1、CAD读书报告计算机辅助设计基础读书报告学院： 机电工程学院班级： 机自085班姓名： 羊晨学号： 200810301521任课教师：日期：成绩：目录一CAD的发展历程、发展现状和发展趋势 11.1 CAD的发展历程 11.2 CAD的现状 21.3 CAD的发展趋势 2二数据库应用实例 32.1 数据库在学生成绩管理系统中的应用 32.2 数据库在图书馆管理系统中的应用4三AutoCAD及SolidEdge简介73.1 AutoCAD基本功能及特点83.2 SolidEdge的基本功能及特点8四矩形法、梯形法及辛普森数值积分的基本思想84.1 矩形法积分的基本思想84.2 梯形积分法的基本思
2、想94.3 辛普森积分的基本思想9五二分法方程求根的程序流程图10六写出三维空间平移、旋转（绕X轴）、镜像（以原点）比例变换矩阵，并证明其变换功能106.1 平移106.2 旋转（绕X轴）116.3 镜像（以原点）比例变换12七说明如何实现CAD/CAPP/CAM的集成127.1 CIMS集成型网络结构127.2 CAD/CAPP/CAM集成体系结构137.3 数据交换14参考文献14一CAD的发展历程、发展现状和发展趋势1.1 CAD的发展历程CAD的发展是随着计算机的发展而发展的。40年代计算机问世直至50年代中期，计算机十分庞大昂贵，应用有限。50年代末，计算机由真空管向晶体管发展，计算
3、机应用理论也随之发展。美国麻省理工学院（MIT）在有了“旋风I号”（Whirlwind I）计算机类似示波器的图形显示设备、美国Calcomp公司研制的滚筒绘图仪、Gerber公司研制的平板绘图仪等设备的基础上，于60年代初发表了计算机辅助设计的五篇论文。其中I.E.Sutherland在他发表的博士论文“Sketchpad-A一种人机对话系统”中，首次作出这样的设想：设计者坐在阴极射线管显示装置（CRT）控制台前，利用光笔操作，计算机课根据光笔指定的点画直线、图，设计者课随心所欲地对显示的图形进行修改、删除。并提出系统对符号和图案的存贮采用分层的数据结构。即一幅完整的较复杂的图纸可以通过分层
4、调用各有关子图来合成。这是一种带人工智能的具有开创性的设想，该系统被公认为交互式图形生成和显示技术的发展奠定了基础。从而为CAD技术的发展和应用打下了理论基础。当时，这种系统相当昂贵，只有资金雄厚的飞机和汽车制造等大企业问津。并且由于缺乏合适的图形软件和应用软件，限制了在工程企业中的推广应用。但是，伺候美国的一些大公司十分重视这一技术，投入大量资金对CAD技术进行研究开发，研制了一些CAD系统。如IBM公司的SMS、SCT/MST设计自动化系统；洛克希德公司的主要用于二维绘图的CADAM系统；通用汽车公司为设计汽车车身和外形开发的CAD-1系统。60年代随着计算机进入了以集成电路（IC）为基本
5、原件的第三代计算机时期，出现了许多商品化的CAD设备。如IBM公司推出了商品化计算机绘图设备；通用汽车该年公司的多路分时图形控制台等，使CAD技术进入了应用时期。进入70年代，CAD技术发展加快，计算机硬件性能价格比不断改善，图形输入板，大容量磁盘存贮器，廉价的存贮管显示器，光栅扫描显示器等相继出现，以及数据库管理系统等软件的开发，大大推动了CAD应用。以小型和超级小型计算机为主机的CAD系统进入市场。出现了一批专门开发经营CAD系统硬件和软件的公司，如：Computer Vision，Intergraph，Calma，Applicon等。这些系统硬件和软件配套齐全，也称“交钥匙”系统（Tur
6、nkey System）。与大型计算机CAD系统相比，它的价格相对便宜，使用维护也相对简单一些，这大大促进了CAD技术的进一步发展和应用范围的扩大。80年代可称为CAD应用突飞猛进的时期。美国70年代末CAD工作站安装数在12000套，80年代猛增至63000套。特别是32位工作站和微型计算机的出现对CAD技术的发展起了极大的推动作用。32位工作站具有较高的响应速度，特别适合CAD系统，而且32位工作站之间可联网以达到共享系统内的资源和发挥各台计算机的特点。这种以工作站为基础的CAD系统发展很快，其功能达到甚至超过了小型机CAD系统。系统由制造商提供硬件和系统软件，应用软件由专门开发软件的公司
7、提供。我国市场上有IBM、HP、SUN、DEC等公司的产品种类很多，各有特点。80年代至90年代，从发展的观点来看，具有历史意义的是以微型计算机为主机的高档台式CAD系统问世了。从80年代初，微机Apple进入实用到现在，短短十几年，微机从最初的8位机到现在的32位机，时钟频率最高已达500兆以上，发展之快令人惊叹，可以预见，微机很快还将进一步发展。1.2 CAD的现状如今，微型机的发展已经到达一个相当高的水平，应用软件的开发已经十分成熟。当前市面上已有许多十分优秀的制图软件，如AutoCAD、ProE等。这些软件也已经被广大制图、设计者所接受。特别是AutoCAD，近十年来一直占据主导地位。
8、而且AutoCAD软件绘图已经被应用在机械、广告、服装等各个领域。而且AutoCAD支持使用者利用VB、VC等开发语言或者AutoCAD自带的VBA对AutoCAD进行开发，从而使重复性较大的计算绘图工作量减小和更加规范准确。1.3 CAD的发展趋势目前CAD系统的发展，其趋势可能有以下几个方面：1.采用面向对象的数据库技术和数据库管理系统，使工程数据库与CAD结合。保证数据的一致性、统一性，无需数据转换，相关数据能自动更新，提高处理复杂工程数据信息的频率，同时提供设计、分析、制造的共享信息，为CAD/CAM系统集成奠定基础；2.新实用造型系统的开发。提供参数模型设计，实施与产品设计制造密切相
9、关的特征实体造型新技术，应用尺寸驱动编辑功能，为产品设计与制造提供更为方便的工具；3.实现工程计算机网络化。通讯技术提高将改善人与机器之间的信息更换。使工程设计人员在不同地方同时工作，既相对独立，又可随时交换信息。充分实现资源共享，提高效率；4.向智能化发展。智能化是CAD的方向。利用人工智能技术辅助设计，可提高知识利用率，用专家知识来解决专门问题。专家系统的研究开发将大大提高设计质量，提高产品的市场竞争力；5.提供结构分析、有限元前后处理、工程分析、系统仿真、CAPP、数控编程等实用软件；6.标准化。为实现信息共享，产品零件的描述标准是至关重要的。国际组织制定的产品数据交换标准STEP的实施
10、有利于零件在设计、制造整个过程的数据传递、交换；7.越来越多的使用微型计算机系统。二数据库应用实例2.1 数据库在学生成绩管理系统中的应用2.1.1 系统结构设计整个系统包括登录模块、成绩管理模块、数据维护模块和系统维护模块，共四个模块。其软件层次图如图1。2.1.2 数据库设计2.1.2.1 概念结构设计概念结构设计是整个数据库设计的关键，描述概念模型的有力工具是 ER模 型。本软件设计采用的是自底向上的设计方法。先设计分ER图，再合并分ER图生成成绩管理系统的基本ER图，如图2( 实体的各属性略)所示2.1.2.2 逻辑结构设计以及数据库优化逻辑结构设计的任务是把基本ER图转换为与选用DB
11、MS是产品(SQL SERVER)所支持的数据模型相符合的逻辑结构，即根据 ER图关系模型的转换规则将图2转换为关系模型如下(仅举两例，码用下划线标出)：学生(学号，姓名，班级，性别，期别，政治面貌，民族，籍贯，身份证号，学籍编号)教师(教师编号，教师姓名，教研室)为防止由于插入异常、删除异常、修改异常所带来的数据库的不一致性，要对所建的关系模型进行规范化处理，本数据库中各关系模式大部分属于BCNF范式。2.1.2.3 存储过程的使用存储过程集中存储在数据库服务器中的预先定义且已经编译好的事务。对于SQL Server它能够以数据集的形式返回数据。应用程序如需对大量记录进行操作，为使应用程序的
12、效率不受较大的影响，需要使用存储过程来解决问题。本系统在数据备份时使用了存储过程。2.2 数据库在图书馆管理系统中的应用2.2.1 需求分析2.2.1.1 读者登记处学生或教师需要办理读者卡之后才能进行图书的借阅工作。在填写“图书馆读者卡申请表”之后即可办理读者卡。在读者登记处,需要将读者的有关信息添加到信息系统中保存，当读者信息发生改变时，需要对计算机里的内容进行相应的修改。当读者办理退卡手续时，徐删除相应的读者信息。另外，生成超过期限未还书的读书信息表，通知读者尽快还书。2.2.1.2 图书总管部门图书信息管理，完成图书的录入、修改、删除、和查询功能。在查询图书信息时，可随时查询书库中现有
13、书籍的类型、书号、作者、单价和购买数量等。所有各类图书均可由书号唯一标识。为了方便业务往来，需保存出版社相关信息。这些信息包括出版社编号、名称、电话、地址、联系人等。2.2.1.2 图书借还处读者借书管理。读者有两种身份，即学生和教师。根据读者身份的不同，有不同的借阅权利。教师身份的借阅人可以总共借5本书，每本书的借阅时间为90天；学生身份的借阅人可以总共借3本书，每本书的借阅时间为30天。读者可以根据图书类别和署名查找自己要借阅的图书，在图书借阅登记中，借阅日期是自动填写的（当前系统日期）。还书管理。在办理还书业务时，系统判断是否过期，若过期，则首先查看是否已交了罚款。若未交，则生成一张罚款
14、通知单，假设一张罚款通知单只对应一本图书和一名读者，但读者或图书可被罚很多次，罚款金额按过期天数计算。且不能为其办理还书操作。若已交了罚款，则办理还书手续。罚款处理。当超过期限未还或图书破损、丢失时需要进行罚款处理。假设罚款标准如下：当超过期限未还时，罚款金额（元）=超过的天数0.05.当图书破损、丢失时，按图书的原价赔偿。完成图书在库数量的查询产生图书借阅排行榜报表，按照图书类型生成读者喜欢分析报表。此外，对图书、读者和出版社等信息，系统管理员可以做添加、修改、删除和查询操作。普通读者只能查询。2.2.2 业务流程分析2.2.3数据库概念模型设计(E-R图)三AutoCAD及SolidEdg
15、e简介3.1 AutoCAD基本功能及特点基本功能：AutoCAD的基本功能有，创建与编辑图形、标注图形尺寸、渲染三维图形、输出与打印图形。特点：(1)具有完善的图形绘制功能； (2)有强大的图形编辑功能； (3)可以采用多种方式进行二次开发或用户定制； (4)可以进行多种图形格式的转换，具有较强的数据交换能力； (5)支持多种硬件设备； (6)支持多种操作平台； (7)具有通用性、易用性，适用于各类用户此外，从AutoCAD2000开始，该系统又增添了许多强大的功能，如AutoCAD设计中心（ADC）、多文档设计环境（MDE）、Internet驱动、新的对象捕捉功能、增强的标注功能以及局部打
16、开和局部加载的功能，从而使AutoCAD系统更加完善。3.2 SolidEdge的基本功能及特点基本功能：SolidEdge的主要功能有，零件设计、装配设计、钣金设计、焊接设计、复杂曲面设计、线束设计、管道设计、电极设计等。特点：（1）快速、灵活的产品建模；（2）强大的大装配管理；（3）针对专业应用的设计模块；（4）经过检验的二维制图功能；（5）动画和动态文档；（6）切实帮助企业进阶三维；（7）内置有限元分析软件；（8）内置产品数据管理；（9）支持供应链协同。四矩形法、梯形法及辛普森数值积分的基本思想4.1 矩形法积分的基本思想设定积分,其几何意义是f(x)在区间a,b下所包围的面积。由于该面
17、积直接求取很困难，数值积分采用如下近似计算方法。（1）将a,b区间均分为n等分。均分结果将f(x)下包围的a,b区间的面积S*分为n个小面积Si*。（2）对每个小区间，计算某种近似小图形面积Si来近似Si*。（3）将n个Si求和得定积分S*的近似值S。4.2 梯形积分法的基本思想设积分，将区间a,b分为n等分，则每一等分点成为等分结点，等分区间隔成为步长。对第i结点，有：对小区间，根据梯形面积公式计算其面积有：将所有小面积求和，得梯形积分公式：4.3 辛普森积分的基本思想对定积分，将区间a,b分为2n等分（偶数等分）。过两个区间的三点构造抛物线，则抛物线方程为：注意到：；，有：它所包围的两个小
18、区间上的面积为：将n个上述小面积相加并整理，便得到辛普森公式：上式称为定步长辛普森积分。利用该式采用和梯形积分相似的流程，便可以编制出辛普森积分程序。五二分法方程求根的程序流程图六写出三维空间平移、旋转（绕X轴）、镜像（以原点）比例变换矩阵，并证明其变换功能6.1 平移若空间平移量为(tx, ty, tz)，则平移变换为 6.2 旋转（绕X轴）三维空间中的旋转变换比二维空间中的旋转变换复杂。除了需要指定旋转角外，还需指定旋转轴。若以坐标系的三个坐标轴x,y,z分别作为旋转轴，则点实际上只在垂直坐标轴的平面上作二维旋转。此时用二维旋转公式就可以直接推出三维旋转变换矩阵。规定在右手坐标系中，物体旋
19、转的正方向是右手螺旋方向，即从该轴正半轴向原点看是逆时针方向。绕X轴旋转：6.3 镜像（以原点）比例变换一个点P=(x,y,z)相对于坐标原点的比例变换的矩阵可表示zyx为：其中Sx、Sy、Sz为正值。七说明如何实现CAD/CAPP/CAM的集成7.1 CIMS集成型网络结构CAD/ CAPP/ CAM的集成是在CIMS网络的沟通下进行的,此外可以将MAS、QCS、MIS以及专家系统数据库集成在一起。图1是集成型网络结构。7.2 CAD/CAPP/CAM集成体系结构现代制造系统要求设计、工艺、制造等部门之间,实现适时的动态数据传输,在一个环境中协调运作,这就要求CAD/CAPP/CAM按并行模
20、式集成。网络技术、数据库、专家系统的发展提供了可能,图2是CAD/CAPP/CAM集成系统的流程。网络环境下集成的系统结构如图2所示。 总体工艺模块:该模块能根据本企业产品类型特点,提取总体工艺信息,形成粗略的工艺方案。同时,对设计部门的CAD实施工艺服务。 协调模块:该模块连接CAPP和CAM。产品信息通过工艺分析,生成虚拟的工艺卡或CAM直接接受的指令,同时通过网络协调CAM中各独立单元的工作。图2 CAD/CAPP/CAM集成体系结构7.3 数据交换CAD/CAPP/CAM集成是CIMS的核心,其中CAPP是连接的桥梁,其关系如图3所示。CAD和CAPP进行数据交换,并转换成CAM接受的
21、信息,生产出产品。目前,产品模型的数据交换采用STEP标准(产品模型数据交换标准),它有五个部分构成:标准描述方法、集成资源、应用协议、实现形式、一次性测试。其特点是:表达方式除一般的算数、逻辑和符号表达外,还有实体表达。如用 EXPRESS定义 “球体” :ENTITY sphereSUBTYPE of (csg primitive)Radius : readCenter : pointWHERERadius 0END ENTITY图3 CAD/ CAPP/ CAM集成中信息传递参考文献1迟毅林. 计算机辅助设计基础 重庆大学出版社 2000.8，第一版2董彩云，刘培华. 数据挖掘在学生成绩管理系统中的应用 现代计算机 2009.23李舒，陈丽君. 高校学生成绩管理系统的设计与实现 辽宁大学学报 2006 3 （33）4张继明. CIMS系统中CAD/CAPP/CAM集成研究 现代机械 2004 3
