论计算机辅助设计平台系统的组成、分类和功能特点

唐思均　李彪

摘要：计算机辅助设计平台系统是为工程设计和产品设计提供一个计算机软件、硬件环境，也可以说，计算机辅助设计平台系统是将计算机软、硬件有机的组成在一起，构成为设计服务的系统。

关键词：计算机辅助设计；系统；分类；功能

一、计算机辅助设计平台系统的基本组成

一个完整的计算机辅助设计平台系统应具有的主要功能概括为：快速计算、分析和生成、处理图形的能力，存贮程序、数据和快速检索的能力，输入、输出信息的能力，以及良好的人机交互功能等。

计算机辅助设计平台系统要完成设计任务，必须要有相应软、硬件的支持。计算机辅助设计平台系统应具备快速响应和图形的交互设计与显示输出的能力。它采用专门的输入与输出设备来处理图形问题，例如采用图形终端。在软件上提供用户所需的全部功能模块，并通过一个中央数据库集成起来，在界面处理上采用一套完善的交互操作方式。

为了实现上述功能，计算机辅助设计平台系统应由设计人员、硬件系统和软件系统三部分组成，如图1所示。其中设计者在系统中起到主导作用，他们可以通过人机交互或批处理方式控制或操纵全过程，完成设计、计算、绘图或仿真等任务。设计工程是一个信息管理、信息加工和信息交换的工程，因此，一个完整的计算机辅助设计平台系统结构上应该包括：

（1）工程数据库，用于存贮和管理各种信息；

（2）多功能的交互式图形程序库，用于进行图形信息加工处理和交互；

（3）应用程序库，用于完成各种类型的分析计算和数据处理等。

二、计算机辅助设计平台系统的分类

从硬件的角度可以将计算机辅助设计平台系统分为四类。

（1）主机系统（Main Frame Based System）

该系统的特点是以高性能的大型通用计算机为主机，共用多个外设。优点是主机功能强，能实现资源共享和大信息作业。缺点是终端用户过多时，系统的效率和响应速度降低，此外，当主机出现故障时，整个系统陷于瘫痪。而且，这类系统价格昂贵，不适合中、小型企业和研究单位使用。这种系统在70年代较为流行，目前一般不再采用。

（2）工作站系统（Engineering Worksmfion System）

这种系统以32位微机工作站为基础构成单位用户的CAD系统，其特点是给用户提供一台计算机（保证快速响应），又具有网络功能（资源共享）等。这种系统发展较快，如美国的Sun、HP、SGI等公司的CAD工作站。不过，这种系统比较封闭，开放性较差。

（3）高档微机系统（PC-CAD System）

近年来，微处理器技术取得了突破性进展，微机的性能价格比日益提高，各种应用商品软件功能不断加强，因此以PC机为基础的CAD系统在中小型企业中取得了广泛的应用。但由于目前微机在速度和内外存等方面仍然有一定的限制，大型工程分析和计算、复杂三维造型等功能在这种系统中运行还比较困难。

（41分布式系统（Distributed artificial System）

上述三种系统可以通过互联的方式组成一个多处理机系统，就构成了分布式CAD系统。处理机之间的通信是由网络软件完成的，这种方式可以实现资源共享，又有利于多专业同时进行复杂的大型工程设计和分析，但费用较高。

另外，根据系统的工作方式划分，计算机辅助设计平台系统可分为非人一机交互式系统、人一机交互式系统。

在设计计算机辅助设计平台系统的时候，可以根据需要选择系统的型式，也可以同时结合几种型式的特点，开发出适用于行业的计算機辅助设计软件。

三、计算机辅助设计平台系统的功能

（1）几何建模

在计算机辅助设计平台系统设计过程中，几何建模是把物体的几何形状转变为适于计算机接受的数学描述。这种数学描述允许物体的图象通过计算机辅助设计系统的中央处理机所发出的信号在图形终端上进行显示和变换。用户可以通过三种命令实现几何建模，第一种命令是基本的几何元素，如点、线和圆等；第二种命令是对这些元素进行比例变换、旋转和平移等；第三种命令是把各个几何元素连接成所要求的物体形状。在几何建模中可完成三维绘图和二维造型，并能模拟实体装配和运动仿真等。

（2）工程分析计算

在产品或工程设计中，要进行大量而且复杂的分析与计算工作，例如产品的性能分析与计算、强度与刚度计算、结构参数计算及校验性计算等等。在计算机辅助设计平台系统的作业中，可将这些分析与计算公式建成数学模型，编制成设计计算软件，由计算机来完成设计计算，而且计算过程中可进行反复迭代逐渐趋近一个最优解。

计算机辅助设计平台系统可以包括或连接某些功能强大的工程分析软件，如有限元分析软件和优化设计软件等，当需要时可以调用，从而获得最优的设计方案和最佳的设计结果。例如对于复杂零件进行应力应变分析时，要用到有限元计算，即在零件上划分出很多网络，网络划分的越细，计算精度越高，但划分网络很费时，若利用具有自动划分网络功能的有限元分析计算软件，便可大大提高设计速度和设计质量。有限元分析结果的输出，是以图象的形式在显示终端上显示，用户很容易观察，如果对有限元分析所得到的设计结果不满意，可以进行修改，然后再重新进行有限元分析。

（3）自动绘图

这是最为广泛的应用，在很大程度上取代传统的手工制图。绘图工作量在总设计中约占50%-60%的工作量，利用计算机自动绘图系统可以高速、准确地绘制二维和三维图形。

（4）参数化设计

标准化、通用化和系列化的零部件具有相似的结构，但尺寸等经常改变。通过参数化设计可建立图形程序库，调出后赋予一组新的尺寸参数即能完成一项设计工作。

（5）数据库的管理与共享

产品与工程设计中的信息量非常大，信息的形式、属性和关系也是多样而复杂的，计算机辅助设计平台系统正是建立在对这些工程信息的存贮、管理、传递和共享的基础上，这就要依靠工程数据库及其管理系统。在作业中，利用数据库技术，统一管理工程数据和图形，为各个专业设计提供共享数据的模式和它们之间的接口，完成对设计信息的存取、加工和转换等。在系统中，需要建立一个数据库，对大量数据的形式、属性和关系等进行处理和管理，提供给用户实现资源共享，也可以对设计过程起到很好的参考作用，这与设计工程是紧密联系的。

（6）生成设计图文档或报表

文档是计算机辅助设计平台系统的有机组成部分，但是，很多设计人员往往最为厌烦的是在设计过程中和设计完成后需要书写设计文档和设计说明书。而在计算机辅助设计平台系统中可以把这些工作自动化，简化设计者的工作量，并且能提供面向用户的用户手册、使用手册以、图纸和文档以及各种技术设计报告、报表等。