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TIANJIN UNIVERSITY
计算机辅助设计
组员：党莉、刘博静、姚震、巩树涛、周龙、周海锋
目录
1.概述
2.CAD系统构成
3.CAD系统的功能
4.CAD系统的工作过程
5.CAD应用实例
6.水利工程CAD发展趋势
1.概述
1.1 定义
•
计算机辅助设计(Computer Aided Design)简称CAD
，是运用计算机硬件和软件系统强大的计算功能和
高效灵活的图形处理能力，辅助工程设计人员进行
工程设计和产品设计与开发，以达到缩短设计周期
、提高工程和产品的设计质量及设计水平、降低成
本、提高市场竞争力的一门先进技术。
1.2 发展历史
60年代
70年代
80~90
年代
第四阶段：以Intel公司芯片技术为代表的硬
第二阶段：价格低廉的小型机、存储管式显
第一阶段：以使用大型通用机和
第三阶段：微型机、超级微型机和图形工作
件革命，为CAD
技术的创新提供了更加强
刷新式图形显示器为基本标志。
示器得到应用，图形输入设备投入应用，使
站得到普及使用。
大的实现手段。
CAD 技术有可能得到快速发展和推广。
90年代
至今
1.3 主要应用领域
航空和汽车工业
土木建筑业
电子工业
1
2
4
3
机械制造行业
2. CAD系统构成
进行工程计算机辅助设计，必需是在CAD系统的支持下方能实现。
硬件系统
（Hardware System）
•组成：电子计算机及其外围设备
•是CAD系统的物质基础
软件系统
（Software System）
•组成：程序及相关的文档
•是CAD系统的核心
2.1 CAD 硬件系统
（1）主机
主机是整个系统的核心，通过执行实际运算与逻辑分析，控制
、指挥着整个系统进行有效的工作。主要由中央处理器、主存储器
（简称内存）及总线构成。
（2）外存储器
外存储器通常是磁性介质或光盘，像磁盘，磁带，CD等，具有
长期保存程序和数据，存储量大、价格低，且不依赖于电来保存信
息但其存取速度与内存比慢的多。
（3）输入设备
键盘、鼠标、扫描仪等。
（4）输出设备
显示器、打印机、绘图仪、影像输出系统、语音输出系统等。
2.2 CAD 软件系统
（1）系统软件
计算机系统的内核与基石，主要用于计算机的管理、维护、
控制和运行，提供了整个CAD 系统内部的支持功能，控制着存贮
操作、指令执行与外围设备动作。
（2）支撑软件
工程CAD 系统的支撑软件主要包括工程计算分析软件、图形
支撑软件和数据库管理软件。如： AutoCAD、ANSYS
（3）应用软件
应用软件是用户利用计算机以及它所提供的各种系统软件
和支撑软件，编制解决用户各种实际问题的程序。计算机辅助设
计系统的功能最终反映在解决具体设计问题的应用软件上。
3. CAD系统的功能
（1）图形处理
计算机绘图：工程设计中，绘图工作量约占总设计工作
量的50%~60%，可见，提高绘图速度和绘图质量是提高设
计效率的关键。
几何造型：把物体的几何形状转变为计算机能接受的数
学描述。
某水库除险加固溢洪道平面布置图
（2）工程计算分析
CAD系统包括某些功能强的工程分析软件（有限元分析
及优化计算分析），进行结构强度与刚度计算、结构稳
定性计算与分析、结构参数设计及优化计算分析等。
白鹤滩反拱形底板（包括基岩），用于水垫塘稳定计算的模型
龙
开
口
水
电
站
导
墙
振
动
分
析
模
型
（3）数据管理与数据交换
数据管理是利用计算机硬件和
软件技术对数据进行有效的收集、存
储、处理和应用的过程。
数据交换是在多个数据终端设
备（DTE）之间，为任意两个终端设备
建立数据通信临时互连通路的过程。
如接口技术，包括串行接口、并行接
口及USB接口等。
(4)文档处理
如文档制作、编辑及文字处理等。
(5)软件设计
如窗口界面设计、软件工具、软件工程规范等。
4. CAD系统的工作过程
(1)建立工程设计数据库
a.定义：
工程设计数据库是用来存储设计某个工程时所需的各
种信息，如有关标准、图纸、表格、计算公式。
建立工程设计数据库是指从工程应用需要出发，设计
出一个工程数据库结构的全过程。
b.主要任务:
在工程数据库管理系统的支持下，按照应用的要
求，为某一类或某个工程项目设计一个结构合理、使
用方便、效率较高、稳定性较强的工程数据库及其应
用系统。从而提高系统资源的利用率，简化软件设计
和数据的转换工作，避免系统开发中人力、物力、财
力上的浪费，提高系统的生产率。
数据库设计得好，可以使整个应用系统效率高、
维护简单、使用容易。
c.应用举例：
BIDMS作为集成化CAD系统BICAD的一个子系统，是将BICAD系统中产生的
设计图纸统一管理起来。BIDMS利用图纸间的层次关系来组织管理图纸，
已应用于建筑领域。
图1 工程图纸管理系统
（2）建立多功能交互式图形程序库
交互式图形处理程序允许用户动态对显示图形进
行修改，改变图形参数、颜色、比例等。如AutoCAD就
是一款著名的交互式绘图软件。随着计算机绘图技术
的广泛应用，交互处理已经是必不可少的内容。
建立多功能交互式图形程序库，利用图形程序库
可以进行二维及三维图形的信息处理工作，能在此基
础上绘制工程设计图样，建立标准零部件图形库等处
理工作。
• 优点：
（1）可以及时交换信息
a.对计算机应用程序：可根据用户选择内容决定程序流向，即
程序如何运行；
b.对用户来说，可以根据提示内容输入选择。
（2）灵活方便运行程序
一个应用程序会有不同的应用功能，用户可以根据需要方便
的选择所需功能。
图2 交互式图形处理过程图
（3）建立应用程序库
应用程序库是汇集解决某一类工作设计问题的通
用及专用设计程序，如：通用数学方法计算程序、常
规设计程序、结构力学计算程序、优化设计程序、有
限元方法计算程序。
平面设计程序
数学工具软件
•MAPLE
•MATLAB
•VISUAL
FORTRAN
•STATIS-TICA
+
•
•
•
•
Photoshop
Illustrator
CorelDRAW
PageMaker
其它应用程序
+
……
……
……
（4）向CAD系统输入设计要求
描述设计模型，选择合理的设计子模块，进行结
构布置、外形和尺寸的初步设计，并将此阶段成果及
设计要求写入工程设计数据库中。
（5）优化设计及计算分析
利用应用程序对初步设计方案进行优化设计，用
有限元方法对初拟的结构尺寸进行计算分析，使结构
尺寸及材料性能满足相关规范或标准的要求，并由此
确定结构尺寸的主要尺寸。
（6）成果输出
利用交互式图形程序库，以人机交互作业方式对
初步设计的图形进行实时修改，满意后绘制出结构设
计详图、编制好相关技术文件。
5. CAD应用实例
第一阶段：在80年代之前，水利工程应用计算机主要是
进行数值计算，完成结构分析；
第二阶段：开发了具有前后处理结构分析计算程序；
第三阶段：结构CAD在设计中应用最普遍，效果也最好；
第四阶段：开发CAD及系列产品；
第五阶段：设计各专业的集成化、标准化、智能化系
统，以提高设计整体效益，达到优化。
•应用举例：公路桥梁集成化CAD 系统
6. 水利工程CAD发展趋势
• 虚拟现实技术的应用
虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术，是由多种
媒体构成的三维信息空间，可进行各类可视化模拟。其
基本特征是具有交互感和存在感。
• 集成化技术的应用
建筑设计集成化是以网络技术为支撑，CAD技术为基
础，工程信息管理为核心，工程项目管理为主线，实现
设计和管理一体化。
包括三方面内容：设计数据集成化、设计过程集成化
、设计管理集成化。
• 协同设计技术的应用
CAD网络协同设计的核心是并行一体化设计，强调设计
及其相关过程同时交叉进行。
设计过程
技术层面
建筑
结构
人员层面
设备
设计者
用户
开发商
施工方
谢谢！