1.4 计算机辅助设计系统的组成

CAD系统主要由硬件系统、软件系统两大部分组成。硬件系统包括计算机及外围设备；软件系统则包括各类不同作用、功能的软件。不同的CAD系统可以根据系统的应用范围和所需的软件规模，进行硬件和软件的不同配置，以满足系统的基本功能和运行要求。根据计算机系统规模的大小，可以将计算机辅助设计系统分为单机系统、局域网络系统和万维网络系统。CAD系统软件和硬件的组成如图1-5所示。

1.4.1 CAD系统的硬件

CAD系统的硬件主要包括中央处理器、存储器、输入设备、输出设备、网络通信设备。

1．中央处理器

中央处理器（Central Processing Unit, CPU）是微型计算机的核心部件，由控制器和运算器组成，如图1-6所示。中央处理器的主要功能就是按照指令控制计算机的工作，对数据进行算术运算和逻辑运算。主机的类型及性能对CAD/CAM系统的使用功能起到了决定性作用。通过CPU可以获取主存储器内的指令，分析指令的操作类型，实现计算机各种动作，控制数据在各部分之间的传送，输出计算的结果及逻辑操作的结果。

2．存储器

内存储器也称为内存，又可以分为随机存储器和只读存储器（图1-7），两者共同构成主存储器。随机存取存储器（Random Access Memory, RAM）用于存放当前参与运行的程序和数据。只读存储器（Read-Only Memory, ROM）用于存放各种固定的程序和数据，由生产厂家将开机检测、系统初始化、引导程序、监控程序等固化在其中。主存储器基本功能就是用来存放指令、数据及运算结果。外存储器，包括软盘和硬盘。外存储器是保存计算机处理过程中产生的大量数据、信息的重要外部设备。外存储器还可以起到扩大存储系统容量的作用。

3．输入/输出设备

输入设备主要包括键盘、鼠标、触摸屏、图形扫描仪等。操作者通过输入设备将数据、字符、图形图像等信息转换成计算机能识别的电子脉冲信号，再传递给计算机，计算机按照接收的指令实现要求的动作和运算。实现上述功能的装置称为输入设备。

输出设备是将CAD/CAM系统的分析计算后的结果在要求的设备上输出、显示，可以采用文字、数据、图表、二维工程图或者三维模型等方式表示。常用的输出设备包括图形显示器、打印机、绘图仪、立体显示器等。

部分输入/输出设备如图1-8所示。

4．网络通信设备

网络通信设备是利用网络系统硬件设备将各单台计算机相互连接起来，构成局域网或者万维网，使计算机相互之间共享数据或传送信息。网络通信设备包括网卡、集线器、路由器、交换机、中继器、网桥等，如图1-9所示。

1.4.2 CAD系统的软件

CAD系统不仅需要有计算机硬件设备，还需要配备各种相关功能的软件。软件的作用就是通过管理和使用硬件实现所要求的功能。软件系统的不同配置会直接影响到CAD系统的功能、效率及使用的方便程度，所以软件部分在CAD中占据着越来越重要的地位。通常，CAD系统软件分为三个层次：系统软件、支撑软件、应用软件。

1．系统软件

系统软件是指计算机操作系统软件，如Windows软件。

2．支撑软件

支撑软件是支持辅助用户完成CAD作业时所使用的具有通用功能的软件。支撑软件是在系统软件基础上研制的，为CAD的二次开发提供了开发环境。用户可以在此开发环境下进行移植或自行开发所需的应用软件系统，以完成特定的设计任务。CAD系统所需的支撑软件从功能上可以划分为高级程序设计软件、图形软件、数据库管理软件、分析计算软件等。

（1）高级程序设计软件。高级程序设计语言是开发计算机程序的基本工具，利用高级程序设计软件可以进行CAD系统的开发。高级程序设计语言具有规定的符号、代码及语法语义，根据开发程序的要求进行代码的编写，再由计算机编译系统将程序代码翻译为计算机能够执行的机器指令。可视化高级程序设计语言包括Visual Basic和Visual C++系列等。

（2）图形软件。图形软件主要包括绘图软件和三维构型软件。图形软件具有基本图形元素绘制、图形变换、图形编辑、存储、显示等功能，也支持不同专业的应用图形软件的开发。绘图软件是CAD系统中最基本的图形软件，应用于绘制零部件产品中符合工程要求的零件图和装配图，图形的生产可以通过人机交互的方式完成，也可以利用三维模型的投影变换完成。现有微机上广泛应用的是Autodesk公司的AutoCAD系统支撑软件，国内也开发了图形支撑软件，如开目、中望、CAXA等。三维构型软件则侧重于为用户提供一个完整、准确地描述和显示三维几何形状的方法和工具，其基本功能包括几何构型、曲面造型以及真实处理、实体参数计算质量特性计算等功能。常用的三维构型软件有CATIA、SOLIDWORKS、Pro/Engineer、UG等。

（3）数据库管理软件。数据库按照一定的组织方式存储相关的数据，并且方便用户查找、调用、保存、修改数据，而数据库系统则由数据库和数据库管理系统组成。数据库在CAD系统中具有重要地位，它能有效地存储、管理、使用CAD所拥有的大量数据。CAD系统由于自身的一些特点需要相应的工程数据库的支持，但目前常常是借用商用数据库。现在常用的数据库系统，如DBAS、FoxBASE、FoxPro、Oracle、Sybase、SQLServer、Informix、DB2等。

（4）分析计算软件。计算机辅助设计中需要对机构进行大量数值计算、分析、结构参数的优化，以及运动学、动力学仿真等处理，相关的软件有SAP、ASKA、ANSYS、ADINA、NASTRAN等。

3．应用软件

应用软件是在系统软件、支撑软件的基础上，按照用户的要求针对特定的领域和特定的要求解决实际问题而自行开发或委托开发的程序系统，又称为“二次开发”，如专用模具设计软件、机械零件设计软件、数控机床控制系统等。应用软件具有很强的针对性和专用性。应用软件系统包括常规设计计算方法、可靠性设计软件、优化设计方法、动态仿真软件，以及各种专业程序中常用的机械零件设计计算方法软件、产品设计软件等。