计算机辅助设计
中国海洋大学本科生课程大纲
课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修
一、课程介绍
1.课程描述：
水运工程制图是港口航道与海岸工程专业基础教学的重要组成部分，是港航专业工程师应该掌握的一项基本技能。
目前对工程图纸的要求已经从一般手工绘图转为按国家标准使用计算机软件进行标准化制图。
本课程包括计算机辅助设计（CAD）的基本绘图指令、图形的边界和修改、文字注释和尺寸标注、标准制图和出图方法。
通过课程教学与机房上机练习，要求学生了解计算机辅助设计（CAD）的发展概况，学会计算机辅助设计软件AutoCAD的基本操作，掌握基本的绘图、修改、编辑、标注工具和打印设置等指令，能够初步掌握使用AutoCAD软件进行工程制图，为从事相关技术工作打下坚实的基础。
2.设计思路：
本课程以工程制图的基本理论和基本方法为基础，以计算机绘图软件AutoCAD为平台，进行大量的上机实践，使同学们掌握在计算机绘图软件中进行标准化出图的方法。
课程内容包括两个模块：计算机辅助设计操作示范与讲授教学、计算机绘图的上机练习。
（1）计算机辅助设计示范与讲授教学：
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理论教学以在机房进行操作示范、讲授为主，辅助以电子教案和多媒体课件，重点进行计算机设计软件基本操作和主要指令的学习、训练和掌握。
明确《计算机辅助设计》的内容范围，包括AutoCAD软件的发展概况和操作基础、绘图基本指令、图形的编辑和修改、文字注释和尺寸标注、标准图纸与出图方法。
（2）计算机绘图的上机练习：
上机练习以学生自主练习为主，将理论讲授内容在AutoCAD软件中实现，上机练习期间就AutoCAD软件操作中的问题展开讨论。
3. 课程与其他课程的关系：
先修课程：画法几何及工程制图
本课程与画法几何及工程制图密切相关，计算机辅助设计是画法几何及工程制图在计算机软件上的应用，只有在画法几何及工程制图的基础上，计算机辅助设计的教学才能达到较好的效果。
二、课程目标
本课程的目标是培养学生的计算机绘图能力，达到华盛顿公约规定的国际工程师认证的标准，培养符合国家经济发展需要的工程技术人才。
（1）、知识获取
（Ⅰ）了解计算机辅助设计软件AutoCAD的发展概况，相关软硬件基础要求。
（Ⅱ）掌握AutoCAD 主要版本的基本操作。
（Ⅲ）掌握基本绘图、修改、编辑及尺寸标注等主要指令。
（Ⅳ）掌握水运工程对制图的基本要求和出图方法。
（2）、思维方法培养
（Ⅰ）、培养学生缜密、立体观察问题的思维方法；
（Ⅱ）、培养学生综合、系统分析问题的思维方法。
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（3）、能力培养
（Ⅰ）、熟悉水工建筑物设计制图过程和工程制图国家标准，培养学生能够按照工程要求绘制并打印复制各种工程应用图纸的能力。
（Ⅱ）、熟悉计算机软件功能，培养学生具有安装调试不同版本软件的能力；
（Ⅲ）、培养学生掌握工程师语言能力。
三、学习要求
计算机辅助设计是一门实用性很强的课程，作为一名港航工程师，在校期间不仅要有扎实的理论基础，而且要有一定的动手能力和熟练的实用技能。
要达到以上学习任务，学生必须：
（1）按时上课，上课认真听讲，充分利用上机练习时间巩固学习效果，积极参与课堂讨论。
本课程将包含较多的课堂练习、讨论等活动。
（2）保质保量的按时完成课下作业。
针对每堂课所学内容均有作业需要提交，在作业中不断掌握所学习的技能。
四、教学进度
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五、参考教材与主要参考书
教材：
《计算机辅助设计AutoCAD2004实用教程》刘英宁，中国水利水电出版社，2005.6 第1版
参考书：
《AutoCAD2005 建筑施工图绘制》，汪琪美，霍新民，电子工业出版社，2005.10 第1版。
六、成绩评定
（一）考核方式 A ：A.闭卷考试B.开卷考试C.论文D.考查E.其他
（二）成绩综合评分体系：
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七、学术诚信
学习成果不能造假，如考试作弊、盗取他人学习成果、一份报告用于不同的课程等，均属造假行为。
他人的想法、说法和意见如不注明出处按盗用论处。
本课程如有发现上述不良行为，将按学校有关规定取消本课程的学习成绩。
八、大纲审核
教学院长：院学术委员会签章：
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计算机辅助设计的历史演变
计算机辅助设计的历史演变计算机辅助设计（CAD）的历史演变是一个技术进步和创新不断推动的过程。
从最初的手工绘图到现代的数字化设计，CAD的发展经历了多个阶段，每个阶段都代表了技术的重大突破。
一、计算机辅助设计的起源与早期发展计算机辅助设计的历史可以追溯到20世纪50年代，当时计算机技术刚刚起步。
最早的CAD系统是为大型企业和研究机构设计的，主要用于复杂的工程计算和模拟。
这一时期的CAD系统功能有限，主要依赖于批处理方式运行，用户需要编写程序来描述设计意图。
1.1 早期的CAD系统最早的CAD系统包括MIT的"SAGE"项目和通用汽车的"DASH"系统。
这些系统主要用于飞机和汽车的设计，它们通过数字化手段提高了设计效率和精度。
然而，由于硬件成本高昂和操作复杂，这些系统并未得到广泛普及。
1.2 图形显示技术的发展60年代，随着图形显示技术的发展，CAD系统开始支持图形界面，使得设计师能够直观地看到设计结果。
这一时期，出现了如"Auto-Sketch"和"CADAM"等早期的交互式CAD系统，它们允许用户通过光笔或键盘输入来创建和修改设计。
二、交互式CAD系统的兴起与成熟70年代至80年代，随着个人计算机的普及和图形处理技术的进步，交互式CAD系统得到了快速发展。
这一时期的CAD系统不仅功能更加强大，而且操作更加友好，使得更多的设计师能够利用计算机进行设计工作。
2.1 交互式CAD系统的普及70年代末，随着苹果II和IBM PC等个人计算机的推出，CAD软件开始向个人用户转移。
这一时期，Autodesk公司的"AutoCAD"软件的问世，标志着CAD软件进入了一个新的时代。
AutoCAD以其易用性和强大的功能迅速占领市场，成为行业标准。
2.2 三维CAD的发展80年代，随着计算机处理能力的增强，三维CAD系统开始出现。
计算机辅助设计岗位职责
计算机辅助设计岗位职责
计算机辅助设计师是一种专门从事计算机辅助设计工作的职业，职责包括但不限于以下内容：
1、根据客户要求及相关标准要求，独立完成产品的数学模型、
技术图纸、工艺流程布局等的制作，并通过计算机进行优化设计；
2、负责计算机软件操作规范化、标准化，及时修正软件操作缺
陷与错误；
3、将产品的三维模型转换成二维图形并配以文字说明，制作压力、弯曲、拉伸等性能测试图；
4、协助相关工程师进行产品专业化的设计，对常规工艺与工艺
改进进行提供建议；
5、对文档进行管理和归档，保证信息的可靠性和及时性，以方
便生产、维修及研发工程师等工作操作；
6、负责维护计算机辅助设计软件，编写自动化软件程序，提高
计算机技术水平，并针对产品开发中出现的问题进行技术支持；
7、有必要时，协调并跟踪供应商的设计与技术文件，以保证产
品质量；
8、进行管理，协调、指导、培训新员工，并参与制定部门的制
度与规章制度。
计算机辅助设计名词解释
计算机辅助设计名词解释
计算机辅助设计（Computer Aided Design，简称CAD）是一种利用计算机技术辅助进行产品、工程等的设计和制造的新兴技术。
以下是一些与CAD相关的名词解释：
1. 三维建模（3D Modeling）：使用CAD软件进行物体的三维几何建模，包括曲面建模和实体建模两种方式。
2. CAD/CAM集成系统：将CAD软件和CAM软件相结合，实现从设计到加工制造的全过程自动化。
3. 数据库管理系统（Database Management System，简称DBMS）: 用于存储和管理CAD数据的软件系统，可以对图形、文本、属性等数据进行有效的存储和管理。
4. 参数化设计（Parametric Design）：利用CAD软件的参数化功能，通过设定物体各部分的尺寸、形状、位置等参数来完成设计。
5. 自由曲面（Freeform Surface）：指没有明确规律的曲线或曲面，在CAD软件中可以通过绘制控制点等方式进行设计。
6. 数字化模型（Digital Model）：CAD软件中用于表示物体的三维数字模型，包括线框模型、表面模型和实体模型等。
7. 图形用户界面（Graphical User Interface，简称GUI）：CAD 软件中的操作界面，提供了可视化的操作界面和图形化的操作方式，使得用户可以方便地进行设计和编辑。
8. 特征建模（Feature Modeling）：通过CAD软件中的特征命令对物体进行分解和建模，以实现更加精细的设计和制造。
总之，以上这些名词是计算机辅助设计中常用的术语，了解这些术语有助于深入理解和掌握CAD技术。
计算机辅助设计实验报告
计算机辅助设计实验报告计算机辅助设计实验报告引言：计算机辅助设计（Computer-Aided Design，简称CAD）是指利用计算机技术进行设计、绘图和分析的过程。
它可以大大提高设计效率和准确性，广泛应用于各个领域，如建筑、机械、电子等。
本实验旨在通过实际操作，探索计算机辅助设计的原理和应用。
一、实验目的本实验的主要目的是让学生掌握CAD软件的基本操作和应用技巧，培养学生的设计思维和创新能力。
具体的实验目标包括：1. 熟悉CAD软件的界面和基本工具；2. 掌握CAD软件的绘图、编辑和修改功能；3. 学会使用CAD软件进行三维建模和渲染；4. 运用CAD软件解决实际设计问题。
二、实验内容1. CAD软件的安装和配置；2. CAD软件的基本操作：绘图、编辑、修改；3. CAD软件的高级功能：三维建模、渲染；4. CAD软件在实际设计中的应用。
三、实验步骤1. 安装CAD软件并进行配置。
根据实验指导书提供的安装包和教程，完成软件的安装和配置工作。
2. 学习CAD软件的基本操作。
通过实际操作，学习CAD软件的界面布局、工具栏功能、快捷键等基本操作技巧。
3. 进行绘图实验。
根据实验指导书提供的绘图要求，使用CAD软件进行绘图，并进行相应的编辑和修改。
4. 学习CAD软件的高级功能。
通过实际操作，学习CAD软件的三维建模和渲染功能，探索其在设计中的应用。
5. 进行实际设计应用实验。
根据实际设计问题，使用CAD软件进行设计和分析，并得出相应的结论。
四、实验结果与分析在进行实验过程中，我们成功完成了CAD软件的安装和配置，并熟练掌握了CAD软件的基本操作和高级功能。
通过绘图实验，我们能够快速、准确地完成各种图形的绘制，并进行相应的编辑和修改。
在三维建模和渲染实验中，我们能够将平面图形转化为立体模型，并进行真实感渲染，使设计更加生动、逼真。
在实际设计应用实验中，我们选择了一个建筑设计项目作为案例。
通过CAD软件，我们能够将设计师的想法快速转化为图纸，并进行分析和评估。
什么是计算机辅助设计
什么是计算机辅助设计CAD技术在工程、建筑、制造、航空航天等领域得到广泛应用。
计算机辅助设计有以下几个主要特点：1.数字化设计：CAD技术将设计过程数字化，使设计师可以在计算机界面上创建、修改和操控设计对象。
相较于传统纸质设计，CAD技术提供了更丰富的工具和操作方式，使得设计过程更加高效。
2.实时反馈：CAD软件可以立即反馈设计修改的结果，设计师可以通过观察计算机屏幕上的模型实时查看设计结果。
这种实时反馈可以大大加快设计过程，减少错误和重复劳动。
3.精度与准确性：CAD软件能够以高精度生成和处理设计信息，几何形状、尺寸、比例等可以在计算机中精确控制。
设计师可以通过CAD技术在设计初期发现并解决设计问题，避免在实际制造或建造过程中出现问题。
4.数据交互与共享：CAD技术使用的通用文件格式（如DXF、DWG等）使得设计数据可以方便地在不同软件之间交互和共享。
多个设计师可以同时使用相同的设计数据，协作完成设计任务。
5.模拟和分析：CAD软件还可以进行模拟和分析，如强度分析、流体分析、热分析等。
设计师可以使用这些分析结果来改善设计方案，提高产品或建筑的性能。
CAD对于设计行业的影响巨大。
它提供了设计过程的快速迭代和精确控制，设计师能够更加专注于创造性的任务。
通过CAD技术，设计师可以更好地实现其设计理念，并更好地满足客户需求。
然而，CAD技术也带来了一些挑战。
首先，CAD软件和硬件的投入成本较高，尤其是需要处理大型数据模型的项目。
其次，CAD技术的使用需要一定的技术培训和经验，这对于一些设计师来说可能是一个障碍。
尽管如此，计算机辅助设计仍然是设计行业中不可或缺的一项技术。
随着计算机软硬件技术的不断发展，CAD技术也在不断创新和演进。
它将继续推动设计行业的发展，为设计师提供更强大、更灵活的工具，使设计过程更快速、更准确、更创新。
计算机辅助设计及制造技术
• （2）常用的数据排序算法和查找算法
•
1）数据的排序算法。
•
2）常用的查找算法。
•
3）数据的插值。
•
4）曲线拟合。
一、概 述
计算机辅助设计（CAD）利用计算机 软硬件技术辅助设计人员对产品、工程进 行分析计算、几何建模、模拟仿真、优化 设计、绘制工程图样等的管理、生成技术 文件等的方法技术。
1．计算机图形显示输出设备
计算机图形的显示与相应的显示设备 有密切的关系，显示器分辨率的高低对 图形的生成质量和真实感有直接的关系。
常见的显示设备如：阴极射线管显 示器、液晶显示器、等离子显示器等等。
输出设备通常包括：打印机、绘图 仪、头盔显示器等。
2．图形元素生成的基本原理
计算机图形学的实质就是通过计算机将数 据转换为图形，并在显示器上进行实时显示。
Oracle数据库是一种大型数据库系统，一 般应用于商业，政府部门，它的功能强大，能 够处理大批量的数据，在网络方面也用的非常 多。
第3章
计算机图形处理及建模技术
• 基本内容 • 1．计算机图形显示输出设备 • 2．图形元素生成的基本原理 • （1）图形元素生成的基本算法。 • （2）图形的几何变换。 • （3）图形真实感处理简介。 • 3．几何建模方法 • （1）线框建模。 • （2）表面建模。 • （3）实体建模。 • （4）边界表示法。 • （5）实体结构几何法（CSG法）。 • （6）特征建模。
(3) 网状结构
网状结构是多对多得结构关系，比树结构更为复 杂的一种非线性结构，它的每个节点可能有多个前趋， 也可能有多个后继，节点的联系是任意的，它的每条 边具有相应的含义及权值。
3.数据库系统及应用
(1) 数据库系统的基本概念及分类
计算机辅助设计
计算机辅助设计（CAD：Computer Aided Design）技术是以计算机、外围设备及其系统软件为基础，包括二维绘图设计、三维几何造型设计、有限元分析（FEA）及优化设计、数控加工编程（NCP）、仿真模拟及产品数据管理等内容。
随着Internet/Intranet网络和并行、高性能计算及事务处理的普及，异地、协同、虚拟设计及实时仿真也得到广泛应用。
一、CAD技术的产生及发展过程准备和酝酿时期（50－60年代初）CAD技术处于被动式的图形处理阶段。
1．蓬勃发展和进入应用时期（60年代）提出了计算机图形学、交互技术、分层存储符号的数据结构等新思想，从而为CAD技术的发展和应用打下了理论基础。
60年代中期出现了许多商品化的CAD设备，60年代末，美国安装的CAD 工作站已达200多台，可供几百人使用。
2．广泛使用的时期（70年代） 1970年美国Applicon公司第一个推出完整的CAD系统。
出现了面向中小企业的CAD／CAM商品化系统。
70年代末，美国CAD工作站安装数量超过12000台，使用人数超过2．5万。
3．突飞猛进的时期（80年代）在这个时期，图形系统和CAD／CAM工作站的销售量与日俱增，美国实际安装CAD系统至1988年发展到63000套。
CAD／CAM技术从大中企业向小企业扩展；从发达国家向发展中国家扩展；从用于产吕设计发展到用于工程设计和工艺设计。
4．开放式、标准化、集成化和智能化的发展时期（90年代）由于微机加视窗95／98／NT操作系统与工作站加Unix操作系统在以太网的环境下构成了CAD系统的主流工作平台，因此现在的CAD技术和系统都具有良好的开放性。
图形接口、图形功能日趋标准化。
在CAD系统中，综合应用正文、图形、图像、语音等多媒体技术和人工智能、专家系统等技术大大提高了自动化设计的程度，出现了智能CAD新学科。
智能CAD把工程数据库及其管理系统、知识库及其专家系统、拟人化用户接口管理系统集于一体，形成如图1示所示的结构。
计算机辅助设计
③ 基于特征的设计 特征设计是用易于识别的、包含加工信息的几何单元(如孔、
槽，倒角等)来取代以往设计中所用的纯几何描述(如直线、圆 弧等)。
与传统的机械设计相比，CAD技术都有着巨大的优越性。
主要表现在： ① CAD可以提高设计质量。 ② CAD可以节省时间，提高生产率。 ③ CAD可以较大幅度地降低成本。 ④ CAD技术将设计人员从繁琐的计算和绘图工作中解放出
来，使其可以从事更多的创造性劳动。
（2）计算机辅助设计的研究热点及展望 CAD技术现今及将来会在以下几方面进行重点研究，并将
知识获取
专家系统部分
人机界面
知识库 模式性知识 数值分析法 规则性知识
自学习机
推理机
设计资料 数据库
逻辑推理 模式联想
分析计算
CAD部分
用户
图形交互 输入输出
绘图及文 件编写
动态 数据库
图1-6
由图1-6可知，一个智能CAD系统由以下几个部分组成： ① 知识获取，用来获取来自领域专家的知识；
② 知识库，用来存放各种知识，工作时与推理机交换信息； ③ 自学习机，在推理过程中进行学习，将得到的新知识不断充 实知识库，并删除知识库中过时的知识； ④ 人机界面，是用户与系统的接口； ⑤ 绘图和文件编写，从中间数据库获取结果数据，采用交互或 自动化的方式产生图样和设计文件； ⑥ 动态数据库，存放推理过程的中间结果、用户输入信息及最 终结果； ⑦ 推理机是整个系统的核心，其任务是将输入要求与知识库相 匹配，触发适用的规划，使有关结论得到执行。推理机要对各 组成部分实现控制，解决各结论之间的矛盾，对设计结束进行 评价和决策，最后得到最佳设计结果； ⑧ 分析计算部分，用各种程序进行计算和分析，给推理机提供 定量的评价和决策数据； ⑨ 设计资料数据库，存放大量的设计标准和参考资料，用来支 持分析计算、评价及决策过程。
计算机辅助设计
计算机辅助设计
计算机辅助设计是指通过计算机软件和工具辅助进行各种设计活动的过程。
它利用计算机的强大计算能力和图形处理功能，能够提高设计师的工作效率和设计质量。
计算机辅助设计广泛应用于建筑设计、工业设计、平面设计等领域。
计算机辅助设计的一个重要任务是将设计师的创意通过计算机软件转化为数字模型。
设计师可以通过计算机辅助设计软件进行草图绘制、三维建模、材料选择等操作，这些功能可以帮助设计师快速地将想法转化为可视化的形式。
在传统设计过程中，设计师需要手工绘制大量的草图和模型，而使用计算机辅助设计可以极大地简化这个过程，同时还可以实现更精确的设计。
另一个重要的功能是计算机辅助设计可以提供设计方案的评估和优化。
设计师可以通过计算机模拟和仿真来预测设计方案的性能和效果。
例如，在建筑设计中，设计师可以使用计算机软件模拟建筑物的能源消耗、采光效果等，从而优化建筑物的整体设计。
通过这种方式，设计师可以更好地掌握设计的细节和效果，从而做出更合理和完善的设计方案。
此外，计算机辅助设计还可以提供更好的团队协作和沟通机制。
设计师可以将设计方案通过计算机辅助设计软件进行文件共享和在线协作，从而方便不同角色的设计师共同参与和交流。
这种协作机制可以极大地提高设计团队的工作效率和设计质量。
总的来说，计算机辅助设计是利用计算机软件和工具辅助进行设计活动的过程。
它可以帮助设计师转化创意为数字模型，进
行设计方案的评估和优化，提供团队协作和沟通机制。
计算机辅助设计在提高设计效率和质量方面发挥了重要作用，是现代设计领域不可或缺的工具之一。
计算机辅助设计(CAD)
1.2 CAD在土木工程中的 应用
PMCAD可绘制各种类型结构的结构平面图和楼板配筋图， PMCAD还可以作砖混结构和底层框架上层砖房结构的抗震分析 验算。同时，PMCAD还能够用来统计结构工程量，并以表格形 式输出。
1.2 CAD在土木工程中的 应用
2）PK模块 PK模块则是钢筋混凝土框架、框排架、连续梁结构计算与
施工图绘制软件，PK模块具有二维结构计算和钢筋混凝土梁柱 施工图绘制两大功能。
PK模块本身提供一个平面杆系的结构计算软件，适用于工 业与民用建筑中各种规则和复杂类型的框架结构、框排架结构、 排架结构、剪力墙简化成的壁式框架结构及连续梁结构、拱形 结构等。
1.2 CAD在土木工程中的 应用
在整个PKPM系统中，PK承担了钢筋混凝土梁、柱施工图辅 助设计的工作，可为用户提供四种方式绘制的梁、柱施工图。
1.2 CAD在土木工程中的 应用
整座建筑的设计应包括建筑、结构、给水排水、暖气通风、 通信、供电、电梯等设备以及装修等各协作专业的设计集成，称 为建筑集成化设计体系。
现在国际上先进的建筑集成化计算机辅助设计系统（CAAD） 具有资料检索（信息库的建立与管理）、科学计算、绘图与图形 显示、仿真模拟、综合分析、评价优化以及咨询决策等方面的基 本功能。它的工作范围包括可行性研究、总体规划、初步设计、 技术设计、施工图绘制、设计文件以及工程造价预测与分析的全 过程。
图12-2 PKPM建模
1.2 CAD在土木工程中的 应用
1）PMCAD模块 结构平面计算机辅助设计软件（PMCAD）是整个PKPM软
件的核心，它采用人机交互方式，引导用户逐层对要设计的结 构进行设置，建立起一套描述建筑物整体结构的数据，如图123所示。
图12-3 PM软件界面