计算机辅助设计.

第1章计算机辅助设计概述

1.1 计算机辅助设计的概念

计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD），它是计算机科学技术发展和应用中的一门重要技术。所谓CAD技术，就是利用计算机快速的数值计算和强大的图文处理功能来辅助工程师、设计师、建筑师等工程技术人员进行产品设计、工程绘图和数据管理的一门计算机应用技术，如制作模型、计算、绘图等。

计算机辅助设计对提高设计质量，加快设计速度，节省人力与时间，提高设计工作的自动化程度具有十分重要的意义。现在，它已成为工厂、企业和科研部门提高技术创新能力，加快产品开发速度，促进自身快速发展的一项必不可少的关键技术。

与计算机辅助设计（CAD）相关的概念有：

CAE（Computer Aided Engineering ）：计算机辅助分析。就是把CAD设计或组织好的模型，用计算机辅助分析软件对原设计进行仿真设计成品分析，通过反馈的数据，对原CAD设计或模型进行反复修正，以达到最佳效果。

CAM（Computer Aided Manufacture ）：计算机辅助制造。就是把计算机应用到生产制造过程中，以代替人进行生产设备与操作的控制，如计算机数控机床、加工中心等都是计算机辅助制造的例子。CAM不仅能提高产品加工精度、产品质量，还能逐步实现生产自动化，对降低人力成本、缩短生产周期有很大的作用。

把CAD、CAE、CAM结合起来，使得一项产品由概念、设计、生产到成品形成，节省了相当多的时间和投资成本，而且保证了产品质量（如图1-1所示）。

是

图1-1 计算机辅助设计过程

计算机辅助设计（CAD）技术是集计算、设计绘图、工程信息管理、网络通讯等计算机及其他领域知识于一体的高新技术，是先进制造技术的重要组成部分。其显著特点是：提高设计的自动化程序和质量，缩短产品开发周期，降低生产成本费用，促进科技成果转化，提高劳动生产效率，提

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高技术创新能力。

可见，计算机辅助设计（CAD）对工业生产、工程设计、机器制造、科学研究等诸多领域的技术进步和快速发展产生了巨大影响。

1.2 计算机辅助设计的范畴

计算机辅助设计（CAD）是一个涵盖范围很广的概念。概括来说，CAD的设计对象最初包括两大类，一类是机械、电子、汽车、航天、轻工和纺织产品等；另一类是工程设计产品等，如工程建筑。如今，CAD技术的应用范围已经延伸到诸如艺术等各行各业，如电影、动画、广告、娱乐和多媒体仿真（如：模拟霜冻植被受损的过程）等都属于CAD范畴。

CAD在机械制造行业的应用最早，也最为广泛。采用CAD技术进行产品设计不但可以使设计人员甩掉图板，更新传统的设计思想，实现设计自动化，降低产品的成本，提高企业及其产品在市场上的竞争能力；还可以使企业由原来的串行式作业转变为并行作业，建立一种全新的设计和生产技术管理体制，缩短产品的开发周期，提高劳动生产率。如今世界各大航空、航天及汽车等制造业巨头不但广泛采用CAD/CAM技术进行产品设计，而且投入大量的人力、物力及资金进行CAD/CAM 软件的开发，以保持自己技术上的领先地位和国际市场上的优势。

CAD在建筑方面的应用——计算机辅助建筑设计（CAAD），它为建筑设计带来了一场真正的革命。随着CAD软件从最初的二维通用绘图软件发展到如今的三维建筑模型软件，CAD技术已开始被广泛采用，这不但可以提高设计质量，缩短工程周期，还可以节约2%～5%的建设投资，而近几年来，每年仅在我国的基本建设投资就有几千亿元之多，如果全国近万个大小工程设计单位都采用CAD技术，则可以大大提高基本建设的投资效益。

CAD技术还被用于轻纺及服装行业中。以前，我国纺织品及服装的花样设计、图案的协调、色彩的变化、图案的分色、描稿及配色等均由人工完成，速度慢，效率低，而现在国际市场上对纺织品及服装的要求是批量小、花色多、质量高、交货要迅速，这使得我国纺织产品在国际市场上的竞争力不强。采用CAD技术以后，大大加快了我国纺织及服装企业走向国际市场的步伐。

如今，CAD技术已进入到人们的日常生活中，在电影、动画、广告和娱乐等领域大显身手。电影拍摄中利用CAD技术已有十余年的历史，美国好莱坞电影公司主要利用CAD技术构造布景，可以利用虚拟现实的手法设计出人工不可能做出的布景。这不仅能节省大量的人力、物力，降低电影的拍摄成本，而且还可以给观众造成一种新奇、古怪和难以想象的环境，获得极大的票房收入。

1.3 计算机辅助设计的现状与发展

计算机辅助设计（CAD）技术产生于20世纪60年代，到现在只是短短的40多年，但它的技术发展之快、应用之广、影响之大，令人瞩目，特别是进入20世纪90年代后，随着计算机软硬件技术取得了突飞猛进的发展，以及互联网的广泛应用，这都极大地促进了CAD技术的发展。CAD技

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第1章计算机辅助设计概述

术应用展现出广阔的应用前景，从早期的几个特殊行业的应用，到现在几乎遍及所有领域。

随着CAD技术的发展和人们需求的不断提高，人工智能等各类技术逐渐融入到CAD系统中，形成了基于各种知识的CAD系统（或智能CAD系统）。知识的应用使CAD系统的“设计”功能和设计自动化水平大大提高，对产品设计全过程的支持程度大大加强，促进了产品和工程的创新开发。

世界发达国家已把计算机辅助设计技术作为增强企业生产竞争力和促进发展的重要手段。我国在“八五”期间就实施了“国家CAD应用工程”计划，近10年来，我国加大了计算机辅助设计技术的研究、应用和推广，越来越多的设计单位和企业采用这一技术来提高设计效率、产品质量和改善劳动条件。目前，我国从国外引进的CAD软件有几十种，国内的一些科研机构、高校和软件公司也都立足于国内，开发出了自己的CAD软件，并投放市场，使CAD技术应用呈现出一片欣欣向荣的景象。

计算机辅助设计将朝着标准化、智能化、集成化、网络化、三维化及多媒体虚拟化等方向发展，甩掉图板，实现全自动无纸化设计、生产和制造，是计算机辅助设计发展的最终目标。

1.4 计算机辅助设计的常用软件介绍

计算机辅助设计深入到各行各业，所使用的软件很多，在这里着重介绍应用较广泛的几个常用软件。

1．AutoCAD

AutoCAD是美国Autodesk公司开发研究的一种通用计算机辅助设计软件包。Autodesk公司在1992年推出了AutoCAD的第一个版本V1.0，随后相继开发出多个版本，其中典型版本有R14、AutoCAD 2000、AutoCAD 2002、AutoCAD 2005等，目前最新的是AutoCAD 2009版。AutoCAD的功能越来越强大和完善，是当今世界上最为流行的计算机辅助设计软件之一。

2．Photoshop

Photoshop是Adobe公司推出的一款功能十分强大、使用范围广泛的平面图像处理软件。目前，Photoshop是众多平面设计师进行平面设计，图形图像处理的首选软件。

3．CorelDraw

CorelDraw是Corel公司出品的世界一流的平面矢量绘图软件，被专业设计人员广泛使用，它的集成环境（称为工作区）为平面设计提供了先进的手段和最方便的工具。在CorelDraw系列的软件包中，包含了CorelDraw、Corel Paint Photo两大软件和一系列的附属工具软件，可以完成一幅作品从设计、构图、草稿、绘制到渲染的全部过程。CorelDraw是系列软件包中的核心软件，可以在其集成环境中集中完成平面矢量绘图。

4．Pro/Engineer

Pro/Engineer系统是美国参数技术公司（PTC）的产品，它刚一面世（1988年），就以其先进的

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参数化设计、基于特征设计的实体造型而深受用户的欢迎。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，能将整个设计与生产过程集成在一起，它一共有20多个模块供用户选择。基于以上原因，Pro/Engineer在最近几年已成为三维机械设计领域里最富魅力的系统。

5．SolidWorks

SolidWorks是由美国SolidWorks公司于1995年11月研制开发，最有代表性的三维CAD绘图软件，多用于外型设计。SolidWorks是一套基于Windows的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系统，与Office兼容，具有较强的参数化特征造型功能。

6．CAXA电子图版

CAXA电子图板是由北京海尔软件有限公司于1996年研制开发的二维微机系统。CAXA电子图板以交互方式，对几何模型进行实时的构造、编辑和修改，并能保存各类拓朴信息。目前已在工程和产品设计绘图中得到广泛的应用，成为全国制图员计算机绘图技能考试的指定软件。

7．PICAD

PICAD系统及系列软件是中科院凯思软件集团及北京凯思博宏应用工程公司开发的具有自主版权的CAD软件。该软件具有智能化、参数化和较强的开放性，对特征点和特征坐标可自动捕捉及动态导航。PICAD是国内商品化最早、市场占有率最大的CAD支撑平台及交互式工程绘图系统。

8．高华CAD

高华CAD由清华大学和广东科龙（容声）集团联合创建，系列产品包括计算机辅助绘图支撑系统GHDRAFTING、机械设计及绘图系统GHMDS、工艺设计系统GHCAPP、三维几何造型系统GHGEMS、产品数据管理系统GHPDMS及自动数控编程系统GHCAM。高华CAD也是基于参数化设计的CAD/CAE/CAM集成系统，是全国CAD应用工程的主推产品之一，其中GHGEMS 5.0曾获第二届全国自主版权CAD支撑软件评测第一名。

9．清华XTMCAD

清华XTMCAD是清华大学机械CAD中心和北京清华艾克斯特CIMS技术公司共同开发的基于Windows 95和AutoCAD R12及R13二次开发的CAD软件。它具有动态导航、参数化设计及图库建立与管理功能，还具有常用零件优化设计、工艺模块及工程图纸管理等模块。作为Autodesk注册认可的软件增值开发商，可直接得到Autodesk公司的技术支持，其优势体现在对CIMS工程支持数据的交换与共享上。

10．开目CAD

开目CAD是华中科技大学机械学院开发的具有自主版权的基于微机平台的CAD和图纸管理软件，它面向工程实际，模拟人的设计绘图思路，操作简便，机械绘图效率比AutoCAD高得多。开目CAD支持多种几何约束种类及多视图同时驱动，具有局部参数化的功能，能够处理设计中的过约束和欠约束的情况。开目CAD实现了CAD、CAPP、CAM的集成，适合我国设计人员的习惯，是全国CAD应用工程主推产品之一。

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第1章计算机辅助设计概述

1.5 小结

本章主要介绍了计算机辅助设计的概念、范畴以及计算机辅助设计的现状与发展，同时还介绍了目前常用的计算机辅助设计软件。通过本章的学习，可以快速、全面地了解计算机辅助设计的相关知识，明确计算机辅助设计的作用和重要性，为后续学习AutoCAD 2007打下基础。

1.6 上机练习与习题

1．什么是计算机辅助设计？

2．现实生活中，你了解或者接触过的哪些应用属于计算机辅助设计范畴？

3．你用过哪一种计算机辅助设计软件？

4．你期待具备怎样的计算机辅助设计能力？

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模具CAD/CAM软件的应用与开发现状

模具CAD/CAM是在模具CAD和模具CAM分别发展的基础上发展起来的，它是计算机技术在模具生产中综合应用的一个新的飞跃。模具CAD/CAM是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工种。它以计算机软件的形式，为用户提供一种有效的辅助工具，使工种技术人员能借助于计算机对产品、模具结构、成形工艺、数控加工及成本等进行设计和优化。模具CAD/CAE在技术的迅猛发展，软件，硬件水平的进一步完善，为模具工业提供了强有力的技术支持，为企业的产品设计，制造和生产水平的发展带来了质的飞跃，已经成为现代企业信息化，集成化、网络化的最优选择。

一、模具CAD/CAM发展概况

模具CAD/CAM的发展状况符合通用CAD/CAM 软件的发展进程。目前通用

CAD/CAM 软件的发展现状如下:CAD技术经历了二维平面图形设计，交互式图形设计、三维线框模型设计、三维实体造型设计、自由曲面造型设计、参数化设计、特征造型设计等发展过程。近年来又出现了许多先进技术，如变量化技术、虚拟产品建模技术等。随着互联网的普及，智能化(intelligent)、协同化(collaborative )、集成化(integrated)成为技术新的发展特点，使CAD技术得以更广泛的应用，发展成为支持协同设计、异地设计和信息共享的网络CAD。

二、模具CAD/CAM的特点

一个稳定的、可以满足实际生产设计需要的模具CAD/CAM系统应该具备下列特点:

(l)模具CAD/CAM系统必须具备描述物体几何形状的能力。模具设计中因为模具的工作部分(如拉深模、锻模和注射模的型腔)是根据产品零件的形状设计的。所以无论设计什么类型的模具，开始阶段必须提供产品零件的几何形状。否则，就无法输人关于产品零件的几何信息，设计程序便无法运行。另外，为了编制NC加工程序，计算刀具轨迹，

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也需要建立模具零件的几何模型。因此，几何造型是模具CAD/CAM中的一个重要问题。

(2)标准化是实现模具CAD的必要条件。模具设计一般不具有唯一性。为了便于实现模具CAD，减少数据的存储量，在建立模具CAD系统时首先要解决的问题便是标准化问题，包括设计准则的标准化、模具零件和模具结构的标准化。有了标准化的模具结构，在设计模具时可以选用典型的模具组合，调用标准模具零件，需要设计的只是少数工作零件。

(3)设计准则的处理是模具CAD中的一个重要问题。人工设计模具所依据的设计准则大部分是以数表和线图形式给出的。

三、模具CAD/CAM的优势

计算机与设计人员交互作用，有利于发挥人机各自的特长，使模具设计和制造工艺更加合理化。系统采用的优化设计方法有助于某些工艺参数和模具结构的优化。

(1) CAD/CAM可以节省时间，提高生产率。设计计算和图样绘制的自动化大大缩短了设计时间。CAD与CAM的一体化可显著缩短从设计到制造的周期。

(2) CAD/CAM可以较大幅度地降低成本。计算机的高速运算和自动绘图大大节省了劳动力。优化设计带来了原材料的节省，例如，冲压件的毛坯优化排样可使材料利用率提高5%―7%。采用CAM可加工传统方法难以加工的复杂模具型面，可减少模具的加工和调试工时，使制造成本降低。CAD/CAM的经济效益有些可以估算、有些则难以估算。由于采用CAD/CAM术，生产准备时间缩短，产品更新换代加快，大大增强了产品的市场竞争能力。

(3) CAE/CAM技术将技术人员从繁冗的计算、绘图和NC编程工作中解放出来，使其可以从事更多的创造性劳动。

(4) 随着塑性成形过程计算机模拟技术的提高，模具CAD/CAM/CAE一体化技术可以大大增加模具的可靠性，减少直至不需要试模修模过程，提高模具设计、制造的一次

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成功率。

四、模具行业采用模具CAD/CAM技术的原因

传统的模具设计与制造方法不能适应工业产品迅速更新换代和提高质量的要求。因此国内外企业纷纷采用模具CAD/CAM技术。模具行业采用模具CAD/CAM技术的主要理由是:

(1) 利用几何造型技术获得的几何模型可供后续的设计分析和数控编程等方面使用。

(2) 可以缩短新产品的试制周期，例如在汽车工业中，可缩短模具的设计制造周期。

(3) 提高产品质量的需要，如汽车车身表面等形状，需要利用计算机准备数据和完成随后的制造工作。

(4) 模具制造厂和用户对CAD/CAM的需要增加。例如，利用磁盘进行数据传送，用户要求模具制造单位能够交换信息和处理这些数据。

(5) 模具加工设备的效率不断提高，需要计算机辅助处理数据，以提高设备利用率。

(6) 在企业中建立联系各个部门的信息处理系统。

五、模具CAD/CAM技术在模典行业的应用现状

模具CAD/CAM技术发展很快。应用范围日益扩大。在冲模、锻模、挤压模、注射模和压铸模等方面都有比较成功的CAD/CAM系统。采用CAD/CAM技术是模具技术、生产革新化的措施，是模具技术发展的一个显著特点。

目前我国模具行业应用的模具CAD/CAM软件可以分为两大类:一是机械行业内通用的的CAD/CAM，如前面介绍的Unigraphics(UG)、SOLIDEDGE、AutoCAD、SolidWorks 、Pro/Engneer等。二是专门针对模具行业开发的模具CAD/CAM系统，如:上海交大模具CAD国家工程中心开发的冷冲模CAD系统等。

(1) 国外模具CAD/CAM技术的应用现状

工业发达国家较大的模具生产厂家在CAD/CAM上进行了较大的投资，正大力开发这一技术。目前，应用CAD/CAM技术较普遍的为美、日、德等国。例如，日本丰田汽车公司于1965 年将数控用于模具加工。20世纪80 年代初期开始采用覆盖件冲模

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CAD/CAM系统。该系统包括设计覆盖件的NTDFB和CADEIT软件和加工凸、凹模的TINCA软件。利用三坐标测量仪测量粘土模型，并将数据送人计算机。将所得图形经平滑处理后，再把这些数据用于覆盖件设计、冲模的设计与制造。该系统有较强的三维图形功能，可在屏幕上反复修改曲面形状，使工件在冲压成形时不致产生工艺缺陷，从而保证了模具和工件的质量。模具型面的模型保存在数据库中，TINCA软件可利用这些数据，进行模具型面的数控加工。

(2) 国内模具CAD/CAM技术的应用现状

经过近几十年的发展，在国内的模具生产中，CAD/CAM技术已经得到广泛的应用。模具行业已引进相当数量的国外CAD/CAE系统，如: Unigraphics(UG)、SOLIDEDGE、AutoCAD、SolidWorks、Pro/Engineer等。并配置了运行速度快、性能高的计算机。

但是对于国内一些大型模具企业，它们的CAD/CAM应用状况多停留在从国外购买先进的CAD/CAM系统和设备，但在其上进行的二次开发较少，资源利用率低;对于国内一些中小型模具企业，它们的CAD/CAM应用很少，有些仅停留在以计算机代替画板绘图。所以有必要改善国内模具企业的CAD/CAM应用状况，使它们真正做到快速、准确地对市场做出反应，并使制造的模具产品质量高、成本低，即达到敏捷制造的目的。

六、我国模具CAD/CAM软件自主开发和二次开发情况

我国模具CAD/CAE的开发开始于20 世纪70年代末，发展也很迅速。在微机平台上开发CAD/CAM软件方面我国与国外起点差不多，都是使用Visual C++，OpenGL等工具进行软件开发，国内许多高校、软件公司和企业在此基础上开发出了先进的，有自己特色，符合中国用户习惯的CAD/CAE软件或模块，其中有一些成果已经得到了推广和使用。国内开发适合模具行业的CAD/CAM软件，主要采用两种途径――在现有

CAD/CAM平台上进行二次开发和开发拥有自主版权的CAD/CAM系统。

(1) 基于现有模具CAD/CAM平台二次开发成果

华中科技大学1997推出了HSC2.0注射模CAD/CAE/CAM集成系统，HSC2.0系统以AUTOCAD 软件包为图形支撑平台，包括模具结构设计子系统，结构及工艺参数计算较核子系统，塑料流动、冷却等子系统等。合肥工业大学基于AUTOCAD与MDT的三维参数化注射模系统IPMCADV4.0。

(2) 自行开发的拥有自主版权的模其CAD/CAM系统

由北京北航海尔软件有限公司推出的三维电子图板和CAXA―ME制造工程师2000，

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能进行3D零件设计与NC加工，其特点是基于3D参数化的特征设计，实现了实体、曲面和NC加工的协调与统一。上海交通大学中模公司开发的金属塑性成型三维有限元仿真系统，其刚(粘)塑性有限元分析器和动态边界处理技术达到了国际先进水平。吉林金网格模具工程研究中心所开发的冲压模具CAD/CAE/CAM一体化系统。浙江大天电子信息工程有限公司开发的基于特征的参数化造型系统GS一CAD98。金银花(Lonicera)系统是由广州红地技术有限公司开发的基于STEP标准的CAD/CAM系统。开目CAD 是华中理工大学机械学院开发的具有自主版权的基于微机平台的CAD和图纸管理软件。中科院凯思软件集团及北京凯思博宏应用工程公司开发了具有自主版权的PICAD 系统及系列软件。这些软件已经在许多模具行业中的企业得到推广和应用。

七、我国模具CAD/CAM软件应用与开发中存在的主要不足

近几年来，我国CAD/CAM系统的开发和应用取得了一些成绩，国内已初步形成了CAD/CAM 商品化软件市场。在CAD/CAM软件应用与开发存在的不足主要有以下几点:

(l) 不少的企业对CAD的认识还仅仅停留在绘图阶段，缺乏设计方法和设计理论的指导，从而使CAD产生的效益尚未得到充分发挥。

(2) CAD/CAM软件应用人员层次不齐，不能让CAD软件得到的高效率应用。

(3) 在引进模具CAD/CAM技术时存在着盲目性倾向，许多企业没有充分考虑各种CAD/CAM软件的特点，购买回来的CAD/CAM软件不能完全适用于本企业的产品设计与开发工作。

(4) 引进的模具CAD/CAE系统的二次开发跟不上，致使引进软件的效率不能完全发挥。

(5) 国内模具CAD/CAM技术水平还处于高技术集成和向产业化、商品化过渡的时期，自主开发的模具CAD/CAM系统商品化程度不够高，功能和稳定方面与国外先进软件还有很大差距。

(6) 我国CAD技术开发创新少、仿制多。没有创新就没有竞争力，只仿制就不能开发出有竞争力的产品。从我国二维CAD到目前研制的三维CAD都存在这一问题。

(7) 我国CAD软件的开发缺乏理论和算法的研究。CAD技术是一项综合性的高新技术，涉及面广而复杂，技术变化快，竞争激烈。

(8) 信息集成技术落后。信息技术的广泛集成是以产品数据管理(PDM)和过程管理(PM)

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第1章计算机辅助设计概述

为基础，实现CAD/CAPP/CAM和ERP的有机集成，在并行工程中PDM也是重要的基础。因此，这类基础性软件也被国外的系统占领了市场。而我们的CAD/CAPP/CAM集成技术又是建立在国外基础系统上。

八、结论

在模具CAD/CAM的应用方面，我国模具CAD/CAM的应用有了长足的发展，模具CAD/CAM技术已经被广泛应用于我国企业。

但总的来说，我国目前模具行业使用CAD/CAM技术还存在着许多弊端，模具

CAD/CAM技术水平还处于高技术集成和向产业化商品化过渡的时期，自主开发的模具CAD/CAM软件的开发水平、商品化、市场化程度都不如发达国家。软件在可靠性和稳定性方面与国外工业发达国家的软件尚有一些差距。

CAD——制造业信息化的缩影

编者按：很多人也许并不知道，CAD技术从诞生到现在，已经发展了近50年。无论是欧美还是中国，不少企业的信息化，就是从CAD开始起步的；很多企业的高层管理者，就是从CAD上看到了信息化在企业当中的巨大价值，才决心在企业信息化上投入大量的人力物力。CAD可以说是制造业信息化发展的一个缩影。50多年过去，CAD的不断进步，企业也在不停的发展。CAD的发展历史是什么？未来都有哪些发展方向，这么多的CAD，企业将如何选择？e-works将带您走进CAD 的世界，对这些问题逐一进行探究。

1 回顾篇

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1.1 从计算机图形学到二维CAD

谈到CAD（Computer Aided Design计算机辅助设计）的发展历史，就不得不谈谈计算机的发展。1946 年:ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer)诞生，这是第一台真正意义上的数字电子计算机。ENIAC的研制工作开始于1943 年，完成于1946 年，负责人是John W.Mauchly 和J.Presper Eckert，这个大家伙重30 吨，用了18000 个电子管，功率25 千瓦，主要用于计算弹道和氢弹的研制。

图1. 这样的场景能勾起很多退休工程师的回忆

自从有了计算机，工程技术人员就希望计算机除了进行“加减乘除或与非”的运算外，还能够进行图形的表达和处理。由于当时的技术限制，一直到60年代初，计算机都只能进行被动图形处理。

上世纪60年代初，计算机图形学成为了一门专门的学科并日渐成熟，同时交互技术、分层存储符号的数据结构等新思想不断提出，为CAD的应用和发展提供了理论基础。此时，美国开始出现专门的CAD设备。这个时候的CAD，更多的是作为绘图板的替代品出现，CAD的概念还处于计算机辅助“绘图”Computer Aided Drawing(or Drafting)的阶段，还远远没有达到“辅助设计”的阶段。

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第1章计算机辅助设计概述

图2. 世界上第一台人机交互图形设备IBM2250

上世纪70年代，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。

图3. applicon在屏幕上显示的部分图形

到了上世纪80年代，随着个人计算机的迅速普及的同时，CAD技术也得到了快速发展，1982年划时代的Autocad诞生，到1985年已经售出10万套。CAD开始进入到了普及阶段，在80年代中后期，我国少数企业也开始逐步应用CAD。但是由于此时计算机价格昂贵，企业少数几台计算机一般都只作为特殊计算使用，因此CAD在我国尚未普及，更多的是一些民间爱好者。

上世纪90年代，随着windows系列操作系统的日渐成熟以及计算机的价格下降，CAD开始走下神坛。1991年国务委员宋健提出“甩掉图版”的口号正式拉开了我国CAD普及应用的序幕。由于windows 95／98／NT操作系统与工作站加Unix操作系统环境下构成了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

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CAD技术带来的革命性的设计变迁

人类发展历程的背后是设计的发展历史，而设计工具决定着设计的水平。在远古时代，人类只能用粗糙的打制石器创作原始壁画，设计的概念尚未形成;而刻刀与竹简的繁琐，鹅毛笔与羊皮卷的脆弱，木炭笔与莎草纸的易变，无一不让设计工作成为一种漫长而又艰辛的历程。甚至直到上世纪80年代，大量设计师还在使用快干钢笔、丁字尺和硫酸纸进行简单、低效率的重复作业，很少有时间从容考虑创新设计。是AutoCAD的诞生彻底改变了设计的方式，让设计出现了质的飞跃。作为首款可以在个人电脑上运行的计算机辅助设计(CAD)软件，AutoCAD让计算机技术走入设计师的日常工作，大幅提升了设计的速度与精确度，释放了设计师的灵感，数字化的设计平台与标准的设计格式也让设计协作成为可能。

20世纪50年代中期美国空军的赛其(SAGE) 防空体系采用了世界上第一个图形系统。

1960年

美国麻省理工学院的博士生Ivan Sutherland研制出世界上第一台利用光笔的交互式图形系统Sketchpad。（Sketchpad是第一个可以在显示屏幕上直接构造图形图像的系统，不用再通过键盘向计算机输入代码和公式，更具革命性的是，它考虑到了在显示屏幕上作某些改动后，存储在计算机

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第1章计算机辅助设计概述

中的信息可以被改变和更新。）

20世纪60年代

20世纪60年代出现的三维CAD系统只是简单的线框式系统，它只能表达基本的几何信息，不能有效地表达几何数据间的拓扑关系。

20世纪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。

20世纪70年代

法国人提出了贝塞尔算法，使得用计算机处理曲线及曲面问题变得可行。世界第一个三维造型系统在二维绘图系统的基础上上问世。

20世纪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。

这一时期典型的CAD系统：运行在16位小型机上，最大内存512KB，磁盘容量从200到300MB不等，售价125,000美元!

20世纪80年代

由于PC机的应用，CAD得以迅速发展，出现了专门从事CAD系统开发的公司，但由于软件价格昂贵，应用并不普遍。

1982年

这一年，计算机被《时代》杂志评选为“年度人物”。同一年，欧特克的16位员工推出了售价1000美元的AutoCAD?软件。设计业由此而改变!

一张容量为360Kb的软盘，没有菜单功能，所有命令需要背——这就是问世之初的AutoCAD v1.0。尽管功能有限，但是作为一款能够在个人电脑上运行的CAD软件，AutoCAD在设计界刮起了一阵旋风，它让数字化设计技术走近设计师，让计算机辅助设计从计算机专业人员的专利成为设计师们日常工作的重要手段。

1983年

AutoCAD的德语版和法语版本问世。

1984年

第一个欧特克授权培训中心(ATC，Autodesk Training Centre)成立。

1985年

欧特克公司在美国加利福利亚圣拉菲尔市举办了第一次CAD Camp。

欧特克公司销售收入突破2700万美元。

1985年5月问世的AutoCAD V2.1新增了3D功能。

1986年

AutoCAD成为美国高校的必修课之一。

AutoCAD全球销量突破5万张。

1988年

美国实际安装CAD系统发展到63000套。

1989年

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计算机辅助设计与制造(CADCAM)

一、CAD/CAM概论 CAD/CAM技术是一门多学科综合性应用技术，是20世纪制造领域最杰出的技术之一。1．1 CAD/CAM的基本概念 CAD(Computer Aided Design):是指工程技术人员以计算机为工具完成产品设计过程中的各项任务，如草图绘制、零件设计、装配设计、工装设计、工程分析等； CAPP(Computer Aided Process Planning):是指工艺人员利用计算机，根据产品制造工艺要求，交互或自动地确定产品加工方法和方案，如加工方法的选择、工艺路线和工序的设计等； CAM(Computer Aided Manufacturing):制造人员借助于计算机完成从生产准备到产品制造出来的过程中各个环节与活动，如数控加工编程、制造过程控制、质量检测等。 1.1.1 从产品制造的过程理解CAD/CAM 传统制造概念与过程如图1。1 现代制造概念与过程

利用计算机完成各个环节的工作成为CAD/CAM 几点说明：1、计算机技术只能解决信息的查询与统计，信息的管理、重复而繁琐的工作等，而并不能代替人的工作，特别是创造性的工作。 2、现代制造概念很大，本书CAD/CAM的概念只涉及到产品的设计、工艺设计、加工、车间控制与质量控制等内容。 3、上述制造环中有三个流：物流、资金流与信息流。 4、企业制造资源有人、财、物、技术与信息。 1.1.2 CAD/CAM的基本功能 在CAD/CAM系统中，人们利用计算机完成产品结构描述、工程信息表达、工程信息的传输与转化、信息管理等工作。因此，CAD/CAM系统应具备以下基本功能： 1、产品与过程的建模 如何用计算机能够识别的数据（信息）来表达描述产品。如产品形状结构的描述、产品加工特性的描述、如何将有限元分析所需要的网格及边界条件描述出来等等。 2、图形与图象处理 在CAD/CAM系统中，图形图象仍然是产品形状与结构的主要表达形式，因此，如何在计算机中表达图形、对图形进行各种变换、编辑、消隐、光照等处理是CAD/CAM的基本功能。 3、信息存储与管理 设计与制造过程会产生大量、种类繁多的数据，如设计分析数据、工艺数据、制造数据、管理数据等。数据类型有图形图象、文字数字、声音、视频等；有结构化和非结构化的数据；有动态和静态数据等。怎样将CAD/CAM系统产生这些大量的电子信息存储与管理好，是CAD/CAM的必备功能。采用工程数据库。 4、工程分析与优化 计算体积、重心、转动惯量等，机构运动计算、动力学计算、数值计算，优化设计等。CAE 5、工程信息传输与交换 信息交换有CAD/CAM系统与其他系统的信息交换和同一CAD/CAM系统中不同功能模块的信息交换。

计算机辅助设计与制造

精心整理 计算机辅助设计与制造 闭卷考试； 考试题型：名词解释 单选 填空 综合 判断 第1章 1.4 广义 狭义 设计；NC自动编程；计算机辅助测试技术；动态仿真；工程数据管理； 4.CAD/CAM系统大致分为两类：通用集成化（CADAM,UG-II,Pro/ENGINEER, I-DEAS,CV）；单功能系统（GDS,GNC,PLOYSURE,GEMS）; 5.CAD技术与CAM技术结合起来，实现设计、制造一体化具有的明显优越性： （1）有利于发挥设计人员的创造性，将他们从大量繁琐的重复劳动中解放出来。 （2）减少设计、计算、制图、制表所需时间，缩短设计周期。

（3）由于采用了计算机辅助分析技术，可以从多方案中进行分析、比较，选出最佳方案，有利于实现设计方案的优化。 （4）有利于实现产品的标准化、通用化和系列化。 （5）减少零件早车间的流通时间和在机床上装卸、调整、测量、等待切削的时间，提高了加工效率。 （6）先进的生产设备既有较高的生产过程自动化水平，又能在较大范围内适应加工对象的变化，有利于企业提高应变能力和市场竞争力。 （7 （8） 第2章 1. 2.根据以大型 3.根据 立的） 4.根据 5. （1 （2 磁带类、光盘类（光盘存储器）； （3）显示器、键盘、鼠标。 6.输入设备（填空、选择、判断）：键盘；鼠标和操纵杆；数字化仪；图形版（图形输入板）；光笔；触摸屏；扫描输入设备；语音输入设备；数据手套；位置传感器； 7.输出设备（填空、选择、判断）：显示器；打印机；绘图机；立体显示器；3D听觉环境系统；生产系统设备[加工设备（各类数控机床、加工中心）；物流搬运设备（有轨小车、无轨小车、机器

计算机三维建模

CAD三维建模技术的发展和应用 摘要 三维建模技术的崛起以及虚拟现实技术的出现，为生产设计和创新提供了一种非常好的工作平台。设计人员可以直接从三维概念和构思入手，通过模型仿真来分析和评价设计方案的可行性和可靠性。随着三维建模理论的日趋成熟，出现了许多优秀的建模技术与软件，其应用领域也越来越广泛。 关键词：CAD 三维建模

1、CAD的基本概念 计算机辅助设计（CAD）技术是在产品开发过程中使用计算机系统辅助产品创建、修改、分析和优化的有关技术。这样，任何嵌入了计算机程序和在设计过程中使工程变得容易进行的应用程序，都归类人CAD软件。换言之，CAD工具包括了从创建形体的几何建模工具到诸如分析、优化应用程序的所有工具。目前，可以使用的典型工具包括公差分析、质量属性计算、有限元建模和分析结果的可视化。CAD 最基本的功能是定义设计的几何形状，这里所说的设计可以是机械零件、建筑结构、电子电路和建筑平面布局等的设计，这是因为设计的几何形状是产品周期中后续各项工作的基础。计算机辅助绘图系统和几何建模系统典型地应用于这一目的，这也是这些系统被称为CAD软件的原因。此外，这些系统所建立的几何模型是执行后续CAE和CAM 中其他功能的基础，这是CAD最大的优点之一，因为它可以节省重新定义几何形状所需要的大量时间，也可以减小因此而造成的出错概率。因此，我们说计算机辅助绘图系统和几何建模系统是CAD中最重要的组成部分。 2、CAD技术的产生和发展 CAD是指使用计算机系统进行设计的全过程，包括资料检索、方案构思。零件造型、工程分析、工程制图、文档编制等。在设计的各个阶段，计算机都能发挥其辅助作用，因此CAD概念一产生，就成为一门新兴的学科，引起了工程界的关注和支持，并迅速得到发展和日益完善起来。

计算机辅助设计与制造考试习题大集合

总复习（考试题总结） 绝对给力 一、填空题 1．产品数据管理系统的一般体系结构包含四个层次：____、____、____和_____。2．CAPP系统中常用的方法有_______________和_______________。 3．CAD/CAM集成系统主要是指___________、___________、_____________的集成。4．CAPP专家系统主要由_______________、____________和___________构成。 5.零件分类成组方法主要有_______________、_______________和_______________。 6．三维实体建模中，常用的建模方法有_______________和_______________。 7．机械设计一般要经历__________、_________、_________和___________四个阶段。8．特征建模通常由三部分构成：_______________、______________和___________。9．几何建模系统的三种模式是：____________、______________和____________。 10．一元函数的插值方法有_______________、_______________。 11．CAD/CAM集成系统主要是指___________、___________、____________的集成。 12.产品的制造过程一般要经过_______________、________________和_______________等环节，最终形成用户所需的产品。 13、CAD系统的软件包括：___________、_____________和___________。 14、将平面图形沿X方向平移3个单位，然后放大一倍，其变换矩阵为_____________。 15、PDM的功能包括文档管理、__________、________________、_______________、 ________________、和PDM系统与应用软件的集成。 16、一个完整的CAD/CAM系统必须具备_________系统和__________系统。 17、实体模型(Solid Model)储存物体的完整几何信息。它的数据结构不仅记录了全部 ____________，而且记录了全部点、线、面、体的_____________，这是实体模型与线框模型的根本区别。 18、创成式CAPP系统主要解决两方面的问题，即____________________与工序设计。 19、柔性编码系统的编码由固定码和_______________两部分组成。 20、CAD系统的软件一般分为三个层次：___________、_____________和___________。

计算机辅助设计与制造专业培养方案

计算机辅助设计与制造专业 (专业代码：580110) 执笔人：潘平盛审核人：程雨梅 一、招生对象 全日制普通高中毕业生、中职毕业生 二、学制与学历 基本学制三年，实行弹性学分制；大专 三、培养目标 培养在生产、服务第一线从事机械产品的设计与制造、数控机床的编程与操作、生产线管理及产品营销的高素质技能型专门人才。 四、人才规格 （一）职业素质与能力 职业素质与能力要求和培养途径(见表1) （二）证书 1．技能等级证书 （1）高等职业技术学院英语应用能力考试A级或B级证书。 （2）全国高等学校计算机水平考试证书。

2．职业资格证书 至少应获得以下职业资格证书的一种： （1）工具钳工技能证书（中级或高级）。 （2）AutoCAD证书（中级）。 （3）数控加工中心操作工证书（中级或高级）。 （4）CAXA制造工程师证。 （5）Pro/E设计工程师证。 （6）高级制图员证。 （7）数控车、铣操作证书(中级或高级)。 （三）学分要求 本专业按学年学分制安排课程，学生最低要求修满总学分122学分。 必修课要求修满107.5学分，占总学分的88.11%；选修课要求修满14.5学分，占总学分的11.89%。 五、就业面向 面向珠三角地区模具制造行业，从事模具及其它机械产品的计算机辅助设计与制造、数控加工等工作。 主要就业岗位：从事模具及其它机械产品的计算机辅助设计与制造、数控加工、生产和管理等工作。 次要就业岗位：软件应用；模具或模具制造设备的销售与技术服务工作；其它机械产品设计与开发。 表2 职业岗位能力定位表

七、专业核心课程和主要实践环节 （一）核心课程 1．《机械制图》：该课程包含机械制图、计算机辅助绘图、公差配合三大模块。系统讲授正投影法、三视图、轴测投影、截交线、组合体、零件图和装配图的画法、公差与配合的类型及选用；通过学习能够快速看懂中等复杂的零件图、装配图； 2、《AutoCAD》能够熟练运用AUTOCAD绘制零件图和装配图，达到获得AutoCAD和高级绘图员职业技术资格证书的水平。该课程是计算机机辅助设计与制造专业的重要基础课程，对核心能力的培养起重要作用。

计算机辅助设计论文

计算机辅助设计论文：计算机三维辅助软件在机械设计中的应用 摘要：介绍了三维CAD在机械设计中的显著优势，并对目前国内企业机械产品开发过程三维CAD系统应用现状和存在问题进行了分析。从产品开发的实际需求和产品特点与软件功能出发，对企业应用三维CAD过程提出了改进方案，最后介绍了三维CAD技术发展的趋势。 关键词：三维CAD；机械设计；应用 1三维设计软件现状及其应用 产品设计是决定产品外形和产品功能，同时也是决定产品质量最重要的环节，产品的设计工作对产品的成本也起到至关重要的作用。随着计算机的不断发展，CAD技术即计算机辅助设计已成为设计人员不可缺少的工具。CAD技术正从二维CAD向三维CAD过渡。三维设计软件具有工程及产品的分析计算、几何建模、仿真与试验、绘制图形，工程数据库的管理，生成设计文件等功能。三维CAD技术诞生以来，已广泛地应用于机械、电子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等领域，产品的设计效率得以迅速提高。我国CAD技术的研究、开发和推广已取得较大进展，产品设计已全面完成二维CAD技术的普及，结束了手工绘图的历史，对减轻人工劳动强度、提高经济效益起到了明显的作用。有相当一部分CAD 应用较早的企业已完成了从二维CAD向三维CAD转换，并取得了巨大的经济效益和社会效益。随着市场经济的逐步深入，市场竞争日趋激烈，加强自身的设计能力是提高企业对市场变化和小批量、多品种要求的迅速响应能力的关键。 2三维设计软件的优势 2.1 CAD技术应用在机械设计的多个方面 2.1.1零件的实体建模 设计软件为三维建模提供了多种工具，包括最基本的几何造型如球体、圆柱等，对简单的零件，可通过对其结构进行分析，将其分解成若干基本体，对基本体进行三维实体造型，之后再对其进行交、并、差等布尔运算，便可得出零件的三维实体模型。对于较复杂的图形，软件提供了草图工具，设计人员可以通过它先勾勒出截面，再拉伸出较复杂的几何形体。为了满足人们不断提高的审美要求，目前主要流行的几款三维设计软件基本上都提供面片模块，该模块为设计人员提供了非常方便的曲面设计工具。对于具有大块曲面的零件，设计师可以方便地对单个面或片体进行变形处理，以达到需要的曲面。 2.1.2产品造型修改简便 企业生产的产品往往是按系列区分，各系列中每一代产品与上一代产品之间的区别较小，也许只是增加了一个功能部件或是产品造型尺寸上有所改动。三维CAD可以方便地修改一些参数就能达到设计师更改造型的目的。三维CAD在建模中一般使用参数化建模，整个建模的步骤和产品的外型尺寸被参数化，这些参数是与产品的造型直接关联的。若要对尺寸或造型进行局部的更改，只需要更改相关参数，整个造型将被自动更新。这样不仅大大减少了设计人员的工作量，还保证了产品外造型的延续性。 2.1.3生成实体装配图 实体装配不仅能让设计人员直观地看到各零件装配后的状态，还可以测量各零件之间的空间大小，方便零件的布置。在装配完成后，零件可以被隐藏或设置成半透明的状态，方便设计人员观察内部结构。此外，在装配状态下，软件提供的标准件库，也方便了设计人员对标准件型号的选择。装配状态下的干涉分析也是常用的功能，计算机通过计算各装配零件的体积的大小和位置来确定是否有相交的部分，并确定各零件是否干涉，自动生成分析报告，明确指出互相干涉零件的名称和干涉的尺寸。方便设计师修改产品设计尺寸。 2.2模具CAD/CAM的集成制造 随着科学技术的不断发展，为了减轻人工劳动强度，提高产品的精度，制造行业装备从

计算机辅助设计与制造简答题总结

1、CAPP有哪几种基本类型？分别基于何种技术？ 1检索式CAPP系统；2派生式CAPP系统，即基于成组技术或基于特征的CAPP系统；3创成试CAPP系统主要包括基于传统过程性程序结构与决策形式的CAPP系统，基于知识的cap系统等；4综合式CAPP系统，包括派生式和创成式与人工智能相结合，且综合了它们的优点的CAPP系统，基于实例与知识的混合式CAPP系统及其它混合式系统等。 2、什么是数控加工？数控装置有哪些类型？数控编程的主要内容是什么？ 数控加工数控机床应用数字化信息实现机床控制的一种技术。 数控装置有哪些类型类型？ 按加工方式分类：1.金属切削类数控机床2.金属成型类数控机床3.数控特种加工机床4其他类型的数控机床 按驱动装置的特点分类1.开环控制数控机床2半闭环控制数控机床3．闭环控制数控机床4．混合控制数控机床 主控编程的主要内容包括:分析零件图纸进行工艺处理，确定工艺过程；数值计算，计算刀具中心运动轨迹，获得刀位数据；编制零件加工程序；制备控制介质；校核程序及首件试切。 4、什么是成组技术？ 成组技术是一门生产技术科学，即研究和发掘生产活动中有关事物的相似性，并充分利用事物的相似把相似问题归类成组，寻求解决这一类问题相对统一的最优方案，从而节约时间和精力以取得所期望的经济效益。 6、派生式CAPP系统的原理是什么？ 基本原理是利用成组技术（GT）代码或企业现行的零件图编码，将零件根据结构和工艺相似性进行分组，然后针对每个零件组编制典型工艺，又称主样件工艺，在进行工艺设计时，根据零件的GT代码和其他有关信息，按编码搜索零件族，对典型工艺进行自动化或人机交互式修改，生成符合要求的工艺文件。7、派生式CAPP系统与创成式CAPP系统的工作原理有何不同？ 答：派生法是以对标准工艺规程的检索和修改为基础，而标准工艺是由有经验的工艺人员制订的。设计新零件工艺规程时要对标准工艺进行检索，并经编辑和修改而得到。创成法是由计算机软件系统，根据输入的或直接从cad系统获得的零件信息，依靠系统中的工艺数据和各种工艺决策自动设计出工艺规程。 5、产品数据管理PDM的定义是什么？ 一般认为，PDM是一种管理所有与产品相关信息和所有与产品相关的过程的技术。 9、CAD/CAM系统的进行由哪几部分组成，各有什么功能？ CAD/CAM的进行环境由硬件，软件和人三大部分所构成，硬件部分是CAD/CAM系统运行的基础，主要由计算机及其外围设备组成，包括主机，存储器，输入输出设备，网络通信设备以及生产加工设备等有形物质设备；软件部分是CAD/CAM系统的核心，通常是指程序及相关的文档，包括系统软件，支撑软件和应用软件等。 硬件提供了CAD/CAM系统潜在的能力，而软件则是开发、利用其能力的钥匙；人在CAD/CAM系统中起着关键的作用。 8、简述CAPP专家系统的构成及特点。 CAPP专家系统只要由零件信息输入模块，推理机与知识库三部分组成，特点：“推理+知识”为特征。 3、什么是CIMS? CIMS的关键技术是什么？ CIMS是计算机集成制造系统，CIMS是在自动化技术、信息技术及制造技术的基础上，通过计算机及其软件，将制造工厂全部生产活动所需的各种分散的自动化有机地集成起来，是和于多品种、中小批量生产的总体高效益、高柔性的智能制造系统。关键技术是：CAPP 信息集成，过程集成，企业集成。

计算机辅助设计制造习题解答

1、计算机辅助设计（CAD）概念：利用计算机强有力的计算功能和高效率的图形处理能力，辅助设计人员完成工程或产品的设计、分析计算及图样绘制等工作，从而获得理想的设计目标并获得预期成果的一种技术。 2、CAD/CAM技术的发展过程 3、CAD技术的发展趋势：目前CAD技术正在向集成化、智能化、网络化的方向发展。 4、CAD系统结构硬件：中央处理器、输入设备、输出设备、存储器、网络通信设备。CAD系统结构软件：系统软件、支撑软件、应用软件。 二维图形的变换形式：图形不变坐标系改变、图形改变坐标系不变。 5、设计资料的类型：数表和线图。 设计资料的处理方法：公式化、数据文件、数据库。 6、设计数据的差值方法：线性插值法、抛物线插值法、拉格朗日插值法。 7、设计曲线的拟合方法和原理 设计曲线的拟合方法：最小二乘法。 最小二乘法原理：将由实验得到或绘图经离散后得到的m个点在坐标系中画出来，假设这些点得到的拟合公式为y=f（x），每个节点处的偏差为=f（）-，i=1,2,2...m，如果将每个点的偏差值直接代数相加，则有可能因为正负偏差的抵消而掩盖整个误差程度，不能正确反映拟合公式的精确度，为此，将所有节点的偏差取平方值并求和，得到=，让偏差平方和达到最小，即最小二乘法的曲线拟合。 8、几种坐标系的概念：用户坐标系、设备坐标系、假想设备坐标系。 用户坐标系（世界坐标系）：坐标轴上的单位由用户自己确定，用来定义二维或三维世界中的物体。 设备坐标系（物理坐标系）：图形显示器或绘图机自身的一个坐标系。 假想设备坐标系（标准设备坐标系）：从世界坐标系到设备坐标系的变换中插入的一个坐标系，使所编制的软件方便地应用于不同的设备上。 二维图形的变换方法：比例变换、平移变换、旋转变换、对称变换、错切变换。 1、几何建模的概念：将物体的几何信息以及相关的属性输入计算机，计算机以数据的形式将物体的信息储存起来。 2、几何建模的三种方式：线框建模、表面建模、实体建模。 线框建模：采用点、直线、圆弧及自由曲线来构造三维模型的方法。 表面建模：通过对物体表面进行描述的建模方法。 实体建模：利用一些体素通过布尔运算构成所需的简单或复杂的实体的方法。 实体建模的表示方法和定义 a边界表示法B-REP：采用“点-边-面-体”的方式来表示物体，他以物体的边界为基础，通过描绘实体的表面边界来描述实体。 b实体结构几何法CSG：利用已有的基本体素，根据实体的结构将实体视为由不同的基本体素通过布尔运算而得到。 c混合模式B-REP+CSG表示法 4、特征建模的定义：它是几何建模技术发展的最新阶段，用符合设计思想的特征来定义零件，是实现CAD/CAPP/CAM集成的重要手段，也是网络化制造研究中进行产品图形设计的基础。 5、a特征的定义：一个对象上所具有的全部信息，不仅仅局限于实体的形状、结构，而且包含了对象从设计到制造全过程的所有信息，包括该对象的几何形状、功能和属性。

变电架构的三维分析及计算机辅助设计

变电架构的三维分析及计算机辅助设计 发表时间：2018-09-12T15:46:09.763Z 来源：《基层建设》2018年第22期作者：张雪莉1 李骞2 屈曼3 高雄飞4 王英5 [导读] 摘要：本文所介绍的是对变电架构的三维分析及计算机辅助设计方法，包括三维有限元分析方法及其程序设计，它改变了传统的简化方法，提高了设计精度和速度；同时包括有限元分析中的自动排序功能，该功能的实现减轻了设计者应用本软件的数据准备工作量；还包括本软件所能实现的自动绘图功能，这些功能满足了初步设计和施工设计的要求。 1/3/4/5中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司陕西西安 710054；2国网陕西省电力公司西安供电局陕西西安 710054 摘要：本文所介绍的是对变电架构的三维分析及计算机辅助设计方法，包括三维有限元分析方法及其程序设计，它改变了传统的简化方法，提高了设计精度和速度；同时包括有限元分析中的自动排序功能，该功能的实现减轻了设计者应用本软件的数据准备工作量；还包括本软件所能实现的自动绘图功能，这些功能满足了初步设计和施工设计的要求。 关键词：变电架构；三维分析；辅助设计 一、变电架构的三维有限元分析方法 变电架构的三维分析方法，是将变电架构作为空间杆系按照有限元法进行分析，它的力学原理是位移法。空间杆系的位移法是根据平衡条件求出结构上的基本位移（节点位移），再利用杆端力和杆端位移之间的角变位移方程式求出杆端力，从而计算其它截面的内力。 对于空间杆系结构，每个节点六个位移，其中三个线位移，另三个是转角位移。将杆件的局部坐标系转换到结构的总体坐标以后，可按照“对号入座”的方式叠加形成整个结构的位移法方程： [K][X]=[P] 式中：[K]一系数矩阵，即总刚度矩阵； [X]一所有的位移。 等式右面的[P]由两部分组成：一部分为作用在节点上的外力，另一部分为原来在等式左面的固端内力分移到等式右面去的。上式中，每个方程式的意义都表示与某一位移对应的节点内外力的平衡。应用线性代数知识求解上述位移法方程组就可以求得各组荷载作用下的节点位移，进而可以求得杆件内力。 关于大型线性代数方程组的求解、对称稀疏矩阵的存贮以及特征值问题，早有比较成熟先进的算法，本文不再引述。下面简要叙述变电架构作为空间杆系的程序设计方法，将通用的位移法原理在具体问题的程序中实现，要做好数据文件的组织，选择好计算方法，并根据规范要求完成内力组合及构件的强度及稳定校核。 在程序设计中，考虑的数据文件如下：（1）总的引导信息；（2）杆件两端节点编号数组；（3）杆件截面积数组；（4）节点坐标数组；（5）杆件截面力学特性数组；（6）关于坐标转换矩阵的指示信息；（7）关于节点荷载和杆上荷载的信息；（8）关于共面节点的指示信息；（9）关于质量矩阵的信息；（10）关于地震力方面的信息。以上数组，对于通用结构可以按照本软件所定的格式填写。这种方法适应范围广，但数据量大、繁杂，并要求力学概念清楚，空间思维明确。 本软件对于变电架构的常用形式，提供了自动排序自动生成上述数组的功能，只要提供少量的控制参数，就可以完成所需的内力分析与组合、构件的强度与稳定校核，并提供与绘图程序所需的接口。在程序实现中，对于总刚度矩阵采用了一维变带冤存贮方式，求解大型线性代数方程组采用改进的平方根法，求解动力计算的特征值方程采用同时迭代法。 二、变电架构计算机辅助设计 1变电架构的绘图功能 变电架构计算机辅助设计软件包是面向屋外变电站架构初步设计及施工图设计的专用软件，除可以完成变电架构的分析计算外，还可以用参数式设计或交互式设计的方法绘制以下各设计阶段的主要图纸。 1）绘制架构透视图并对构件进行分类统计； 2）绘制架构基础平面布置图并对基础进行分类统计； 3）绘制架构梁的加工详图并自动统计材料用量； 4）绘制架构柱身的加工详图并自动统计材料用量； 5）根据用户给定的参数，绘制架构基础的施工详图并自动统计材料用量； 6）应用本构件提供的菜单，绘制土建结构的其它图纸； 7）应用本软件提供的图形汉字库方便地输入图形的汉字说明。 2输电线路三维可视化辅助设计系统 输电线路三维可视化辅助设计系统推荐采用自下而上的4层次型软件体系结构。这种体系结构综合考虑了现有的软硬件技术水平和系统需求的因素，充分体现了软件体系结构设计的系统性和可扩充性，是一套面向可视化输电线路设计的、具有高重用度的软件体系结构。系统各层功能和设计考虑如下： （1）专业应用层。专业应用层构成了辅助设计系统与用户交互的界面，包括各种可视化的输电线路显示、查询、设计、数据管理、图表输出等功能。 （2）模型对象层。主要功能是把多数据源的地理数据转化为单一的、综合的、基于数据模型的对象，从而有效地解决了GIS中多数据源多数据类型的问题。在模型对象层中，设置了代表三维场景中的地形、覆盖在地形上的矢量对象（如公路、地区边界、河流等）、立体建模的地物对象（如主要的居民地、重要的河流、输电线路上主要的跨越和标注等）和输电线路上的电力器件对象（如输电线、避雷线、杆塔和绝缘子等）。 （3）数据层。在数据层中，采用文件系统加关系数据库来构成系统的基础数据库，由关系数据库来管理系统的属性数据，由文件系统来管理系统的空间数据。考虑到三维GIS中对空间数据查询、显示以及分析的特殊要求，需要对管理空间数据的文件系统采用多种形式的优化。 （4）转换通信层。转换通信层包含数据转换和连接通信两个子层，通信子层的设立屏蔽了各种物理通信介质和网络通信协议的差别，为数据转换子层提供统一格式的数据；数据转换子层负责将不同分系统间的数据分类、转换、融合后上传到数据层；通信层实现了与

计算机辅助设计与制造

河南机电高等专科学校 课程设计报告书课题名称：电机电器及其CAD 系部名称：电气工程系 专业：电机与电器 班级：电器091班 姓名： 学号： 2011年12 月20日 设计任务书 一、设计目的： 1、熟悉变压器优化设计软件。 2、掌握变压器设计各性能参数及材料、结构的设置。 3、掌握优化设计的方法、步骤。 4、掌握优化方案的选择及细调。 5、熟悉铁心截面的优化。 二、设计内容要求： （一）S9系列变压器电磁优化设计 1、性能参数输入； 2、材料、铁心、线圈、绝缘参数的设置；

3、油箱、温升、重量计算； 4、优化计算； 5、调整计算单；计算单保存生成； 6、铁心截面优化。 （二）S9系列变压器结构CAD设计 1、总装配图 2、铁心、铁心装配 3、线圈 4、器身装配及绝缘 5、夹件及引线装配 目录 一、课程设计任务书 (1) 二、设计方案的优化及选择 (2) 1、设计方案A的优化及选择 （1）性能参数设置 （2）铁心材料、导体材料及结构的选取 （3）变压器主纵绝缘尺寸的确定 （4）方案的优化及调整 （5）方案的比较及选择 2、设计方案B的优化及选择 （1）性能参数设置 （2）铁心材料、导体材料及结构的选取 （3）变压器主纵绝缘尺寸的确定 （4）方案的优化及调整

（5）方案的比较及选择 3、问题及讨论 三、变压器结构CAD绘制 (12) 1、图层、线型、文字等基本绘图环境的设置及绘图模板的绘制 2、主要结构尺寸及尺寸配合的确定。 3、问题及讨论。 四、心得体会…………………………………………………………… 五、附录一：计算单附录二：结构图 六、参考文献…………………………………………………………… 设计方案的优化及选择 1、设计方案A的优化及选择 （1）性能参数设置 额定值：SN=100KV A，，高压侧无励磁调压，调压范围±5%。 S9-500/10 联结组别：Yyn0 ，U1N=10000V，U2N=400V，PK=1485W，P0=280W，阻抗电压：4% （2）性能参数计算 变压器的性能参数，主要有空载损耗、空载电流、负载损耗、短路阻抗等。设计变压器时，在遵循基本物理概念的基础上，还必须考虑材料、结构、工艺等具体要求，各计算公式也必须尽量精确些，方可减少误差。 短路阻抗 3.91 [4.0%] 短路损耗 1531 [1485W] 空载损耗 281 [280W] 空载电流 1.06 [1.6%] （3）铁心材料、导体材料及结构的选取 铁芯是变压器磁路的主体部分，由表面涂有绝缘漆膜、厚度为0.35mm或0.5mm的硅钢片冲压成一定形状后叠装而成，担负着变压器原、副边的电磁耦合任务。变压器使用的铁心材料主要是硅钢片，在钢片中加入硅能降低钢片的导电性，增加电阻率，它可减少涡流，使其损耗减少,我们通常称加了硅的钢片为硅钢片，硅钢片有热轧和冷轧两种.热轧硅钢片的工作磁通密度B一般取9000-12000高斯,冷轧硅钢片的导磁性能比热轧好, 它的工作磁通密度B取值范围为12000-18000高斯。

计算机辅助设计制造习题解答

1、计算机辅助设计（CAD ）概念：利用计算机强有力的计算功能和高效率的图形处理能力，辅助设计人员完成工程或产品的设计、分析计算及图样绘制等工作，从而获得理想的设计目标并获得预期成果的一种技术。 2、CAD/CAM 技术的发展过程 3、CAD 技术的发展趋势：目前CAD 技术正在向集成化、智能化、网络化的方向发展。 4、CAD 系统结构硬件：中央处理器、输入设备、输出设备、存储器、网络通信设备。 CAD 系统结构软件：系统软件、支撑软件、应用软件。 二维图形的变换形式：图形不变坐标系改变、图形改变坐标系不变。 5、设计资料的类型：数表和线图。 设计资料的处理方法：公式化、数据文件、数据库。 6、设计数据的差值方法：线性插值法、抛物线插值法、拉格朗日插值法。 7、设计曲线的拟合方法和原理 设计曲线的拟合方法：最小二乘法。 最小二乘法原理：将由实验得到或绘图经离散后得到的m 个点在坐标系中画出来，假设这些点得到的拟合公式为y=f （x ），每个节点处的偏差为i e =f （i x ）-i y ，i=1,2,2...m ，如果将每个点的偏差值直接代数相加，则有可能因为正负偏差的抵消而掩盖整个误差程度，不能正确反映拟合公式的精确度，为此，将所有节点的偏差取平方值并求和，得到 ∑=m 1i 2 i e =()2m 1 i i i y x f ∑=-）（，让偏差平方和达到最小，即最小二乘法的曲线拟合。 8、几种坐标系的概念：用户坐标系、设备坐标系、假想设备坐标系。 用户坐标系（世界坐标系）：坐标轴上的单位由用户自己确定，用来定义二维或三维世界中的物体。 设备坐标系（物理坐标系）：图形显示器或绘图机自身的一个坐标系。 假想设备坐标系（标准设备坐标系）：从世界坐标系到设备坐标系的变换中插入的一个坐标系，使所编制的软件方便地应用于不同的设备上。 9、二维图形的变换方法：比例变换、平移变换、旋转变换、对称变换、错切变换。 1、 几何建模的概念：将物体的几何信息以及相关的属性输入计算机，计算机以数据的形式将物体的信息储存起来。 2、几何建模的三种方式：线框建模、表面建模、实体建模。 线框建模：采用点、直线、圆弧及自由曲线来构造三维模型的方法。 表面建模：通过对物体表面进行描述的建模方法。 实体建模：利用一些体素通过布尔运算构成所需的简单或复杂的实体的方法。 3、实体建模的表示方法和定义 a 边界表示法B-REP ：采用“点-边-面-体”的方式来表示物体，他以物体的边界为基础，通过描绘实体的表面边界来描述实体。 b 实体结构几何法CSG ：利用已有的基本体素，根据实体的结构将实体视为由不同的基本体素通过布尔运算而得到。 c 混合模式B-REP+CSG 表示法 4、特征建模的定义：它是几何建模技术发展的最新阶段，用符合设计思想的特征来定义零件，是实现CAD/CAPP/CAM 集成的重要手段，也是网络化制造研究中进行产品图形设计的基础。 5、a 特征的定义：一个对象上所具有的全部信息，不仅仅局限于实体的形状、结构，而且

计算机辅助设计与制造复习题

一、填空题 1．产品数据管理系统的一般体系结构包含四个层次：用户界面层、功能模块及开发工具层、框架核心层、系统支撑层。 2．CAPP 系统中常用的方法有派生式CAPP 和创成式CAPP 。 3．CAD/CAM 集成系统主要是指CAD 、CAPP 、CAM 的集成。 4．CAPP 专家系统主要由零件信息库、工艺知识库、推理机构成。 5．零件分类成组方法主要有直接观察法、分类编码法、工艺流程法。 6．三维实体建模中，常用的建模方法有扫描法和基本体素法。 7．机械设计一般要经历规划设计、方案设计、技术设计、施工设计四个阶段。 8．特征建模通常由三部分构成：形状特征建模、精度特征建模、材料特征建模。 9．几何建模系统的三种模式是：线框建模、表面建模、实体建模。 10．一元函数的插值方法有线性插值法和拉格朗日插值法。 11.产品的制造过程一般要经过产品设计、工艺设计、制造等环节，最终形成用户所需的产品。 12、CAD 系统的软件包括：系统软件、支撑软件、应用软件。 13、将平面图形沿X 方向平移3个单位，然后放大一倍，其变换矩阵为????? ???????1030 20002。 14、PDM 的功能包括文档管理、工作流程管理、零件分类检索、工程变更管理、产品结构与配置管理、和PDM 系统与应用软件的集成。 15、一个完整的CAD/CAM 系统必须具备硬件系统和软件系统。 16、实体模型储存物体的完整几何信息。它的数据结构不仅记录了全部几何信息，而且记录了全部点、线、面、体的拓扑信息，这是实体模型与线框模型的根本区别。 17、创成式CAPP 系统主要解决两方面的问题，即工艺决策与工序设计。 18、柔性编码系统的编码由固定码和柔性码两部分组成。 19、 线框模型是通过点、线(直线，曲线)描述几何信息和拓扑信息并在计算机内生成二维或三维图像。 20、几何造型就是利用三维造型CAD 软件或CAM 软件的三维造型、编辑修改、曲线曲面造型把要加工的工件的三维几何模型构造出来，并将零件被加工部位的几何图

计算机辅助设计制造总结与感悟

重庆大学 计算机辅助设计与制造课程作业 讨论题目：计算机辅助设计与制造感悟 姓名: 姚云飞 指导教师姓名: 刘文 单位名称: 重庆大学机械工程学院 班级： 2011级机械制造设计及其自动化专业07班 学号： 20112528 2013年12月2日

计算机辅助设计制造总结与感悟 机自07班姚云飞20112528 一．自己对这门课的收获 最开始最开始学这门课时感觉和CAD制图差不多。自己希望学习之后可以有一些基本的三维建模的技能，通过以后的练习可以熟练掌握三维建模技术。对CAD/CAM系统有一些基本的了解和认识。学习之后，不但可以建模，同时还可以进行自动数控加工编程，同时对建模中的一些方法的原理的学习开阔了我们的视野，让我们思维更加丰富。有了原理，以后学习这方面的知识就容易多了。 二．总结与感悟 第一章CAD/CAM的概论 1.1 CAD/CAM基本概念 在产品设计阶段要完成任务规划，概念设计，结构设计与分析详细设计和工程设计等工作，如果借助计算机来完成这些工作就称为CAD。在生产阶段，要完成数控加工编程，加工过程仿真，数控加工，质量检验，产品装备，性能测试与分析等工作，如果借助计算完成，则称之为CAM。 CAD/CAM主要包括以下9种功能，图形图像处理，产品过程与建模，信息储存与管理，工程计算分析与优化，工程信息传输与交换，模似与仿真，人机交互，信息输入和信息输出等基本功能。在上述的基本功能的基础上分别形成了CAD和CAM各项任务的具体功能。 1.2 CAD/CAM技术的发展应用 近二十年，CAD/CAM是发展最迅速的技术和产业之一。20世纪90年代初，CAD/CAM技术应用已进入近百个工业领域。如此受大众欢迎的技术未来的发展肯定是我们所关心的。它未来的发展方向主要为支持TOP—DOWN、支持DFx、智能CAD/CAM技术、并行工程、虚拟制造技术、计算机集成制造和支持异地设计的CAD/CAM技术。 感悟：通过这一章的学习，是我对CAD/CAM有的一个初步的认识。它的发展以及在工业中的应用都是特别广泛的，还了解到它未来的发展趋势。CAD/CAM 是计算机和数字化信息技术发展而形成的新技术。是20世纪最杰出的工程之一。这些使我对这一门课加深的不少了解，以及对自己学习上的一些要求。 第二章CAD/CAM系统 2.1 CAD/CAM系统的组成与分类 组成CAD/CAM系统的主要有关硬件有主机、储存器、输入输出设备、网络通信设备以及生产加工设备。软件主要指程序以及相关文档。 根据使用软件规模大小的不同可分为CAD系统、CAM系统和CAD/CAM 集成系统。从是否使用计算机网络方面分为单机系统和网络化系统。 2.2 CAD/CAM系统中的典型硬件

计算机辅助设计与制造专业介绍

计算机辅助设计与制造专业介绍学制：三年 一、培养目标及毕业文凭的取得 （一）专业的培养目标 本专业培养具有大学专科层次，掌握计算机辅助设计与制造技术，从事机械制造工艺规程的编制与实施、加工工艺装备的设计制造和各类控制设备的安装、调试、运行和日常维护等，担任生产流水线的组织、指导、管理的技术工作；担任产品的设计和新产品的技术开发工作；担任产品管理、推广、销售及售后服务等工作的技术人才。 （二）毕业文凭的取得： 1、按专业教学计划的要求，学完教学计划规定的全部课程并考试考核合格取得规定学分； 2、具有一定的英文水平，并要求通过高等院校英语应用能力等级考试PRT-A级资格证书； 3、具有一定的计算机基础应用水平及应用与本专业相关的计算机软件的能力，并取得由社会与劳动保障组织的计算机办公软件应用软件工职业资格证书； 4、应考取一至二门专业中级上岗资格证书。 二、学生的基本素质与岗位能力要求 （一）学生的基本素质 1、具备大学生应有的思想道德素质与职业道德。

毕业生应掌握马列主义的基本原理和邓小平理论等知识，了解我国的国情与国策；具备公民应有的法律知识与社会公德、职业道德。热爱祖国，热爱中国共产党。热爱将来从事的职业，具有为机械制造及控制技术这一职业发展而奋斗的献身精神。 2、具备大学生应有的文化素质。 要求毕业生必须具有大专层次的文化科学知识；具有正确的世界观、人生观。掌握本专业必备的基本理论、基础知识和基本技能；较好的完成大专层次的机械制造及控制技术职业人员的基本业务训练，具有承担机械制造及控制技术岗位工作技能。 3、具有大学生应具备的基本能力。 适应机械制造及控制技术现代化的需要，有较强的实践能力和社会竞争能力；有较强的语言和文字的表达能力；能结合专业的需要具备一定的计算机操作水平；比较熟练地掌握一门外语，并具备一定程度地听、说、写综合能力。英语达到二级标准及以上，计算机达到二级标准及以上，同时还需要掌握一定的美学知识。 4、具备大学生应有的身体素质。 掌握基本的体育卫生知识和运动技能；坚持体育锻炼，身体健康，能承担起建设祖国的光荣使命，体育课成绩必须达标。 （二）岗位能力要求 1、从事机械制造加工工艺规程的编制与实施的能力； 2、从事工艺工装的设计、制造的能力； 3、从事机、电、液、气等控制设备的维护维修的能力；

计算机辅助设计大作业

2015—2016 学年第二学期研究生课程考核 （读书报告、研究报告） 考核科目：计算机辅助设计与制造 学生所在院（系）：机电工程学院 学生所在学科：机械工程 姓名：张娜娜 学号：1502210093 题目：应用三维建模软件构建一个零件模型，描述建模过程。针对该零件的具体情况（比如相关模型的表示方法、数据结构、显示操作情况等），就涉及到的所学知识进行论述。

问题 1. 应用三维建模软件构建一个零件模型，描述建模过程。针对该零件的具体情况（比如相关模型的表示方法、数据结构、显示操作情况等），就涉及到的所学知识进行论述。 2. 计算机是如何帮助我们完成设计任务的？你了解哪些CAD系统？结合你应用过的软件加以论述。

问题1: 应用Pro/E对平口虎钳的固定钳身进行三维建模。 1. 启动Pro/E，新建文件，选择零件设计。 2. 选择俯视基准面，绘制如图1-1所示的截面。 ●知识点：由于矩形已经形成了特征，所以经过确定矩形的两个对角点即可确定矩形，完成后修改对应的长宽即可完成草图的绘制。 四叉树。二维图形是以四叉树的形式存储数据的。它的基本思想是将平面划分为四个子平面，这些子平面任可以继续划分，通过定义这些平面的“有图形”和“无图形”来描述不同形状的物体。 图1-1 草绘截面图1-2 拉伸的实体 3. 退出草图绘制，单击拉伸命令，其参数的设置如图1-2所示。单击对勾，完成的拉伸实体如图1-2所示。 ●知识点：八叉树。拉伸厚度是以八叉树的形式存储数据的。八叉树用以描述三维物体，它设想将空间通过三坐标平面XY、XZ、ZX划分为八个子空间。八叉树中的每一个节点对应着每一个子空间。 图1-3 拉伸草图图1-4 拉伸实体

计算机辅助设计与制造复习题分析

计算机辅助设计与制造复习题 一、选择题 1.计算机辅助制造进行的内容有【】 A.进行过程控制及数控加工 B.CAD C.工程分析 D.机床调整 答案：A 2.加工过程优化计算中，可控变量有【】 A.刀具材料 B.切削力 C.切削速度 D.切削温度 答案：C 3.图素的简单含义是【】 A.零件图形分解出来的基本图形 B.零件图形的基本颜色 C.图形的坐标增量 D.图形的精确程度 答案：A 4.在CAD作业中，采用数据文件形式来处理工程数表、线图数据，其目的是 A.减少占用内存，使数据文件独立于计算程序 B.减少占用内存，使数据文件与计算程序融为一体 C.占用大量内存，较好解决数据共享 D.占用外存，使数据文件与操作系统紧密结合 答案：A 5.使用下列哪种操作可实现实体的全剖、半剖和局部剖切【】 A.旋转切除 B.拉伸切除 C.扫描 D.放样 答案：B 6.在单链表里，每个结点的存贮单元分为两部分，一是存放结点的数据，另一部分存放指向后继结点的【】 A．关系B．单位C．指针D．数据 答案：C

7.直线插补运算是一些【】的加减运算。 A.偏差值 B.斜率和最终坐标值 C.坐标值 D.直线坐标 答案：B 8.某绘图软件，画线语句为DRAW，其参量U、D、E、G表示向上、向下、向右上、向左下画线，B、N 表示不画线和画后返回原起点，则语句DRAW“NE141；BU100；G141；BU100；G141”表示【】A．画一条曲线B．画一条直线C．画二条直线D．画三条直线 答案：D 9.在关系型数据结构中，数据的逻辑结构被归结为满足一定条件的【】 A.线性表 B.单链表 C.二维表 D.多维表 答案：C 10.在二维图形的旋转变换中，其旋转中心【】 A.只能位于图形边界内 B.只能位于图形边界外 C.只能位于坐标原点 D.可位于任意点 答案：D 二、简答题 1.已知直线AB两端点的坐标为A(2,30,),B(5,6).写出使直线AB以坐标原点为中心顺时针旋转90的变换矩阵，并求出变换后直线AB的坐标矩阵。 答案： （1）AB的齐次坐标矩阵为 (2)绕原点顺时针旋转90°的变换阵为： (3)变换后直线AB的坐标矩阵为： 2.比较说明AutoLISP和VB（或VBA）开发AutoCAD的特点。 答案：相同点：都是对AutoCAD的扩充，都具有一般高级程序设计语言的特点。