第02章CAD系统的组成

1、 2.1 2.1 系统的类型系统的类型 1. 主机系统主机系统 主机系统又称为大型机系统，这类系统以一台大主机系统又称为大型机系统，这类系统以一台大(中中)型计算机为中型计算机为中 心，采用分时操作系统集中支持几十个、甚至上百个心，采用分时操作系统集中支持几十个、甚至上百个CAD终端运行。主终端运行。主 机系统通常具有高速、大容量的内存和外存，可配置高精度、高速度、机系统通常具有高速、大容量的内存和外存，可配置高精度、高速度、 大幅面的图形输入大幅面的图形输入/输出设备，通常用于运行规模较大的支撑软件或自输出设备，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

2、、图形处理等工作结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 合起来进行复杂的合起来进行复杂的CAD工作。由于是多用户系统，因此，系统共用一个工作。由于是多用户系统，因此，系统共用一个 集中的大型数据库。集中的大型数据库。 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。另外，一旦主机出现故障，将影响所有资金实力，原始投资一般较大。另外，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用户，而且，随着同时使用终端的用户的增加或计算工作

3、量的加大将使 系统响应变慢。这种情况在进行表面模型处理、消隐、大型有限元分析系统响应变慢。这种情况在进行表面模型处理、消隐、大型有限元分析 等工作时尤为显著。因此，主机系统主要应用于少数的飞机、汽车、船等工作时尤为显著。因此，主机系统主要应用于少数的飞机、汽车、船 舶等超大型企业。舶等超大型企业。 主机系统在主机系统在20世纪世纪70年代较为流行，目前一般已不再采用。年代较为流行，目前一般已不再采用。 2. 小型机系统小型机系统 这类系统出现于这类系统出现于20世纪世纪70年代后期。小型机系统以年代后期。小型机系统以32位超级小型机位超级小型机 为主机，通常带有几个到十几个终端，是由从事为主机

4、，通常带有几个到十几个终端，是由从事CAD技术开发的公司专技术开发的公司专 门为用户配置的计算机配套系统。门为用户配置的计算机配套系统。 小型机系统配有专用的硬件和软件，且两者紧密结合、配套使用。小型机系统配有专用的硬件和软件，且两者紧密结合、配套使用。 小型机系统具有很强的工作针对性，系统价格昂贵，其小型机系统具有很强的工作针对性，系统价格昂贵，其CAD作业水平主作业水平主 要取决于所配置的软件功能。这类要取决于所配置的软件功能。这类CAD系统适于中等规模企业的应用要系统适于中等规模企业的应用要 求，缺点是系统的针对性过强，用户难以进一步开发，应用范围受到限求，缺点是系统的针对性过强，用户难

5、以进一步开发，应用范围受到限 制。制。 目前，此类系统大多已被淘汰。目前，此类系统大多已被淘汰。 3. 工作站系统工作站系统 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和图形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和图形 图像处理上的专业需求和克服原有大型计算机、小型计算机由于其系统图像处理上的专业需求和克服原有大型计算机、小型计算机由于其系统 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。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。 工作站具有强大的科学计算、丰富的图形处理、灵活的窗口及网络工作站具有强大的科学计算、丰富的图形处理、

6、灵活的窗口及网络 管理等功能，通过网络可以共享系统资源。由于工作站具有便于逐步投管理等功能，通过网络可以共享系统资源。由于工作站具有便于逐步投 资、逐步发展等优点，因而受到了用户的广泛欢迎。资、逐步发展等优点，因而受到了用户的广泛欢迎。 目前，大多数高端目前，大多数高端CADCAD支撑软件和应用软件主要以工程工作站为运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机乃至大型机、巨型机的应用领域，向下则可与个人计算机

7、争夺巨大的 低端市场。低端市场。 4. 微机系统微机系统 随着微机运算和图形处理性能的迅速提高，许多过去只能在工作站随着微机运算和图形处理性能的迅速提高，许多过去只能在工作站 上运行的著名高端上运行的著名高端CADCAD支撑软件如支撑软件如CATIACATIA、UGUG、Pro/EPro/E、I-DEASI-DEAS等，目等，目 前均有移植到微机上的版本，使微机系统不仅具有较强的分析计算能力，前均有移植到微机上的版本，使微机系统不仅具有较强的分析计算能力， 而且还可以满足处理三维图形的要求。但由于微机总体上在运算和图形而且还可以满足处理三维图形的要求。但由于微机总体上在运算和图形 处理性能上与

8、工作站仍有相当的差距处理性能上与工作站仍有相当的差距( (尽管随着微机性能的迅速提高，尽管随着微机性能的迅速提高， 二者的差距正在日益缩小二者的差距正在日益缩小) )，微机，微机CADCAD系统目前主要用于运行中、低端的系统目前主要用于运行中、低端的 CADCAD支撑软件和应用软件。支撑软件和应用软件。 微机微机CADCAD系统具有丰富的商品化支撑软件与应用软件，其原始投资系统具有丰富的商品化支撑软件与应用软件，其原始投资 少、见效快、成本低、具有良好的可扩充性。因此，这类系统受到中小少、见效快、成本低、具有良好的可扩充性。因此，这类系统受到中小 型企业和个人用户的普遍欢迎，预计它将成为今后国

9、内外中小企业开展型企业和个人用户的普遍欢迎，预计它将成为今后国内外中小企业开展 CADCAD工作的主要型式，并在相当长的时期内与工作站互为补充。工作的主要型式，并在相当长的时期内与工作站互为补充。 5. 基于网络的微机基于网络的微机-工作站系统工作站系统 对于独立的微机对于独立的微机CAD系统和在一定范围内联网的工作站系统和在一定范围内联网的工作站CAD系统，系统， 其作业的分散性和各自独立或孤岛式的工作方式，使得设计信息无法进其作业的分散性和各自独立或孤岛式的工作方式，使得设计信息无法进 行充分的交流，也无法使各种作业协调一致地进行。由于并行工程的要行充分的交流，也无法使各种作业协调一致地进

10、行。由于并行工程的要 求和现代网络技术的迅速发展，基于网络的微机求和现代网络技术的迅速发展，基于网络的微机工作站系统得以实工作站系统得以实 现并得到迅速发展。现并得到迅速发展。 这类系统可以使分散于同一单位不同部门、不同地点的微机及工作这类系统可以使分散于同一单位不同部门、不同地点的微机及工作 站共享软、硬件资源；充分和准确地交流设计信息；协调各种作业；完站共享软、硬件资源；充分和准确地交流设计信息；协调各种作业；完 成并行工程。成并行工程。 基于网络的微机基于网络的微机-工作站系统应用计算机技术和网络通信技术，将工作站系统应用计算机技术和网络通信技术，将 分布于各处的多台各类计算机以网络形式

11、联接起来。目前，采用局域网分布于各处的多台各类计算机以网络形式联接起来。目前，采用局域网 (Local Area Network，即，即LAN)可以将一座大楼，一个工厂、一所学校可以将一座大楼，一个工厂、一所学校 范围内的计算机联网；通过万维网范围内的计算机联网；通过万维网(World Wide Web，即，即WWW)则可将则可将 多个局域网连接起来，并可访问分布在世界各地的本部门或本公司的各多个局域网连接起来，并可访问分布在世界各地的本部门或本公司的各 个设计小组与设计人员，以沟通设计信息。个设计小组与设计人员，以沟通设计信息。 二、按工作方法及功能分类 CAD系统按工作方法及功能大致分为系

12、统按工作方法及功能大致分为4类：检索型、自动型、交互型类：检索型、自动型、交互型 和智能型。和智能型。 1. 检索型检索型CAD系统系统 检索型检索型CAD系统主要用于已经实现标准化、系列化、模块化的工系统主要用于已经实现标准化、系列化、模块化的工 程或产品结构。程或产品结构。 这些产品或工程的图纸、有关程序都已存储在计算机内部。在设计这些产品或工程的图纸、有关程序都已存储在计算机内部。在设计 过程中，用户只需按照要求给出不同的参数与设计数据，自动运行程序过程中，用户只需按照要求给出不同的参数与设计数据，自动运行程序 即可生成符合要求的电子图纸；或在原有相似图形的基础上，按用户的即可生成符合要

13、求的电子图纸；或在原有相似图形的基础上，按用户的 技术要求及规范检索出所需要的零部件图，再在技术要求及规范检索出所需要的零部件图，再在CAD软件系统中完成产软件系统中完成产 品或工程的修改，组成装配图，并对产品的性能进行校核；在满足设计品或工程的修改，组成装配图，并对产品的性能进行校核；在满足设计 者要求的前提下，输出所需要的各种技术文件和图纸。者要求的前提下，输出所需要的各种技术文件和图纸。 2. 自动型自动型CAD系统系统 对于自动型对于自动型CAD系统，用户根据产品或工程的性能、规格、要求系统，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

14、动完成输入基本参数后，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。设计工作，并输出产品或工程设计的全部图纸与技术文件。 这类系统可用于设计理论成熟、计算公式确定、设计步骤和判别标这类系统可用于设计理论成熟、计算公式确定、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。准清楚、设计资料完备的产品或工程设计情况。 3. 交互型交互型CAD系统系统 在一个产品的设计过程中，方案的决策及结构的布置要完全实现自在一个产品的设计过程中，方案的决策及结构的布置要完全实现自 动设计是非常困难的事情。动设计是非常困难的事情。 交互型交互型CAD

15、系统指可以最大限度地发挥计算机系统的高速运算能系统指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，将设计人员在长力、严格的逻辑推理能力以及大容量的信息存储能力，将设计人员在长 期设计过程中积累的经验、智慧同计算机期设计过程中积累的经验、智慧同计算机CAD系统的优势结合起来，实系统的优势结合起来，实 现在交互方便、界面友好的环境下完成产品或工程的设计工作，使人机现在交互方便、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。得到最佳配合的系统。 交互型交互型CAD系统是软件开发中最容易实现的系统，也是目前使用系统是软件开发中最容易实

16、现的系统，也是目前使用 最多的最多的CAD系统。系统。 4. 智能型智能型CAD系统系统 现有的现有的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，采用推理的方法才能获得比较圆满的作往往需要根据一定的知识模型，采用推理的方法才能获得比较圆满的 答案。答案。 将人工

17、智能技术，特别是专家系统技术应用于产品和工程设计中，将人工智能技术，特别是专家系统技术应用于产品和工程设计中， 即形成专业领域的设计型专家系统，这就是智能型即形成专业领域的设计型专家系统，这就是智能型CAD系统。系统。 智能型智能型CAD系统主要由知识库、推理机、实时系统、知识获取系系统主要由知识库、推理机、实时系统、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。当使用这样的统和人机接口等组成，还包括各种先进技术的综合运用。当使用这样的 系统时，用户只需输入设计对象的概念、用途、性能等信息，利用系统系统时，用户只需输入设计对象的概念、用途、性能等信息，利用系统 提供的推理、决策

18、、计算和电子数据处理等各种机制，即可完成产品或提供的推理、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。工程的详细设计。 图形显示器 计算机主机 绘图仪、打印机 硬盘 软盘、光盘 鼠标、键盘 扫描仪 移动存储设备 工作站和微机是目前工作站和微机是目前CAD系统计算机配置的主流。系统计算机配置的主流。CAD系统对硬系统对硬 件的要求一般都比较高，未来的件的要求一般都比较高，未来的CAD硬件系统将主要以工作站和微机为硬件系统将主要以工作站和微机为 主。工作站由于其性能不同，价格差异也非常大，使用单位在配置时应主。工作站由于其性能不同，价格差异也非常大，使用单位在配置时应 根据

19、需要合理选择。对于运行根据需要合理选择。对于运行CAD软件的微机而言，则应选择运算和图软件的微机而言，则应选择运算和图 形处理能力较强的机型。形处理能力较强的机型。 1. 1. 工作站系统硬件介绍工作站系统硬件介绍 在计算机硬件领域，工作站是一个比较独特的机种，它主要面向专在计算机硬件领域，工作站是一个比较独特的机种，它主要面向专 业应用领域，提供强大的数据运算、图形图像处理、网络通信等功能。业应用领域，提供强大的数据运算、图形图像处理、网络通信等功能。 工作站的应用领域包括工作站的应用领域包括CAD、CAM、动画制作、科学研究、软件开发、动画制作、科学研究、软件开发、 金融管理、信息服务、模

20、拟仿真等。金融管理、信息服务、模拟仿真等。 目前，市场上主要有两类工作站目前，市场上主要有两类工作站: : 一类是基于一类是基于RISC处理器处理器(即精简指令系统处理器，采用即精简指令系统处理器，采用RISC芯片芯片)的采的采 用用UNIX操作系统的工作站，称之为操作系统的工作站，称之为UNIX工作站；工作站； 另一类是基于另一类是基于Intel处理器架构的采用处理器架构的采用Windows 2000/NT/XP操作系统的操作系统的 工作站，称之为工作站，称之为NT(或或Windows)工作站。工作站。 （1 1）UNIXUNIX工作站工作站 UNIXUNIX工作站采用工作站采用RISCRI

21、SC处理器，且可以配置多个处理器，因而具有极处理器，且可以配置多个处理器，因而具有极 高的浮点运算速度。另外，高的浮点运算速度。另外，UNIXUNIX工作站有着工作站有着6464位的计算能力。由于位的计算能力。由于6464位位 UNIXUNIX工作站可以突破工作站可以突破4GB4GB的的3232位寻址极限，因此，为复杂的工程应用提位寻址极限，因此，为复杂的工程应用提 供了大的虚拟内存空间，而它的实际物理内存已经超过供了大的虚拟内存空间，而它的实际物理内存已经超过4GB4GB，可以达到，可以达到 8 816GB16GB，能满足几乎所有的高性能计算要求，可以满足企业级的应用，能满足几乎所有的高性能

22、计算要求，可以满足企业级的应用 需要。需要。 UNIXUNIX操作系统源于已公开源代码的标准操作系统，发展历史长，系操作系统源于已公开源代码的标准操作系统，发展历史长，系 统稳定性好，错误修正快，且在许多年前就已经包含了较为完善的网络统稳定性好，错误修正快，且在许多年前就已经包含了较为完善的网络 功能。大部分功能。大部分TCP/IPTCP/IP网络服务程序最早都是在网络服务程序最早都是在UNIXUNIX上开发出来的。上开发出来的。 （2）NT (或或Windows)工作站工作站 NT工作站是随着个人计算机性能的不断增强而逐渐发展起来的。工作站是随着个人计算机性能的不断增强而逐渐发展起来的。 自

23、从自从Pentium技术发布以来，技术发布以来，Intel CPU不断吸收不断吸收RISC技术，性能日益提技术，性能日益提 高。在数据处理方面，尤其是浮点运算方面，性能显著增强。基于多个高。在数据处理方面，尤其是浮点运算方面，性能显著增强。基于多个 CPU的的PC系统完全具备了传统的系统完全具备了传统的RISC工作站具备的强大性能。工作站具备的强大性能。 以以Windows NT为代表的高性能、高稳定性、高可靠性的为代表的高性能、高稳定性、高可靠性的32位与即位与即 将投入使用的将投入使用的64位操作系统和基于位操作系统和基于OpenGL标准的标准的PC图形技术也日益成图形技术也日益成 熟。在

24、这样的情况下，熟。在这样的情况下，NT工作站应运而生，并迅速占领了低端工作站工作站应运而生，并迅速占领了低端工作站 的大块市场。的大块市场。 NT工作站采用高性能的工作站采用高性能的Pentium处理器和稳定可靠的处理器和稳定可靠的Windows 2000/ NT/XP操作系统，符合专业图形标准（操作系统，符合专业图形标准（OpenGL）的图形系统，）的图形系统， 以及高性能的存储、输入以及高性能的存储、输入/输出和网络设备可满足专业软件的运行要求。输出和网络设备可满足专业软件的运行要求。 由于由于NT工作站采用的是标准的、开放的系统平台，因此成本大幅度降工作站采用的是标准的、开放的系统平台，

25、因此成本大幅度降 低，升级换代的速度也不断提高。低，升级换代的速度也不断提高。 （3）工作站系统的硬件配置特点：）工作站系统的硬件配置特点： 采用先进的操作系统，如采用先进的操作系统，如UNIX或或Windows 2000/NT/XP操作系统，具有操作系统，具有 优越的多用户、多任务功能，并具有可靠的系统安全性。优越的多用户、多任务功能，并具有可靠的系统安全性。 具有极高的运算速度。由于工作站的工作任务主要是解决工程问题和进具有极高的运算速度。由于工作站的工作任务主要是解决工程问题和进 行图形图像处理。因此，通常采用专门设计的行图形图像处理。因此，通常采用专门设计的CPU和图形处理芯片，并和图

26、形处理芯片，并 支持多支持多CPU。 采用专用内存，且内存容量巨大、可扩展性强。采用专用内存，且内存容量巨大、可扩展性强。 极强的网络功能。通过网络能够很方便地提供分布处理环境，进行网络极强的网络功能。通过网络能够很方便地提供分布处理环境，进行网络 计算，充分利用其他工作站的系统资源。计算，充分利用其他工作站的系统资源。 配备专用的图形加速卡，具有强大配备专用的图形加速卡，具有强大的图形功能。的图形功能。 2. 2. 微机微机CADCAD系统硬件介绍系统硬件介绍 2020世纪世纪9090年代以来，微机的性能有了很大的提高。国外一些年代以来，微机的性能有了很大的提高。国外一些CADCAD软软 件

27、已开始向微机移植，如件已开始向微机移植，如Pro/ENGINEERPro/ENGINEER、I-DEASI-DEAS、UGUG等。与此同时，等。与此同时， 在在Windows 2000/NT/XPWindows 2000/NT/XP系统上也出现了一些优秀的系统上也出现了一些优秀的CADCAD软件，如软件，如 SolidworksSolidworks、CAXACAXA等。等。 微机微机CADCAD系统的硬件配置与普通个人计算机系统有所不同，它更强系统的硬件配置与普通个人计算机系统有所不同，它更强 调运算能力和图形处理能力。在调运算能力和图形处理能力。在CADCAD系统的硬件配置中，应配备功能较系

28、统的硬件配置中，应配备功能较 强的人机交互设备和图形输入强的人机交互设备和图形输入/ /输出装置，为输出装置，为CADCAD系统作业时提供一个良系统作业时提供一个良 好的硬件环境。好的硬件环境。 微机微机CADCAD系统通常采用系统通常采用WindowsWindows系列操作系统，在可能的条件下应系列操作系统，在可能的条件下应 选用性能好、主频高、浮点运算能力强的选用性能好、主频高、浮点运算能力强的CPUCPU；尽可能大的内存和外存，；尽可能大的内存和外存， 以及支持标准图形系统且有较大显存的显卡。以及支持标准图形系统且有较大显存的显卡。 2.3 CAD2.3 CAD系统的软件组成系统的软件组

29、成 2.3.1 2.3.1 系统软件系统软件 系统软件主要用于计算机的管理、维护、控制、运行，以及计算机程序的系统软件主要用于计算机的管理、维护、控制、运行，以及计算机程序的 编译、装载和运行。系统软件包括操作系统和编译系统。编译、装载和运行。系统软件包括操作系统和编译系统。 1. 1. 操作系统操作系统 操作系统主要承担对计算机的管理工作，其主要功能包括文件管理操作系统主要承担对计算机的管理工作，其主要功能包括文件管理( (建立、建立、 存储、删除、检索文件存储、删除、检索文件) )、外部设备管理、外部设备管理( (管理计算机的输入、输出等外部硬件管理计算机的输入、输出等外部硬件 设备设备)

30、 )、内存分配管理、作业管理和中断管理。操作系统的种类很多，在工作站、内存分配管理、作业管理和中断管理。操作系统的种类很多，在工作站 上主要采用上主要采用UNIXUNIX、Windows 2000/NT/XPWindows 2000/NT/XP等；在微机上主要采用等；在微机上主要采用UNIXUNIX的变种的变种XENIXXENIX、 ONIXONIX、VENIXVENIX，以及，以及WindowsWindows系列操作系统。系列操作系统。 2. 2. 编译系统编译系统 编译系统的作用是将用高级语言编写的程序释译成计算机能够直接执行的编译系统的作用是将用高级语言编写的程序释译成计算机能够直接执行

31、的 机器指令。有了编译系统，用户就可以用接近于人类自然语言和数学语言的方机器指令。有了编译系统，用户就可以用接近于人类自然语言和数学语言的方 式编写程序，而翻译成机器指令的工作则由编译系统完成。这样，就可以使非式编写程序，而翻译成机器指令的工作则由编译系统完成。这样，就可以使非 计算机专业的各类工程技术人员很容易地用计算机来实现其设计目的。计算机专业的各类工程技术人员很容易地用计算机来实现其设计目的。 目前，国内外广泛应用的高级语言目前，国内外广泛应用的高级语言FORTRANFORTRAN、PASCALPASCAL、C/C+C/C+、VBVB、VCVC、 LISPLISP等均有相应的编译系统。

32、等均有相应的编译系统。 2.3.2 CAD2.3.2 CAD支撑软件支撑软件 支撑软件是支撑软件是CADCAD软件系统中的核心，是为满足软件系统中的核心，是为满足CADCAD工作中一些用户的共同需工作中一些用户的共同需 要而开发的通用软件。要而开发的通用软件。 CADCAD支撑软件主要包括图形处理软件、工程分析与计算软件、模拟仿真软件、支撑软件主要包括图形处理软件、工程分析与计算软件、模拟仿真软件、 数据库管理系统、计算机网络工程软件、文档制作软件等。数据库管理系统、计算机网络工程软件、文档制作软件等。 1. 1. 图形处理软件图形处理软件 基本图形资源软件基本图形资源软件 基本图形资源软件是

33、根据各种图形标准或规范实现的软件包，大多是供各基本图形资源软件是根据各种图形标准或规范实现的软件包，大多是供各 种应用程序调用的图形程序库或函数库。如种应用程序调用的图形程序库或函数库。如CGICGI、GKSGKS、PHIGSPHIGS、OpenGL(Open OpenGL(Open Graphics LibraryGraphics Library，开放的图形程序库，开放的图形程序库) )等。这类基本图形资源软件通常具有与等。这类基本图形资源软件通常具有与 设备无关性，支撑软件和应用软件开发人员可以直接调用，使软件的可移植性设备无关性，支撑软件和应用软件开发人员可以直接调用，使软件的可移植性

34、得到极大的加强。得到极大的加强。 二、三维绘图软件二、三维绘图软件 此类软件采用人机交互方式，主要用于解决零部件的详细设计问题，最后此类软件采用人机交互方式，主要用于解决零部件的详细设计问题，最后 可输出符合工程要求的零件图或装配图。可输出符合工程要求的零件图或装配图。 几何造型软件几何造型软件 几何造型软件主要用于实现零部件的三维结构设计、存储其三维几何数据几何造型软件主要用于实现零部件的三维结构设计、存储其三维几何数据 及相关信息。通常，几何造型软件包括实体造型和曲面造型，以及近年来得到及相关信息。通常，几何造型软件包括实体造型和曲面造型，以及近年来得到 迅速发展的特征造型、参数化造型等。

35、迅速发展的特征造型、参数化造型等。 2. 2. 工程分析与计算软件工程分析与计算软件 这类软件主要用来解决工程设计中的各种数值计算问题，主要有：这类软件主要用来解决工程设计中的各种数值计算问题，主要有： 常用数学方法程序库常用数学方法程序库 它提供了诸如解微分方程、线性代数方程、数值积分、有限差分，以及曲它提供了诸如解微分方程、线性代数方程、数值积分、有限差分，以及曲 线曲面拟合等数学问题的计算机程序。线曲面拟合等数学问题的计算机程序。 有限元法结构分析软件有限元法结构分析软件 目前，有限元法在理论与方法上均已比较成熟，而且求解的范围也日益扩目前，有限元法在理论与方法上均已比较成熟，而且求解的

36、范围也日益扩 大。除了固体及流体力学问题外，还应用于金属及塑料成形、电磁场分析、无大。除了固体及流体力学问题外，还应用于金属及塑料成形、电磁场分析、无 探损伤等领域，在工程设计上应用十分广泛。探损伤等领域，在工程设计上应用十分广泛。 优化设计软件优化设计软件 优化设计是在最优化数学理论和现代计算技术的基础上，运用计算机寻求优化设计是在最优化数学理论和现代计算技术的基础上，运用计算机寻求 设计的最佳方案。随着优化技术的发展，国内外已有许多成熟的算法和相应的设计的最佳方案。随着优化技术的发展，国内外已有许多成熟的算法和相应的 优化设计软件。优化设计软件。 机构分析及机构综合软件机构分析及机构综合软

37、件 机构分析是通过确定机构的构成参数机构分析是通过确定机构的构成参数( (位置、轨迹、速度、加速度等位置、轨迹、速度、加速度等) )，计，计 算机构的节点力和弹簧力、校验干涉、显示机构的动、静态图及各种分析结果算机构的节点力和弹簧力、校验干涉、显示机构的动、静态图及各种分析结果 曲线。机构综合就是根据产品的设计要求自动设计出某种机构。曲线。机构综合就是根据产品的设计要求自动设计出某种机构。 机械系统动态分析软件机械系统动态分析软件 采用模态分析法来分析系统的振动、噪音等问题。采用模态分析法来分析系统的振动、噪音等问题。 注塑注塑( (压铸压铸) )模具分析软件模具分析软件 对各种注塑和压铸模具

38、进行液流的流动分析、冷却分析、翘曲分析、收缩对各种注塑和压铸模具进行液流的流动分析、冷却分析、翘曲分析、收缩 分析及结构应力分析，以帮助用户进行合理的零件结构设计和浇道布置设计。分析及结构应力分析，以帮助用户进行合理的零件结构设计和浇道布置设计。 3. 3. 模拟仿真软件模拟仿真软件 模拟仿真软件包括运动仿真、成型仿真和加工仿真。运动仿真用于大型装模拟仿真软件包括运动仿真、成型仿真和加工仿真。运动仿真用于大型装 配的运动模拟和干涉检验；成型仿真主要用于钣金零件的成型过程模拟及其成配的运动模拟和干涉检验；成型仿真主要用于钣金零件的成型过程模拟及其成 型缺陷预测；加工仿真主要用于设计表面的数控加工

39、模拟，以检验过切、少切型缺陷预测；加工仿真主要用于设计表面的数控加工模拟，以检验过切、少切 及加工精度。及加工精度。 4. 数据库管理系统 为适应数量庞大的数据处理和信息交换的需要，近年来发展了数据库管理为适应数量庞大的数据处理和信息交换的需要，近年来发展了数据库管理 系统系统(Data Base Management System(Data Base Management System，DBMS)DBMS)。DBMSDBMS是在操作系统基础上建立的是在操作系统基础上建立的 操纵和管理数据库的软件，该系统除了保证数据资源共享、信息保密、数据安操纵和管理数据库的软件，该系统除了保证数据资源共享、

40、信息保密、数据安 全之外，还能尽量减少数据库内数据的重复。用户使用数据库都是通过数据库全之外，还能尽量减少数据库内数据的重复。用户使用数据库都是通过数据库 管理系统，因而它也是用户与数据之间的接口。管理系统，因而它也是用户与数据之间的接口。 CADCAD系统需管理的数据量巨大，数据类型及关系复杂，且信息模式是动态的。系统需管理的数据量巨大，数据类型及关系复杂，且信息模式是动态的。 目前，大型目前，大型CADCAD支撑软件均有其自身的数据管理系统，用于管理各种工程数据。支撑软件均有其自身的数据管理系统，用于管理各种工程数据。 近年来，产品数据管理系统软件近年来，产品数据管理系统软件(Produc

41、t Data Management(Product Data Management，PDM)PDM)正在产品及正在产品及 工程设计领域的数据管理方面发挥着越来越大的作用。工程设计领域的数据管理方面发挥着越来越大的作用。 5. 5. 计算机网络工程软件计算机网络工程软件 基于网络的微机基于网络的微机- -工作站工作站CADCAD系统将成为未来系统将成为未来CADCAD的主要使用环境之一。因此，的主要使用环境之一。因此， 网络工程软件发挥着越来越重要的作用。网络工程软件主要包括服务器操作系网络工程软件发挥着越来越重要的作用。网络工程软件主要包括服务器操作系 统、文件服务器软件、通信软件等。应用这些

42、软件可进行网络文件系统管理、统、文件服务器软件、通信软件等。应用这些软件可进行网络文件系统管理、 存储器管理、任务调度、用户间通信、软硬件共享等项工作。存储器管理、任务调度、用户间通信、软硬件共享等项工作。 6. 6. 文档制作软件文档制作软件 文档制作软件主要用于快速生成设计结果的各种报告、表格、文件、说明文档制作软件主要用于快速生成设计结果的各种报告、表格、文件、说明 等，可以方便地对文本及插图进行各种编辑，并支持汉字处理。等，可以方便地对文本及插图进行各种编辑，并支持汉字处理。 2.3.3 CAD2.3.3 CAD应用软件应用软件 应用软件是在系统软件、支撑软件的基础上，针对某一专门应用

43、领域而开应用软件是在系统软件、支撑软件的基础上，针对某一专门应用领域而开 发的软件。发的软件。 这类软件通常由用户结合当前设计工作的需要自行研究开发或委托开发商这类软件通常由用户结合当前设计工作的需要自行研究开发或委托开发商 进行开发，此项工作又称为进行开发，此项工作又称为“二次开发二次开发”。如模具设计软件、电器设计软件、。如模具设计软件、电器设计软件、 机械零件设计软件、机床设计软件，以及汽车、船舶、飞机设计制造行业的专机械零件设计软件、机床设计软件，以及汽车、船舶、飞机设计制造行业的专 用软件均属应用软件。能否充分发挥已有用软件均属应用软件。能否充分发挥已有CADCAD系统的功能，应用软

44、件的技术开发系统的功能，应用软件的技术开发 工作是很重要的，也是工作是很重要的，也是CADCAD从业人员的主要任务之一。从业人员的主要任务之一。 2.3.4 2.3.4 商品化商品化CADCAD支撑软件介绍支撑软件介绍 目前，商品化目前，商品化CADCAD支撑软件包品种繁多、功能各异，其主要功能特点及运行支撑软件包品种繁多、功能各异，其主要功能特点及运行 平台大致可分为平台大致可分为3 3类：高端产品、低端产品和中端产品。类：高端产品、低端产品和中端产品。 1. 1. 高端产品高端产品 高端产品通常是指具有强大的三维图形处理功能、分析功能、制造功能及高端产品通常是指具有强大的三维图形处理功能、

45、分析功能、制造功能及 网络功能的大型网络功能的大型CADCAD支撑软件包。这类软件能够完成复杂的三维机构及外形设计；支撑软件包。这类软件能够完成复杂的三维机构及外形设计； 可实现大型装配、自动生成可实现大型装配、自动生成NCNC程序等；能对设计产品进行各种分析、测量，支程序等；能对设计产品进行各种分析、测量，支 持网络通信和数据交换。此类软件功能强大、性能优异、价格昂贵，通常运行持网络通信和数据交换。此类软件功能强大、性能优异、价格昂贵，通常运行 于工作站或高档微机上，一般用于大中型企业或飞机、汽车、船舶、模具等行于工作站或高档微机上，一般用于大中型企业或飞机、汽车、船舶、模具等行 业的设计工

46、作。典型的业的设计工作。典型的CADCAD高端软件有高端软件有IBMIBM公司的公司的CATIACATIA、EDSEDS公司的公司的UGUG、PTCPTC公公 司的司的Pro/EPro/E等等。 2. 2. 低端产品低端产品 此类软件主要具备二维绘图能力及一些简单的三维造型功能，用于解决二此类软件主要具备二维绘图能力及一些简单的三维造型功能，用于解决二 维绘图问题。低端产品以普通微机为运行平台，价格便宜，简单易用，常被中维绘图问题。低端产品以普通微机为运行平台，价格便宜，简单易用，常被中 小企业所采用。典型的低端产品如美国小企业所采用。典型的低端产品如美国AutodeskAutodesk公司开

47、发的公司开发的AutoCADAutoCAD等。等。 3. 3. 中端产品中端产品 为了解决高端为了解决高端CADCAD软件产品价格昂贵、硬件配置要求高而难于普及应用，以软件产品价格昂贵、硬件配置要求高而难于普及应用，以 及低端及低端CADCAD软件产品功能单一、三维造型能力差、限制了企业产品开发能力的提软件产品功能单一、三维造型能力差、限制了企业产品开发能力的提 高等问题，同时，也为了占领更大的市场份额，一些主要的大型高端高等问题，同时，也为了占领更大的市场份额，一些主要的大型高端CADCAD软件开软件开 发商相继推出了其高端软件的微机移植版本，或开发了一些价格适中、具备基发商相继推出了其高端

48、软件的微机移植版本，或开发了一些价格适中、具备基 本三维设计功能的三维微机系统本三维设计功能的三维微机系统CADCAD软件，我们将此类软件产品称之为中端产品。软件，我们将此类软件产品称之为中端产品。 一般来说，中端产品具有高端产品的三维零件设计、装配功能，能满足一一般来说，中端产品具有高端产品的三维零件设计、装配功能，能满足一 般机械产品设计、绘图的功能要求，但这些产品的曲面造型功能较弱。中端产般机械产品设计、绘图的功能要求，但这些产品的曲面造型功能较弱。中端产 品通常运行于品通常运行于WindowsWindows操作系统下，硬件配置比低端产品略高，但其三维能力同操作系统下，硬件配置比低端产品

49、略高，但其三维能力同 高端产品相比仍有较大差异，一般也不提供分析软件及其他高级专用软件。常高端产品相比仍有较大差异，一般也不提供分析软件及其他高级专用软件。常 用的中端产品有用的中端产品有EDSEDS公司的公司的SolidedgeSolidedge、IBMIBM公司的公司的CATIACATIA微机版，以及专门开发微机版，以及专门开发 中端产品的生信实维公司中端产品的生信实维公司( (即即SRACSRAC公司公司) )的的SolidworksSolidworks、北航海尔的、北航海尔的CAXACAXA等等CADCAD软软 件。件。 2.4 CAD系统的选型原则 2.4.2 CAD2.4.2 CA

50、D系统选型的基本要素系统选型的基本要素 1. 1. 软件选型软件选型 基本建模能力基本建模能力 基本建模能力包括工程制图能力、三维建模能力、装配设计等。基本建模能力包括工程制图能力、三维建模能力、装配设计等。 系统辅助特性系统辅助特性 包括界面友好特性、图形操作及显示能力、二次开发工具的易学易用性、包括界面友好特性、图形操作及显示能力、二次开发工具的易学易用性、 标准件和常用零件库及其建库工具、版本的上下兼容性、图形数据交换的广泛标准件和常用零件库及其建库工具、版本的上下兼容性、图形数据交换的广泛 性、数据库管理的方便性等。性、数据库管理的方便性等。 专业设计工具专业设计工具 根据专业要求选择

51、满足要求的工具。如模具设计、管路设计与布线设计、根据专业要求选择满足要求的工具。如模具设计、管路设计与布线设计、 电路设计、线路板自动设计以及其他专业工具、软件包。电路设计、线路板自动设计以及其他专业工具、软件包。 工程分析能力工程分析能力 有限元分析、机构分析、第三方专业工程分析软件系统或接口等。有限元分析、机构分析、第三方专业工程分析软件系统或接口等。 数控加工软件数控加工软件 加工模拟仿真、数控编程软件、数控系统后置处理软件等。加工模拟仿真、数控编程软件、数控系统后置处理软件等。 高级建模能力高级建模能力 运用现代产品设计技术、方法、工具所开发的新的制作模型的方法。运用现代产品设计技术、方法、工具所开发的新的制作模型的方法。 2. 2. 运行环境的选型运行环境的选型 硬件平台硬件平台 选择系统的硬件平台