性工作： 研究、分析；?重复性工作： 运算、绘图。重复性工作： 运算、绘图。?CAD实现人机结合，减轻工作强度实现人机结合，减轻工作强度?设计者完成创造性工作；设计者完成创造性工作；?计算机从事重复性工作。计算机从事重复性工作。?CAD扩大设计者的能力，提高工作效率扩大设计者的能力，提高工作效率?充分结合了人与计算机两者的特长充分结合了人与计算机两者的特长?设计者：思维、概念化和创造性。设计者：思维、概念化和创造性。?计算机：高速、准确的计算大容量的数据存储准确的逻辑判断直观的图形显示。计算机：高速、准确的计算大容量的数据存储准确的逻辑判断直观的图形显示。?“协同效应”“协同效应”合成系统能力大于各组成部分的总和。合成系统能力大于各组成部分的总和。CAD：意义：意义提高设计效率，缩短设计周期提高设计质量降低设计成本促进设计规范化、系列化和标准化提高设计效率，缩短设计周期提高设计质量降低设计成本促进设计规范化、系列化和标准化提高分析计算速度提高分析计算速度解决复杂的计算问题解决复杂的计算问题提高绘图效率提高绘图效率直观的了解设计对象直观的了解设计对象CAD系统相对费用较低系统相对费用较低降低设计劳务费用降低设计劳务费用设计方法、设计文档和制图标准得到统一设计方法、设计文档和制图标准得到统一信息共享，改进各专业设计间的信息传递信息共享，改进各专业设计间的信息传递建立工程施工所需的数据库建立工程施工所需的数据库周密的工程分析周密的工程分析减少设计误差减少设计误差便于修改设计便于修改设计清晰规范的设计图纸和文档清晰规范的设计图纸和文档1-2 CAD的发展和应用领域的发展和应用领域CAD：发展历史：发展历史1958平板绘图仪平板绘图仪1949数控加工数控加工1962MIT:I.E.Sutherland“SketchPad:人机通信图形系统”人机通信图形系统”1980微机与工作站微机与工作站CADPC+光栅显示器光栅显示器+绘图仪绘图仪+图形输入板三维图形系统、数据库技术图形输入板三维图形系统、数据库技术1990标准化和集成化标准化和集成化曲面和实体造型显示产品的三维模型，曲面和实体造型显示产品的三维模型，CAD/CAM的信息集成的信息集成1950图形显示器图形显示器准备阶段准备阶段发展阶段发展阶段应用阶段应用阶段高速发展阶段高速发展阶段大型机与小型机大型机与小型机CAD大、小型机大、小型机+图形显示器图形显示器+光笔光笔+图形输入板二维图形系统图形输入板二维图形系统1970现代现代CAD全面支持异地的、数字化的、采用不同设计方法的产品或工程设计。尽可能采用自动化设计技术，实现设计工作的集成化、网络化和智能化。全面支持异地的、数字化的、采用不同设计方法的产品或工程设计。尽可能采用自动化设计技术，实现设计工作的集成化、网络化和智能化。CAD：代表产品：代表产品?第一代第一代?美国通用汽车公司：美国通用汽车公司：DAC-I系统，用于汽车设计系统，用于汽车设计?美国洛克希德公司：美国洛克希德公司：CADAM系统，用于飞机设计系统，用于飞机设计?第二代第二代?Applicon公司：公司：AGS系统系统?Computer Vision公司：公司：CADDS系统系统?第三代第三代?Autodesk公司：公司：AutoCAD?Bentley公司：公司：MicroStationCAD：展望（：展望（Outlook）?第四代第四代CAD系统系统?曲面和实体造型：显示产品的三维模型，曲面和实体造型：显示产品的三维模型，CAD/CAM的信息集成。的信息集成。?第五代第五代CAD系统系统?集成化集成化: 集设计、测试、管理和生产于一体，计算机集成制造（集设计、测试、管理和生产于一体，计算机集成制造（CIMS）。）。?建立能满足工程全生命期各环节需要的完整的信息模型；建立能满足工程全生命期各环节需要的完整的信息模型；?提供功能集成和信息集成的提供功能集成和信息集成的CAx(（CAD、CAPP、CAM、)工具。工具。CIMS理念用于工程中又称计算机辅助工程（理念用于工程中又称计算机辅助工程（CAE，Computer Aided Engineering)?网络化：异地设计、协同工作、虚拟设计网络化：异地设计、协同工作、虚拟设计?智能化：自动设计、决策支持、方案评估智能化：自动设计、决策支持、方案评估1-3 CAD技术在土木工程中的应用技术在土木工程中的应用CAD：应用：应用Computer AidedDesign航空与汽车工业航空与汽车工业机械设计与加工机械设计与加工数控制造数控制造外观造型设计外观造型设计电子工业电子工业印刷电路板设计印刷电路板设计大规模集成电路设计大规模集成电路设计机械制造机械制造机械制图机械制图产品和部件的综合分析产品和部件的综合分析CIMS造船工业造船工业大型计算机制图大型计算机制图船体设计船体设计船舶管系设计船舶管系设计计算机辅助造船集成系统计算机辅助造船集成系统土木工程土木工程建设规划建设规划专业设计专业设计工程管理工程管理其它行业其它行业制衣业制衣业模具业模具业化学业化学业.CAD：土木工程与：土木工程与CAD规划信息的存储与查询 规划信息分析 规划阶段规划阶段 规划辅助表现 结构造型系统 结构分析系统 构件设计系统（钢筋砼设计，混合结构设计）施工图绘制系统 设计阶段设计阶段 投标报价 合同管理 工程项目管理 网络计划 质量和安全评估 资源调配 财务会计 施工阶段施工阶段 保存定期检查结果等信息 维护管理阶段 辅助维修和加固的规划与设计 1-4 课程任务和学习方法课程任务和学习方法关于本课程关于本课程?本课程是土木工程系的一门重要的专业课程本课程是土木工程系的一门重要的专业课程?目的目的?为选择、使用以及自主开发为选择、使用以及自主开发CAD系统打好基础系统打好基础?培养计算机应用方面的能力培养计算机应用方面的能力?任务任务?了解建筑结构了解建筑结构CAD软、硬件系统的组成和选型知识软、硬件系统的组成和选型知识;?掌握计算机图形生成的基本原理和几何造型方法，掌握人机对话和交互作图技术，掌握工程分析和掌握计算机图形生成的基本原理和几何造型方法，掌握人机对话和交互作图技术，掌握工程分析和CAD数据处理方法数据处理方法;?了解了解CAD技术在工程中的应用，能正确使用典型技术在工程中的应用，能正确使用典型CAD系统系统;?了解了解CAD应用软件的设计过程和基本方法，具有一定的系统开发能力。应用软件的设计过程和基本方法，具有一定的系统开发能力。课程特点课程特点?本课程是一门综合性的课程本课程是一门综合性的课程?综合性：综合性：计算机辅助设计是一项新技术计算机辅助设计是一项新技术, 涉及多门学科知识：涉及多门学科知识：?交互式计算机图形学交互式计算机图形学?工程数据管理工程数据管理?软件工程软件工程?计算机高级语言以及软件开发技术计算机高级语言以及软件开发技术?系统性：系统性：本课程涉及很多理论、概念和方法本课程涉及很多理论、概念和方法, 系统性较强：系统性较强：?实践性：实践性：本课程是一门只有通过实践才能掌握的课程本课程是一门只有通过实践才能掌握的课程教学目标教学目标?更新教学内容更新教学内容?增加增加CAD技术在施工管理中的应用内容；技术在施工管理中的应用内容；?更新更新CAD技术内容技术内容?提升提升AutoCAD二次开发平台：二次开发平台：?AutoCAD2004 ?ObjectARX、VC 7.0?MFC ?改革教学方法改革教学方法尝试将本课程与尝试将本课程与“钢筋混凝土结构设计钢筋混凝土结构设计”相结合相结合?教学内容交叉教学内容交叉?典型典型CAD系统的应用系统的应用?本课程介绍系统和选型知识本课程介绍系统和选型知识;?钢混设计实际应用，进行计算分析和设计。钢混设计实际应用，进行计算分析和设计。?AutoCAD交互绘制结构施工图交互绘制结构施工图?本课程介绍作图要求和步骤，取消作业；本课程介绍作图要求和步骤，取消作业；?“钢混课程设计钢混课程设计”实际作图。实际作图。?CAD系统设计系统设计?本课程介绍系统设计方法；本课程介绍系统设计方法；?钢混设计提供需求和设计流程。钢混设计提供需求和设计流程。?作业内容相关作业内容相关?作业一：作业一：AutoCAD交互绘制交互绘制“钢混课程设计钢混课程设计”的结构施工图；的结构施工图；?作业二：根据作业二：根据“钢混课程设计钢混课程设计”教学楼的建筑方案，建立三维实体模型；教学楼的建筑方案，建立三维实体模型；?本课程设计：本课程设计：?“钢筋混凝土框架结构钢筋混凝土框架结构 CAD系统系统”需求分析和概要设计；需求分析和概要设计；?编程实现编程实现“结构平面布置结构平面布置”子系统。子系统。?坚持因材施教坚持因材施教?分层要求分层要求?编程能力：保证基本要求，每人学有提高；编程能力：保证基本要求，每人学有提高；?相关内容可选学，如相关内容可选学，如MFC编程；编程；?作业：基本题、选作题；作业：基本题、选作题；?课程设计：基本功能、附加功能、高级功能；课程设计：基本功能、附加功能、高级功能；?分层辅导分层辅导?加强基础好和基础差同学的个别辅导。加强基础好和基础差同学的个别辅导。?注重培养创新能力注重培养创新能力?加大作业中自主设计的比例；加大作业中自主设计的比例；?能力强、有兴趣的同学可报名参加科研开发工作，验收合格者，免课程设计。能力强、有兴趣的同学可报名参加科研开发工作，验收合格者，免课程设计。学习