CAD系统的硬件及软

• Intergraph，Application，Unigraphics，Calma 等公司，选择通用的计算机，如VAX和Micro—VAX 等计算机作为系统的硬件环境，有时它们也自己 研制和生产一些专用的图形处理设备和高性能的 图形显示器。这类系统的优点是软件的移植性较 好，用户有较大的主动权，而且软件的研制者不 必在硬件生产上分散精力。
5.触摸屏
又称为触感型终端，是一种特殊的显示屏。与 普通的显示器不同的是：附加了坐标定位装置， 从而感知接触点的位置，功能与图形板相同。
触感可由红外式、电容式、机械式传感系统获 得，当手指触摸屏幕时，通过相应的电路就可以 检测到该点的位置。
将应用软件的菜单提示于屏幕上，利用触摸技 术，手指直接“点菜”，既直观又方便，不易出 错。
人机交互型CAD系统工作原理
• 四 智能型专家系统
• 是在CAD系统中引入人工智能技术。
• 首先搜集领域内专家的知识和经验，建立知识库； 其次是设置推理机构，在求解问题时，模仿人类 专家进行思维与决策；系统运行时，输入原始参 数及设计要求，系统检索知识库，搜索与待解决 问题总是相匹配的规则，通过推理机的推理、判 断或模拟人的智慧，给出智能性的提示，建议解 决问题的途径和推荐解决方案。智能型CAD系统工 作原理如图所示：
• 计算机辅助工程软件: 集几何建模，三维绘图， 有限元分析，产品装配，公差分析，机构运动学， NC自动编程等功能分析系统为一体的集成软件系 统。
• 绘图软件: 具有基本图形元素（点、线、图）绘 制等，图形变换（缩放、平移、旋转等），编辑 （增、删、改等），存贮，显示控制以及人机交 互，输入/输出设计驱动等功能。
• 三 输出设备 • 1. 显示器
• 图像显示是将计算机CPU当前所做的工作的数字信 息，通过显示处理单元DPU,转换成显示装置所需 的电压值，将图形和文字立即显示在显示器阴极 射线管（CRT）的屏幕上。
• 2. 打印机
• 以纸为介质，将计算机处理后的结果变为永久的 可保留信息，这种输出称为硬拷贝。按其工作方 式，可分为击打式和非击打式两种。
• 2.1 CAD系统的硬件 • CAD系统的硬件主要由主机、输入设备、输出设备、
存储器组成。
外接 磁带机
磁盘
绘图机
图 2-2 CAD系统的硬件构成
图形输 入设备
电视 摄像机
计算机 或工作站
电视 摄像机
扫描器
文字显 示终端
彩色图形 显示器
打印机
图2-2 CAD系统的硬件构成
一、 主机
• 主机即用于CAD系统的计算机，一般可分为大型机、 小型机、工作站及个人计算机。
3）经过有关软件的处理，点阵图像转换为矢量化图。
4）将图形信息和文本、符号分离与识别。
• 扫描仪的主要技术指标有：
• 1）分辨率 每英寸200--1200点。
• 2）灰度 灰度是指一系列具有黑白比例或彩色 浓淡的色调，通常为256级，64级，或更低。
• 扫描仪与计算机的接口，常用RS-232C标准接口, 一些新型扫描器采用快速传输数据的SCSI接口。
• 系统运动学/动力学模拟仿真软件：在产品设计时， 实时、并行地模拟产品生产或各部分进行的全过 程，以预测产品的性能、产品的制造过程和产品 的可制造性。例：ADAMS机械系统动力学自动分析 软件。
• 三 应用软件
• 是用户解决实际总是而自行开发或委托开发的程 序系统。它是在系统软件的基础上，或用高级语 言编程，或基于某种支撑软件，针对特定的问题 设计研制，既可为一个用户使用，也可为多个用 户使用的软件。
• 一、 系统软件
• 系统软件是直接配合硬件工作,并对其它软件起着 支撑作用的软件。主要的系统软件有：
• ａ操作系统；b 网络系统；c 高级语言编辑器等。
系统软件构成
二 支撑软件 • 支撑软件是在系统软件基础上开发出来的满足CAD
用户一些需要的通用软件或工具软件，是CAD/CAM 系统的核心。 • 常见的CAD支撑软件有如下几类: • 几何建模软件: 提供一个完整，准确地描述和显 示三维几何造型的方法和工具。具有消隐、着色、 浓淡处理、实体参数计算、质量特性计算等功能。
6.语音输入设备
• 将人类说话的语音直接输入计算机的设备。将声 音通过话筒变成模拟信号，再将模拟信号通过调 制变成数字信号。
• 语音输入的难点是如何理解、识别语音，目前的 水平处于定量词汇、定人语音识别的程度。已有 公司开发出操作系统的语音输入系统，用户只需 读出所需进入选项的名称，系统会自动识别用户 语音而选择相应的操作，其效果与鼠标选择是相 同的。
• 根据笔与纸的相对运动实现方法的不同，笔式绘 图机可分为平板式和滚筒式两类。
• 平板式 特点：纸不动、笔在x、y两方向运动，绘图
者可自始至终观察绘图过程，速度稍慢，精度高， 但价格比较贵，而且占地面积大，幅面受限制， 工程图纸质量高。
• 滚筒式 特点：纸与笔都动，结构紧凑，速度快，精
度低，适合绘制大型的工程图。
• 4.PC微机组成的CAD系统
• 随着微机性能的不断提高，价格的不断下降，以 PC机组成的CAD/CAM系统近年来不断增多。
• 以微机为基础，配上相应的软件与图形输入输出 设备，就可以组成一套微机CAD/CAM系统。
• 目前以PC微机为主处理机的CAD/CAM系统除了用于 进行二维绘图以外，还能做三维几何造型和有限 元分析计算工作。目前在微机上运行的软件主要 是Auto CAD等，随着微机性能的进一步提高，将 来有可能用它进行复杂的三维造型和计算，甚至 可取代低档工作站。
• 2.3 CAD系统的型式
• 随着计算机功能的提高和CAD技术的应用推广，目 前各行业都相继建立了具有本行业特点的CAD系统。 下面介绍一些典型的CAD系统。
• 一、 检索型CAD系统
• 在信息检索型CAD系统中，已把定型产品的图纸整 理成标准图存入计算机，同时存入加工用的信息， 当用户需要某种产品时，系统可按需要而选择出 标准规格图纸；而当用户所给的初始参数不足时， 系统可在同系列产品中，利用经验设计中的类比 方法，选择计算出介于两种产品规格之间，满足 初始要求的产品。
• 有限元分析软件：可以进行静态、动态、热特性 分析，通常包括前置处理、计算分析及后置处理 三部分。举例:SAP,SKA,NASTRAN,ANSYS等有限元 分析软件。
• 优化方法软件：将优化技术用于工程设计，综合 多种优化计算方法，为选择最优方案、取得最优 解、求解数学模型提供强有力的数学工具软件。
• 1.大型机CAD系统
• 该系统一般采用具有大容量的存储器和极强计算 功能的大型通用计算机为主机，一台计算机可以 连接几十至几百个图形终端和字符终端及其它图 形输入和输出设备。
• 优点是：系统具有一个大型的数据库，可以对整 个系统的数据实行综合管理和维护；计算速度极 快。
• 缺点是：如果CPU失效，则整个用户都不能工作； 由于计算机数据库处于中央位置，计算机数据容 易被破坏；终端距离不能太远；随着计算机的总 负荷增加，系统的响应速度将降低。
• 由于网络技术的发展，现在微机已能与大型机、 小型机和工作站联网，成为整个网络的一个结点， 共享大型机和工作站等的资源。这样，大型机系 统、工作站系统和PC机系统就不再相互割裂，而 成为一个有机的整体，在网络中发挥各自的优点， 使得原来要在小型机和工作站上进行的CAD/CAM工 作可由微机来完成。
• 击打式：特点是便宜，打印速度慢，噪声大。
• 非击打式：喷墨式、激光式,特点是贵，打印快， 噪音小。
3.绘图机
• 自动绘图机按工作原理可分为笔式绘图和非笔式 绘图两大类。
• 笔式绘图机 是以墨水笔作为绘图工具，计算机通过程序
指令控制笔和纸的相对运动，同时，对图形的颜 色、图形中的线型以及绘图过程中抬笔、落笔动 作加以控制，由此将屏幕显示的图形或存储器中 的图形输出。
3. 数字化仪
• 数字化仪是由一块尺寸为A4--A0的图板和一个类 似鼠标器的定位器或触笔组成的。数字化仪用于 输入图形，跟踪、控制光标位置和选择菜单。大 规模的数字化仪常常用于将已有图样输入到计算 机。
数字化仪的主要技术指标是： 1）分辨率 每英寸2000--2500线。 2）精度 ±0.25--0.125mm。 数字化仪通常与计算机的RS-232C串行口连接。
必须知道浏览者在三维空间中的位置，尤其是必须知道浏 览者头部的位置和方向。
位置传感器用于检测和确定浏览者的位置和方向，通常 包括电磁场式、超声波式、机电式、光学式等。
电磁场式传感器通过检测低频磁场的变化来确定运动对 象的位置和方向，并据此跟踪运动对象的位置和方向。
超声传感器的工作原理与电磁场式传感器类似，也是 采用接收器和发送器方式，只不过发送器是超声扬声器， 接收器是超声麦克风并且利用了三角形定位原理 。
7.数据手套
虚拟现实系统中最常用的输入装置。如下图所 示，数据手套利用光导纤维的导光量来测量手指 角度。当光导纤维弯曲时，传输的光将会有损失， 弯曲越大，损失越多。数据手套可以帮助计算机 测试人手的位置与指向，从而可以实时地生成手 与物体接近或远离的图像。
8.位置传感器 在应用虚拟现实技术的CAD/CAM系统中，为了提高真实感，
4. 扫描仪
• 用于将工程图样自动的输入计算机，以便在计算 机里建立图样的技术档案，代替目前占用大量房 屋面积和人力的技术档案室管理方法。这种图样 自动输入技术可分为三部分：
1）用扫描仪将图形录入计算机，形成灰度及不同的 图像格式的文件。
2）经二值化处理后，该文件转化成以二进制数表示 的点阵图像文件。
第2章 CAD系统的硬件及软件
一个CAD系统是由一系列必要的硬件和软基础； • 软件是实现各项功能技术的核心。 • 使硬件各个元件能进行正确的协同工作，要有软
件的控制、指挥实现。
• 硬件好比是人的身体，而软件好比是人的头脑， 两者只有有机的组织起来才能充分发挥作用。