武漢理工大學(xué)材料加工CADCAECAMT第2章

本章教學(xué)要求了解CAD/CAM系統(tǒng)的硬件組成熟悉硬件各組成部分的作用和功能了解軟件的概念和CAD/CAM系統(tǒng)軟件的層次劃分掌握系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件的功能和特點(diǎn)了解CAD/CAM系統(tǒng)的分類方法掌握各類CAD/CAM系統(tǒng)的特點(diǎn)及適應(yīng)范圍。2.1硬件組成

2.2軟件組成

2.3CAD系統(tǒng)的分類

2.1硬件組成

硬件是CAD/CAM系統(tǒng)運(yùn)行的物質(zhì)基礎(chǔ)。主要包括：

?

計(jì)算機(jī)主機(jī)

?輸入設(shè)備

?輸出設(shè)備

?存儲(chǔ)器

?生產(chǎn)設(shè)備以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等

CAD系統(tǒng)的基本硬件構(gòu)成(圖2.1)目錄返回圖2.1CAD系統(tǒng)的基本硬件構(gòu)成

2.1.1計(jì)算機(jī)主機(jī)

計(jì)算機(jī)主機(jī)由中央處理器和內(nèi)存儲(chǔ)器組成。

1.中央處理器

運(yùn)算器和控制器集成在一塊芯片上，合稱中央處理機(jī)(CPU)。CPU的性能決定著計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力、運(yùn)算精度和速度。

2.內(nèi)存儲(chǔ)器

內(nèi)存儲(chǔ)器，又稱主存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)CPU當(dāng)前正在處理的部分程序和數(shù)據(jù)。根據(jù)存儲(chǔ)信息的方式內(nèi)存儲(chǔ)器可以分為隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)和只讀存儲(chǔ)器(ROM)。

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2.1.2外存儲(chǔ)器

外存儲(chǔ)器主要用來(lái)永久存儲(chǔ)，并在計(jì)算機(jī)運(yùn)行中存放一些暫時(shí)不用的數(shù)據(jù)和程序。外存儲(chǔ)器可以是磁帶、磁盤和光盤。

1.磁盤

常用的磁盤有軟盤和硬盤等。

軟盤：已經(jīng)基本淘汰。

硬盤：普遍采用，大容量，隨機(jī)存儲(chǔ)。

移動(dòng)硬盤和U盤發(fā)展很快。

2.光盤

分為只讀型光盤和可擦寫(xiě)型光盤兩種。目錄返回

2.1.3輸入/輸出設(shè)備

輸入設(shè)備泛指用于向計(jì)算機(jī)輸入信息的設(shè)備?？煞譃閳D形輸入設(shè)備、圖形輸出設(shè)備和圖形顯示設(shè)備。

1.圖形輸入設(shè)備

常見(jiàn)的輸入設(shè)備有鼠標(biāo)、鍵盤、數(shù)字化儀、圖形掃描儀等。

1)鍵盤

鍵盤是最常用的輸入設(shè)備，計(jì)算機(jī)通過(guò)不斷的掃描鍵盤各節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)來(lái)判斷按鍵的狀態(tài)并進(jìn)行相應(yīng)處理。

2)鼠標(biāo)

鼠標(biāo)屬于定位輸入設(shè)備，可很方便的完成定位、拾取和選擇功能。目錄返回

3)數(shù)字化儀

數(shù)字化儀因制作原理不有多種類型，常用的是電磁感應(yīng)式數(shù)字化儀。

4)圖形掃描儀

圖形掃描儀是一種能將圖紙及文件快速輸入到計(jì)算機(jī)的高速輸入設(shè)備。它根據(jù)光學(xué)原理來(lái)獲取被掃描圖紙各點(diǎn)的信息，并將獲得的信息進(jìn)行處理，得到掃描的圖形。圖2.2圖形掃描輸入系統(tǒng)

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5)數(shù)碼相機(jī)

用光電轉(zhuǎn)換器件(主要有CCD和CMOS)來(lái)感光、濾光并將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。

6)其它

此外，語(yǔ)音輸入是目前正在研究的圖形方法，該方法利用人的自然語(yǔ)言通過(guò)輸入圖形特性參數(shù)及其屬性參數(shù)實(shí)現(xiàn)圖形輸入，將是效率很高的一種圖形輸入方法。目錄返回

2.圖形輸出設(shè)備

為方便交流以及生產(chǎn)中的使用，CAD設(shè)計(jì)的結(jié)果經(jīng)常需要反映在圖紙上，用于這一用途的輸出設(shè)備統(tǒng)稱為硬拷貝機(jī)，主要包括打印機(jī)和繪圖儀。

1)打印機(jī)

點(diǎn)陣打印機(jī)、噴墨打印機(jī)、激光打印機(jī)等。

2)繪圖儀

根據(jù)在圖紙上形成圖形的原理不同，繪圖儀分為噴墨、激光、靜電和筆式繪圖儀。在CAD中最常用的是筆式繪圖儀和噴墨繪圖儀。

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3.圖形顯示設(shè)備

1)顯示器

標(biāo)準(zhǔn)陰極射線管(CRT)、液晶顯示(LCD)、激光顯示、等離子顯示等。

2)圖形顯示卡

起著CPU與顯示器之間的接口、處理圖形數(shù)據(jù)、加速圖形顯示等作用。

4.生產(chǎn)設(shè)備

主要指的是數(shù)控加工，相應(yīng)的設(shè)備主要包括數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控線切割機(jī)等。

5.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)硬件

網(wǎng)卡、傳輸媒體、服務(wù)器、計(jì)算機(jī)終端和網(wǎng)間連接器等。

目錄返回2.2軟件組成

軟件一般指計(jì)算機(jī)運(yùn)行所需的各種程序、數(shù)據(jù)及相關(guān)文檔。CAD/CAM系統(tǒng)的軟件根據(jù)其功能分為系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件等三個(gè)層次。

圖2.3CAD系統(tǒng)的軟件組成

目錄返回2.2.1系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件指使用、管理、控制計(jì)算機(jī)運(yùn)行的操作系統(tǒng)及語(yǔ)言處理程序等的集合，是支撐軟件和應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)。

1.操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件的核心，主要功能包括處理機(jī)管理、存貯管理、設(shè)備管理、文件管理和作業(yè)管理。

工作站：UNIX、WindowsNT/2000/XP等；

微機(jī)：Windows系列操作系統(tǒng)。

2.編譯系統(tǒng)

將匯編語(yǔ)言、高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的程序翻譯成計(jì)算機(jī)能夠直接執(zhí)行的機(jī)器指令。目錄返回2.2.2支撐軟件

在系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的、滿足CAD用戶某些需要的通用軟件或工具軟件。

1.圖形軟件

基本圖形軟件是根據(jù)各種圖形標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范實(shí)現(xiàn)的軟件包，大多是供各種應(yīng)用程序調(diào)用的圖形程序庫(kù)或函數(shù)庫(kù)。如CGI、GKS、PHIGS、OpenGL等。

2.幾何建模軟件

包括實(shí)體造型、曲面造型以及特征造型、參數(shù)化造型、裝配造型等。例如I-DEAS、Pro/ENGINEER、Unigraphics等。目錄返回

3.工程分析和計(jì)算軟件

滿足各種工程分析和計(jì)算的需要。主要包括：

1)常用數(shù)學(xué)方法庫(kù)

用于解決各類數(shù)學(xué)問(wèn)題，如提供解微分方程、線性方程組、數(shù)值積分、有限差分、曲線(面)擬合等的計(jì)算機(jī)程序。

2)有限元分析軟件

常見(jiàn)的有限元分析軟件有SAP、SKA、NASTRAN、ANSYS等。

3)優(yōu)化方法軟件

4)模擬仿真軟件

如機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析軟件ADAMS。

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4.數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS)是操縱和管理數(shù)據(jù)庫(kù)的軟件。目前應(yīng)用的商用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)有INGRES、PB、ORACLE、SYBASE、FOXPRO等關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。

CAD/CAM涉及大量圖形信息，需要工程數(shù)據(jù)庫(kù)支持，但這類軟件尚不夠成熟。

5.網(wǎng)絡(luò)工程軟件

包括服務(wù)器操作系統(tǒng)、文件服務(wù)器軟件、通信軟件等。

6.NC編程軟件

供CAD/CAM系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換和輸出NC加工指令之用。

另外，有些CAD軟件的功能涵蓋了設(shè)計(jì)、建模、工程分析等方面的功能，例如UG軟件。目錄返回2.2.3應(yīng)用軟件

應(yīng)用軟件是用戶為解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題而自行開(kāi)發(fā)或委托開(kāi)發(fā)的程序系統(tǒng)。它是在系統(tǒng)軟件的基礎(chǔ)上，或用高級(jí)語(yǔ)言編程，或基于某種支撐軟件，針對(duì)特定的問(wèn)題設(shè)計(jì)研制，既可為一個(gè)用戶使用，也可為多個(gè)用戶使用的軟件。

當(dāng)前，幾乎所有的CAD系統(tǒng)軟件都提供相應(yīng)的二次開(kāi)發(fā)工具。如：AutoCAD內(nèi)置的VisualLisp開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，支持面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的Activex接口；UG的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)工具UG/OpenAPI等。

目錄返回2.3CAD系統(tǒng)的分類

CAD系統(tǒng)通常按系統(tǒng)硬件組成、工作方式和功能的不同進(jìn)行分類。

2.3.1按硬件組成分類

CAD系統(tǒng)按其硬件組成和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展歷程，可分為主機(jī)系統(tǒng)、小型機(jī)系統(tǒng)、工作站系統(tǒng)、微機(jī)系統(tǒng)和基于網(wǎng)絡(luò)的微機(jī)－工作站系統(tǒng)等5種。

1.主機(jī)系統(tǒng)

主機(jī)系統(tǒng)又稱大型主機(jī)系統(tǒng)，這類系統(tǒng)以一臺(tái)大(中)型計(jì)算機(jī)為中心，采用分時(shí)操作系統(tǒng)集中支持幾十個(gè)、甚至上百個(gè)CAD終端運(yùn)行目錄返回

2.小型機(jī)系統(tǒng)

小型機(jī)系統(tǒng)又稱小型機(jī)成套系統(tǒng)，它以32位超級(jí)小型機(jī)為主機(jī)，通常帶有幾個(gè)到幾十個(gè)終端。小型機(jī)配有專用硬件和軟件，是由從事CAD技術(shù)開(kāi)發(fā)的公司專為用戶配置的計(jì)算機(jī)配套系統(tǒng)。

小型機(jī)系統(tǒng)具有很強(qiáng)的針對(duì)性，適于中等規(guī)模企業(yè)的應(yīng)用要求，但小型機(jī)系統(tǒng)針對(duì)性過(guò)強(qiáng)，應(yīng)用范圍受到限制。

3.工作站系統(tǒng)

工作站包括工程工作站和圖形工作站，是為滿足用戶在工程和圖形圖像處理上的專業(yè)需求和克服原有大型計(jì)算機(jī)、小型計(jì)算機(jī)由于其系統(tǒng)龐大，不能適應(yīng)工程和圖形處理中靈活多變的缺點(diǎn)而研制的專用計(jì)算機(jī)。目錄返回

4.微機(jī)系統(tǒng)

隨著微機(jī)運(yùn)算和圖形處理性能的迅速提高，許多過(guò)去只能在工作站上運(yùn)行的著名的高端CAD/CAM軟件，如CATIA、Unigraphics、Pro/ENGINEER、I-DEAS等，目前均已移植到微機(jī)上，微機(jī)CAD系統(tǒng)目前主要用于運(yùn)行中、低端的CAD支撐軟件和應(yīng)用軟件。

5.基于網(wǎng)絡(luò)的微機(jī)－工作站系統(tǒng)目錄返回2.3.2按工作方式分類

CAD系統(tǒng)按其工作方式可分為檢索型、自動(dòng)型、交互型和智能型CAD系統(tǒng)4大類。

1.檢索型CAD系統(tǒng)

2.自動(dòng)型CAD系統(tǒng)

工作流程（圖2.4）

3.交互型CAD系統(tǒng)

工作流程（圖2.5）

4.智能型CAD系統(tǒng)

工作流程（圖2.6）

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預(yù)先將已定型的產(chǎn)品資料(圖樣、技術(shù)文件等)存入計(jì)算機(jī)，并設(shè)計(jì)檢索程序。系統(tǒng)根據(jù)用戶輸入的設(shè)計(jì)參數(shù)，選擇標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品圖樣及有關(guān)數(shù)據(jù)，并調(diào)用系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)程序庫(kù)及圖形庫(kù)，計(jì)算相應(yīng)的參數(shù)及繪制圖形。

適用于產(chǎn)品定型之后標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的設(shè)計(jì)。不適于新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。自動(dòng)型系統(tǒng)是設(shè)計(jì)者預(yù)先將待解決的問(wèn)題建立數(shù)學(xué)模型，找到目標(biāo)函數(shù)，將其求解過(guò)程編制程序形成的系統(tǒng)。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，根據(jù)輸入的參數(shù)自動(dòng)進(jìn)行數(shù)學(xué)模型求解，不需人工介入。適用于事先能夠用數(shù)學(xué)模型描述的一類設(shè)計(jì)問(wèn)題。圖2.4自動(dòng)型CAD系統(tǒng)工作流程圖

交互型系統(tǒng)是利用輸入、輸出設(shè)備，通過(guò)人機(jī)對(duì)話的方式工作的。

圖2.5為交互式CAD系統(tǒng)的工作流程圖。由于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是一個(gè)設(shè)計(jì)、分析、計(jì)算、顯示、修改，不斷反復(fù)的過(guò)程，計(jì)算機(jī)不能代替人的全部思維活動(dòng)，

將人的創(chuàng)造性與計(jì)算機(jī)特性充分結(jié)合的系統(tǒng)，是現(xiàn)代CAD應(yīng)用系統(tǒng)的主要類型，適合于新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)工作。

圖2.5交互型CAD系統(tǒng)工作流程圖 將人工智能技術(shù)應(yīng)用于CAD系統(tǒng)，就可以形成智能型CAD系統(tǒng)，用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)上述問(wèn)題的求解。

人工智能就是讓計(jì)算機(jī)擁有人類的智能，在遇到問(wèn)題時(shí)能像人類一樣進(jìn)行思考和解決問(wèn)題。

就某一領(lǐng)域來(lái)講，實(shí)現(xiàn)人工智能目的主要是要讓計(jì)算機(jī)通過(guò)利用計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)的該領(lǐng)域知識(shí)，按照一定的方式進(jìn)行推理，這一類系統(tǒng)我們稱之為專家系統(tǒng)。

圖2.6為智能型CAD系統(tǒng)工作的流程圖。它主要由知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)、實(shí)時(shí)系統(tǒng)、知識(shí)獲取系統(tǒng)和人機(jī)接口等組成。

圖2.6