土木工程CAD技术基础 第一章：概论 清华大学土木工程系 防灾减灾工程研究所 张建平 Email:zhangjp@tsinghua.edu.cn
土木工程CAD技术基础 第一章：概论 清华大学土木工程系 防灾减灾工程研究所 张建平 Email: zhangjp@tsinghua.edu.cn
第一章 概论 ◆ 1-1CAD的目的和意义 ◆1-2CAD的发展和应用领域 13CAD技术在土木工程中的应用 ◆1-4课程任务和学习方法
第一章 概论 1-1 CAD的目的和意义 1-2 CAD的发展和应用领域 1-3 CAD技术在土木工程中的应用 1-4 课程任务和学习方法
1-1CAD的目的和意义 CAD:基本概念 CAD (Computer Aided Design) 综合应用计算机及其有关技术辅助人们进行工 程和产品设计的方法和技术。 自动绘图 ◆ CAD技术基础： 几何建模 图形仿真 交互输入 ● 图形输入 交互控制 图形图像处理技术 图形输出 图形拾取 人机交互技术 有限元分析 交互接口 优化设计 工程分析技术 工程分析与 处理 软件工程规范 数据管理与数据交换技术 需求分析 数据库管理 系统设计 文档处理技术 文档制作 工程数据处理 软件编制 软件设计技术 文档编辑 数据交换标准 软件测试 文字处理 与接▣
1-1 CAD的目的和意义 CAD：基本概念 CAD（Computer Aided Design) z 综合应用计算机及其有关技术辅助人们进行工 程和产品设计的方法和技术。 CAD技术基础： z 图形图像处理技术 z 人机交互技术 z 工程分析技术 z 数据管理与数据交换技术 z 文档处理技术 z 软件设计技术 自动绘图 几何建模 图形仿真 图形输入 图形输出 有限元分析 优化设计 工程分析与 处理 交互输入 交互控制 图形拾取 交互接口 数据库管理 工程数据处理 数据交换标准 与接口 文档制作 文档编辑 文字处理 软件工程规范 需求分析 系统设计 软件编制 软件测试
CAD的理论基础 计算机图形学 ●有限元方法 建筑结构CAD 通过各种人机交互方式，高速而准确地进行建 筑结构的各种技术计算、优化设计、自动绘图 以及资料检索
CAD的理论基础 z 计算机图形学 z 有限元方法 建筑结构CAD z 通过各种人机交互方式，高速而准确地进行建 筑结构的各种技术计算、优化设计、自动绘图 以及资料检索
CAD与计算机绘图、计算机图形学的关系 ● 计算机图形学(Computer Graphics:CG)是研 究如何以图形或符号的形式，通过计算机生成 、修改或显示数据的学科。 ● 计算机绘图(Computer Drawing:CD)是CG 中涉及工程图绘制的一个分支，是以计算机操 作方式绘制图形的工程技术。 CAD与CG、CD的关系 CG的图形处理理论和方法是CAD的重要基 础； >,CD是CAD基本技术
CAD与计算机绘图、计算机图形学的关系 z 计算机图形学(Computer Graphics: CG)是研 究如何以图形或符号的形式，通过计算机生成 、修改或显示数据的学科。 z 计算机绘图（Computer Drawing: CD)是CG 中涉及工程图绘制的一个分支，是以计算机操 作方式绘制图形的工程技术。 z CAD与CG、CD的关系 ¾ CG的图形处理理论和方法是CAD的重要基 础； ¾ CD是CAD基本技术
CAD:目的 工程设计的工作类型 。创造性工作： 研究、分析； ● 重复性工作：运算、绘图。 ◆ CAD实现人机结合，减轻工作强度 ●设计者完成创造性工作； ·计算机从事重复性工作。 CAD扩大设计者的能力，提高工作效率 ● 充分结合了人与计算机两者的特长 ■ 设计者：思维、概念化和创造性。 计算机： 高速、准确的计算 大容量的数据存储 准确的逻辑判断 直观的图形显示。 “协同效应” 合成系统能力大于各组成 部分的总和
CAD：目的 工程设计的工作类型 z 创造性工作： 研究、分析； z 重复性工作： 运算、绘图。 CAD实现人机结合，减轻工作强度 z 设计者完成创造性工作； z 计算机从事重复性工作。 CAD扩大设计者的能力，提高工作效率 z 充分结合了人与计算机两者的特长 设计者：思维、概念化和创造性。 计算机：高速、准确的计算 大容量的数据存储 准确的逻辑判断 直观的图形显示。 z “协同效应”———合成系统能力大于各组成 部分的总和
CAD:意义 提高设计效率，缩短设计周期 提高设计质量 ·提高分析计算速度 •周密的工程分析 解决复杂的计算问题 减少设计误差 提高绘图效率 •便于修改设计 ·直观的了解设计对象 •清晰规范的设计图纸和文档 设计方法、设计文档和制图 CAD系统相对费用较低 标准得到统 降低设计劳务费用 •信息共享，改进各专业设计 间的信息传递 建立工程施工所需的数据库 促进设计规范化、系列化和 降低设计成本 标准化
CAD：意义 提高设计效率，缩短设计周期 提高设计质量 促进设计规范化、系列化和 降低设计成本 标准化 •提高分析计算速度 •解决复杂的计算问题 •提高绘图效率 •直观的了解设计对象 •CAD系统相对费用较低 •降低设计劳务费用 •设计方法、设计文档和制图 标准得到统一 •信息共享，改进各专业设计 间的信息传递 •建立工程施工所需的数据库 •周密的工程分析 •减少设计误差 •便于修改设计 •清晰规范的设计图纸和文档
1-2CAD的发展和 标准化和集成化 曲面和实体造型 CAD:发展历史 显示产品的三维模型，CAD/CAM 的信息集成 微机与工作站CAD PC+光栅显示器+绘图仪+图形输入板 高速发展阶段 三维图形系统、数据库技术 大型机与小型机CAD 大、小型机吐图形显示器 +光笔+图形输入板 应用阶段 二维图形系统 MIT:I.E.Sutherland 现代CAD “SketchPad:人机 发展阶段 全面支持异地的、数字 通信图形系统” 化的、采用不同设计方 平板绘图仪 法的产品或工程设计。 图形显示器 准备阶段 尽可能采用自动化设计 技术，实现设计工作的 数控加工 集成化、网络化和智能 化。 19491950 1958 1962 ●1970 1980
1-2 CAD的发展和应用领域 CAD：发展历史 1958 平板绘图仪 1949 数控加工 1962 MIT:I.E.Sutherland “SketchPad:人机 通信图形系统” 1980 微机与工作站CAD PC+光栅显示器+绘图仪+图形输入板 三维图形系统、数据库技术 1990 标准化和集成化 曲面和实体造型 显示产品的三维模型，CAD/CAM 的信息集成 1950 图形显示器 准备阶段 发展阶段 应用阶段 高速发展阶段 大型机与小型机CAD 大、小型机+图形显示器 +光笔+图形输入板 二维图形系统 1970 现代CAD 全面支持异地的、数字 化的、采用不同设计方 法的产品或工程设计。 尽可能采用自动化设计 技术，实现设计工作的 集成化、网络化和智能 化
CAD:代表产品 ◆第一代 ·美国通用汽车公司：DAC-系统，用于汽车设 计 美国洛克希德公司：CADAM系统，用于飞机 设计 ◆第二代 Applicon公司：AGS系统 Computer Vision公司：CADDS系统 ◆ 第三代 ● Autodesk公司：AutoCAD Bentley公司：MicroStation
CAD：代表产品 第一代 z 美国通用汽车公司：DAC-I系统，用于汽车设 计 z 美国洛克希德公司：CADAM系统，用于飞机 设计 第二代 z Applicon公司：AGS系统 z Computer Vision公司：CADDS系统 第三代 z Autodesk公司：AutoCAD z Bentley公司：MicroStation
CAD:展望 (Outlook) 第四代CAD系统 曲面和实体造型：显示产品的三维模型，( CAD/CAM的 信息集成。 第五代CAD系统 集成化：集设计、测试、管理和生产于一体，计算机集 成制造(CIMS) 建立能满足工程全生命期各环节需要的完整的信息 模型； 提供功能集成和信息集成的CAx((CAD、CAPP、 CAM、.)工具。 CMS理念用于工程中又称计算机辅助工程(CAE, Computer Aided Engineering) 网络化：异地设计、协同工作、虚拟设计 智能化：自动设计、决策支持、方案评估
CAD：展望（Outlook） 第四代CAD系统 z 曲面和实体造型：显示产品的三维模型，CAD/CAM的 信息集成。 第五代CAD系统 z 集成化: 集设计、测试、管理和生产于一体，计算机集 成制造（CIMS）。 ¾ 建立能满足工程全生命期各环节需要的完整的信息 模型； ¾ 提供功能集成和信息集成的CAx(（CAD、CAPP、 CAM、.)工具。 CIMS理念用于工程中又称计算机辅助工程（CAE， Computer Aided Engineering) z 网络化：异地设计、协同工作、虚拟设计 z 智能化：自动设计、决策支持、方案评估