机电系统CAD1绪论.docVIP

1． 绪论 机电系统就是机电一体化系统，机电一体化系统是光、机、电、液、控制技术和软件技术集成起来而形成的复杂系统。 机电一体化（mechatronics）一词是机械（mechanics）和电子（electronics）两个词的合成词，20世纪70年代中期由日本首先开始使用，现在已得到欧美各国的普遍认同，并得到广泛使用。近年来，随处可见许多以前仅有机械结构实现运动的装置，通过与电子、软件技术相结合而得到显著改进和提高的实例。 按照上述机电一体化的定义，机械工程学科和电子工程学科是机电系统的两个支柱。但除此之外，机电一体化还是控制工程和信息工程学科等的多学科综合技术。图1-0 所示的是构成和支撑机电一体化的学科和技术。 图1-0 考察近年来机电一体化技术迅速发展的原因，可以归纳为如下的几个方面： 半导体和集成电路技术的不断发展和价格越来越低； 计算机及其编程语言和应用技术的进步； 控制技术和仿真技术的不断发展； 小型化、功能强的传感器和执行装置的进步等。 由于上述各个方面今后还将不断发展，所以可以预见机电一体化将还会有更加广阔的发展前景。 但机电系统组成的复杂性和技术复杂性给其设计带来了新的问题，单一学科的人员难以完成，一般是多学科小组形式的开发团队形式。计算机辅助设计（Computer aided design - CAD）成为机电系统开发的必备工具。本书主要分析计算机辅助机电系统设计中存在的诸多问题和关键技术，为机电系统的开发提供技术支持。 本章简要介绍CAD技术的发展、特点和应用，并对其常用的计算机及外围设备、图形设备、CAD软件和集成系统的组成及其特点进行讨论。通过本章的学习，可使读者了解国内外常见的CAD系统的功能特征，并能正确地选择CAD系统应用于工程和产品设计。 1．1 CAD技术的发展和应用 1．1．1 发展过程 计算机辅助设计主要研究用计算机、外围设备、图形输入输出设备和相应的软件帮助人们进行工程和产品设计的技术，它是随着计算机、外围设备、图形设备及其软件的发展而发展的。 1．准备和酝酿时期（20世纪50～60年代初） 1950年美国麻省理工学院（MIT）研制出类似于示波器的图形设备“旋风I号”（Whirlwind I ），用它可以显示简单图形。1958年，美国Calcomp公司研制出滚筒式绘图仪；Gerber公司研制出平板绘图仪。整个 50年代，人们大多采用电子管计算机，用机器语言编程。计算机主要用于科学计算，为之配置的图形设备仅具有输出功能，CAD技术处于被动式的图形处理阶段。 2．蓬勃发展和进入应用时用（20世纪 60年代） 1962年美国 MIT林肯实验室的 I. E. Sutherland发表了“Sketchpad：一个人机通信的图形系统”的博士论文，首次提出了计算机图形学、交互技术、分层存储符号的数据结构等新思想，从而为CAD技术的发展和应用打下了理论基础。60年代中期出现了许多商品化的CAD设备，如1964年美国IBM公司推出了商品化的计算机绘图设备，美国通用汽车公司的多路分时图形控制台，可实现各阶段的汽车设计。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。 3．广泛使用的时期（20世纪70年代） 1970年美国Applicon公司第一个推出完整的CAD系统。在此时期出现了廉价的固体电路随机存储器、产生逼真图形的光栅扫描显示器、光笔、图形输入板等多种形式的图形输入设备，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，使用者超过25000人。 4．突飞猛进的时期（20世纪80年代） 在这个时期，图形系统和CAD/CAM工作站的销售量与日俱增。 1981年美国实际安装CAD系统5000套，1983年超过12000套，1988年发展到63000套。CAD/CAM技术从大中企业向小企业扩展，从发达国家向发展中国家扩展，从用于产品设计发展到用于工程设计和工艺设计。 5．开放式、标准化、集成化和智能化的发展时期（20世纪90年代） CAD技术和系统的开放性取决于其所用计算机和系统软件的开放性。由于微机加Windows 95/98/NT操作系统与工作站加Unix操作系统在以太网的环境下构成了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。从1977年由SIGGRAPH图形特别兴趣小组GSPC推出CORE图形标准以来，又出现了计算机图形接口 CGI（computer graphics interface），计算机图形文件标准 CGM（computer graphics metafile），计算机图形核心系统 GKS（graph