AutoCAD-2004根底知识.docx

AutoCAD 2004根底知识

从技术的角度看，20世纪60年代初出现的计算机辅助设计技术，最初主要是用来解决自动绘图问题的。但随着计算机软硬件技术及其相关领域的开展，今天的计算机辅助设计技术已经成为一门综合性应用技术。它涉及图形图像处理、工程分析方法、数据管理与交换技术，以及软件设计等众多领域。
也就是说，随着实际工程设计对设计软件要求的不断提高，设计软件的复杂性也逐渐增加，功能渐趋完善。由此可以看出，工程设计的需要才是软件功能设计的最根本出发点。那么，目前工程设计对软件的根本功能要求是什么呢？一般认为，目前工程设计对设计软件的功能需求主要有以下几个方面。
l 几何建模
l 工程分析
l 软件的个性化
l 协作设计与标准化设计
l 设计信息管理
l 数据库与图形库的建立
l 模型的输入与输出
1.1.1 几何建模
长期以来，图样一直是在各式各样的工程设计中表达设计者思想的工程“语言〞。这是因为图样在表达复杂设计意图的直观性方面有着其他方法不可比较的优势。但随着计算机技术的开展，平面的二维图形已不是直观表达设计意图和结果的惟一方式。为适应技术的开展，在工程设计领域“绘图〞一词正逐渐被“几何建模〞所代替。目前在计算机辅助设计中常用的几何模型有：线框模型、曲面模型和实体模型。原来的平面图形可以划归到线框模型中，而目前的CAD软件一般都能很好地进行平面图形的绘制，以保证与传统的工程设计方法有良好的一致性和继承性。
1.1.2 工程分析
一般来讲，几何建模和工程分析是当今CAD技术开展的两大主线。所谓工程分析是指在进行工程设计中，为确定某些结构或性能参数所进行的必要计算。在CAD软件研究领域，工程分析特指一些工程分析计算方法及相应的设计软件。
目前，在工程设计分析领域使用效果良好，并具有一定通用性的设计分析软件主要包括有限元分析类软件和优化设计方法类软件。但由于工程分析方法大都有较强的针对性，如果要使通用的CAD软件系统完全具备这些功能，就会导致软件过于庞大。为此，一个较好的解决方案是由通用CAD软件系统平台提供一定的二次开发接口，以便将特定用户所需的工程分析软件模块无缝链接到通用CAD软件系统中。
1.1.3 软件的个性化
在CAD软件从无到有的开展过程中，无论是软件开发者还是用户都逐渐明白了一个道理，那就是没有万能的软件。在软件的功能和用户的需求之间，总会存在着一定的差异，软件公司永远也不可能研发出完全适合于所有用户的软件系统。那么如何才能最大限度地满足用户的个性化需求呢？答案是给用户提供重新设置、修改及对软件进行二次开发的可能。只有这样，一个软件才能成为一个国际化的、通用化的软件。
一般来讲，软件的个性化主要是指软件界面和设计绘图结果表达的个性化，以及软件能否满足特定用户所遵循的设计标准的能力。软件的个性化能力从某种意义上讲，是一个CAD软件能否获得用户认可的关键因素之一。
1.1.4 协作设计与标准化设计
一般情况下，工程设计是一种群体行为，一项工程设计只有通过许多人的共同努力才能完成。因此设计过程中的相互协作是必不可少的。CAD技术和CAD软件的使用只能增强和方便这种联系和协作，而不能相反。同时，协作设计也是提高设计速度和质量所必需的。
多年来，工程设计领域一直在追求设计的标准化，它不但可以使设计信息得到准确的交流，而且也为实际施工节省了大量的费用，并提高了设计及施工质量。
CAD技术的引入同样会促进设计的标准化，它不但能使原来不易解决的问题——例如CAD技术使文字书写的标准化问题——轻而易举地得到解决，而且还会给设计领域带来更多的好处和更深远的影响。
目前大多数CAD软件都十分注意软件进行协作设计和标准化设计的能力，可以说任何一个用户在采用CAD软件进行工程设计以后，其所在单位或机构的协作设计能力和在设计中贯彻标准化设计的能力都会有不同程度的提高。
1.1.5 设计信息管理
实际工程设计涉及的设计信息是很多的，如图形名称、设计者、审核人、设计日期、修改日期，以及各种零部件技术要求等。因此，如何高效存储和利用这些信息是工程设计中必须很好解决的问题。
目前，由于设计信息的管理工作已受到用户和CAD软件研发公司的重视，所以在各种类型的CAD软件系统中，其设计信息管理功能都日趋完善。在对实际工程设计进行管理的过程中，用户只要有意识地注意设计信息的管理问题，必然会对用户的设计管理工作起到良好的帮助作用。
1.1.6 数据库与图形库的建立
在使用常规设计方法进行工程设计的过程中，通常需要查阅大量的手册、文献及各种数据图表，而这是一件既费时又费力的工作。使用计算机进行辅助设计之后，人们期望这种情况会有所改观，事实正是如此。目前，这些设计资料一般都可以以数据库的形式存放在局域网或因特网上，供使用者随时查询。由此可以看到，CAD软件还必须具有存储和使用本机或网络上的设计数据库的能力。
在各种工程设计中，人们都大量使用标准件，机械设计更是如此。在实际工程中，这些标准件是不需要用户自己制造的。但为了保证表达的完整性，设计者在设计过程还必须认真地按标准绘制。如果能将标准件的数据和相应的图形存储在计算机中，在设计过程中由用户选择调用，将会大大提高绘图的速度和质量。正因为如此，在现实生活中购置设计软件时，一般有经验的用户都会十分关心软件所提供的设计标准件和常用件图库的数量和质量。
当然，由于实际工程设计的复杂性和多样性，任何一个CAD软件系统都无法满足所有用户的每一个要求。如何解决这一问题呢？出路就是由CAD软件系统提供用户自建或扩充标准件库的方法，由用户自己建立或补充所需要的标准件或常用件图库。
1.1.7 模型的输入与输出
无论是在设计完成之后或者在设计过程中，都存在设计数据和设计结果的输入输出问题。这个问题看起来比较简单，但仔细分析一下就能发现，问题是比较复杂的。比方在一项工程设计中，有两个或两个以上的单位参加，而这些单位使用的是不同厂家的CAD软件。那么他们各自产生的设计图纸或模型信息能不能交换，如何交换？再比方，有一家工厂既搞了CAD，又上了CAM，那么CAD与CAM系统之间的数据能不能实现交换？事实上，模型的输入与输出，或者说是数据交换问题一直是CAD/CAM技术领域备受关注的问题之一。到目前为止，系统间数据的交换问题尚没有得到彻底解决。因此，用户对这方面的问题给予关注是十分必要的。
以上针对工程设计的实际需要，从几个方面讨论了CAD软件系统应具备的主要功能。了解这些内容对读者的实际工作及今后深入学习研究CAD软件的功能都是有益的。但由于上述任何一个方面的问题都涉及到复杂的系统理论，因此，受本书篇幅的限制，在此就不展开讨论了。有兴趣的读者可参看相关书籍。
上一节我们从实际工作的角度介绍了工程设计对CAD软件的根本需求，目的是给读者提供一个理解AutoCAD 2004或其他CAD软件功能的一条思路。接下来我们就来具体看一看AutoCAD 2004都提供了哪些功能。
1.2.1 绘图与建模功能
AutoCAD是目前使用最多的计算机辅助设计软件之一，主要用于机械、建筑等领域。利用该软件可方便地绘制平面图形、轴测图与三维图形，并可方便地对图形标注尺寸、输出图形和对三维图形进行渲染。
从建模方式上看，AutoCAD 2004支持创立线框模型、曲面模型和实体模型三种建模方式，其中以二维线框建模〔平面绘图〕功能最为强大。一段时期以来，AutoCAD的用户主要是使用二维建模功能来绘制图形。但随着AutoCAD功能的不断加强，目前使用其三维功能的用户正在逐渐增多。不过，从实际使用效果看，与Pro/Engineer、UG等软件相比，AutoCAD 2004在曲面和实体建模方面功能较弱。
〔1〕绘制平面图形
AutoCAD的“绘图〞工具栏提供了丰富的平面绘图工具，利用它们可以绘制直线、构造线、多段线、圆、矩形、多边形、椭圆等根本图形，再借助于“修改〞工具栏中的修改工具，便可以绘制出各种各样的平面图形，如图1-1所示。

图1-1 使用AutoCAD绘制平面图形
〔2〕绘制轴测图
使用AutoCAD也可以绘制轴测图，如图1-2所示。轴测图实际上是二维图形，它采用了一种二维绘图技术来模拟三维对象沿特定视点产生的三维平行投影效果，但在绘制方法上不同于一般平面图形的绘制。例如，在轴测图中，绘制的直线要与坐标轴成30°、150°、90°等角度，绘制的圆应呈椭圆形等。
〔3〕绘制三维图形
在AutoCAD中，不仅可以将一些平面图形通过拉伸、设置标高和厚度转换为三维图形，还可以使用“绘图〞→“曲面〞菜单中的菜单项绘制三维曲面、三维网格、旋转曲面等曲面，以及使用“绘图〞→“实体〞菜单中的菜单项绘制圆柱体、球体、长方体等根本实体。如果再借助于“修改〞菜单中的有关工具，就可以绘制出各种复杂的三维图形，如图1-3所示。

图1-2 使用AutoCAD绘制轴测图 图1-3 使用AutoCAD绘制三维图形
〔4〕注释和标注图形尺寸
对绘制的图形进行注释和标注尺寸是整个绘图过程中不可缺少的一步。通过为图形加上注释，可对图形进行说明，如零件的粗糙度、加工考前须知等。
在AutoCAD的“标注〞菜单中包含了一套完整的尺寸标注和编辑命令，使用它们可以方便地标注图形上的各种尺寸，如线性尺寸、角度、直径、半径、坐标、公差等，并且标注的对象可以是平面图形，也可以是三维图形，如图1-4所示。

图1-4 为图形标注尺寸
〔5〕图形管理
为了便于管理图形，AutoCAD提供了图层功能。用户在绘制图形时，可根据要求将不同类型的图形元素〔如辅助线、标注、图形等〕放置在不同的图层上。每个图层都可单独设置颜色、线型和线宽。因此，只要改变图层的属性，就可改变位于该图层上全部图形元素的颜色、线型和线宽。为了绘图方便，用户还可通过冻结、隐藏图层，来冻结、隐藏位于该图层中的图形元素。
此外，借助AutoCAD提供的块、外部参照操作命令和设计中心，用户还可方便地创立自己的标准件和常用件库，以及使用系统提供的或其他人制作的标准件和常用件。
〔6〕渲染图形
在AutoCAD中，不仅可以使用“视图〞→“着色〞菜单中的菜单项对图形进行简单的着色处理，还可以使用“视图〞→“渲染〞菜单中的菜单项为图形指定光源、场景、材质，并进行高级渲染，如图1-5左图所示。
〔7〕输出图形
在AutoCAD中，为了便于输出各种规格的图纸，系统提供了两种工作空间。一种被称为模型空间，用户大局部的绘图工作都在该空间完成；一种被称为图纸空间，当用户在模型空间绘制好图形后，可在图纸空间设置图纸规格、安排图纸布局，以及为图形加上标题块等信息，如图1-5右图所示。

图1-5 渲染图形与输出图形
1.2.2 定制工作环境
AutoCAD是一个具有开放式体系结构的通用图形系统平台，它允许用户根据自己的需要方便地将AutoCAD修改、扩充成适合于用户特殊需求的形式。例如，用户可以通过修改AutoCAD的菜单文件使AutoCAD的原有命令得到重组，或者把自己的命令参加到AutoCAD的菜单中，以使AutoCAD更加适合于用户的使用。
简单地讲，这就是AutoCAD提供定制功能的目的。其实质是通过定制这一途径，为用户提供一种将AutoCAD 2004个性化的根本方法。
AutoCAD 2004可定制的根本内容包括：
l 自己的绘图环境，如采用的绘图单位〔英制或公制〕、显示设置、打印设备和设置等。
l AutoCAD内部运行的外部程序。
l AutoCAD菜单和工具条。
l 个性化的线型、填充图案和图形。
l 命令行和在线帮助。
1.2.3 协作设计
AutoCAD在其早期的版本中提供了制作图块、外部引用、样板图设置等协作设计的初级功能，这些功能在保证图形的一致性和绘图环境的统一方面起到了重要作用。随着AutoCAD在技术上的不断开展，其协作设计能力有了较大提高。特别是自AutoCAD 2000开始提供的设计中心，更使其完成协作设计的能力日渐完善。
利用AutoCAD设计中心，用户可以方便地引用其他图形中的块、图层、标注样式、线型、文字样式和布局等。
1.2.4 二次开发
尽管AutoCAD 2004的功能十分强大，但它也不能满足所有工程设计建模和分析的需要。当用户的需求非常专业，AutoCAD又无法到达要求时，具体的解决方案就是使用AutoCAD 2004提供的二次开发功能，由用户或者第三方软件开发者，按照AutoCAD提供的二次开发步骤，根据用户的需要设计所需要的功能模块，并将其参加到AutoCAD中。
例如，大多数与AutoCAD 类似的CAD平台软件都不提供工程分析功能。但在工程设计中，必要的计算、分析又是不可少的。在这种情况下，解决的方法就是通过在平台软件上进行二次开发。事实上，国内的大多数AutoCAD用户走的都是这条路。
就开发方法而言，借助AutoCAD 2004提供的AutoLISP语言，用户可以通过编程来实现绝大局部的特殊功能要求。
1.2.5 数据的输入与输出
对于任何一个CAD软件来讲，用户都希望它能支持尽可能多的图形文件输入输出格式。这是因为在实际工程中，经常会出现需要在不同类型CAD、CAM或CAE系统之间传输、交换数据的情况。为了能方便地进行数据的交换，AutoCAD 2004支持多种文件格式，极大地方便了图形、数据的输入输出及数据转换。在这些格式文件中，有一些可以直接存取，有些那么需要经过转换。
在AutoCAD 2004中，用户可以直接翻开以下类型的图形文件，或者是将当前的图形文件用以下文件格式保存：
l AutoCAD 2004图形文件〔*.dwg〕
l AutoCAD 2000/LT2000图形文件〔*.dwg〕
l AutoCAD图形样板文件〔*.dwt〕
l AutoCAD 2004 DXF文件〔*.dxf〕
l AutoCAD 2000/LT2000 DXF文件〔*.dxf〕
l AutoCAD R12/LT2 DXF文件〔*.dxf〕
此外，在AutoCAD 2004中，用户还可以使用Export命令实现多种文件格式的转换输出，如图元文件〔*.wmf〕、ACIS〔*.sat〕、封装PS〔*.eps〕、3D Studio〔*.3ds〕等。

思考与练习

1．什么是软件的个性化？
2．什么是协作设计和标准化设计？
3．简述AutoCAD 2004的主要绘图和建模功能。
4．为什么在有些情况下需要进行二次开发？在AutoCAD 2004中可以借助什么编程语言进行二次开发？