1、CAD 的设计原理及其功能 摘要： 研究目的：是了解 cad 的设计原理、功能、还有其特性。研究方法：主要通过查阅书籍，以及其他参考文献，还有日常对 cad 的使用及自己的认识。研究结果：对 cad 的原理、功能和特性都有了初步的了解。研究结论： cad 的开发，使得在很多方面的作图过程中，得到了巨大的提升，提高了效率还有准确度。 关键词： cad 功能，基本特性，系统组成，特性。 Abstract: Purpose: The design principle is to understand the cad, function, and its characteristics. Method
2、s: mainly through access to books, and other references, there are daily on the cads use and understanding of their own. Results: The principle of cad, function and properties have a preliminary understanding. Conclusions: cad development, so in many ways, the mapping process, got a huge upgrade and
3、 improve the efficiency of there accuracy. Keywords: cad function, basic characteristics, system components, characteristics 1、 CAD 功能 计算机辅助设计指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作 。简称CAD。 在工程和 产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。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
4、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劳动， 缩短设计周期和提高设计质量。 系统功能： (1)设计组件重用 (Reuse of design components) (2)简易的设计修改和版本控制功能 (Ease of design modification and versioning) (3)设计的标准组件的自动产生 (Automatic generation o
5、f standard components of the design) (4)设计是否满足要求和实际规则的检验 (Validation/verification of designs against specifications and design rules) (5)无需建立物理原型的设计模拟 (Simulation of designs without building a physical prototype) (6)装配件 (一堆零件或者其它装配件 )的自动设计 (7)工程文档的输出，例如制造图纸，材料明细表 (Bill of Materials) (8)设计到生产设备的直接输出
6、(9)到 快速原型 或快速制造工业原型的机器的直接输出 基本功能： 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。 AutoCAD 提供了正交、对象捕捉、极轴追踪、捕捉追踪等绘图辅助工具。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。 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。可以创建多种类型尺寸，标注外观可以自行设定。 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
7、字体、倾斜角度及宽度缩放比例等属性。 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。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。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。 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 2、 基本特征 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
8、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
9、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 (ComputerAidedDraw ing)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，
10、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
11、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。 3、 系统组成 通常以具有图形功能的交互计算机系统为基础，主要设备有：计算机主机，图形显示终端，图形输入板，绘图仪， 扫描仪 ，打印机，磁带机，以及各类软件。 工程 工作站
12、一般指具有超级小型机功能和三维图形处理能力的一种单用户交互式计算机系统。它有较强的计算能力，用规范的图形软件，有高分辨率的显示终端，可以联在资源共享的局域网上工作，已形成最流行的 cad 系统。 个人计算机（ pc）系统价格低廉，操作方便，使用灵活。 80 年代以后， pc 机性能不断翻新，硬件和软件发展迅猛，加之图形卡、高分辨率图形显示器的应用，以及pc 机网络技术的发展，由 pc 机构成的 cad 系统已大量涌现，而且呈上升趋势。图形输入输出设备 除了计算机主机和一般的外围设备外，计算机辅助设计主要使用图形输入输出设备。交互图形系统对 cad 尤为重要。图形输入设备的一般作用是把平面上点的
13、坐标送入计算机。常见的输入设备有键盘、光笔、触摸屏、操纵杆、跟踪球、鼠标器、图形输入板和 数字化仪 。图形输出设备分为软拷贝和硬拷贝两大类。软拷贝设备指各种图形显示设备，是人机交互必不可少的；硬拷贝设备常用作图形显示的附属设备，它把屏幕上的图像复印出来，以便保存。常用的图形显示有三种：有向束显示、存储管显示和光栅扫描显示。有向束显示应用最早，为了使图像清晰，电子束必须不断重画图形，故又称刷新显示，它易于擦除和修改图形，适于作交互图形的手段。存储管显示保存图像而不必刷新，故能显示大量数据，且价格较低。光栅扫描系统能提供彩色图像，图像信息可存放在所谓帧缓冲存储器 里，图像的分辨率较高。 cad 软
14、件 除计算机本身的软件如操作系统、编译程序外， cad 主要使用交互式图形显示软件、 cad 应用软件和数据管理软件 3 类软件。 交互式图形显示软件用于图形显示的开窗、剪辑、观看，图形的变换、修改，以及相应的人机交互。 cad 应用软件提供几何造型、特征计算、绘图等功能 ， 以完成面向各专业领域的各种专门设计。构造应用软件的四个要素是：算法 、数据结构、用户界面和数据管理。数据管理软件用于存储 、检索和处理大量数据，包括文字和图形信息。为此，需要建立工程数据库系统。它同一般的 数据库系统相比有如下特点：数据类型更加多样，设计过程中实体关系复杂，库中数值和数据结构经常发生变动，设计者的操作主要
15、是一种实时性的交互处理。 基本技术 主要包括交互技术、图形变换技术、曲面造型和实体造型技术等。 在计算机辅助设计中，交互技术是必不可少的。交互式 cad 系统， 指用户在使用计算机系统进行设计时，人和机器可以及时地交换信息。采用交互式系统，人们可以边构思 、边打样、边修改，随时可从图形终端屏幕上看到每一步操作的显示结果，非常直观。 图形变换的主要功能是把用户坐标系和图形输出设备的坐标系联系起 来；对图形作平移、旋转、缩放、透视变换 ；通过矩阵运算来实现图形变换。 计算机设计自动化 计算机自身的 cad，旨在实现计算机自身设计和研制过程的自动化或半自动化。研究内容包括功能设计自动化和组装设计自动
16、化，涉及计算机硬件描述语言、系统级模拟、自动逻辑综合、逻辑模拟、微程序设计自动化、自动逻辑划分、自动布局布线，以及相应的交互图形系统和工程数据库系统。 集成电路 cad有时也列入计算机设计自动化的范围。 4、 特性 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 Auto CAD 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
17、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。 参考文献 1张启明 .CAD 技术 .人民交通出版社 ,2005.09 2王定标 ， 郭茶秀 ， 向飒 .CAD/CAE/CAM 技术与应用 .化学工业出版社 ,2005.06 3余世浩 ,黄尚宇 .数控 CAD 基础 .武汉理工大学出版社 ,2009.05 4韩旻 .CAD 软件应用技术 .高等教育出版社 ,2007.03 5 李大双，汪文虎涡轮叶片精铸模具零件 CAD 造型过程的知识表达与求解J航空制造技术， 2005，（ 3）： 72-74 6 范彦斌，沈自林，冯心海 .基于参数化的冲裁模计算机辅助设计 J.模具工业，1997， (6)： 3-5.
