第1章 计算机辅助设计概述

1、1第第1 1章章 环境工程环境工程CADCAD概述概述r教学要求目标教学要求目标21.1 计算机辅助设计概述计算机辅助设计概述1.1.1 计算机辅助设计的概念计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）是利用计算机强有力的计算功能和高效率的图形处理能力，辅助知识劳动者进行工程和产品的设计与分析，以达到理想的目的或取得创新成果的一种技术。它是综合了计算机科学与工程设计方法的最新发展而形成的一门新兴学科。计算机辅助设计技术的水平成了衡量一个国家工业技术水平的重要标志。3CAD的定义 1973年，当CAD处于发展初期的时候，国际信息技术联合会就给CAD一个广义的定义：CAD是

2、将人和计算机混编在解题专业组中的一种技术，是将人和计算机混编在解题专业组中的一种技术，从而将人和计算机的最佳特性结合起来。从而将人和计算机的最佳特性结合起来。 人具有图形识别的能力，具有学习、联想、思维、决策和创造能力，而计算机具有巨大的信息存储和记忆能力，有丰富灵活的图形和文字处理功能和高速精确的运算能力，上述人和计算机最佳特性的结合就是CAD的目的。41.1.2 CAD制图方法l交互法：直接利用绘图软件的各种功能，利用人机交互方式将图形一笔一笔画出来。缺点是速度慢，绘图工作量大，应用熟练后，比原始绘图要快2-3倍以上。l尺寸驱动法：51.1.2 CAD的优点(1)准确。计算机产生的图形绘制

3、和打印的准确性达到所用单位的小数点后1 4位。其严格的尺寸和公差数值比传统的手工刻度方法更加可靠。(2)快速。C A D所具有的复制、编辑、安排条目等能力加速了绘图过程。当操作者定制了针对某一特定任务的操作过程后，工作的速度会大大提高。(3)整洁清晰。绘图仪所具有的产生精确清晰的图的能力，是优于传统手工方法的最明显优点。CAD绘图的一致性，包括线条粗细均匀、打印高质量字符、没有污损或其他绘图用的临时标记等方面都是极佳的。6(4)一致。因为在方法上系统保持了一致性，就消除了因为个人风格不同产生的问题。一家公司中可以有多个制图员同时为一个工程制图，并产生一致的图形集。(5)高效。CAD绘图员使用与

4、手工制图完全不同的方式完成一项制图任务。CAD 程序能够为操作员完成大量工作，因此必须在绘图前进行大量的准备工作以期利用系统所提供的所有好处。71.1.3 CAD技术在工程设计中的应用l建筑设计，包括方案设计、三维造型、建筑渲染图设计、平面布景、建筑构造设计、小区规划、日照分析、室内装潢等各类CAD应用软件。l结构设计，包括有限元分析、结构平面设计、框/排架结构计算和分析、高层结构分析、地基及基础设计、钢结构设计与加工等。l设备设计，包括水、电、暖各种设备及管道设计。l城市规划、城市交通设计，如城市道路、高架、轻轨、地铁等市政工程设计。8l市政管线设计，如自来水、污水排放、煤气、电力、暖气、通

5、信（包括电话、有线电视、数据通信等）各类市政管道线路设计。l交通工程设计，如公路、桥梁、铁路、航空、机场、港口、码头等。 l水利工程设计，如大坝、水渠、河海工程等。l其他工程设计和管理，如房地产开发及物业管理、工程概预算、施工过程控制与管理、旅游景点设计与布置、智能大厦设计等。91.1.4 CAD技术的发展历程(1)准备和诞生时期（20世纪50年代）1950年，MIT研制出WHIRLWIND 1计算机的图形显示器；1958年，美国Calcomp公司研制出滚筒式绘图机；美国GerBer公司把数控机床发展成平板式绘图机；20世纪50年代末，MIT在WHIRLWIND计算机上第一次使用了阴极射线管C

6、RT（Cathode Ray Tube），操作者可以用光笔在屏幕上确定目标。它预示着交互式图形生成技术的诞生，为CAD技术的发展作了必要的准备。10(2)蓬勃发展和进入应用时期（20世纪60年代）20世纪60年代初，MIT的博士生Ivan Sutherland研制出世界上第一台利用光笔的交互式图形系统SKETCHPAD。在20世纪60年代，由于计算机及图形设备价格昂贵，技术复杂，只有一些实力雄厚的大公司才能使用这一技术。作为CAD技术的基础，计算机图形学在这一时期得到了很快的发展。20世纪60年代中期出现了商品化的CAD设备，CAD技术开始进入了发展和应用阶段。11(3)广泛应用时期（20世纪

7、70年代）20世纪70年代推出了以小型机为平台的CAD系统。同时，图形软件和CAD应用支撑软件也不断充实提高。图形设备，如光栅扫描显示器、图形输入板、绘图仪等相继推出和完善。于是，20世纪70年代出现了面向中小企业的CAD商品化系统。12(4)突飞猛进时期（20世纪80年代）20世纪80年代，大规模和超大规模集成电路、工作站和RISC（精简指令集计算机）等的出现使CAD系统的性能大大提高了一步。与此同时，图形软件更趋成熟，二维、三维图形处理技术，真实感图形技术以及有限元分析，优化，模拟仿真，动态景观，科学计算可视化等方面都已进入实用阶段。包括CAD/CAE/CAM一体化的综合软件包使CAD技术

8、又上了一个层次。13(5)日趋成熟的时期（20世纪90年代）这一时期的发展主要体现在以下几个方面： CAD标准化体系进一步完善； 系统智能化成为又一个技术热点； 集成化成为CAD技术发展的一大趋势； 科学计算可视化、虚拟设计、虚拟制造技术14151.1.5 CAD软件技术的未来发展(1) CAD系统的智能化 与人工智能技术结合，形成CAD专家系统(2) 实体造型与仿真 通过静态和动态实体造型，更真实地描述三维物体的几何信息； 在实体造型和计算机图形学的基础上，在计算机上建立工程设计的实际系统的计算机模型来代替实际系统的 运行，以便对设计结果进行试验和考核。(3) CAD系统的集成化 CAD+C

9、AM=CAD/CAM；CAD/CAM+CAPP+CAT+PDM=CAE 集成的最高层次：计算机集成生产系统-CIMS161.1.6 CAD的工作流程(1) CAD的工作内容 建立产品设计数据库 建立多功能交互式图形程序库 建立应用程序库(2) CAD的工作流程图17 人计算机计算机系统（设计与计算）输入设计要求描述设计模型计算结果满意否？输出设计结果YN数据库图形库程序库181.2 AutoCAD简介简介 AutoCAD是美国Autodesk公司开发的一个交互式绘图软件，是用于二维及三维设计、绘图的系统工具，用户可以使用它来创建、浏览、管理、打印、输出、共享及准确复用富含信息的设计图形。 Au

10、toCAD已经成为一个功能强大、性能稳定、市场占有率位居世界第一的CAD系统，在城市规划、建筑、测绘、机械、电子、造船、汽车等许多行业得到了广泛的应用。统计资料表明，目前世界上有75%的设计部门、500多万的用户应用此软件，大约有50万套AutoCAD软件安装在各企业中运行。1998年法国世界杯足球场、波士顿查尔斯河大桥、马来西亚 Petronas 双塔等都是它的杰作。 191.2.1 AutoCAD的发展历程1982年10月 AutoCAD 1.0版 1983年1月AutoCAD 1.1版1984年11月AutoCAD 2.01版 1985年5月AutoCAD 2.17版1985年11月Au

11、toCAD 2.18版 1986年6月AutoCAD 2.5版1987年5月AutoCAD 2.62版 1987年9月AutoCAD 9.0版1988年10月AutoCAD 10.0版 1991年4月AutoCAD 11.0版1992年6月AutoCAD 12.0版 1994年11月AutoCAD 13.0版1997年6月AutoCAD 14.0版 1999年3月AutoCAD 2000版2000年9月AutoCAD 2000i版 2001年6月AutoCAD 2002版2003年5月AutoCAD 2004中文版 2004年3月AutoCAD 2005版2004年6月AutoCAD 2005

12、中文版201.2.2 AutoCAD的基本功能(1) 绘制图形。AutoCAD提供了多种绘图的方式，包括绘图菜单、绘图工具栏以及命令等，可以绘制点、线、曲线、矩形、多边形、圆及圆弧、椭圆及椭圆弧等图形元素。还可以进行徒手绘线。(2) 编辑图形。AutoCAD具有强大的图形编辑功能，包括移动、旋转、缩放、拉伸、延长、断开、修剪、拷贝、阵列、镜射等。(3) 图形标注。AutoCAD可以对图形尺寸标注和注写文本，并提供了各种样式以供用户选择。21(4) 精确绘图。为了用户绘图的方便和准确，Auto CAD提供了坐标显示、栅格捕捉、对象捕捉。在光标点上利用栅格捕捉相当于在坐标纸上绘图。对象捕捉可以捕捉

13、对象的端点、中点、圆心、垂足、交点、切点、圆周上的象限点等等，使绘出的图形非常准确。(5) 图形输出。AutoCAD提供了多种图形输出的功能。用户可以将图形直接输出到打印机，也可以输出到其它软件中加以利用，同时还允许用户将图形输出到Internet上进行共享。221.2.3 AutoCAD 2004快速入门1. AutoCAD 2004工作界面23工具栏菜单栏标题栏工具选项板绘图窗口状态栏命令行窗口光标坐标系24l标题栏：同其他标准的Windows应用程序界面一样，标题栏包括控制图标以及窗口的最大化、最小化和关闭按钮，并显示应用程序名和当前图形的文件名。l菜单栏：菜单是调用命令的一种方式。菜单

14、栏以级联的层次结构来组织各个菜单项，并以下拉的形式逐级显示。l工具栏：工具栏是调用命令的另一种方式，通过工具栏可以直观、快捷的访问一些常用的命令。AutoCAD 2004系统提供了29种工具栏，分别为：CAD标准插入实体编辑UCS查询视口UCS II对象捕捉视图Web对象特性缩放标注绘图图层标准绘图顺序文字布局曲面修改参照三维动态观察器修改II参照编辑实体渲染样式着色26l状态栏：状态栏位于绘图屏幕的底部，用于显示坐标、提示信息等，同时还提供了一系列的控制按钮，包括“捕捉”、“栅格”、“正交”、“极轴”、“对象捕捉”、“对象追踪”、“线宽”和“模型/图纸”等。l绘图窗口：绘图窗口是AutoCA

15、D中显示、绘制图形的主要场所。在AutoCAD中创建新图形文件或打开已有的图形文件时，都会产生相应的绘图窗口来显示和编辑其内容。由于从AutoCAD 2000版开始支持多文档，因此在AutoCAD中可以有多个图形窗口。由于在绘图窗口中往往只能看到图形的局部内容，因此绘图窗口中都包括有垂直滚动条和水平滚动条，用来改变观察位置。此外，绘图窗口的下部还包括有一个模型选项卡和多个布局选项卡，分别用于显示图形的模型空间和图纸空间。 27l命令行：命令行提供了调用命令的第三种方式，即用键盘直接输入命令。用户可在命令行提示下输入各种命令。命令行还显示AutoCAD命令的提示及有关信息，并可查阅和复制命令的历

16、史记录。通过按F2键，可以调出文本窗口。基本上，可以将文本窗口视为放大的命令行。28l工具选项板：在该工具栏上有3个选项卡：ISO图案填充，英制图案填充和办公室项目样例。通过该“ISO图案填充”选项卡，用户可以方便地选取需要进行填充的图案进行填充，而不必调用HATCH命令。单击某一图案，然后拖放到需要填充的区域即可。“英制图案填充”选项卡的使用方法与“ISO图案填充”选项卡使用方法相同。“办公室项目案例”选项卡提供一系列办公用品的模型，用户可以方便地进行调用。调用时，只需单击需要的图形，鼠标就会带着选定的图形，选好合适的地方单击即可完成一次调用。301.2.4 启动和退出AutoCAD 2004 l启动AutoCAD： 从桌面AutoCAD快捷方式图标启动（双击或