计算机辅助设计概述

1) 计算机辅助设计概述 1.1 CAD 起源、发展与现状 1.2 常用结构工程 CAD 软件介绍 1.3 AutoCAD 软件及其操作基础一、CAD 起源、发展与现状 1、什么是、什么是 CAD CAD 是是 Computer Aided Design 的英文缩写的英文缩写,即计算机辅助设计。即计算机辅助设计。 CAD 是利用计算机硬件系统和软件系统强大的计算功能和高效灵活的图形处理能力，帮助是利用计算机硬件系统和软件系统强大的计算功能和高效灵活的图形处理能力，帮助 工程技术人员进行工程设计、产品设计与开发，以达到缩短设计周期、提高设计质量、降工程技术人员进行工程设计、产品设计与开发，以达到缩短设计周期、提高设计质量、降 低成本、提高市场竞争力的一门先进技术。低成本、提高市场竞争力的一门先进技术。 人类在表达思想、传递信息时，最初采用图形，后来逐渐演化发展为具有抽象意义的 文字。这是人类在信息交流上的一次伟大革命。在信息交流中，图形表达方式比文字表达 方式具有更多的优点。一幅图纸能容纳下许多信息，表达内容直观，一目了然，在不同的 民族与地区具有表达思想的相通性，而往往可以反映用语言、文字也难以表达的信息。 工程图是工程师的语言。绘图是工程设计乃至整个工程建设中的一个重要环节。然而， 图纸的绘制是一项极其繁琐的工作，不但要求正确、精确，而且随着环境、需求等外部条 件的变化，设计方案也会随之变化。一项工程图的绘制通常是在历经数遍修改完善后才完 成的。 在早期，工程师采用手工绘图。他们用草图表达设计思想，手法不一。后来逐渐规范化， 形成了一整套规则，具有一定的制图标准，从而使工程制图标准化。但由于项目的多样性、 多变性，使得手工绘图周期长、效率低、重复劳动多，从而阻碍了建设的发展。于是，人 们想方设法地提高劳动效率，将工程技术人员从繁琐重复的体力劳动中解放出来，集中精 力从事开创性的工作。例如，工程师们为了减少工程制图中的许多繁琐重复的劳动，编制 了大量的标准图集，提供给不同的工程以备套用。 工程师们梦想着何时能甩开图板，实现自动化画图，将自己的设计思想用一种简洁、 美观标准的方式表达出来，便于修改，易于重复利用，提高劳动效率。 随着计算机的迅猛发展，工程界的迫切需要，计算机辅助绘图(Computer Aided Drafting)应运而生。早期的计算机辅助设计系统是在大型机、超级小型机上开发的，一般 需要几十万甚至上百万美元，往往只有在规模很大的汽车、航空、化工、石油，电力、轮 船等行业部门中应用，工程建设设计领域各单位 则难以望其项背。进入 80 年代，微型计 算机的迅速发展，使计算机辅助工程设计逐渐成为现实。计算机绘图是通过编制计算机辅 助绘图软件，将图形显示在屏幕上，用户可以用光标对图形直接进行编辑和修改。由微机 配上图形输入和输出设备(如键盘、鼠标、绘图仪)以及计算机绘图软件，就组成一套计算 机辅助绘图系统。由于高性能的微型计算机和各种外部设备的支持，计算机辅助绘图软件 的开发也得到长足的发展。 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。 2、CAD 系统发展历程系统发展历程与计算机软硬件系统的发展息息相关与计算机软硬件系统的发展息息相关 单功能单功能 CAD 系统（系统（20 世纪世纪 50 年代年代20 世纪世纪 70 年代末期）年代末期）基于文件管理功能的多功能基于文件管理功能的多功能 CAD 系统（系统（20 世纪世纪 80 年代年代20 世纪末期）世纪末期） 基于工程数据库技术的集成化基于工程数据库技术的集成化 CAD 系统系统CMIS 将将 CAD/CAM 系统的系统的 数据库、管理系统、网络通信相结合（数据库、管理系统、网络通信相结合（21 世纪初期世纪初期今）今） 起源于 20 世纪 50 年代，提出 CAD 的概念和研究目标，1963 年，美国麻省理工学院 林肯实验室开发出了第一个交互式图形系统，标志着 CAD 技术的诞生。由于当时硬件设 施的昂贵，只有美国通用汽车公司和美国波音航空公司使用自行开发的交互式绘图系统。 70 年代，小型计算机费用下降，美国工业界才开始广泛使用交互式绘图系统。 3、CAD 应用软件的发展方向：集成化、图视化、智能化、并行化、标准化集成化、图视化、智能化、并行化、标准化 4、CAD 技术的应用现状技术的应用现状 涉及众多学科的高新技术领域。例如：涉及众多学科的高新技术领域。例如： 计算机硬件技术、工程设计知识与方法计算机硬件技术、工程设计知识与方法 计算数学、计算力学、计算机图形学计算数学、计算力学、计算机图形学 数据结构和数据库、有限元法数据结构和数据库、有限元法 计算机网络、仿真技术计算机网络、仿真技术 二、常用结构工程 CAD 软件介绍 建筑结构设计不仅计算工作复杂、繁重，并且绘图工作量很大。其中许多重复性工作单调建筑结构设计不仅计算工作复杂、繁重，并且绘图工作量很大。其中许多重复性工作单调 而枯燥，但又容不得差错存在，这正是最能体现和发挥而枯燥，但又容不得差错存在，这正是最能体现和发挥 CAD 技术的应用价值和威力的领技术的应用价值和威力的领 域。因此，这一领域的应用软件也非常多。域。因此，这一领域的应用软件也非常多。 目前国内流行该领域的软件主要为自行开发和以目前国内流行该领域的软件主要为自行开发和以 AutoCAD 为图形支撑平台进行的二次开为图形支撑平台进行的二次开 发为主流。发为主流。软件名称软件名称开发单位开发单位适用范围适用范围主要功能及特点主要功能及特点PKPM中国建研院中国建研院 PKPM 工程部工程部框排架、框剪、砖混等框排架、框剪、砖混等 多、高层建筑多、高层建筑建筑、结构、设备集成的大建筑、结构、设备集成的大 型型 CAD 系统系统AutoCAD美国美国 Autodesk 公公 司司通用交互式绘图软件，通用交互式绘图软件， 绘图功能完善、使用方绘图功能完善、使用方 便便有很强的三维设计、实体结有很强的三维设计、实体结 合造型和数据库管理等功能合造型和数据库管理等功能Xsteel芬兰芬兰 Tekla 公司公司 主要应用于钢结构设计主要应用于钢结构设计 与分析与分析是基于面向对象技术的智能是基于面向对象技术的智能 软件包，独立的三维智能钢软件包，独立的三维智能钢 结构模拟、详图的生成等。结构模拟、详图的生成等。天正结构天正结构 cad 北京天正工程软件北京天正工程软件 公司公司建筑结构设计绘图建筑结构设计绘图(在在 AutoCAD 上运行）上运行）与计算程序的简单接口，可与计算程序的简单接口，可 以生成模板施工图。建筑平以生成模板施工图。建筑平 面图接口可与其他建筑软件面图接口可与其他建筑软件 连接连接ANSYS/Multi Physics 系列系列 软件软件 美国美国 ANSYS 公司公司 主要应用于航空、桥梁、主要应用于航空、桥梁、 建筑等各个工程领域的建筑等各个工程领域的 结构分析、热分析、流结构分析、热分析、流 体分析体分析是一个完整的有限元分是一个完整的有限元分 FEA 软件包，包括软件包，包括(1)机械机械-结构结构(2) 电磁学电磁学(3)计算流体动力学等计算流体动力学等 三个主要的组成产品三个主要的组成产品 sap2000美国美国 CSI 公司与金公司与金 土木合作土木合作 桥梁、大坝、体育场馆、桥梁、大坝、体育场馆、 工业结构和建筑工业结构和建筑二维框架静力分析及复杂的二维框架静力分析及复杂的 三维非线性动力分析三维非线性动力分析三、AutoCad 软件及其操作基础 1、软件介绍：AutoCAD 是美国 Autodesk 公司 1982 年推出的计算机辅助设计的软件包。自推出以来 已经进行了 20 多次升级，其功能日益强大和完善，现在 AutoCAD 已经成为 CAD 的世界 标准，广泛应用于建筑、机械、航天、石油化工、纺织等各种工程设计领域。 基本功能 · 平面绘图平面绘图 能以多种方式创建直线、圆、椭圆、多边形、样条曲线等基本图形对象。 · 绘图辅助工具绘图辅助工具 AutoCAD 提供了正交、对象捕捉、极轴追踪、捕捉追踪等 。正交功能使 用户可以很方便地绘制水平、竖直直线，对象捕捉可 帮助拾取几何对象上的特殊点，而追 踪功能使画斜线及沿不同方向定位点变得更加容易。 · 编辑图形编辑图形 AutoCAD 具有强大的编辑功能，可以移动、复制、旋转、阵列、拉伸、延长、 修剪、缩放对象等。 ·标注尺寸标注尺寸 可以创建多种类型尺寸，标注外观可以自行设定。 · 书写文字书写文字 能轻易在图形的任何位置、沿任何方向书写文字，可设定文字字体、倾斜角度 及宽度缩放比例等属性。 · 图层管理功能图层管理功能 图形对象都位于某一图层上，可设定图层颜色、线型、线宽等特性。 · 三维绘图三维绘图 可创建 3D 实体及表面模型，能对实体本身进行编辑。 · 网络功能网络功能 可将图形在网络上发布，或是通过网络访问 AutoCAD 资源。 · 数据交换数据交换 AutoCAD 提供了多种图形图像数据交换格式及相应命令。 二次开发 AutoCAD 允许用户定制菜单和工具栏，并能利用内嵌语言 Autolisp、Visual Lisp、VBA、ADS、ARX 等进行二次开发还可以加载运行脚本，实现系统本身所没有的功 能，比如三维自动旋转。 用途简介 AutoCAD 之所以成为一个功能齐全、应用广泛的通用图形软件包。首 先它是一个可视化的绘图软件，许多命令和操作可以通过菜单选项和工具按钮等多种方式 实现。而且 AutoCAD 具有丰富的绘图和绘图辅助功能，如实体绘制、关键点编辑、对 象捕捉、标注、鸟瞰显示控制等，它的工具栏、菜单设计、对话框、图形打开预览、信息 交换、文本编辑、图像处理和图形的输出预览为用户的绘图带来很大方便。其次它不仅在 二维绘图处理更加成熟，三维功能也更加完善，可方便地进行建模和渲染。 另外，AutoCAD 不但具有强大的绘图功能，更重要的是它的开放式体系结构，赢 得广大用户的青睐。 采用高级用户界面AutoCAD 系统是一种交互式软件包，用户通过界面来与图形软件包进行对话。用 户可以通过多种多样途径与 AutoCAD 软件包实现对话，即除了采用键盘输入、屏幕菜单、 鼠标、数字化仪器四种基本输入控制以外，还采取了高级用户界面(AdvancedUserInterface)， 即采取类似视窗的界面。AutoCAD 视窗上部第二行是菜单栏(MenuBar)，用户可以通过移 动光标选择菜单栏中的菜单项，便出现下拉菜单。下拉菜单中的菜单项将是某类命令或子 菜单项。选择子菜单项可以进一步选择其子命令。除菜单外，还可以将一些功能控制栏显 示于 AutoCAD 视窗内，这些功能栏就是工具栏。工具栏为某类命令的集合，其控制操作 类似菜单项的操作。 2、AutoCad 的启动与界面介绍 1)启动 （1）双击桌面上的）双击桌面上的 AutoCAD 2007 快捷图标。快捷图标。 （2）单击桌面上的）单击桌面上的“开始开始 | 程序程序 | AutoCAD 2007” 。 （3）从）从“我的电脑我的电脑”打开相应的文件夹，找到打开相应的文件夹，找到 AutoCAD 2007 中文版安装的目录，双击中文版安装的目录，双击 ACAD.EXE 程序。程序。2)界面