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1、机械机械CAD技术基础技术基础东北大学机械工程与自动化学院东北大学机械工程与自动化学院 现代设计与分析研究所现代设计与分析研究所CAD技术概论1.1机械设计概述机械设计:就是根据使用要求确定产品应该具备的功能，构想出产品的工作原理、运动方式、力和能量的传递、结构形状以及所用材料等事项，并转化为具体的描述，例如图纸和设计文件等，以此作为制造的依据。1.1机械设计概述机械设计过程:(1)概念设计。通过调查研究、资料收集，仔细分析用户需求，在此基础上确定产品功能，进而构思方案，进行分析与论证，最后获得一组可行的原理性方案1.1机械设计概述(2)初步设计。从一组可行的原理方案中选一优化方案，绘制总布置
2、草图，确定各部件基本结构和形状，建立相应数学模型，进行主要设计参数的分析计算与优化.1.1机械设计概述(3)详细设计。确定设计对象的细部结构，最终完成总布置图和零、部件图，并编写技术文件。n详细设计的终结并不意味着最终获得了一个好的设计。机械产品在经历了制造加工、样机测试、批量生产以及销售使用后，将返回大量信息，要依据这些信息再对产品进行不断修改.n机械设计是一个“设计一评价一再设计”的反复迭代、不断优化的过程，0206080100Total cost/%123Figure1.3 characteristic curve representing cost incurred and commi
3、tted during product life cycleCost incurredLost-cycle cost committedEase of charge12CAD技术的内涵n计算机辅助设计(computeraideddesign，CAD)是一种用计算机硬、软件系统辅助人们对产品或工程进行设计的方法与技术，包括设计、绘图、工程分析与文档制作等设计活动，它是一种新的设计方法，也是一门多学科综合应用的新技术。12CAD技术的内涵n从方法学角度看，CAD采用计算机工具完成设计的全过程.海量数据存储和高速数据n从技术角度看，CAD技术把产品的物理模型转化为存储在计算机中的数字化模型，从而为后
4、续的工艺、制造、管理等环节提供了共享的信息源。12CAD技术的内涵(1)图形处理技术。如二维交互图形技术、三维几何造型技术及其他图形输入输出技术。(2)工程分析技术。如有限元分析、优化设计方法、物理特性计算(如面积、体积、惯性矩等计算)、模拟仿真以及各行各业中的工程分析等。(3)数据管理与数据交换技术。如产品数据管理(PDM)、数据库、异构系统间的数据交换和接口等。12CAD技术的内涵(4)文档处理技术。如文档制作、编辑及文字处理等。(5)界面开发技术。如图形用户界面、网络用户界面、多通道多媒体智能用户界面等。(6)基于Web的网络应用和开发技术。12CAD技术的内涵nCAD与计算机绘图、计算
5、机图形学的区别计算机绘图的内涵:计算机绘图是使用图形软件和计算机硬件进行绘图及有关标注的一种方法和技术，它以摆脱繁重的手工绘图为主要目标。计算机图形学(CG)的内涵：计算机图形学是研究通过计算机将数据转换为图形，并在专用设备上显示的原理、方法和技术的科学.12CAD技术的内涵CG的研究内容有以下四个方面：(1)硬件。指图形输入设备、图形处理设备、图形显示设备和图形绘制设备。，(2)图形软件设计。如二维绘图系统、三维造型系统、动画制作系统、真实感图形生成系统等。(3)图形处理的理论与方法。如几何元素和图形的生成方法、实体表示理论与拼合算法、图形变换、图形的消隐与裁剪、真实感图形生成等。12CAD
6、技术的内涵近年来，CG向更深的方向发展，出现了分布式图形处理、声像一体化、分数维几何、虚拟现实、多媒体技术以及科学计算可视化等高新理论与技术。(4)实际应用中的图形处理问题。涉及广阔的应用领域，如统计管理、测量、生物、医学、药学、模拟与动画、美术、办公自动化等CG与CAD、计算机绘图关系CG是一门独立的学科，有自己丰富的技术内涵，它的有关图形处理的理论与方法构成了CAD技术的重要基础。n计算机绘图是CG中涉及工程图形绘制的一个分支.可将它看成一门工程技术，它是CAD技术的基础之一设计过程与CAD过程的关系1.3CAD技术在我国制造业中的应用情况n在我国20世纪9O年代的“八五和“九五计划期间，
7、国家大力进行CAD技术的推广应用，启动了CAD应用工程。1992年，CAD应用工程以“甩掉图板为突破口，经过8年努力，CAD的普及和推广工作取得了巨大成就，表现在以下几个方面：CAD技术在我国制造业中的表现(1)CAD技术得到了应用和普及，并取得了显著的增值效益。(2)提高了企业的技术创新能力、产品开发能力和市场竞争能力.(3)以应用和市场为导向，推动了国产CAD软件产业化。CAD技术在我国制造业中的表现(4)建立了CAD人才培训网络，提高了企业应用CAD技术的素质。(5)组建咨询服务体系，促进了CAD咨询服务业的形成和发展。(6)制定技术标准，加快了CAD应用工程向广度和深度发展的步伐。先后
8、发布了CAD通用技术规范、CAD文件管理、CAD电子文件应用光盘存储归档与档案管理要求等规范和国家标准。我国制造业应用CAD技术的情况分析我国制造业当前应用CAD技术的情况，大致可分为以下四种不同的应用层次：(1)基于计算机绘图、产品三维几何造型的应用层次。这个层次基本上属于“甩图板层次，其特点是：提高了绘图效率，部分产品设计采用了参数化、系列化、模块化的方法，缩短了开发周期；采用了装配仿真等手段，从一定程度上提高了产品的设计质量。我国制造业应用CAD技术的情况分析(2)基于计算机辅助工程分析(CAE)进行产品性能设计的应用层次。特点:利用有限元分析、优化设计及其他工程分析工具使形状结构设计与
9、工程分析技术相结合，有效地提高了产品的设计质量。(3)基于产品数据管理(PDM)的CAD应用层次。特点:基本实现了部门级的文档管理、产品结构管理与工作流程管理，但与企业资源规划(ERP)系统的集成与信息共享尚不完善，理想的产品配置还难以达到。我国制造业应用CAD技术的情况分析(4)基于企业信息化平台的CAD应用层次。特点:实现了CADCAECAPP等的CAx集成，还实现了CAxPDMERP的集成，达到了全企业，甚至企业间的信息交换和共享。这一层次是CAD技术的深化应用，是现阶段开展制造业信息化工作的主要内容。14CAD技术发展简史在过去5O多年中，CAD技术经历了五个主要发展时期。(1)20世
10、纪5O年代(CAD孕育阶段)。美国麻省理工学院(MIT)于195O年在它研制的名为“旋风”的计算机上采用了阴极射线管(CRT)做成的图形终端，并能被动地显示图形。其后出现了光笔，开始了交互式计算机图形学的研究。50年代中期，计算机已应用于工程和产品设计的分析计算，促进了计算机辅助工程(CAE)技术的发展。CAD技术发展简史n(2)2O世纪6O年代(CAD技术诞生)。这是交互式计算机图形学发展的最重要时期。1962年美国学者IvanSutherland研究出了名为Sketchpad的系统，这是一个交互式图形系统，能在屏幕上进行图形设计与修改，开始出现CAD这一术语。其后，美国的一些公司推出了一些
11、CAD系统，但由于当时刷新式图形显示器价格十分昂贵，因此CAD系统很难普及与推广。6O年代后期，存储管式显示器以其低廉的价格进入市场，降低了CAD系统的成本促进了计算机图形学和CAD技术的迅速发展。CAD技术发展简史(3)2O世纪7O年代。计算机交互图形技术和三维几何造型技术(线框、曲面和实体模型)为CAD技术的发展奠定了基础。基于大型机的商用CADCAM系统开始面市。此外基于小型机的所谓交钥匙系统(turnkeysystem)，它包括图形输入及输出设备和相应的CADCAM软件，以其优良的性能价格比，开始向中、小型企业扩展。总的说，70年代是CAD单元技术的发展和应用阶段，各功能模块渐趋完善，
12、但数据结构尚不统一，应用主要集中在计算机绘图和有限元分析方面，集成性差。CAD技术发展简史(4)2O世纪8O年代。几何造型技术已经成熟并成为CAD系统的核心.随着超级微型机和32位字长的工程工作站迅速占领市场各CAD厂商将原来在大型机和小型机上的CADCAM系统纷纷向新的硬件平台移植或重新开发。这一阶段CADCAM系统的特点是：系统具有统一的数据结构和内部的数据库；系统有较好的集成：特征建模及二、三维参数化设计系统开始出现等。这一阶段的应用特点是：从二维绘图发展为三维建模。实现了CADCAECAM的集成，应用取得了显著效益。CAD技术发展简史(5)20世纪90年代。CAD向集成化、网络化、智能
13、化和标准化方向发展，随着世界市场的多变与激烈竞争，随着各种先进设计理论和先进制造模式的发展，随着高档微机、操作系统和编程软件的发展，随着因特网的迅速发展，CAD技术正在经历着前所未有的发展机遇与挑战.15CAD技术发展趋势1集成化集成是指信息集成.CAD信息处于产品生命周期中信息链的源头。为了提高系统的集成水平，CAD技术必须在以下几个方面提高水平：(1)数字化产品建模。(2)产品数据交换。(3)产品数据管理。(4)继续改进与开发各种CAx(CAD，CAE，CAPP)以及DFx(DFA，DFM，DFT)并使它们有机地集成起来。15CAD技术发展趋势2网络化(1)能够提供基于因特网的完善的协同设
14、计环境。该环境具有电子会议、协同编辑、共享电子白板、图形和文字的浏览与批注、异构CAD和PDM软件的数据集成等功能，使用户能够进行协同设计。(2)提供网上多种CAD应用服务，例如设计任务规划、设计冲突检测与消解、网上虚拟装配等工具。15CAD技术发展趋势3智能化人工智能技术，特别是专家系统技术，与传统CAD技术结合起来，形成智能化CAD系统是机械CAD发展的必然趋势。(1)发展新的设计理论与方法。例如并行设计的理论、大规模定制设计的理论、概念设计的理论、创新设计的理论等。(2)继续深入研究机械设计型专家系统的一些基本理论与技术问题。例如设计知识模型的表示与建模、知识利用中的各种搜索与推理方法、
15、知识获取、工具系统的技术等。15CAD技术发展趋势4标准化n面向图形设备的标准CGI，面向用户的图形标准GKS和PHIGS，面向不同CAD系统的数据交换标准IGES和STEP，此外还有窗口标准等。nSTEP（Standardfortheexchangeofproductmodeldata）既是标准，又是方法学，由此构成了STEP技术，它深刻地影响着产品建模、数据管理及接口技术等。习题n1联系一项具体的机械设计问题，阐明手工设计的设计过程。n2你认为应该怎样定义CAD?在CAD中人与计算机的作用是什么?n3举出一件你从事的CAD工作，画出解决这个问题的CAD过程。n4举出CAD发展史中若干重要事
16、件。当今发展中有哪些重要事件?n5有些设计问题比其他设计更适合用CAD，为什么?这些设计有什么特点?n6企业采用CAD的好处与风险有哪些?n7怎样理解CADCAM集成?如何提高集成水平?n8CAD技术在智能化方面有哪些发展?n9你认为CAD的发展方向有哪些?2CAD系统21CAD系统的构成和配置形式211系统的基本组成CAD系统的五个基本构成：计算机主机、外存储器、图形输入设备、图形输出设备和网络设备。计算机主机包括中央处理器(CPU)和内存储器；外存储器可分为硬盘类、软盘类、光盘类和磁带类存储器；图形输入设备有键盘、鼠标、数字化仪、图形输入板、图形扫描仪等；图形输出设备有图形显示器、绘图机和
17、打印机等；网络设备包括网卡、传输介质、调制解调器等。212计算机类型根据主机性能，计算机可分为大中型机、小型机、工程工作站、微机四种类型。1大中型计算机这类计算机的优点是：功能强大，计算处理能强，支持多用户同时工作，可进行大型SUNEnterprise10000大型计算机服务器。配置：32个400MHzUltraSPARCII处理器，8MB高速缓存，15块系统板，32GB内存，2个系统服务处理器，8个电源，个交流输入模块，1个交流电源定序器，16个风扇机架，2个UltraWideSCSISbus主机适配器IBMZ9大型计算机Z9主机将包括54个处理器，512GB的存储容量以及180亿块集成电路
18、，它每秒可处理600万条指令（MIP）n国家图书馆引进了大型计算机数据处理系统n复杂的设计运算和仿真分析，可支持大型数据库的集中管理。缺点是：初始投资大，不易随技术发展进行系统更新；系统响应时间随着用户增多而变慢；此外，当主机出现故障时，会使所有用户无法工作。此类计算机的性能价格比不高，在市场上的比重正逐渐减小。n但大中型机在CAD应用中仍然具有重要作用，例如，用以支持复杂工程设计和科学计算，用作分布式系统中数据库机和网络管理服务器等2小型计算机这类计算机曾在20世纪80年代占据了主要的CAD市场，例如前DEC公司的VAX一11780和785机，CV公司的CDS一400等。其投资规模适中，能满
19、足一般工程和产品设计的需要，在大中型企业的设计部门使用较多。但在80年代中期以后，小型机逐渐被工程工作站所代替。dec/pdp-8小型计算机3工程工作站n工程工作站(简称工作站)的概念萌生于2O世纪7O年代，它不完全指计算机本身，是指具有较强科学计算、图形处理、网络通信功能的交互式计算机系统。常见的工作站有HP，SUN，SGI等公司的产品，大多采用。UNIX或类似UNIX的操作系统，这是当时与微机的重要区别之一。随着微机性能的提高，工作站与微机之间的界限已变得模糊了。现在就计算机本身而言，可以认为工作站是以个人计算环境与网络计算环境相结合的高性能价格比的计算机，在使用方式上，有个人使用的台式计
20、算机或起网络中的服务器，它们可以是HP，SUN，SGI公司等原来意义上的工作站产品，也可以是高配置的“微机(本质上已经是工作站的性能)。有必要指出，在网络结构中有“网络工作站这一名词，这是指网络结点上的一台计算机，它仅为网络结点的操作者服务，大多数情况下是一台低档的微机，有时也称工作站，它与此处所说的工作站是有区别的。HP机械计算机辅助设计个人工作站解决方案HPxw4300个人工作站英特尔奔腾4处理器、3.6GHz、800MHzFSB4GBDDR-2667MHzECC内存NVIDIAQuadroFX1400显卡160GBSATA硬盘HPxw6200个人工作站nWindowsXPProfessi
21、onal32位或64位n1或2个英特尔至强TM处理器3.4GHz、800MHzFSBn4GB到8GBRegisteredDDR2-400MHzECCSDRAM内存nNVIDIAQuadroFX3450显卡n146GBUltra320SCSI硬盘HPWorkstationc8000为传统的UNIX应用提供领先性能。它是处理复杂的大型模型、系统装配、设计分析和模拟的最理想的选择。处理器类型HPPA-8800+时钟频率900MHz或1.0GHz处理器数量4个（采用2个双核PA-8800处理器模块，标配2路，可选4路）高速缓存带有32MB二级高速缓存芯片组HP可扩展处理器芯片组zx1芯片组总线性能6.
22、4GB/秒的有效处理器带宽，最大8.6GB/秒的内存带宽和80纳秒的内存访问延迟，3.5GB/秒的I/O带宽，独立的内部数据通道以保证持续的峰值性能内存最高16GB的PC2100寄存式ECCDDR-266内存（8个DIMM插槽），4GB的DIMM可用后，最高能达到32GB硬盘:36、73、146GB（10Krpm）,（15Krpm）Ultra320SCSI硬盘驱动器；最高584GB的内部存储空间扩展托架:4个内部3.5英寸硬盘驱动器托架，3个可外部访问的5.25英寸托架驱动器控制器:集成的Ultra320SCSI控制器操作系统:选择HP-UX11iTCOE（TechnicalComputing
23、OperatingEnvironment）HP-UX11iMTOE（MinimalTechnicalOperatingEnvironment）显卡专业2D显卡:HPfxe入门级3D显卡：ATIFireGLT2-128p中、高端3D显卡：ATIFireGLX1-256pUSB3键鼠标4微机由于微电子技术的飞速发展，微机已成为CAD系统的主流计算机，可以用作客户机，也可以用作服务器。若配备大屏幕显示器及性能良好的显示卡，微机的科学计算、图形处理能力能满足不同领域的CAD要求。高档微机的性能已达到工程工作站的水平，超过了过去的小型机213CAD系统的配置形式n现存CAD系统的配置形式反映了硬件、软件
24、的发展情况，也反映了历史上计算模式的发展情况。从历史上看，CAD系统的配置形式有四种：2O世纪7O年代的主机终端形式；80年代的分布式台式计算机形式；9O年代的客户服务器形式；9O年代后期的浏览器服务器形式。1.主机终端形式又称集中式系统。它由大型计算机或小型计算机作为主机和图形终端相连接，如图22所示。1.主机终端形式在这种系统中，终端机并不具有中央处理器，所有的处理和运算均需依靠主机进行，因此，系统按分时批处理方式进行，效率较低，响应速度较慢。此外系统比较封闭，开放性较差，价格也较昂贵。目前已不再采用这种系统，大多为过去遗留下来的尚能工作的老系统。2分布式台式计算机形式这是一种单用户环境。
25、这时常采用带显示终端的工作站(WS)或微机，以保证操作的快速响应，如图23所示。由于现在工作站和微机的快速发展，它们在字长、速度、精度、内外存容量等方面界限越来越模糊，性能越来越接近，已经完全能满足各种大型CAD软件的配置要求.分布式台式计算机形式n采用局域网将多种台式计算机连接起来，以达到资源分布、信息共享的目的,如图24所示。图24(a)采用了环网，图(b)采用了总线网，也可以是环网和总线网的组合。n分布式台式计算机系统中可以有工作站计算机，也可以有各种微机。n需指定一台性能好、容量大的台式计算机作为文件服务器，将系统中的共享文件放在该服务器上。所有外围设备如打印机、绘图机等，都能被系统中
26、的所有用户所使用。系统中的每一个台式计算机仍承担应用所需的几乎全部的数据处理与计算，仅在必要时，通过局域网，以整个文件传输的方式与服务器交换文件。3客户服务器形式客户服务器形式(CS)是2O世纪9O年代CAD系统的主流模式，图25即为CS形式的硬件结构组成图.客户机可以选用工作站或各种中高档微机，服务器可以选用高档微机、工作站、小型机或大型机。n网络采用局域网，网络协议一般采用TCPIP。n网络拓扑结构最常用的以太网(Ethernet)技术的总线网或环行令牌网(TokenRirag)技术的环网形式1)CS概念CS是一种计算机处理模式，它将一个大的应用任务分解为多个子任务，由多台计算机分别执行，
27、共同完成整个应用。任务体现为“请求服务的交互关系。也就是说，不再将多个应用放在一台主机上处理，而是将一个应用分布到多个机器上去处理。2)CS的分布模式2)CS的分布模式图27(a)为单客户单服务器模式。(b)为单客户多服务器模式。一个客户机上的程序可以与多个服务器上的程序进行交互。(c)为广播模式。客户信息被多个服务器接受，但不要求返回响应。(d)为链式服务器模式。当中的CS兼有服务器和客户机功能，在它处理任务的过程中又与后面的服务器打交道。(e)为任务承包模式。当中的CS在承包执行任务时分别与不同的服务器进行交互。nCS的结构包括硬件和软件，一般由四部分组成：第一是客户机系统的硬、软件客户机
28、硬件:已经说过。客户端软件:操作系统常见的一类是UNIX系统，另一类是Windows系统。客户机上的软件通常具有的功能是：输入与输出、多窗口的图形用户界面、应用程序中的编辑、个人数据存储、计算与分析等。第二是服务器系统的硬、软件。硬件:已经说过。软件中操作系统有：UNIX、Windows服务器、NOWELL的Netware等。服务器上的软件通常具有提供管理与通信服务的功能。n管理服务有对数据库、文件、网络等的管理：n通信服务有打印、通信、传真、图像传输等服务。第三是网络系统的硬、软件n硬件是指某种网络拓扑结构，如总线网或环形网的具体实现。n网络软件是指网络协议及提供的应用接口，如软件工具、编程
29、函数等c第四是中间件(middleware)负责客户机与服务器的连接，关系型数据库系统分别安装于客户机和服务器上，起到了数据库网络驱动程序作用。使客户机、服务器上的数据库数得以沟通。4)CS结构形式的特点形成了分布式、协同处理的开放式系统，使资源集成与共享成为可能，造就了实现系统的规模优化和规模变化的可能性4浏览器服务器形式一种是用户计算机，其上安装相应的Web浏览器软件；另一种是服务器计算机-提供WWV服务，其上安装相应的Web服务器软件。浏览器服务器形式它与客户服务器模式的根本区别在于它可以做到与计算机软、硬件平台无关，同时做到了用户界面的统一，解决了异构计算机系统间的通信问题。22CAD
30、系统的硬件221计算机主机223图形输入设备n图形输入设备有三种类型。n第一类是定位设备，操作方式是控制屏幕上的光标并确定它的位置。在窗口及图标菜单环境下，定位设备除了定位功能外，还兼有拾取目标、选择对象、跟踪录入图形及徒手画草图等功能。具体的物理设备有图形输入板及其触笔、鼠标器、触摸屏等。n第二类是数字化仪，能将放在上面的图形用游标器指点摘取大量的点，进行数字化后存储起来。n第三类是图像输入设备，如摄像机、数码相机、扫描仪(scanner)等，图形经图像数字化及图像处理后输出，这类输入已成为CAD系统非常重要的输入方式。223图形输入设备1键盘键盘属输入设备，上设字符键、功能键及控制键等。字
31、符键用来输入数据和程序；功能键用来输入一个命令或执行一个程序；控制键用来对屏幕和程序进行特殊处理。2鼠标鼠标器作为定位输入设备在20世纪6O年代后期才出现，由于它能十分方便地操纵图标菜单，加之体积小，使用灵活，以及价格低廉，使得鼠标器的应用十分普遍。鼠标器上有单按键或多按键，3数字化仪(digitizer)和图形输入板(digitizingtablet)二者的工作原理相同，前者的台面大，分辨率和精度分别可达O025mm和O076mm；后者较小，分辨率也低，一般为O13mm。所用指示定位工具有两种，一种是细长的触笔(stylus)，另一种是带有十字叉丝的游标器。，n4图形扫描仪台式扫描仪能扫描A
32、4幅面的图纸及文件，大扫描仪能扫描AO幅面的图纸。如在滚筒式绘图机上装上扫描附加器，扫描幅面也可达AO或A1号。图象输出设备1.打印机2.喷墨绘图机3.笔式绘图机:滚筒式平台式225图形显示设备n显示器是图形系统中必备的输出设备，大多采用阴极射线管显示器。此外有液晶显示器和等离子体显示器，n1光栅扫描显示器n阴极射线管显示器根据工作原理可分三类，即随机扫描刷新式显示器、存储管式显示器及光栅扫描显示器。目前使用最普遍的是光栅扫描显示器，n.1光栅扫描显示器光栅扫描显示器的系统组成如图219所示。其中内存显示文件代表图形的矢量信息，经矢量光栅转换器转换成数字化的光栅点阵信息，存入帧缓冲存储器再经显
33、示控掣器，图形就在阴极射线管(CRT)的屏幕上显示出来。矢量到光栅的转换用软件(或固华后的硬件)实现。帧缓冲存储器、显示控制器及CRT构成了显示器的硬件.2液晶显示器n笔记本计算机的显示器是液晶显示器。液晶显示器是一种非发光性的显示器件，它不像CRT那样靠器件本身发光来实现，而是依赖对环境光反射或是对外加光源加以控制来实现的。液晶显示器有许多优点，如尺寸小、重量轻、省电、方便等。由于平板技术线性好，像素可以直接定址，没有电子偏转和畸变等问题。n液晶显示器由六层薄板组成，如图222所示。第一层是垂直极化器板，第二层分布着垂直方向的透明的网线，第三层是液晶层，第四层分布着水平方向的透明的网线第五层
34、是水平极化器板，第六层是反射层。n液晶材料由长晶线分子构成，所有的晶粒以螺旋形式排列。若该层的厚度合适(约为0177mm)，可以将穿过它的光线的极化方向旋转90。这样，被垂直极化器板极化为垂直极化方向的光线，穿过该层后，其极化方向旋转为水平方向。这样光线可以通过水平极化器板到达反射层，并以类似的过程返回至观察者。n图2光线阻断示意图图1光线穿透示意图图2光线阻断示意图2液晶显示器在电场作用下液晶层的晶体将排列成行且方向相同。在这种情况下，液晶层的晶体将不再改变穿透光的极化方向。具有垂直极化方向的光线，穿过该层后，由于其极化方向不变,因此，不能通过水平极化器板。于是，观察者会看到暗点。背光板发出
35、的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万水晶液滴的液晶层。液晶层中的水晶液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。在玻璃板与液晶材料之间是透明的电极，电极分为行和列，在行与列的交叉点上，通过改变电压而改变液晶的旋光状态，液晶材料的作用类似于一个个小的光阀。在液晶材料周边是控制电路部分和驱动电路部分。当LCD中的电极产生电场时，液晶分子就会产生扭曲，从而将穿越其中的光线进行有规则的折射，然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。2.3CAD系统的软件2.3.1系统软件1.操作系统2.计算机语言3.窗口系统4.网络通讯及管理软件5.数据库及数据库管理软件2.
36、3.2CAD支撑软件1.基本图形资源软件2.二、三维绘图软件3.几何造型软件4.文档制作软件5.工程分析及计算软件(1)计算方法库。解决各种数学计算问题。(2)优化方法库及常用零部件优化模型库。(3)通用或专用的有限元分析及其前后置处理程序，如SAP5，SAP6，ADINA，ANSYS，NASTRAN等。(4)机构分析及机构综合软件。机构分析是要确定机构的位置、轨迹、速度、加速计算结点力及弹簧力。校验干涉，显示机构静态、动态图及各种分析结果的曲线等。机构综合是根据产品要求自动设计出一种机构。(5)机械系统动态分析软件。广泛采用模态分析法，分析系统的噪音、振动等问题。6)注塑模分析软件。可以进行
37、注塑模具的流动分析、冷却分析、翘曲分析、收缩分析及结构应力分析等233 CAD图形支撑软件的发展从历史及当前发展情况看，CAD图形支撑软件的发展阶段大致可划分如下：(1)二维交互式绘图系统。技术已经成熟，已被广泛使用。(2)以实体模型为基础的CADCAM集成系统。在这种系统中，一般将三维线框造型、曲面造型、实体造型、三维装配、二维绘图、工程分析、机构分析、数控编程等模块集成在一起，提供功能强大的设计、分析能力。技术已经成熟，商品化软件市场发育良好，成为当前CAD支撑软件的主流。(3)以特征建模、参数化、变量化设计为特点，能支持自顶向下设计，具有内部统一数据模型的CADCAM集成系统。这种系统正在发展，像特征建模、参数化、变量化设计等技术已能实现，但作为功能完善的商品化系统尚待时日。(4)遵照STEP标准，以统一产品数据模型为核心，以产品数据管理为平台，以因特网和Web技术为集成环境的高级CADCAM集成系统。此类系统已成为当前研究热点，但许多技术尚待解决，系统尚不成熟，是未来追求的目标。2.3.4典型CAD软件简介PTC公司:PRO/ENGINEERDassault:CATIAUG:UG