1.4 計算機輔助設計系統的組成

CAD系統主要由硬件系統、軟件系統兩大部分組成。硬件系統包括計算機及外圍設備；軟件系統則包括各類不同作用、功能的軟件。不同的CAD系統可以根據系統的應用范圍和所需的軟件規模，進行硬件和軟件的不同配置，以滿足系統的基本功能和運行要求。根據計算機系統規模的大小，可以將計算機輔助設計系統分為單機系統、局域網絡系統和萬維網絡系統。CAD系統軟件和硬件的組成如圖1-5所示。

1.4.1 CAD系統的硬件

CAD系統的硬件主要包括中央處理器、存儲器、輸入設備、輸出設備、網絡通信設備。

1．中央處理器

中央處理器（Central Processing Unit, CPU）是微型計算機的核心部件，由控制器和運算器組成，如圖1-6所示。中央處理器的主要功能就是按照指令控制計算機的工作，對數據進行算術運算和邏輯運算。主機的類型及性能對CAD/CAM系統的使用功能起到了決定性作用。通過CPU可以獲取主存儲器內的指令，分析指令的操作類型，實現計算機各種動作，控制數據在各部分之間的傳送，輸出計算的結果及邏輯操作的結果。

2．存儲器

內存儲器也稱為內存，又可以分為隨機存儲器和只讀存儲器（圖1-7），兩者共同構成主存儲器。隨機存取存儲器（Random Access Memory, RAM）用于存放當前參與運行的程序和數據。只讀存儲器（Read-Only Memory, ROM）用于存放各種固定的程序和數據，由生產廠家將開機檢測、系統初始化、引導程序、監控程序等固化在其中。主存儲器基本功能就是用來存放指令、數據及運算結果。外存儲器，包括軟盤和硬盤。外存儲器是保存計算機處理過程中產生的大量數據、信息的重要外部設備。外存儲器還可以起到擴大存儲系統容量的作用。

3．輸入/輸出設備

輸入設備主要包括鍵盤、鼠標、觸摸屏、圖形掃描儀等。操作者通過輸入設備將數據、字符、圖形圖像等信息轉換成計算機能識別的電子脈沖信號，再傳遞給計算機，計算機按照接收的指令實現要求的動作和運算。實現上述功能的裝置稱為輸入設備。

輸出設備是將CAD/CAM系統的分析計算后的結果在要求的設備上輸出、顯示，可以采用文字、數據、圖表、二維工程圖或者三維模型等方式表示。常用的輸出設備包括圖形顯示器、打印機、繪圖儀、立體顯示器等。

部分輸入/輸出設備如圖1-8所示。

4．網絡通信設備

網絡通信設備是利用網絡系統硬件設備將各單臺計算機相互連接起來，構成局域網或者萬維網，使計算機相互之間共享數據或傳送信息。網絡通信設備包括網卡、集線器、路由器、交換機、中繼器、網橋等，如圖1-9所示。

1.4.2 CAD系統的軟件

CAD系統不僅需要有計算機硬件設備，還需要配備各種相關功能的軟件。軟件的作用就是通過管理和使用硬件實現所要求的功能。軟件系統的不同配置會直接影響到CAD系統的功能、效率及使用的方便程度，所以軟件部分在CAD中占據著越來越重要的地位。通常，CAD系統軟件分為三個層次：系統軟件、支撐軟件、應用軟件。

1．系統軟件

系統軟件是指計算機操作系統軟件，如Windows軟件。

2．支撐軟件

支撐軟件是支持輔助用戶完成CAD作業時所使用的具有通用功能的軟件。支撐軟件是在系統軟件基礎上研制的，為CAD的二次開發提供了開發環境。用戶可以在此開發環境下進行移植或自行開發所需的應用軟件系統，以完成特定的設計任務。CAD系統所需的支撐軟件從功能上可以劃分為高級程序設計軟件、圖形軟件、數據庫管理軟件、分析計算軟件等。

（1）高級程序設計軟件。高級程序設計語言是開發計算機程序的基本工具，利用高級程序設計軟件可以進行CAD系統的開發。高級程序設計語言具有規定的符號、代碼及語法語義，根據開發程序的要求進行代碼的編寫，再由計算機編譯系統將程序代碼翻譯為計算機能夠執行的機器指令。可視化高級程序設計語言包括Visual Basic和Visual C++系列等。

（2）圖形軟件。圖形軟件主要包括繪圖軟件和三維構型軟件。圖形軟件具有基本圖形元素繪制、圖形變換、圖形編輯、存儲、顯示等功能，也支持不同專業的應用圖形軟件的開發。繪圖軟件是CAD系統中最基本的圖形軟件，應用于繪制零部件產品中符合工程要求的零件圖和裝配圖，圖形的生產可以通過人機交互的方式完成，也可以利用三維模型的投影變換完成。現有微機上廣泛應用的是Autodesk公司的AutoCAD系統支撐軟件，國內也開發了圖形支撐軟件，如開目、中望、CAXA等。三維構型軟件則側重于為用戶提供一個完整、準確地描述和顯示三維幾何形狀的方法和工具，其基本功能包括幾何構型、曲面造型以及真實處理、實體參數計算質量特性計算等功能。常用的三維構型軟件有CATIA、SOLIDWORKS、Pro/Engineer、UG等。

（3）數據庫管理軟件。數據庫按照一定的組織方式存儲相關的數據，并且方便用戶查找、調用、保存、修改數據，而數據庫系統則由數據庫和數據庫管理系統組成。數據庫在CAD系統中具有重要地位，它能有效地存儲、管理、使用CAD所擁有的大量數據。CAD系統由于自身的一些特點需要相應的工程數據庫的支持，但目前常常是借用商用數據庫。現在常用的數據庫系統，如DBAS、FoxBASE、FoxPro、Oracle、Sybase、SQLServer、Informix、DB2等。

（4）分析計算軟件。計算機輔助設計中需要對機構進行大量數值計算、分析、結構參數的優化，以及運動學、動力學仿真等處理，相關的軟件有SAP、ASKA、ANSYS、ADINA、NASTRAN等。

3．應用軟件

應用軟件是在系統軟件、支撐軟件的基礎上，按照用戶的要求針對特定的領域和特定的要求解決實際問題而自行開發或委托開發的程序系統，又稱為“二次開發”，如專用模具設計軟件、機械零件設計軟件、數控機床控制系統等。應用軟件具有很強的針對性和專用性。應用軟件系統包括常規設計計算方法、可靠性設計軟件、優化設計方法、動態仿真軟件，以及各種專業程序中常用的機械零件設計計算方法軟件、產品設計軟件等。