文档介绍：计算机辅助设计的简要历史
在我们讲述CAD的基本理论之前,先说说他的简史是比较合适的。:麻省理工学院的Sage Project及Sketchpad。Sage Project旨在开发CRT显示器及操作系统. Sketchpad是在Sage (自动编程工具),X-Y绘图仪作为计算机绘图的标准硬拷贝输出装置使用,一个有趣的现象是X-Y绘图仪与NC钻床具有相同的基本机构,除了绘图笔NC机床上的主轴刀具替代之外。
开始,CAD系统仅仅是一个带有内置设计符号的绘图编辑器,供用户使用的几何元素只有直线、圆弧、以及两者的组合。自由曲线及其曲面的发展,如昆氏嵌面、贝塞尔嵌面以及B-样条曲线,使CAD系统可用于复杂曲线与曲面设计。三维CAD系统允许设计者步入三维设计空间。由于一个三维设计模型包含了NC刀具路径编程所需的足够信息,所以能够开发CAD与NC之间联系的系统。所谓交钥匙的CAD/CAM系统便是根据这一概念开发的,并从20世纪70年代至80年代流行起来。
20世纪70年代,三维实体建模的发明标志着CAD一个新时代的开始。过去的三维线框模型仅用其边界来表达一个物体。这在某种意义上是模糊的,一个简单的模型可能有几种解释。同时也无法获得一个模型的体积信息。实体模型包含完整的信息,因此,它们不仅可用于生成工程图,而且也可在同一模型上完成工程分析。后来,开发了许多商业系统和研究系统。这些系统中相当多的是基于PADL和BUILD系统。尽管它们在表达上是强有力的,但仍然存在许多缺陷。例如,这种系统要有极强的计算能力和内存需求,非常规的物体建模方式以及标注公差能力的缺乏,这一切已阻碍了CAD应用。直到20世纪80年代中期,实体建模开始介入设计环境。今天实体建模的应用如同绘图和线框模型应用一样普遍。
在个人计算机上,CAD已走向大众化。这种发展使CAD应用面广并且很经济。CAD原本作为一种工具仅被航空和其它主要工业企业使用。诸如AutoCAD、VersaCAD、CADKEY等个人机CAD软件包的引入,使小型公司乃至个人可以拥有并使用
CAD系统。到1988年为止已销售10万个以上的PC CAD软件包。今天,基于个人计算机的实体建摸的PC CAD易于获得,并且销售变得更为普及。由于微型计算机的迅速发展使得个人计算机能够承受实体模型需要的大量计算负荷,所以如今许多实体模型在PC机上运行,并且作为平台已不成为一个问题。随着标准图形用户界面的发展,CAD系统可以很容易地从一台计算机传送,大多数CAD系统都能在不同平台上运行。在大型计算机、工作台和基于个人计算机的CAD系统之间几乎没有区别。
计算机辅助设计的结构
一个CAD系统包含三个主要部分:
(1)硬件计算机及输入/输出装置。
(2)操作系统软件。
(3)应用软件 CAD软件包。
硬件主要用于支持软件功能。在CAD系统中使用着种类繁多的硬件。操作系统软件是CAD应用软件与硬件之间的界面。操作系统软件管理着硬件运行并提供许多诸如创建和取消操作任务、控制任务的进程、在任务间分配硬件资源、提供通向软件资源,如文件、编辑器、编译和应用程序的通道等基本功能。这不仅对CAD软件很重要,而且对非CAD软件也很重要。
应用软件是CAD系统的核心。它由二维和三维建摸、绘图、工程分析等程序组成。一个CAD系统的功能便建立在应用软件中。正是应用软件使一种CAD软件包区别于另一种,通常应用软件是依赖于操作系统的。要把在一个操作系统上运行的CAD系统移到另一个操作系统上,并不像编译软件那样微不足道。因此也必须注意操作系统。
计算机辅助设计
计算机辅助设计给了设计者去尝试几个可行的解决方案的能力。通常还需要某些形式的设计分析计算,而为了这一任务已经编写了许多程序。计算机为设计者对所建议的各种结构设计的分析和为最终设计准备正式绘图提供了强有力的工具。
在二维绘图领域中,计算机方法能够提供比传统的纸和笔的方法更有意义、更大成本节约的优点,但是一个CAD系统并不仅是一个电子绘图板。计算机绘图系统可使设计者设计出既快又准确的图形,并且很容易修改。在涉及到重复性工作时,会戏剧性产生复制产品,因为标准图形只要一次构建成功,就可以从图库中取出。剪切和粘贴技术作为节约劳动力的辅助工具被使用。当几个分项目设计人员从事同一个工程时,要建立中心数据库,使得由某一个人绘的细节图可以很容易地合并到其它不同的装配图中。中心数据库也可作为标准参考零件库使用。
有限元是一项成熟的应力分析技术,它多被土木工程和机械工