第二章 CADCAM硬件软件系统.ppt
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1、第二章CAD/CAM系统的支撑环境,2学时,知识点,2.1 CAD/CAM系统的硬件 2.2 CAD/CAM系统的软件 2.3 工程数据库,学习重点: 在了解了CAD/CAM系统工作过程之后,学习系统的基本组成;了解硬件的类型、配置形式和软件种类、功能;掌握CAD/CAM系统的选用原则。通过本知识点的学习,能够为一个具体部门(企业或公司),根据工作性质配置一个相对完整的CAD/CAM 系统。,2.1.1 CAD/CAM的基本组成 一个完整的CAD/CAM系统必须具备硬件系统, 软件系统。,2.1 CAD/CAM系统的硬件,软件 核心,人 关键,硬件 基础,2.1 CAD/CAM系统的硬件,一、
2、CAD/CAM系统的分类 1、按照系统是否具有人机对话功能可以分为交互型和自动型 2、按照CAD/CAM系统中采用的计算机类型,外围设备以及它们之间的联系方式可分为独立式和分布式。 独立式按照所用计算机的不同又可划分为以下四种类型: 如图,2.1 CAD/CAM系统的硬件,2.1 CAD/CAM系统的硬件,分布式系统,2.1 CAD/CAM系统的硬件,2.1.2 硬件 硬件是一切可以触摸到的物理设备。 一、主机 主存储设器和高速的中央处理器(控制器、运算器) 外存储器 外围设备,输入输出设备 显示器 图形输入输出设备,2.1 CAD/CAM系统的硬件,二、显示器 是计算机的基本配置之一,也是C
3、AD/CAM系统中最为重要的设备。作为系统的输入设备,显示器可以随时对用户的操作作出及时的响应;作为输出设备,可以将设计过程的中间结果从屏幕上提供给用户,以便不断编辑、修改,是人机交互必不可少的工具。,三、外存储器 是补充内存、减轻主机负荷的一种辅助存储设备,用来存放大量暂时不用而等待调用的程序和数据,它通过内存参与计算机的工作,容量比内存大,速度慢。通常对存储器的评价须考虑容量、价格、存取速度等指标。,2.1 CAD/CAM系统的硬件,四、输入设备 对于交互式CAD/CAM系统来说,除需要具有一般计算机系统的输入设备,还应能提供以下功能:,2.1 CAD/CAM系统的硬件,输入设备类型,触摸
4、屏,语音输入设备,数据手套,位置传感器,键盘,鼠标,数字化仪(图形输入板),扫描仪,数码相机,数字化 仪,扫描仪,2.1 CAD/CAM系统的硬件,数码相机,2.1 CAD/CAM系统的硬件,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。,2.1 CAD/CAM系统的硬件,五、输出设备 是计算机实用价值的体现,CAD/CAM系统中输出设备的作用主要是将设计的数据、文件、图形、程序、指令等显示、输出或
5、者发送给相关的执行设备。常用的输出设备有如下几种。,输出设备类型,显示器显卡,打印机与绘图仪,2.1 CAD/CAM系统的硬件,打印机 按颜色分类:黑白、彩色 按打印方式分类 点阵针式打印机 激光打印机 喷墨打印机 热转印打印机,针式打印机,2.1 CAD/CAM系统的硬件,激光打印机,激光打印机是综合了激光扫描技术和电子照相技术的一种非打击式打印机。,喷墨打印机,2.1 CAD/CAM系统的硬件,绘图仪 从结构上分,可以分为平台式和滚筒式两种。 平台式绘图仪的工作原理是,在电脑信号的控制下,笔或喷墨头的、方向移动,而纸在平面上不动,从而绘出图来。 滚筒式绘图仪的工作原理是,笔或喷墨头沿方向移
6、动,纸沿方向移动,这样,可以绘出较长的图样。,2.1 CAD/CAM系统的硬件,六 网络互联设备 1、网络适配器(即网卡) 它是物理上连接计算机网络的硬件设备,在计算机管理下,按某种约定协议,将计算机内信息保存的格式与网络线缆发送或接收的格式进行双向变换(一般是借助共享内存,在系统内存和网卡内存之间进行数据交换),控制信息传递及网络通信 2、传输介质 有线网络传输介质主要有以下几种:双绞线 屏蔽非屏蔽,2.1 CAD/CAM系统的硬件,2.2.3 当前CAD系统的硬件环境 1. 主要是工程工作站及个人计算机。工作站是具有高速的科学计算、丰富的图形处理及灵活的窗口与网络管理功能的交互式计算机系统
7、,它一般具有32位或64位字长的中央处理器(CPU),广泛采用精简指令(RISC),超标量、超流水线及超长指令技术,具有Unix操作系统和X窗口管理系统,在一个分布式的网络环境下运行。,2.1 CAD/CAM系统的硬件,2. 目前流行的工作站主要有:Sun公司的SPARCStation10工作站,美国惠普(HP)公司的HP-PA工作站,DEC公司的Alpha工作站,SGI工作站及IBM公司的RS/6000工作站。工作站虽然性能优越,图形处理速度快,但价格却十分昂贵,这在当前一定程度上限制了CAD/CAM技术的推广。,2.1 CAD/CAM系统的硬件,3. 随着计算机硬件技术的飞速发展,个人计算
8、机的计算能力、图形处理能力的不断提高和操作系统的逐渐完善,使其与专业RISC/Unix工作站的性能差距逐渐缩小。尤其是Intel的PentiumPro和Pentium芯片以及Microsoft的WindowsNT的发布,使得个人计算机在性能上完全具备了与中低档工作站竞争的实力,加之个人计算机价格低廉,这使其在普及CAD应用中起到了工作站所不能代替的作用。,2.2 CAD/CAM系统的软件,2.2.1 系统软件分类 计算机软件: 是指与计算机系统操作使用有关的程序、规程及相关文档资料等的总和,亦可以简单理解为各种程序及其相关资料和数据。 根据系统中执行的任务及服务对象的不同,可将软件系统分为三个
9、层次: 系统软件 支撑软件 应用软件,应 件 用 软,支 件 撑 软,系统 软件,2.2 CAD/CAM系统的软件,2.2 CAD/CAM系统的软件,一、系统软件 功能 为用户使用计算机提供一个清晰,简洁,易于使用的友好界面; 尽可能使计算系统中的各种资源得到充分而合理的应用。 特点 通用性,不同领域的用户都可以和需要使用它,即多机通用和多用户通用; 基础性,系统软件是支撑软件和应用软件的基础 选择原则,软件的性能价格比 与硬件匹配 二次开发环境 开放性 软件商的综合能力,2.2 CAD/CAM系统的软件,具体包括: 操作系统:计算机软件核心,有CPU管理、内存管理、I/O管理、文件管理等功能
10、,常用操作系统有DOS、Windows、Unix、OS/2等。 语言编译系统:如 Basic、C/C+、LISP等编译系统,是将高级语言转换为计算机机器语言。 图形接口标准:如 GKS、PHIGS、GL/OpenGL等图形接口标准,独立于硬件设备和各种不同的计算机语言。,2.2 CAD/CAM系统的软件,二、支撑软件,几何建模软件: I-DEAS,Pro-E, UG等。 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。,有限元分析软件:举例:SAP,SKA,NASTRAN,ANSYS等有限元分析软件。 优化
11、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。 系统运动学/动力学模拟仿真软件:举例:ADAMS机械系统动力学自动分析软件。,绘图软件: 举例:AUTOCAD软件。 数据库系统软件: 举例:INGRES, PB,ORACLE, SYBASE, FOXPRO等,2.2 CAD/CAM系统的软件,三、应用软件 在系统软件和支撑软件基础上,针对某一具体应用开发的软件,如机床设计、夹具设计、汽车车身设计等CAD或CAE软件系统。 开发应用软件应遵循的原则,使用方便 灵活的提示信息 记忆最少原则 良好的工作方式 可以容忍的响应时
12、间 良好的出错处理,2.2 CAD/CAM系统的软件,2.2.2系统设计的总体原则,1.实用化原则 CAD/CAM系统是一项实用性、针对性很强的技术,具有高投入、高产出、高风险的特征。实施CAD/CAM技术必须以实用化为前提,否则很难带来经济效益和社会效益。设计系统时必须明确应用领域和对象,要达到的目标及需要的关键技术。 2.适度先进性原则 CAD/CAM技术是一项处于不断发展和完善中的技术。在设计系统时,要有发展的眼光,对CAD/CAM技术的未来有一定的预测,选用实用性强、技术先进且成熟的设备与软件,降低投资风险。,2.2 CAD/CAM系统的软件,2.2 CAD/CAM系统的软件,3.系统
13、性原则 系统性原则有两方面的含义,一是指在系统设计时要充分考虑功能、软硬件配置上的完整性,二是指充分考虑各硬件设备和软件在功能、性能方面的匹配。由此确定系统集成水平,提出对系统硬件、软件、数据库、网络、接口的具体要求 4.整体设计与分步实施原则 如上所述,CAD/CAM是处于不断发展和完善中的高投入高风险技术,在进行设计时既要考虑实用性和企业承受能力,又要考虑先进性和系统性。要求将近期目标与长远目标相结合。设计时充分考虑系统性、完整性和先进性,实施时充分考虑实用性和承受能力,分步实施,逐步建设。,2.2.3 CAD/CAM主流软件产品 (1)AutoCAD及MDT AutoCAD系统 美国Au
14、todesk公司 二维工程绘图软件 具有部分的三维作图造型功能 它是目前世界上应用最广的CAD软件,占整个世界个人微机CAD/CAE/CAM软件市场的37%左右 MDT(MechanicalDesktop)是Autodesk公司在机械行业推出的基于参数化特征实体造型和曲面造型的微机CAD/CAM软件,据称目前已经装机2万余套,MDT的用户主要有:中国一汽集团、荷兰菲利浦公司、德国西门子公司、日本东芝公司、美国休斯公司等等。,2.2 CAD/CAM系统的软件,(2)Pro/Engineer Pro/Engineer系统是美国参数技术公司(ParametricTechnologyCorporati
15、on简称PTC)的产品,它刚一面世(1988年),就以其先进的参数化设计、基于特征设计的实体造型而深受用户的欢迎。此外,Pro/Engineer一开始就建立在工作站上,使系统独立于硬件,便于移植;该系统用户界面简洁,概念清晰,符合工程人员的设计思想与习惯。Pro/Engineer整个系统建立在统一的数据库上,具有完整而统一的模型,能将整个设计至生产过程集成在一起,它一共有20多个模块供用户选择。,ro/Engineer在最近几年已成为三维机械设计领域里最富有魅力的系统,其销售额和用户群仍以最快的速度向前发展,2.2 CAD/CAM系统的软件,(3)I-DEASMasterSeries5 I-D
16、EASMasterSeries是美国SDRC(StructuralDynamicsResearchCorporation)公司自1993年推出的新一代机械设计自动化软件。I-DEASMasterSeries5于今年6月20日在美国首次展示,其最大的突破在于VGX技术的面市,极大地改进了交互操作的直观性和可靠性。另外,该版本还增强了复杂零件设计、高级曲面造型以及有限元建模和耐用性分析等模块的功能。在我国,正式使用I-DEASMasterSeries软件的用户已经超过400家,居于三维实体机械设计自动化软件的主导地位。由于SDRC公司早期是以工程与结构分析为主逐步发展起来的,所以工程分析是该公司的
17、特长。SDRC公司近期还集中了优势力量大力加强数控加工功能的开发。,2.2 CAD/CAM系统的软件,(4)CATIA CATIA系统是法国达索(Dassault)飞机公司DassaultSystems工程部开发的产品。该系统是在CADAM系统(原由美国洛克希德公司开发,后并入美国IBM公司)基础上扩充开发的,在CAD方面购买原CADAM系统的源程序,在加工方面则购买了有名的APT系统的源程序,并经过几年的努力,形成了商品化的系统。CATIA系统如今已经发展为集成化的CAD/CAE/CAM系统,它具有统一的用户界面、数据管理以及兼容的数据库和应用程序接口,并拥有20多个独立计价的模块。该系统的
18、工作环境是IBM主机以及RISC/6000工作站。如今CATIA系统在全世界30多个国家拥有近2000家用户,美国波音飞机公司的波音777飞机便是其杰作之一。,2.2 CAD/CAM系统的软件,(5)Unigraphics(UG) UG起源于美国麦道(MD)公司的产品,1991年11月并入美国通用汽车公司EDS分部。如今EDS是全世界最大的信息技术(IT)服务公司,UG由其独立子公司UnigraphicsSolutions开发。UG是一个集CAD、CAE和CAM于一体的机械工程辅助系统,适用于航空航天器、汽车、通用机械以及模具等的设计、分析及制造工程。该软件可在HP、Sun、SGI等工作站上运
19、行,自称安装总数近3万台。UG采用基于特征的实体造型,具有尺寸驱动编辑功能和统一的数据库,实现了CAD、CAE、CAM之间无数据交换的自由切换,它具有很强的数控加工能力,可以进行2轴2.5轴、3轴5轴联动的复杂曲面加工和镗铣。UG还提供了二次开发工具GRIP、UFUNG、ITK,允许用户扩展UG的功能。UG自90年初进入中国市场,至今已装机2000台套左右。,2.2 CAD/CAM系统的软件,(6)SolidWorks SolidWorks是一套基于Windows的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系统,是由美国SolidWorks公司于1995年11月研制开发的,其价格仅为工作站CAD系
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