目录
1 CAD技术概述... 3
1.1 CAD技术的基本概念... 3
1.2 CAD技术发展概况... 3
1.3 CAD技术的发展趋势... 4
2 数据库的应用实例... 5
2.1 数据结构和数据库... 5
2.2 数据库在学生成绩管理系统中的应用... 6
2.3 简易提款机的数据库应用... 7
3 常用的CAD和CAE应用软件简介... 9
3.1 AutoCAD基本功能及特点... 9
3.2 HyperWorks 的CAE基本功能及特点... 10
4 矩形法、梯形法及辛普森数值积分的基本思想... 12
4.1 矩形法积分的基本思想... 12
4.2 梯形积分法的基本思想... 12
4.3 辛普森积分的基本思想... 12
5 二分法方程求根的程序流程图... 13
6 三维空间平移、旋转、镜像的比例变换... 14
6.1 平移... 14
6.2 旋转（绕X轴）... 14
6.3 镜像（以原点）比例变换... 15
7 CAD/CAPP/CAM的集成... 16
7.1 CIMS集成型网络结构... 16
7.2 CAD/CAPP/CAM集成体系结构... 16
7.3 数据交换... 17
参考文献... 18
1 CAD技术概述
1.1 CAD技术的基本概念
计算机辅助设计技术（CAD技术）是一门基于计算机技术、计算机图形学而发展起来的并与专业领域技术相结合的具有多学科综合性的技术，简称CAD技术。随着计算机技术的发展，CAD软件也在不断地发展。现在，CAD已经形成了一个灵活协调的系统，设计者可与计算机取长补短，形成人类智慧与系统硬件和软件的巧妙结合，使设计者可在计算机辅助下进行模型的建立，工程计算分析、优化、运动及动力模拟、评价、修改、决策等创造性工作。广义上的CAD技术包括了计算机辅助设计技术和计算机辅助工程分析技术两方面。
⑴ 计算机辅助设计
计算机辅助设计（Computer Aided Design , CAD）是指在计算机硬件和软件的支持下，通过对产品的描述、造型、系统分析、优化、仿真和图形化处理的研究与应用，使计算机辅助工程技术人员完成产品的全部设计过程的一种现代设计技术。
⑵ 计算机辅助工程分析
计算机辅助工程分析（Computer Aided Engineering ,CAE）是指一系列对产品设计进行各种模拟、仿真、分析和优化的技术，是一种用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及机构性能的优化设计等问题的近似数值分析方法。CAE技术主要包括有限元分析、运动学和动力学分析、流体力学分析、优化设计分析等内容。
1.2 CAD技术发展概况
计算机辅助设计（Computer Aided Design , CAD）技术是电子信息技术的一个重要组成部分；是促进科研成果开发和转化、实现设计自动化、加快国民经济发展和国防现代化的一项关键新技术；是提高产品和工程设计水平、降低消耗、缩短科研和新产品开发周期、大幅度提高劳动生产率的重要手段；也是科研单位提高自主研究与开发能力，企业提高创新能力和管理水平，参与国际竞争的重要条件。
CAD的发展是伴随计算机技术的发展而发展的。50年代末由于晶体管计算机的产生，使得计算机应用理论也随之发展。与60年代I.E.Sutherland 在他的博士论文“Sketchpad—A——一种人机对话系统”中首次设想：设计者坐在阴极射线管显示装置的控制台前，利用光笔操作，计算机根据光笔指定的点画直线、图，设计者可随心所欲的对显示的图形进行修改、删除。并提出系统对符号和图案的存储采用分层的数据结构。60年代计算机进入了已集成电路为基本元件的第三代计算机时代，这是出现了许多商品化的CAD设备。如IBM公司推出了商品化计算机绘图设备。CAD技术进入应用时期。70年代，CAD技术进入快速发展时期。以后随着计算机的不断发展，CAD技术也是发展快速，使其功能也在不断地丰富和强大。
CAD这一新兴学科能充分运用计算机高速运算和快速绘图的强大功能为工程设计及产品设计服务，因而发展迅速，目前已获得了广泛应用。CAD技术的迅速发展，使得它几乎推动了一切领域的设计革命，彻底改变了传统的手工设计绘图方式，极大的提高了产品开发的速度和精度，使得科技人员的智慧和能力得到了延伸。应用CAD技术来对产品进行设计，能使设计、生产、维修工作快速而高效率的进行，所带来的经济效益是十分明显的。例如：过去生产一个大规模集成电路芯片，要花两年的时间，用CAD只要两周就能完成；美国GM公司汽车设计中应用了CAD技术，是新型汽车的设计周期由5年缩短为3年，新产品的可信度由20％提高到60％。
CAD技术的发展与应用水平已经成为衡量一个国家的科学技术现代化和工业现代化的重要标志之一。我国的CAD技术的研究和开发工作起步相对比较晚，自80年代开始，CAD技术应用工作才逐步得到开展。近几年，CAD技术已在我国得到了广泛的应用和开发。
1.3 CAD技术的发展趋势
随着高科技的发展，CAD的研究及应用领域仍在不断延伸，新的分支相应产生，CAD技术在实际应用领域又有了新的发展。
⑴ 计算机集成制造系统
计算机集成制造系统（简称CIMS）是在新的生产组织原理指导下形成的一种新型生产模式，它要求将CAD/CAPP/CAM/CAE集成起来。四者的集成应是建立一种新的设计、生产、分析以及技术管理的一体化，并不是将孤立的四个系统进行简单的连接，而是从概念设计开始就考虑到集成。从目前研究看，计算机图形处理技术、图形输入和工程图样识别、产品造型技术、参数化设计方法、计算机辅助工艺规范设计、工程数据管理技术和数据交换技术等关键技术的实现有利于逐步实现系统的集成。
⑵ 科学计算可视化
为了客观的反应事物的本质和规律，许多情况下用三维图形表示是不够的，需用多维图形来表示，例如多参数，多变量问题的图示。工程中许多过程需要模拟仿真，采集的数据需要图示化。可视化是一种特殊的计算方法，它把数字符号转换为几何图像或图形，使研究者能够观察它们的模拟和计算过程，并进行交互控制。
⑶ 虚拟技术
虚拟技术是一种由计算机生成的看似真实的模拟环境，通过多种传感设备，用户可以用自然技能与之直接交互。虚拟技术可以使CAD的设计产品无需制造出来就可以看到产品的设计效果，通过模拟、成型、加工、测试，使之在投产前发现问题和不足，并修改，从而避免不必要的浪费。
⑷ 计算机艺术
所谓的计算机艺术，最通俗的理解是“用计算机创意或制作的作品”，这里强调的是工具与手段。与传统艺术相比，计算机艺术的价值在于信息的生成、储存于传播方式等方面的根本性突破。
⑸ 先进制造技术
产品的竞争是与产品的生产时间，质量和成本密不可分的，而这三者的成功往往是取决于制造技术的。因此，我们需要先进制造技术和系统以实现并行工程、精益生产、智能制造、敏捷制造、分形企业、计算机集成制造系统等。它们强调生产技术、组织结构优化的同时，都特别强调产品结构的优化，并对CAD技术提出新的要求。
3 常用的CAD和CAE应用软件简介
3.1 AutoCAD基本功能及特点
AutoCAD是美国Autodesk公司推出的一个通用的计算机辅助设计软件包。它广泛应用于机械、建筑、水利、电子和航天等诸多工程领域，以及广告设计、美术制作等专业设计领域。对于AutoCAD 2008版本来说，它的主要功能有：绘图功能、编辑功能、符号库和工具选项板、三维功能、共享功能、图形显示及输出功能和高级扩展功能。
特点：(1)具有完善的图形绘制功能；
(2)有强大的图形编辑功能；
(3)可以采用多种方式进行二次开发或用户定制；
(4)可以进行多种图形格式的转换，具有较强的数据交换能力；
(5)支持多种硬件设备；
(6)支持多种操作平台；
(7)具有通用性、易用性，适用于各类用户此外，从AutoCAD2000开始，该系统又增添了许多强大的功能，如AutoCAD设计中心（ADC）、多文档设计环境（MDE）、Internet驱动、新的对象捕捉功能、增强的标注功能以及局部打开和局部加载的功能，从而使AutoCAD系统更加完善。
3.2 HyperWorks 的CAE基本功能及特点
HyperWorks为一个企业级CAE平台，集成设计与分析多种工具，拥有开放性体系和可编程工作平台，可提供顶尖的CAE建模、可视化分析、优化分析、以及健壮性分析、多体仿真、制造仿真、以及过程自动化。 它的功能分为多个模块，大概可分为建模及后处理、优化分析、虚拟制造、流程自动化及数据管理和其他。
（1）OptiStruct 结构优化设计工具，提供拓扑、形貌、形状、尺寸等优化解决方案
（2）前后处理
1） HyperMesh
高性能、开放式有限单元前后处理器，主要用于模型处理。
相对其它软件，具有更为强大的网格划分能力。
提供几乎所有主流商业CAD系统和CAE求解器接口。
CAD接口如ProE，CATIA，IGES，UG等。
CAE接口如ansys，optistruct，abaqus，nastran，dyna，ideas等
2）MotionView
通用多体动力学仿真及工程数据前后处理器，拥有丰富的车身模型库并支持二次开发。
3）HyperGraph
仿真和实验结果的后处理绘图工具，拥有丰富的求解器和实验数据接口、数学函数库并支持后处理模块定制，实现数据处理自动化。
4）HyperView 完整的结果后处理工具，可处理有限元分析、多提系统仿真、视频和工程数据。
5）HyperStudy 为健壮性设计开发的参数化研究和多约束优化工具
应用：实验设计（DOE）、随机仿真和优化技术
（3）求解器
1）OptiStruct/Analysis 有限元分析求解器，具有快速而精确的特点
应用：用于线性静态和频率响应分析的求解
2）MotionSolve 多体动力学分析求解器
应用：刚体和柔体耦合分析求解
3）Radioss
应用：安全技术、生物仿真技术和车辆安全评价技术
4）HyperCrash
应用：主要用于碰撞仿真
(4)制造工艺仿真
1）HyperForm 钣金冲压成成形仿真工具，兼模具设计、管料弯曲成形和液压成形仿真模块
2）HyperXtrude 合金材料挤压成形仿真工具
3）Forging 锻压方针
4）Molding 注塑成型仿真
5） Friction Stir Welding 模拟摩擦激光焊接
第二篇：昆明理工大学《计算机辅助设计技术基础》读书报告
《计算机辅助设计技术基础》读书报告
学院：机电工程学院
班级：机自091
姓名：
学号：
任课教师：
日期：20xx年 月 日
成绩：
目录
1. 试述CAD的发展历程、发展现状和发展趋势
2. 举例说明数据库的应用实例
3. 列出你所了解的CAD和CAE的应用软件，并说明各软件的基本功能极其特点
4. 说明矩形法、梯形法及辛普森数值积分的基本思想
5. 写出二分法方程求根的程序流程图
6. 写出三维空间平移、旋转（绕X轴）、镜像（以原点）比例变换矩阵，并证明
其变换功能
7. 说明如何实现CAD/CAPP/CAM的集成
8. 参考文献
1.试述CAD的发展历程、发展现状和发展趋势
1.1 CAD的发展历程
计算机辅助设计（CAD Computer Aided Design）是计算机技术在应用方面的一大分支，其作用是帮助设计人员进行工程设计或产品设计。CAD技术的发展和形成至今有50多年的历史了，自20世纪50年代在美国诞生了第一台计算机绘图系统，开始出现具有简单绘图输出功能的被动式的计算机辅助设计技术，即CAD技术。到目前，CAD的发展经历了四次技术革命。
第一次CAD技术革命──曲面造型系统， 随着计算机的发展，当三维曲面造型系统出现时，标志着计算机辅助设计技术从单纯模仿工程图纸的三视图模式中解放出来，首次实现以计算机完整描述产品零件的主要信息的方式。第二次CAD技术革命──实体造型技术，由于实体造型技术能够精确表达零件的全部属性，在理论上有助于CAD的模型表达，给设计带来了惊人的方便性。它代表着未来CAD技术的发展方向。第三次CAD技术革命 ─—参数化技术，在实体造型技术逐渐普及时，CAD技术的研究又有了重大进展。第四次CAD技术革命──变量化技术，由于计算机技术的不断成熟，使得现在的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。综合应用多媒体技术和人工智能、专家系统等技术大大提高了自动化设计的程度，出现了智能CAD新学科。
综合四次革命的发展历程，我们可以看出CAD发展的具体情况。(1)准备和诞生时期；(2)蓬勃发展和进入应用时期，20世纪60年代中期出现了商品化的CAD设备，CAD技术开始进入了发展和应用阶段；(3)广泛应用时期，20世纪70年代推出了以小型机为平台的CAD系统。同时，图形软件和CAD应用支撑软件也不断充实提高。图形设备相继推出和完善；(4)突飞猛进时期，由于大规模和超大规模集成电路、工作站等的出现使CAD系统的性能大大提高了一步。与此同时，图形软件更趋成熟，科学计算可视化等方面都已进入实用阶段。(5)日趋成熟的时期，这一时期的发展主要体现在以下几个方面：CAD标准化体系进一步完善；系统智能化成为又一个技术热点。
1.2 CAD的发展现状
计算机技术的发展使得计算机在设计活动中得到更有技巧的应用。如今，CAD已经不仅仅用于绘图和显示，它开始进入设计者的专业知识中更“智能”的部分。CAD技术在工程设计中有着很广泛的应用，对于建筑设计这一领域，有着包括方案设计、三维造型、建筑渲染图设计、平面布景、建筑构造设计、小区规划、日照分析、室内装潢等各类应用软件。对于结构设计，计算机辅助设计软件可以做到包括有限元分析、结构平面设计、结构计算和分析、高层结构分析、地基及基础设计、钢结构设计与加工等方面。此外计算机辅助设计软件还能应用于包括水、电、暖以及及管道等各种设备设计。在城市规划、城市交通设计，市政管线设计，交通工程设计，水利工程设计以及其他工程设计和管理等方面，计算机辅助设计软件也有着很广泛的应用。
1.3 CAD的发展趋势
CAD技术作为成熟的普及技术已在企业中广泛应用，并已成为企业的现实生产力。围绕企业创新设计能力的提高和网络计算环境的普及，CAD技术的发展趋势主要围绕在标准化、开放式、集成化、智能化四方面。
1．标准化 ：除了CAD支撑软件逐步实现ISO标准和工业标准外，面向应用的标准构件（零部件库）、标准化方法也已成为CAD系统中的必备内容，且向着合理化工程设计的应用方向发展。
2．开放性： CAD系统目前广泛建立在开放式操作系统窗口95／98／NT和UNIX平台上，在Java LINUX平台上也有CAD产品，此外CAD系统都为最终用户提供二次开发环境，甚至这类环境可开发其内核源码，使用户可定制自已的CAD系统。
3．集成化 ：集成化是很多系统的发展方向，CAD系统也不例外，目前CAD的发展方向可以用一下内容表示：CAD+CAM=CAD/CAM；
CAD/CAM+CAPP+CAT+PDM=CAE，CAD系统的集成化推动企业信息化进程。
4．智能化 ：设计是一个含有高度智能的人类创造性活动领域，智能CAD是CAD发展的必然方向。智能CAD不仅仅是简单地将现有的智能技术与CAD技术相结合，更要深入研究人类设计的思维模型，并用信息技术来表达和模拟它。
2举例说明数据库的应用实例
实例一:
实例二：
3列出你所了解的CAD和CAE的应用软件，并说明各软件的基本功能极其特点
CAD和CAE软件种类繁多，功能齐全，应用广泛，我了解的CAD软件有AutoCAD和Solid Edge。
AutoCAD是美国Autodesk公司开发的一个交互式绘图软件，是用于二维及三维设计、绘图的系统工具，用户可以使用它来创建、浏览、管理、打印、输出、共享及准确复用富含信息的设计图形。Auto CAD软件有如下基本功能：(1) 绘制图形；(2) 编辑图形；(3) 图形标注；(4) 精确绘图；(5) 图形输出。现粗略介绍Auto CAD这款软件，打开软件后，界面显示包括：(1)标题栏；(2)菜单栏：菜单是调用命令的一种方式。
(3)工具栏：工具栏是调用命令的另一种方式，通过工具栏可以直观、快捷的访
问一些常用的命令;(4)状态栏;(5)绘图窗口：绘图窗口是AutoCAD中显示、绘制图形的主要场所;(6)命令行：命令行提供了调用命令的第三种方式，即用键盘直接输入命令;(7)工具选项板。
AutoCAD 软件的特点：(1)具有完善的图形绘制功能；(2)有强大的图形编辑功能；(3)可以采用多种方式进行二次开发或用户定制；(4)可以进行多种图形格式的转换，具有较强的数据交换能力；(5)支持多种硬件设备；(6)支持多种操作平台；(7)具有通用性、易用性，适用于各类用户。 CAE: 指工程设计中的计算机辅助工程CAE(Computer Aided Engineering)，指用计算机辅助求解分析复杂工程和产品的结构力学性能，以及优化结构性能等。而CAE软件可作静态结构分析，动态分析；研究线性、非线性问题；分析结构（固体）、流体、电磁等。 前后处理是近十多年发展最快的CAE软件成分，它们是CAE软件满足用户需求，使通用软件专业化、属地化，并实现CAD、CAM、CAPP、PDM等软件无缝集成的关键性软件成分。它们是通过增设CAD软件，例如Pro/Engineer，UG，Solidedge，CATIA，MDT等软件的接口数据模块，实现了CAD/CAE的有效集成。其中我最熟悉的是Solid Edge软件。
4.说明矩形法、梯形法及辛普森数值积分的基本思想。
答：答：矩形法是一种计算定积分近似值的方法，其思想是求若干个矩形的面积之和，这些矩形的高由函数值来决定。将积分区间 (a,b) 划分为 n 个长度相等的子区间，每个子区间的长度为 Δx =(b ? a) / n 。这些矩形左上角、右上角或顶边中点在被积函数图像上。这样，这些矩形的面积之和就约等于定积分的近似值。有： 其中i'可以是以下三个值 i ?1， i ， i ?1 / 2之一，由函数图像上的点为矩形的左上角、右上角或顶边中点来决定。当 n 逐渐扩大时，此近似值更加准确。矩形法的计算本质上是与黎曼积分的定义相吻合的。上述的i'无论取哪个值，最终和式的值都将趋近于定
积分的值。i' = i ?1 v:shapes="_x0000_i1027">i' = i ?1 / 2 i' = i（二）.下面我用一个例子来说明梯形法及辛普森数值积分的基本思想：一，通过求定积分的程序设计，使学生理解和掌握C++语言的函数、函数指针等设计方法，培养学生综合利用C++语言解决数学计算问题，使学生将所学知识转化为分析和设计简单实际问题的能力，并学会查资料和工具书,进行创新设计。提高学生建立程序文档、归纳总结的能力。进一步巩固和灵活运用先修课程《计算机文化基础》有关文字处理、图表分析、数据归整、应用软件之间图表、数据共享等信息技术处理的综合能力。
二， 要求用模块化设计和C++的思想来完成程序的设计；要求用函数分别编写梯形法和辛普生法求定积分的程序，分别存到不同的.CPP文件中；
在VC++6.0环境中，学会调试程序的方法，及时查究错误，独立调试完成。程序调试通过后，完成程序文档的整理,加必要的注释。
三，设计方法和基本原理。课题功能描述
本题目的功能是对梯形法和辛普森法，在不同区间数下计算所得的定积分的值，进行精度比较。 问题详细描述。数值积分
求一个函数f(x)在[a,b]上的定积分∫baf(x) dx,其几何意义是求f(x)曲线和直线x=a,y=0,x=b所围成的曲边梯形面积。为了近似求出此面积，可将[a,b]区间分成若各个小区间，每个区间的宽度为(b-a)/n,n为区间个数。近似求出每个小的曲边梯形面积，然后将n个小面积加起来，就近似的到总的面积。既定积分
的近似值，当n愈大（即区间分的愈小），近似程度愈高。数值积分常用的算法有：
1）梯形法
用小梯形代替小曲边梯形，几何意义如图所示。
第一个小梯形的面积为：
第i个小梯形的面积为：
其中：
2） 辛普生（Sinpson）法
在小区间范围内，用一条抛物线代替该区间的f(x)。将(a,b)区间分成2n个小区间，则辛普生法求定积分的公式为：
其中：
（2）要求分别采用梯形法和辛普生法分别计算f1(x)和 f2(x)的定积分。
2、问题的解决方案：
(1) 编写一个梯形法求定积分的通用函数integralt(),其函数原型为： double integralt(double a, double b, double(*f)( double));
函数的形参a,b,f分别为定积分的下限、上限和函数名 ,其中f为函数指针。
(2) 编写一个辛普生法求定积分的通用函数integrals(),其函数原型为： double integrals(double a, double b, double(*f)( double));
函数的形参a,b,f分别为定积分的下限、上限和函数名 ,其中f为函数指针。
(3) 对所求的被积分表达式分别编写函数f1和f2：
f1(x)=1+x2
f2(x)=1+x+x2+x3
(4) 在主函数中输入a,b（0，1）的值，先调用梯形法求积分的integralt()函数,分别计算f1和f2的定积分，并输出计算结果。再输入a,b(0,1)的值，调用辛普生法求积分的integrals()函数，分别计算f1和f2的定积分，并输出计算结果。再次输入a,b（0，2）的值，再分别调用梯形法和辛普生法分别计算f1和f2的定积分，并输出计算结果。
(5) 要求在n相同的情况下，对同一个被积函数同区间采用梯形法和辛普生法的积分结果的精度进行分析，主要观察随着n值的增加，积分结果的有效数字位数
有何变化，两种方法与精确值的误差。
要求n值，分别取2，10，100，1000，5000，20000，50000进行观察。
四、主要技术问题的描述：
1、函数指针
一个函数在编译时被分配一个入口地址，可以将该地址赋给一个指针变量，这样，这个指针变量持有函数的入口地址，它就指向了该函数，称这种指针为指向函数的指针，简称函数指针。
2、函数指针定义的一般形式：
数据类型 （*指针变量）（形式参数）；
例：int (*pf)(int a,int b);
3、调用的形式举例：
double integral (double a,double b,int n,double(*f)(double )) {
ff1=(*f)(a);
5、写出二分法方程求根的程序流程图。
答：
6.写出三维空间平移、旋转（绕X轴）、镜像（以原点）比例变换矩阵，并证明其变换功能 。 答：
绕y轴旋转
绕x轴旋转
7说明如何实现CAD/CAPP/CAM的集成
答：
CAD集成的问题就显得日益迫切。目前，CAD/CAPP集成方法主要有以下几种：(1)基于标准中间文件的系统集成。基于中间文件的集成方式优点在于能用性好，非常灵活。但是中间文件的
数据交换标准非常的复杂，使得系统开发的工作量大，研制周期长，开发成本较高。(2)基于PDM的CAD/CAPP集成方式。PDM(Product Data Management)技术是以软件技术为核心，通过计算机网络和数据库技术，将所有产品信息和过程储存在同一数据平台上，进行统一的管理。但是PDM仅仅实现了子系统间信息传递的管理和控制、信息的载体仍然是文本，因此并不是真正意义上的集成。(3)直接集成。这种集成方式把CAD和CAPP作为一个整体来规划和开发。CAPP的功能直接在CAD平台上进行开发实现，整个系统高度集成。其最大特点在于CAD和CAPP是一个高度集成的整体，有效地实现了CAD/CAPP系统的信息集成和功能集成。
8.参考文献
1迟毅林，杨建明，刘康.计算机辅助设计技术基础.重庆：重庆大学出版社，2000.8
4.孙江宏.计算机辅助设计--AutoCAD 2009 实用教程. 水利水电出版社,2009.10
6.贾志强.李涛.SQLJ开发Java数据库应用实例.计算机时代.2003(03)