清华大学土木工程CAD技术基础课件01概论

第一章概论‹1-1CAD的目的和意义‹1-2CAD的发展和应用领域‹1-3CAD技术在土木工程中的应用‹1-4课程任务和学习方法1-1CAD的目的和意义CAD：基本概念‹CAD（ComputerAidedDesign)z综合应用计算机及其有关技术辅助人们进行工程和产品设计的方法和技术。‹CAD技术基础：z图形图像处理技术z人机交互技术z工程分析技术z数据管理与数据交换技术z文档处理技术z软件设计技术自动绘图几何建模图形仿真图形输入图形输出有限元分析优化设计工程分析与处理交互输入交互控制图形拾取交互接口数据库管理工程数据处理数据交换标准与接口文档制作文档编辑文字处理软件工程规范需求分析系统设计软件编制软件测试‹CAD的理论基础z计算机图形学z有限元方法‹建筑结构CADz通过各种人机交互方式，高速而准确地进行建筑结构的各种技术计算、优化设计、自动绘图以及资料检索。‹CAD与计算机绘图、计算机图形学的关系z计算机图形学(ComputerGraphics:CG)是研究如何以图形或符号的形式，通过计算机生成、修改或显示数据的学科。z计算机绘图（ComputerDrawing:CD)是CG中涉及工程图绘制的一个分支，是以计算机操作方式绘制图形的工程技术。zCAD与CG、CD的关系¾CG的图形处理理论和方法是CAD的重要基础；¾CD是CAD基本技术。CAD：目的‹工程设计的工作类型z创造性工作：研究、分析；z重复性工作：运算、绘图。‹CAD实现人机结合，减轻工作强度z设计者完成创造性工作；z计算机从事重复性工作。‹CAD扩大设计者的能力，提高工作效率z充分结合了人与计算机两者的特长„设计者：思维、概念化和创造性。„计算机：高速、准确的计算大容量的数据存储准确的逻辑判断直观的图形显示。z“协同效应”———合成系统能力大于各组成部分的总和。CAD：意义提高设计效率，缩短设计周期提高设计质量降低设计成本促进设计规范化、系列化和标准化•提高分析计算速度•解决复杂的计算问题•提高绘图效率•直观的了解设计对象•CAD系统相对费用较低•降低设计劳务费用•设计方法、设计文档和制图标准得到统一•信息共享，改进各专业设计间的信息传递•建立工程施工所需的数据库•周密的工程分析•减少设计误差•便于修改设计•清晰规范的设计图纸和文档1-2CAD的发展和应用领域CAD：发展历史1958平板绘图仪1949数控加工1962MIT:I.E.Sutherland“SketchPad:人机通信图形系统”1980微机与工作站CADPC+光栅显示器+绘图仪+图形输入板三维图形系统、数据库技术1990标准化和集成化曲面和实体造型显示产品的三维模型，CAD/CAM的信息集成1950图形显示器准备阶段发展阶段应用阶段高速发展阶段大型机与小型机CAD大、小型机+图形显示器+光笔+图形输入板二维图形系统1970现代CAD全面支持异地的、数字化的、采用不同设计方法的产品或工程设计。尽可能采用自动化设计技术，实现设计工作的集成化、网络化和智能化。CAD：代表产品‹第一代z美国通用汽车公司：DAC-I系统，用于汽车设计z美国洛克希德公司：CADAM系统，用于飞机设计‹第二代zApplicon公司：AGS系统zComputerVision公司：CADDS系统‹第三代zAutodesk公司：AutoCADzBentley公司：MicroStationCAD：展望（Outlook）‹第四代CAD系统z曲面和实体造型：显示产品的三维模型，CAD/CAM的信息集成。‹第五代CAD系统z集成化:集设计、测试、管理和生产于一体，计算机集成制造（CIMS）。¾建立能满足工程全生命期各环节需要的完整的信息模型；¾提供功能集成和信息集成的CAx(（CAD、CAPP、CAM、…)工具。CIMS理念用于工程中又称计算机辅助工程（CAE，ComputerAidedEngineering)z网络化：异地设计、协同工作、虚拟设计z智能化：自动设计、决策支持、方案评估1-3CAD技术在土木工程中的应用CAD：应用ComputerAidedDesign航空与汽车工业•机械设计与加工•数控制造•外观造型设计电子工业•印刷电路板设计•大规模集成电路设计机械制造•机械制图•产品和部件的综合分析•CIMS造船工业•大型计算机制图•船体设计•船舶管系设计•计算机辅助造船集成系统土木工程•建设规划•专业设计•工程管理其它行业•制衣业•模具业•化学业•…...CAD：土木工程与CAD规划信息的存储与查询规划信息分析规划阶段规划辅助表现结构造型系统结构分析系统构件设计系统（钢筋砼设计，混合结构设计……）施工图绘制系统设计阶段……投标报价合同管理工程项目管理网络计划质量和安全评估资源调配财务会计施工阶段……保存定期检查结果等信息维护管理阶段辅助维修和加固的规划与设计1-4课程任务和学习方法关于本课程‹本课程是土木工程系的一门重要的专业课程‹目的z为选择、使用以及自主开发CAD系统打好基础z培养计算机应用方面的能力‹任务z了解建筑结构CAD软、硬件系统的组成和选型知识;z掌握计算机图形生成的基本原理和几何造型方法，掌握人机对话和交互作图技术，掌握工程分析和CAD数据处理方法;z了解CAD技术在工程中的应用，能正确使用典型CAD系统;z了解CAD应用软件的设计过程和基本方法，具有一定的系统开发能力。课程特点‹本课程是一门综合性的课程z综合性：计算机辅助设计是一项新技术,涉及多门学科知识：„交互式计算机图形学„工程数据管理„软件工程„计算机高级语言以及软件开发技术z系统性：本课程涉及很多理论、概念和方法,系统性较强：z实践性：本课程是一门只有通过实践才能掌握的课程教学目标‹更新教学内容z增加CAD技术在施工管理中的应用内容；z更新CAD技术内容z提升AutoCAD二次开发平台：„AutoCAD2004„ObjectARX、VC7.0„MFC‹改革教学方法尝试将本课程与“钢筋混凝土结构设计”相结合z教学内容交叉„典型CAD系统的应用¾本课程介绍系统和选型知识;¾钢混设计实际应用，进行计算分析和设计。„AutoCAD交互绘制结构施工图¾本课程介绍作图要求和步骤，取消作业；¾“钢混课程设计”实际作图。„CAD系统设计¾本课程介绍系统设计方法；¾钢混设计提供需求和设计流程。z作业内容相关„作业一：AutoCAD交互绘制“钢混课程设计”的结构施工图；„作业二：根据“钢混课程设计”教学楼的建筑方案，建立三维实体模型；„本课程设计：¾“钢筋混凝土框架结构CAD系统”需求分析和概要设计；¾编程实现“结构平面布置”子系统。z坚持因材施教z分层要求„编程能力：保证基本要求，每人学有提高；„相关内容可选学，如MFC编程；„作业：基本题、选作题；„课程设计：基本功能、附加功能、高级功能；z分层辅导„加强基础好和基础差同学的个别辅导。z注重培养创新能力„加大作业中自主设计的比例；„能力强、有兴趣的同学可报名参加科研开发工作，验收合格者，免课程设计。学习方法‹抓住“预习-听课-复习”的基本环节‹体会“基本原理–实现方法–现有标准–现有系统”的基本思路z基本概念是如何提出的？z它是通过怎样的算法和编程实现的？z是否存在统一的标准？z在软件系统中如何应用基本概念？‹坚持“理解–实践–再理解”的基本方法‹上机要求z使用AutoCAD交互式绘制建筑结构施工图和三维建模；z掌握计算机绘图、用户界面以及交互处理程序的设计方法；z编程实现建筑结构CAD系统的局部功能。教学大纲第一章概论（2学时，第1周）1-1CAD的目的和意义1-2CAD的发展和应用领域1-3CAD技术在土木工程中的应用1-4课程任务和学习方法第二章CAD系统（4学时，第2周）2-1CAD系统的组成和分类2-2CAD系统的配置2-3建筑结构CAD应用系统2-4施工管理4D-CAD应用系统第三章AutoCAD图形系统的应用及开发3-1AutoCAD交互绘制结构施工图（13周）3-2面向对象编程技术（3学时，第3周，马老师）3-3AutoCAD二次开发技术（3学时，第4周）C语言基础（课外3学时，马老师）（第2周或第3周）第四章计算机图形技术（6学时，第5、6周）4-1基本图形的生成4-2图形几何变换4-3图形显示处理第五章三维几何造型（6学时，第7、8周）5-1三维模型5-2三维真实感图形显示5-3三维建筑建模第六章人机交互技术（6学时，第9、10周）6-1逻辑交互设备与交互输入技术6-2交互控制技术6-3图形拾取技术6-4交互式用户接口的设计第七章工程数据处理与分析（5学时，第14、15周，马老师）7-1工程数据处理7-2文件系统和数据库系统7-3计算机辅助工程分析方法第八章建筑结构CAD系统开发（4学时，第12周，马老师）8-1软件工程的基本概念8-2CAD系统的设计方法8-3CAD系统的数据交换课程设计辅导（3学时，第13周）第九章现代CAD技术（3学时，第16周）9-1CAD新技术的研究与应用9-2现代CAD的新发展参考书目‹《建筑结构CAD技术基础》，任爱珠等，清华大学出版社，1996‹《计算机辅助设计技术基础》（第二版），孙家广等，清华大学出版社，2000‹《计算机图形学基础》唐泽圣等编著,清华大学出版社1995‹《AutoCAD2000ObjectARX编程指南》CharlesMcauley编著，李世国等译，机械工业出版社2000‹《ObjectARX基础编程》曹铭、潘国帅、张建平，校内讲义，2002本章学习重点‹CAD的基本定义；‹建筑结构CAD应用系统的任务和选型；‹CAD技术在施工管理中的应用。参考教材：‹《建筑结构CAD技术基础》第一章。