第2章CADCAM系统组成

• 工作站：UNIX、WindowsNT/2000/XP等
• 微机上主要采用Windows系列操作系统。
• 2. 编译系统
• 将用汇编语言、高级语言编写的程序翻译 成计算机能够直接执行的机器指令。有了 编译系统，用户就可以用接近人类自然语 言和数学语言的方式编写程序，而翻译成 机器指令的工作则由编译系统完成。
2.1.3 输入/输出设备
• 2.1.3 输入/输出设备 • 输入设备泛指用于向计算机输入信息的设
备。输出设备是用于将计算机中的信息展 示给用户的设备。结合CAD系统的特点， 可把输入/输出设备分为图形输入设备、图 形输出设备和图形显示设备。
• 1. 图形输入设备
• 常见的输入设备包括鼠标、键盘、数字化 仪、图形扫描仪等。
根据设计任务建立数学模型
修改数 学模型
输入参数 求解目标参数 显示图形，表格求值
程序库 数据库
N 确认满意 Y 结束
图2.4 自动型CAD系统工作流程图
• 3. 交互型
• 交互型系统是利用输入、输出设备，通过 人机对话的方式工作的。
• 目前，国内外广泛应用的高级语言，如 FORTRAN、PASCAL、Visual C++、 Visual Basic等均有各自的编译系统。
• 2.2.2 支撑软件
• 在系统软件基础上开发出来的、满足CAD 用户某些需要的通用软件或工具软件。根 据支撑软件所提供的功能可分为以下几种：
• 1. 图形软件
• 3. 图形显示设备 • 1) 显示器 • 标准阴极射线管(CRT)、液晶显示(LCD)、
激光显示、等离子显示等。
• 2) 图形显示卡 • 起着CPU与显示器之间的接口、处理图形
数据、加速图形显示等作用。
• 4. 生产设备
• 最早的CAM主要指的是数控(NC)加工，相 应的设备主要包括数控车床、数控铣床、 数控线切割机等。随着CAM技术的发展， CAM的定义也不断拓宽，相关的生产设备 也不断增多。
• 3. 工程分析和计算软件
• 满足实际生产各种工程分析和计算的需要。 这些功能不可能也不必要在CAD应用软件 中全部实现，而是以这些工程分析和计算 软件作为支撑。
• 主要包括： • 1) 常用数学方法库
• 用于解决各类数学问题，如提供解微分方 程、线性方程组、数值积分、有限差分、 曲线(面)拟合等的计算机程序。
• 4) 图形扫描仪
• 图形扫描仪是一种能将图纸及文件快速输 入到计算机的高速输入设备，根据光学原 理来获取被扫描图纸各点的信息，之后将 所获得的信息进行处理，得到扫描的图形。 其主要性能指标是扫描幅面、扫描分辨率 和扫描速度。
扫描时，获得的扫描结果为点阵各点的明 暗信息，随后经过矢量化处理，输出矢量 图，之后进行系列后续处理，得到CAD系 统可使用的图形格式，如图2.2所示。
第2章 CAD/CAM系统的组成
• 教学提示：CAD/CAM系统是以计算机硬件 为基础，系统软件和支撑软件为主体，应 用软件为核心组成的面向工程设计问题的 信息处理系统。从广义上来讲，CAD/CAM 相关的硬件、软件以及人都可以作为 CAD/CAM系统的组成部分。CAD/CAM系 统的组成主要讨论其软硬件组成、分类以 及人在CAD/CAM系统中的地位和作用。
• 另外，有些CAD软件中已经集成了CAE， 其功能涵盖了设计、建模、工程分析等方 面的功能，例如UG软件。
• 2.2.3 应用软件
• 应用软件是用户为解决实际应用问题而 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。
应用软件 支撑软件 系统软件
图2.3 CAD系统的软件组成
• 2.2.1 系统软件
• 系统软件指使用、管理、控制计算机运行 的操作系统及语言处理程序等的集合，是 用户与计算机硬件的连接纽带。是支撑软 件和应用软件的基础，主要包括操作系统 和编译系统。
• 1. 操作系统
• 操作系统是系统软件的核心，主要功能是 处理机管理、存贮管理、设备管理、文件 管理和作业管理。
• 2. 图形输出设备 • 为方便交流以及生产中的使用，CAD设计
的结果经常需要反映在图纸上，用于这一 用途的输出设备统称为硬拷贝机，主要包 括打印机和绘图仪。
• 1) 打印机 • 打印机是计算机系统最常用的输出设备。 ➢点阵打印机 ➢喷墨打印机 ➢激光打印机等
• 2) 绘图仪
• 根据在图纸上形成图形的原理不同，绘图 仪分为喷墨、激光、静电和笔式绘图仪。 在CAD中最常用的是笔式绘图仪和喷墨绘 图仪。与打印机相比，绘图仪可以有选择 的绘制图形，使用更加灵活，输出的图幅 也较大。
• 1. 磁盘 • 常用的磁盘有软盘和硬盘等。 ➢软盘：已经基本淘汰。 ➢硬盘：普遍采用，大容量，随机存储。 • 移动硬盘和U盘发展很快。 • 2. 光盘
• 利用激光进行读写，大容量存储，信息保 存时间长，成本低廉。
• 分为只读型光盘和可擦写型光盘两种。 DVD格式容量巨大，可能成为发展主流方 向。
. . .
计算机主机
图形显示终端
图形输出设备： 绘图机 打印机
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图2.1 CAD系统的基本硬件构成
2.1.1 计算机主机
• 计算机主机主要由中央处理器和内存储器 组成。
• 1. 中央处理器 • 运算器和控制器集成在一块芯片上，合称
中央处理机(Central Processing Unit， CPU)。CPU的性能决定着计算机的数据处 理能力、运算精度和速度。
• 主要内容：CAD系统的硬件组成、CAD系 统的软件组成以及CAD系统的分类等。
2.1 硬件组成
• 硬件是CAD/CAM系统运行的物质基础。 • 主要包括： ➢计算机主机 ➢输入设备 ➢输出设备 ➢存储器 ➢生产设备以及计算机网络等 • CAD系统的基本硬件构成如图2.1所示。
用户
图形输入设备： 键盘 鼠标 数字化仪 扫描仪 数码相机
• 3. 工作站系统
• 工作站包括工程工作站和图形工作站，是 为满足用户在工程和图形图像处理上的专 业需求和克服原有大型计算机、小型计算 机由于其系统庞大，不能适应工程和图形 处理中灵活多变的缺点而研制的专用计算 机。工作站具有强大的科学计算、丰富的 图形处理、灵活的窗口及网络管理功能， 通过网络可以共享系统资源。
• 1) 键盘
• 键盘是最常用的输入设备，计算机通过不 断的扫描键盘各节点的状态来判断按键的 状态并据此进行相应处理。
• 2) 鼠标
• 鼠标是CAD作业中常用的图形输入设备之 一，属于一种定位输入设备，可很方便的 完成定位、拾取和选择功能。
• 3) 数字化仪
• 数字化仪因制作原理不同而有多种类型， 目前常用的是电磁感应式数字化仪。
• 2.3.1 按硬件组成分类 • CAD系统按其硬件组成和计算机技术的发展历程，
可分为主机系统、小型机系统、工作站系统、微 机系统和基于网络的微机－工作站系统等5种。 • 1. 主机系统 • 主机系统又称大型主机系统，这类系统以一台大 (中)型计算机为中心，采用分时操作系统集中支 持几十个、甚至上百个CAD终端运行。
• 基本图形软件是根据各种图形标准和规范 实现的软件包，大多是供各种应用程序调 用的图形程序库或函数库。如CGI、GKS、 PHIGS、OpenGL等。这类图形资源软件通 常与设备无关。
• 2. 几何建模软件
• 通常，几何造型软件包括实体造型、曲面 造型以及近年来得到迅速发展的特征造型、 参数化造型、装配造型等。例如I-DEAS、 Pro/ENGINEER、Unigraphics(简称UG)等 软件都提供了很完善的几何建模功能。
• 4. 微机系统
• 随着微机运算和图形处理性能的迅速提高， 许多过去只能在工作站上运行的著名的高 端CAD/CAM软件，如CATIA、Unigraphics、 Pro/ENGINEER、I-DEAS等，目前均已移 植到微机上，微机CAD系统目前主要用于 运行中、低端的CAD支撑软件和应用软件。
• 5. 基于网络的微机－工作站系统
• CAD/CAM涉及大量的图形信息，需要工程 数据库的支持，但这类软件尚不够成熟。
• 5. 网络工程软件
• 网络工程软件包括服务器操作系统、文件 服务器软件、通信软件等。应用这些软件 可进行网络文件系统管理、存储管理、任 务调度、用户间通信、软硬件共享等工作。
• 6. NC编程软件
• 供CAD/CAM系统自动转换和输出NC加工 指令之用。
• 适用于产品定型之后标准化、系列化的设 计。不适于新产品的开发设计。
• 2. 自动型
• 自动型系统是设计者预先将待解决的问题 建立数学模型，找到目标函数，将其求解 过程编制程序形成的系统。系统运行时， 根据输入的参数自动进行数学模型求解， 不需人工介入。适用于事先能够用数学模 型描述的一类设计问题。其工作流程图如 图2.4所示。
扫描 图纸
光栅 文件
矢
量
Hale Waihona Puke 化处理M IB
文
件
后
处
理
M IB
文
件
矢量文件 格式转换
某种格式 矢量文件
CA D 系统
其它处理
系
统
• 图2.2 图形扫描输入系统
• 5) 数码相机
• 用光电转换器件(主要有CCD和CMOS)来感 光、滤光并将光信号转化为电信号。
• 直接可得到图形文件。
• 6）其它
• 此外，语音输入是目前正在研究的图形方 法，该方法利用人的自然语言通过输入图 形特性参数及其属性参数实现图形输入， 将是效率很高的一种图形输入方法。
• 2. 小型机系统
• 小型机系统又称小型机成套系统，出现于 20世纪70年代后期。它以32位超级小型机 为主机，通常带有几个到几十个终端。小 型机配有专用的硬件和软件，是由从事 CAD技术开发的公司专门为用户配置的计 算机配套系统。