第一章计算机辅助设计概述

1)计算机辅助设计概述1.1CAD起源、发展与现状1.2常用结构工程CAD软件介绍1.3AutoCAD软件及其操作基础一、CAD起源、发展与现状1、什么是CADCAD是ComputerAidedDesign的英文缩写,即计算机辅助设计。CAD是利用计算机硬件系统和软件系统强大的计算功能和高效灵活的图形处理能力，帮助工程技术人员进行工程设计、产品设计与开发，以达到缩短设计周期、提高设计质量、降低成本、提高市场竞争力的一门先进技术。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(ComputerAidedDrafting)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，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。2、CAD系统发展历程——与计算机软硬件系统的发展息息相关单功能CAD系统（20世纪50年代——20世纪70年代末期）基于文件管理功能的多功能CAD系统（20世纪80年代——20世纪末期）基于工程数据库技术的集成化CAD系统——CMIS将CAD/CAM系统的数据库、管理系统、网络通信相结合（21世纪初期——今）起源于20世纪50年代，提出CAD的概念和研究目标，1963年，美国麻省理工学院林肯实验室开发出了第一个交互式图形系统，标志着CAD技术的诞生。由于当时硬件设施的昂贵，只有美国通用汽车公司和美国波音航空公司使用自行开发的交互式绘图系统。70年代，小型计算机费用下降，美国工业界才开始广泛使用交互式绘图系统。3、CAD应用软件的发展方向：集成化、图视化、智能化、并行化、标准化4、CAD技术的应用现状涉及众多学科的高新技术领域。例如：计算机硬件技术、工程设计知识与方法计算数学、计算力学、计算机图形学数据结构和数据库、有限元法计算机网络、仿真技术二、常用结构工程CAD软件介绍建筑结构设计不仅计算工作复杂、繁重，并且绘图工作量很大。其中许多重复性工作单调而枯燥，但又容不得差错存在，这正是最能体现和发挥CAD技术的应用价值和威力的领域。因此，这一领域的应用软件也非常多。目前国内流行该领域的软件主要为自行开发和以AutoCAD为图形支撑平台进行的二次开发为主流。软件名称开发单位适用范围主要功能及特点PKPM中国建研院PKPM工程部框排架、框剪、砖混等多、高层建筑建筑、结构、设备集成的大型CAD系统AutoCAD美国Autodesk公司通用交互式绘图软件，绘图功能完善、使用方便有很强的三维设计、实体结合造型和数据库管理等功能Xsteel芬兰Tekla公司主要应用于钢结构设计与分析是基于面向对象技术的智能软件包，独立的三维智能钢结构模拟、详图的生成等。天正结构cad北京天正工程软件公司建筑结构设计绘图(在AutoCAD上运行）与计算程序的简单接口，可以生成模板施工图。建筑平面图接口可与其他建筑软件连接ANSYS/MultiPhysics系列软件美国ANSYS公司主要应用于航空、桥梁、建筑等各个工程领域的结构分析、热分析、流体分析是一个完整的有限元分FEA软件包，包括(1)机械-结构(2)电磁学(3)计算流体动力学等三个主要的组成产品sap2000美国CSI公司与金土木合作桥梁、大坝、体育场馆、工业结构和建筑二维框架静力分析及复杂的三维非线性动力分析三、AutoCad软件及其操作基础1、软件介绍：AutoCAD是美国Autodesk公司1982年推出的计算机辅助设计的软件包。自推出以来已经进行了20多次升级，其功能日益强大和完善，现在AutoCAD已经成为CAD的世界标准，广泛应用于建筑、机械、航天、石油化工、纺织等各种工程设计领域。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。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、VisualLisp、VBA、ADS、ARX等进行二次开发还可以加载运行脚本，实现系统本身所没有的功能，比如三维自动旋转。用途简介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。另外，AutoCAD不但具有强大的绘图功能，更重要的是它的开放式体系结构，赢得广大用户的青睐。采用高级用户界面AutoCAD系统是一种交互式软件包，用户通过界面来与图形软件包进行对话。用户可以通过多种多样途径与AutoCAD软件包实现对话，即除了采用键盘输入、屏幕菜单、鼠标、数字化仪器四种基本输入控制以外，还采取了高级用户界面(AdvancedUserInterface)，即采取类似视窗的界面。AutoCAD视窗上部第二行是菜单栏(MenuBar)，用户可以通过移动光标选择菜单栏中的菜单项，便出现下拉菜单。下拉菜单中的菜单项将是某类命令或子菜单项。选择子菜单项可以进一步选择其子命令。除菜单外，还可以将一些功能控制栏显示于AutoCAD视窗内，这些功能栏就是工具栏。工具栏为某类命令的集合，其控制操作类似菜单项的操作。2、AutoCad的启动与界面介绍1)启动（1）双击桌面上的AutoCAD2007快捷图标。（2）单击桌面上的“开始|程序|AutoCAD2007”。（3）从“我的电脑”打开相应的文件夹，找到AutoCAD2007中文版安装的目录，双击ACAD.EXE程序。2)界面介绍（1）标题栏：位于应用程序窗口的最上方，用于显示当前正在运行的程序名及文件名等信息，标题栏右端的按钮分别控制窗口的最小化、最大化和关闭。标题栏左端边缘是应用程序的图标，单击它会弹出控制下拉菜单，利用这个菜单可以执行最小化或最大化窗口、恢复窗口、移动窗口、关闭Autocad等操作。（2）菜单栏：位于标题栏的下方，包括文件、编辑、视图、插入、格式、工具、绘图、标注、修改、窗口、帮助等11个菜单项。单击菜单项，将打开对应的下拉菜单，下拉菜单中包含了AutoCad中绝大多数的命令，具有以下特点：菜单项带有黑色三角箭头，表示该菜单项还有下一级子菜单；菜单项带有省略符号，表示单击该菜单后将会弹出一个对话框；菜单项带有按键组合，则该菜单项命令可以通过按键组合来执行，如：Ctrl+N，则执行新建命令；菜单项带有快捷键，则表示该下拉菜单打开时，按下该字母键即可启动该菜单项命令，如复制（C）（3）工具栏：工具栏是执行命令的另一种方式，非常快捷。单击工具栏图标按钮，即可执行该图标按钮所对应的命令。AutoCAD中提供了20多个已命名的工具栏，在AutoCAD经典工作空间中，默认显示的工具栏有标准、样式、工作空间、图层、特性、绘图、修改和图层次序共8个，其他工具栏在默认设置中是关闭的。如果将鼠标移至工具栏图标按钮上停留片刻，则会显示该图标按钮对应的命令名称，同时，在状态栏中显示其功能说明和相应的命令名。（4）绘图区：在AutoCAD中，绘图区是用于绘图操作的工作区域，所有的绘图结果都反映在这个窗口中，如果图纸比较大，需要查看未显示部分时，可以通过滚动条来移动图纸。该区域还显示了当前使用的坐标系类型以及坐标原点、X轴、Y轴和Z轴的方向。默认坐标系是世界坐标系（WCS）。解释世界坐标系（WCS）和用户坐标系（UCS）绘图区下方有模型和布局选项卡，单击其标签可以在模型空间和图纸空间之间切换（5）命令行：命令行窗口位于绘图区的下方，是输入命令和显示提示信息的区域，可用他实现人机交互，命令行窗口可以固定也可以浮动，可以拖动到屏幕的任何位置，也可以隐藏，选择工具/命令行，会弹出“隐藏命令行窗口”。（6）状态栏：位于屏幕的最底端，用来显示AutoCAD当前的状态，如当前光标的坐标位置、执行命令或功能说明。还有从左往右依次排列的10个开关按钮，分别是捕捉、栅格、正交、极轴、对象捕捉、对象追踪、DUCS、DYN、线宽、模型/图纸等3、AutoCad坐标系统AutoCAD有两种坐标系，一个是被称为世界坐标系(WCS)的固定坐标系，一个是被称为用户坐标系(UCS)的可移动坐标系。缺省的设置是世界坐标系。默认情况下，这两个坐标系在新图形中是重合的。坐标系类型：（1）直角坐标系：也叫笛卡尔坐标系（2）极坐标系：坐标的输入方法：绝对坐标和相对坐标（1）直角坐标：绝对直角坐标：是相对于绘图区左下角原点（0,0,0）而言。输入点的（X,Y,Z）坐标，