第1章-計算機輔助設(shè)計概述

CAD

1第1章計算機輔助設(shè)計概述教學要求目標了解計算機輔助設(shè)計的概念、發(fā)展掌握計算機輔助設(shè)計的工作流程了解AutoCAD的發(fā)展及功能熟悉AutoCAD2006操作界面掌握啟動和退出的方法21.1CAD發(fā)展簡述1.1.1計算機輔助設(shè)計的概念計算機輔助設(shè)計（ComputerAidedDesign，CAD）是利用計算機強有力的計算功能和高效率的圖形處理能力，輔助知識勞動者進行工程和產(chǎn)品的設(shè)計與分析，以達到理想的目的或取得創(chuàng)新成果的一種技術(shù)。它是綜合了計算機科學與工程設(shè)計方法的最新發(fā)展而形成的一門新興學科。計算機輔助設(shè)計技術(shù)的水平成了衡量一個國家工業(yè)技術(shù)水平的重要標志。3CAD的定義1973年，當CAD處于發(fā)展初期的時候，國際信息技術(shù)聯(lián)合會就給CAD一個廣義的定義：CAD是將人和計算機混編在解題專業(yè)組中的一種技術(shù)，從而將人和計算機的最佳特性結(jié)合起來。人具有圖形識別的能力，具有學習、聯(lián)想、思維、決策和創(chuàng)造能力，而計算機具有巨大的信息存儲和記憶能力，有豐富靈活的圖形和文字處理功能和高速精確的運算能力，上述人和計算機最佳特性的結(jié)合就是CAD的目的。41.1.2CAD制圖方法交互法：直接利用繪圖軟件的各種功能，利用人機交互方式將圖形一筆一筆畫出來。缺點是速度慢，繪圖工作量大，應用熟練后，比原始繪圖要快2-3倍以上。尺寸驅(qū)動法：51.1.2CAD的優(yōu)點(1)準確。計算機產(chǎn)生的圖形繪制和打印的準確性達到所用單位的小數(shù)點后14位。其嚴格的尺寸和公差數(shù)值比傳統(tǒng)的手工刻度方法更加可靠。(2)快速。CAD所具有的復制、編輯、安排條目等能力加速了繪圖過程。當操作者定制了針對某一特定任務的操作過程后，工作的速度會大大提高。(3)整潔清晰。繪圖儀所具有的產(chǎn)生精確清晰的圖的能力，是優(yōu)于傳統(tǒng)手工方法的最明顯優(yōu)點。CAD繪圖的一致性，包括線條粗細均勻、打印高質(zhì)量字符、沒有污損或其他繪圖用的臨時標記等方面都是極佳的。6(4)一致。因為在方法上系統(tǒng)保持了一致性，就消除了因為個人風格不同產(chǎn)生的問題。一家公司中可以有多個制圖員同時為一個工程制圖，并產(chǎn)生一致的圖形集。(5)高效。CAD繪圖員使用與手工制圖完全不同的方式完成一項制圖任務。CAD程序能夠為操作員完成大量工作，因此必須在繪圖前進行大量的準備工作以期利用系統(tǒng)所提供的所有好處。71.1.3CAD技術(shù)在工程設(shè)計中的應用建筑設(shè)計，包括方案設(shè)計、三維造型、建筑渲染圖設(shè)計、平面布景、建筑構(gòu)造設(shè)計、小區(qū)規(guī)劃、日照分析、室內(nèi)裝潢等各類CAD應用軟件。結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括有限元分析、結(jié)構(gòu)平面設(shè)計、框/排架結(jié)構(gòu)計算和分析、高層結(jié)構(gòu)分析、地基及基礎(chǔ)設(shè)計、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計與加工等。設(shè)備設(shè)計，包括水、電、暖各種設(shè)備及管道設(shè)計。城市規(guī)劃、城市交通設(shè)計，如城市道路、高架、輕軌、地鐵等市政工程設(shè)計。8市政管線設(shè)計，如自來水、污水排放、煤氣、電力、暖氣、通信（包括電話、有線電視、數(shù)據(jù)通信等）各類市政管道線路設(shè)計。交通工程設(shè)計，如公路、橋梁、鐵路、航空、機場、港口、碼頭等。水利工程設(shè)計，如大壩、水渠、河海工程等。其他工程設(shè)計和管理，如房地產(chǎn)開發(fā)及物業(yè)管理、工程概預算、施工過程控制與管理、旅游景點設(shè)計與布置、智能大廈設(shè)計等。91.1.4CAD技術(shù)的發(fā)展歷程(1)準備和誕生時期（20世紀50年代）1950年，MIT研制出WHIRLWIND1計算機的圖形顯示器；1958年，美國Calcomp公司研制出滾筒式繪圖機；美國GerBer公司把數(shù)控機床發(fā)展成平板式繪圖機；20世紀50年代末，MIT在WHIRLWIND計算機上第一次使用了陰極射線管CRT（CathodeRayTube），操作者可以用光筆在屏幕上確定目標。它預示著交互式圖形生成技術(shù)的誕生，為CAD技術(shù)的發(fā)展作了必要的準備。10(2)蓬勃發(fā)展和進入應用時期（20世紀60年代）20世紀60年代初，MIT的博士生IvanSutherland研制出世界上第一臺利用光筆的交互式圖形系統(tǒng)SKETCHPAD。在20世紀60年代，由于計算機及圖形設(shè)備價格昂貴，技術(shù)復雜，只有一些實力雄厚的大公司才能使用這一技術(shù)。作為CAD技術(shù)的基礎(chǔ)，計算機圖形學在這一時期得到了很快的發(fā)展。20世紀60年代中期出現(xiàn)了商品化的CAD設(shè)備，CAD技術(shù)開始進入了發(fā)展和應用階段。11(3)廣泛應用時期（20世紀70年代）20世紀70年代推出了以小型機為平臺的CAD系統(tǒng)。同時，圖形軟件和CAD應用支撐軟件也不斷充實提高。圖形設(shè)備，如光柵掃描顯示器、圖形輸入板、繪圖儀等相繼推出和完善。于是，20世紀70年代出現(xiàn)了面向中小企業(yè)的CAD商品化系統(tǒng)。12(4)突飛猛進時期（20世紀80年代）20世紀80年代，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路、工作站和RISC（精簡指令集計算機）等的出現(xiàn)使CAD系統(tǒng)的性能大大提高了一步。與此同時，圖形軟件更趨成熟，二維、三維圖形處理技術(shù)，真實感圖形技術(shù)以及有限元分析，優(yōu)化，模擬仿真，動態(tài)景觀，科學計算可視化等方面都已進入實用階段。包括CAD/CAE/CAM一體化的綜合軟件包使CAD技術(shù)又上了一個層次。13(5)日趨成熟的時期（20世紀90年代）這一時期的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個方面：CAD標準化體系進一步完善；系統(tǒng)智能化成為又一個技術(shù)熱點；集成化成為CAD技術(shù)發(fā)展的一大趨勢；科學計算可視化、虛擬設(shè)計、虛擬制造技術(shù)14151.1.5CAD軟件技術(shù)的未來發(fā)展(1)CAD系統(tǒng)的智能化與人工智能技術(shù)結(jié)合，形成CAD專家系統(tǒng)(2)實體造型與仿真通過靜態(tài)和動態(tài)實體造型，更真實地描述三維物體的幾何信息；在實體造型和計算機圖形學的基礎(chǔ)上，在計算機上建立工程設(shè)計的實際系統(tǒng)的計算機模型來代替實際系統(tǒng)的運行，以便對設(shè)計結(jié)果進行試驗和考核。(3)CAD系統(tǒng)的集成化CAD+CAM=CAD/CAM；CAD/CAM+CAPP+CAT+PDM=CAE集成的最高層次：計算機集成生產(chǎn)系統(tǒng)-CIMS161.1.6CAD的工作流程(1)CAD的工作內(nèi)容－建立產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)庫－建立多功能交互式圖形程序庫－建立應用程序庫(2)CAD的工作流程圖17

人計算機計算機系統(tǒng)（設(shè)計與計算）輸入設(shè)計要求描述設(shè)計模型計算結(jié)果滿意否？輸出設(shè)計結(jié)果YN數(shù)據(jù)庫圖形庫程序庫181.2CAD系統(tǒng)組成及發(fā)展趨勢AutoCAD是美國Autodesk公司開發(fā)的一個交互式繪圖軟件，是用于二維及三維設(shè)計、繪圖的系統(tǒng)工具，用戶可以使用它來創(chuàng)建、瀏覽、管理、打印、輸出、共享及準確復用富含信息的設(shè)計圖形。AutoCAD已經(jīng)成為一個功能強大、性能穩(wěn)定、市場占有率位居世界第一的CAD系統(tǒng)，在城市規(guī)劃、建筑、測繪、機械、電子、造船、汽車等許多行業(yè)得到了廣泛的應用。統(tǒng)計資料表明，目前世界上有75%的設(shè)計部門、500多萬的用戶應用此軟件，大約有50萬套AutoCAD軟件安裝在各企業(yè)中運行。1998年法國世界杯足球場、波士頓查爾斯河大橋、馬來西亞Petronas雙塔等都是它的杰作。191.2.1AutoCAD的發(fā)展歷程1982年10月AutoCAD1.0版1983年1月AutoCAD1.1版1984年11月AutoCAD2.01版1985年5月AutoCAD2.17版1985年11月AutoCAD2.18版1986年6月AutoCAD2.5版1987年5月AutoCAD2.62版1987年9月AutoCAD9.0版1988年10月AutoCAD10.0版1991年4月AutoCAD11.0版1992年6月AutoCAD12.0版1994年11月AutoCAD13.0版1997年6月AutoCAD14.0版1999年3月AutoCAD2000版2000年9月AutoCAD2000i版2001年6月AutoCAD2002版2003年5月AutoCAD2004中文版2004年3月AutoCAD2005版2005年3月AutoCAD20062006年3月AutoCAD2007年3月AutoCAD20082008年3月份AutoCAD2009201.3環(huán)境工程CAD功能(1)提高繪圖效率AutoCAD的繪圖、修改、編輯功能非常強大，對重復性的工作，點擊鼠標即可完成；修改方便，不留痕跡；繪圖空間理論上不受圖紙幅面和縮放比例的限制。(2)提高圖紙質(zhì)量AutoCAD提供了強大的修改和編輯功能，可以輕松地實現(xiàn)設(shè)計圖紙從粗糙到完美的過程。當然，圖紙的質(zhì)量主要決定于設(shè)計人員的經(jīng)驗和水平，AutoCAD只是在繪圖的手段上提供了充分的保證。21(3)建立圖庫，積累經(jīng)驗在工程設(shè)計和產(chǎn)品開發(fā)項目中，有許多單元、部件、零件、圖形和線型是相同的，這些圖元按一定的格式存放到個人圖庫中，需要時便可隨時調(diào)用，這可極大地提高工作效率。圖庫中的圖形設(shè)計在技術(shù)上應該是成熟的，一般已經(jīng)過實踐的檢驗，所以建立圖庫的過程，就是積累經(jīng)驗的過程。一位長期從事設(shè)計的人員都有自己個性化的圖庫。(4)利用網(wǎng)絡(luò)，交流經(jīng)驗221.4.1AutoCAD的基本功能(1)繪制圖形。AutoCAD提供了多種繪圖的方式，包括繪圖菜單、繪圖工具欄以及命令等，可以繪制點、線、曲線、矩形、多邊形、圓及圓弧、橢圓及橢圓弧等圖形元素。還可以進行徒手繪線。(2)編輯圖形。AutoCAD具有強大的圖形編輯功能，包括移動、旋轉(zhuǎn)、縮放、拉伸、延長、斷開、修剪、拷貝、陣列、鏡射等。(3)圖形標注。AutoCAD可以對圖形尺寸標注和注寫文本，并提供了各種樣式以供用戶選擇。1.4AutoCAD工作界面簡介及基本操作23(4)精確繪圖。為了用戶繪圖的方便和準確，AutoCAD提供了坐標顯示、柵格捕捉、對象捕捉。在光標點上利用柵格捕捉相當于在坐標紙上繪圖。對象捕捉可以捕捉對象的端點、中點、圓心、垂足、交點、切點、圓周上的象限點等等，使繪出的圖形非常準確。(5)圖形輸出。AutoCAD提供了多種圖形輸出的功能。用戶可以將圖形直接輸出到打印機，也可以輸出到其它軟件中加以利用，同時還允許用戶將圖形輸出到Internet上進行共享。241.4.2AutoCAD2006快速入門1.AutoCAD2006工作界面25工具欄菜單欄標題欄工具選項板繪圖窗口狀態(tài)欄命令行窗口光標坐標系26AutoCAD2006提供了“二維草圖與注釋”、“三維建?！焙汀癆utoCAD經(jīng)典”3種工作空間模式。默認狀態(tài)下，打開“二維草圖與注釋”工作空間，其界面主要由菜單欄、工具欄、工具選項板、繪圖窗口、文本窗口與命令行、狀態(tài)欄等元素組成，如圖所示。

標題欄菜單欄“面板”選項板工具欄繪圖窗口命令行與文本窗口狀態(tài)欄AutoCAD2008的三維建模界面組成27標題欄位于應用程序窗口的最上面，用于顯示當前正在運行的程序名及文件名等信息，如果是AutoCAD默認的圖形文件，其名稱為DrawingN.dwg(N是數(shù)字)。單擊標題欄右端的按鈕，可以最小化、最大化或關(guān)閉應用程序窗口。標題欄最左邊是應用程序的小圖標，單擊它將會彈出一個AutoCAD窗口控制下拉菜單，可以執(zhí)行最小化或最大化窗口、恢復窗口、移動窗口、關(guān)閉AutoCAD等操作。28菜單欄主要由“文件”、“編輯”、“視圖”等菜單組成，它們幾乎包括了AutoCAD中全部的功能和命令。29面板是一種特殊的選項板，用于顯示與基于任務的工作空間關(guān)聯(lián)的按鈕和控件，AutoCAD

2008增強了該功能。它包含了9個新的控制臺，更易于訪問圖層、注解比例、文字、標注、多種箭頭、表格、二維導航、對象屬性以及塊屬性等多種控制，提高工作效率。30工具欄是應用程序調(diào)用命令的另一種方式，它包含許多由圖標表示的命令按鈕。在AutoCAD中，系統(tǒng)共提供了二十多個已命名的工具欄。默認情況下，“工作空間”和“標準注釋”工具欄處于打開狀態(tài)。31繪圖窗口是繪圖工作區(qū)域，所有的繪圖結(jié)果都反映在這個窗口中?？梢愿鶕?jù)需要關(guān)閉其周圍和里面的各個工具欄，以增大繪圖空間。如果圖紙比較大，需要查看未顯示部分時，可以單擊窗口右邊與下邊滾動條上的箭頭，或拖動滾動條上的滑塊來移動圖紙。32“命令行”窗口位于繪圖窗口的底部，用于接收輸入的命令，并顯示AutoCAD提示信息。在AutoCAD2006中，“命令行”窗口可以拖放為浮動窗口。33狀態(tài)欄用來顯示AutoCAD當前的狀態(tài)，如當前光標的坐標、命令和按鈕的說明等。34AutoCAD常用的術(shù)語1．鍵入2．拾取3．回車4．關(guān)鍵字5．正交35AutoCAD保存的格式.CDF

配置文件.EXE執(zhí)行文件·BAK圖形備份文件·DXF

autocad圖形交換文件·DWGAUTOCAD圖形文件361.4.3啟動和退出AutoCAD2006啟動AutoCAD：從桌面AutoCAD快捷方式圖標啟動（雙擊或單擊）；從“開始”菜單“程序”中AutoDesk程序項中啟動（單擊）。退出AutoCAD：直接單擊AutoCAD主窗口右上角的按鈕；單擊“文件”中的“退出”；在命令行中輸入quit（或別名exit）注意：如果在退出AutoCAD時，當前的圖形文件沒有被保存，則系統(tǒng)將彈出提示對話框，提示用戶在退出AutoCAD前保存或放棄對圖形所做的修改。371.4.5創(chuàng)建新文件在AutoCAD2006中，用戶可以通過如下幾種方式建立新的圖形文件。在命令行中輸入New。在“文件”菜單上單擊“新建”。在“標準”工具欄上單擊“新建”圖標。輸入快捷鍵Ctrl+N。用上述方法中的任一種命令，AutoCAD都會出現(xiàn)圖所示的“選擇樣板”對話框。用戶可以利用該對話框建立一個新的圖形文件。38選擇樣板對話框391.4.6打開舊文件如果在原有的圖形文件基礎(chǔ)上進行有關(guān)的操作，就必須打開原有的圖形文件。在AutoCAD2006中，用戶可以通過如下幾種方法打開原有的圖形文件。在命令行中輸入“Open”。在“文件”菜單上單擊“打開”。在“標準”工具欄上單擊“打開”圖標。輸入快捷鍵Ctrl+O。用上述方式中的任一種命令，AutoCAD將出現(xiàn)圖所示的“選擇文件”對話框。在該對話框中，用戶既可以在輸入框中直接輸入文件名打開已有的圖形，又可以在文本框中雙擊要打開的文件名打開已有的圖形。40選擇文件對話框41下面介紹對話框的內(nèi)容：1．單擊“打開”按鈕右邊的下拉按鈕，則會出現(xiàn)一個下拉菜單，我們可以從中選出圖形的4種打開方式之一，包括：打開以只讀方式打開局部打開以只讀方式局部打開422．用戶若選取“選擇初始視圖”復選框，則該選項決定的目標圖形將以用戶定義過的第一個視窗方式打開。3．用戶可以利用“查看”菜單中的子菜單確定“選擇文件”對話框中文件的顯示方式以及是否預覽圖形文件。4．用戶可以利用“工具”菜單中的子菜單來了解該圖形文件的信息。單擊“查找”按鈕，在彈出的“查找”對話框中，用戶可以通過文件的名稱和位置來查找文件，也可以通過修改時間來查找文件。43利用局部打開功能可以有效提高運行效率。局部打開功能支持空間索引能力，使圖紙打開過程更快。局部打開功能提供對于外部參照文件的控制能力，可減少打開大型繪圖文件所需要的時間和內(nèi)存，而繪制和編輯圖形的能力則不受影響。一個圖形文件以局部打開方式打開后,就可以使用局部加載功能按照給定的視圖或者圖層條件來繼續(xù)加載圖形文件的其他部分。選擇“文件”→“局部加載”或者直接在命令行輸入Partiaload，都將自動彈出如圖所示的“局部加載”對話框，用戶可以在該對話框中確定局部加載的條件，比如要加載部分所在的圖層名稱等。用戶可以通過“選擇文件”對話框打開多個圖形；也可以通過在資源管理器中拖放的方式打開多個圖形文件，以節(jié)省文件打開的時間，提高效率。44局部打開對話框45局部加載對話框461.4.7保存當前文件在AutoCAD2006中，用戶可以利用如下幾種方法保存當前的圖形文件：在命令行輸入Save或Qsave。在“文件”File菜單上單擊“保存”或“另存為”。在標準工具欄上單擊“保存”圖標。輸入快捷鍵Ctrl+S。用上述方法中的任一種命令，均出現(xiàn)如圖所示的“圖形另存為”對話框。47圖形另存為對話框48對尚未命名保存的圖形文件，用戶可利用該對話框?qū)斍皥D形文件命名存盤；對已命令存盤的圖形文件，用戶可以利用該對話框?qū)Ξ斍拔募粤硗獾奈募４妗Ｗ⒁猓河脩羧魡螕魳藴使ぞ邫谏系谋４鎴D標，文件將以當前文件名稱進行保存。用戶如果不注意，很容易導致用一個文件覆蓋另一個文件的錯誤操作。用戶在繪圖的過程中，要記住經(jīng)常存盤，以免在發(fā)生事故（死機、斷電）時丟失文件。491.5在AutoCAD中使用命令在AutoCAD中，菜單命令、工具按鈕、命令和系統(tǒng)變量都是相互對應的?？梢赃x擇某一菜單命令，或單擊某個工具按鈕，或在命令行中輸入命令和系統(tǒng)變量來執(zhí)行相應命令?？梢哉f，命令是AutoCAD繪制與編輯圖形的核心。

使用鼠標操作執(zhí)行命令使用鍵盤輸入命令使用“命令行”使用命令系統(tǒng)變量命令的重復、撤消與重做

501.5.1使用鼠標操作執(zhí)行命令在繪圖窗口，光標通常顯示為“十”字線形式。當光標移至菜單選項、工具或?qū)υ捒騼?nèi)時，它會變成一個箭頭。無論光標是“十”字線形式還是箭頭形式，當單擊或者按動鼠標鍵時，都會執(zhí)行相應的命令或動作。511.5.2使用鍵盤輸入命令在AutoCAD2006中，大部分的繪圖、編輯功能都需要通過鍵盤輸入來完成。通過鍵盤可以輸入命令、系統(tǒng)變量。此外，鍵盤還是輸入文本對象、數(shù)值參數(shù)、點的坐標或進行參數(shù)選擇的唯一方法。521.5.3使用“命令行”在AutoCAD2006中，默認情況下“命令行”是一個可固定的窗口，可以在當前命令行提示下輸入命令、對象參數(shù)等內(nèi)容。對于大多數(shù)命令，“命令行”中可以顯示執(zhí)行完的兩條命令提示(也叫命令歷史)，而對于一些輸出命令，例如TIME、LIST命令，需要在放大的“命令行”或“AutoCAD文本窗口”中顯示。531.5.4使用命令系統(tǒng)變量在AutoCAD中，系統(tǒng)變量用于控制某些功能和設(shè)計環(huán)境、命令的工作方式，它可以打開或關(guān)閉捕捉、柵格或正交等繪圖模式，設(shè)置默認的填充圖案，或存儲當前圖形和AutoCAD配置的有關(guān)信息。系統(tǒng)變量通常是6~10個字符長的縮寫名稱。許多系統(tǒng)變量有簡單的開關(guān)設(shè)置。例如GRIDMODE系統(tǒng)變量用來顯示或關(guān)閉柵格，當在命令行的“輸入GRIDMODE的新值<1>:”提示下輸入0時，可以關(guān)閉柵格顯示；輸入1時，可以打開柵格顯示。有些系統(tǒng)變量則用來存儲數(shù)值或文字，例如DATE系統(tǒng)變量用來存儲當前日期。

541.5.5命令的重復、撤消與重做在AutoCAD中，可以方便地重復執(zhí)行同一條命令，或撤消前面執(zhí)行的一條或多條命令。此外，撤消前面執(zhí)行的命令后，還可以通過重做來恢復前面執(zhí)行的命令。重復命令終止命令撤消前面所進行的操作551.6為什么要學AutoCAD？我國自20世紀80年代開始推廣應用AutoCAD，到現(xiàn)在為止AutoCAD已在很多行業(yè)普及應用。熟練掌握CAD是社會的需要，在項目投標、方案設(shè)計、設(shè)計施工和工程驗收中都要求使用CAD圖紙，手繪圖紙一般不再接受了。對許多工程設(shè)計類專業(yè)，掌