计算机辅助系统.docx

1、中 国 计 算 机 软 件 专 业 技 术 资 格 和 水 平 考 试 自 学 丛 书计 算 机 辅 助 系 统柳 西 玲 编 著清 华 大 学 出 版 社内 容 简 介本 书 是 由 中 国 计 算 机 软 件 专 业 技 术 资 格 和 水 平 考 试 中 心 组 织 编 写 的 , 适 合 于 计 算 机 软 件 人 员应 考 的 自 学 丛 书 之 一 。 它 依 照 1991 年 公 布 的 “中 国 计 算 机 软 件 专 业技 术 资 格 和 水 平 考 试 暂 行 规定 和 考 试 大 纲 ”要 求 编 写 。 内 容 包 括: 计 算 机 辅 助 系 统 的 软 硬 件 支

2、撑 环 境 , 计 算 机 图 形 学 基 础 , 还 分 别 论 述 了 CA D、 CAM 、 CA I 三 大 应 用 系 统 的 设 计 原 则 、 算 法 和 未 来 发 展 动 向。每 章 附 有 许 多 实 用 程 序 和 习 题 。本书 可 供 计 算 机 软 件 人 员 应 考前 参 考 、 提 高使 用 。 也 可 作 为 大 专 院校 师 生 和 从 事 计 算 机 辅 助 系 统 开 发 的 技 术 人 员 工 作 时 的 参 考 书 。( 京 ) 新 登 字 158 号计 算 机 辅 助 系 统柳 西 玲 编 著清 华 大 学 出 版 社 出 版 北 京 清 华 园

3、通 县 宏 飞 印 刷 厂 印 刷新 华 书 店 总 店 科 技 发 行 所 发 行开 本 : 7 8 10 9 2 1 / 16 印 张 : 8 . 2 5 字 数 : 1 9 3 千 字1 99 3 年 6 月 第 1 版 1 99 3 年 6 月 第 1 次 印 刷印 数 : 0000110000ISBN 7-302-01242-3/ T P 472定 价 : 6. 00 元前 言计 算 机 辅 助 设 计 及 制 造 、 计 算 机 辅 助 教 学 在 近 25 年 来 得 到 迅 猛 发 展 和 广 泛 应 用 , 并 已 形 成 计 算 机 辅 助 工 程 ( CAE ) 新 学

4、科 。 它 作 为 20 世 纪 公 认 的 世 界 重 大 技 术 成 就 之 一 , 正 深 刻 地 影 响 着 当 今 工 业 和 各 个 工 程 领 域 , 已 为 各 行 各 业 带 来 越 来 越 多 的 社 会 和 经 济 收 益 。80 年 代 以 来 , 我 国 在 CA D/ CAM / CA I 方 面 的 系 统 开 发 和 应 用 都 有 了 重 大 的 突 破 。 如 交 通 部 在 “七 五 ”计 划 中 完 成 了 高 等 级 公 路 路 线 、 桥 梁 计 算 机 辅 助 设 计 ( CA D) 成 套 系 统 。 机 械 电 子 工 业 部 在 “七 五 ”

5、期 间 组 织 集 中 攻 关 完 成 了 集 成 电 路 设 计 的 成 套 CAD 系 统 ( 即 P AN DA 系 统 ) 。 航 空 部 门 完 成 了 飞 机 设 计 制 造 及 管 理 的 CAD 系 统 ( CAA DMM 系 统 ) 。 已 在 计 算 机 辅 助 技 术 方 面 形 成 了 一 支 自 行 设 计 的 队 伍 , 这 支 队 伍 还 在 不 断 壮 大 , 系 统 设 计 和 开 发 人 员 都 迫 切 需 要 了 解 和 掌 握 新 的 设 计 方 法 和 工 具 。 虽 然 国 内 外 杂 志 上 有 许 多 文 章 介 绍 , 有 关 书 也 出 版

6、了 一 些 , 但 至 今 还 缺 少 一 本 从 设 计 实 用 角 度 对 系 统 设 计 方 法 和 工 具 进 行 综 合 分 析 的 书 籍 。 另 外 , 作 为 软 件 水 平 考 试 , 计 算 机 辅 助 系 统 属 于 应 用 分 支 的 一 部 分 。 作 者 在 长 期 从 事 计 算 机 辅 助 系 统 开 发 和 应 用 的 实 践 中 , 总 结 出 一 些 实 际 应 用 技 术 , 结 合 考 试 大 纲 要 求 , 编 写 了 本 书 , 希 望 能 为 工 程 技 术 人 员 提 高 实 际 开 发 系 统 水 平 有 所 帮 助 。 本 书 以 应 用

7、与 理 论 相 结 合 为 原 则 , 并 偏 重 于 工 程 实 际 应 用 。本 书 共 分 两 部 分 。 第 一 部 分 ( 第 一 章 第 四 章 ) 讨 论 计 算 机 辅 助 系 统 的 共 同 基 本 知 识 和 理 论 基 础 , 即 软 硬 件 支 撑 环 境 、 图 形 学 基 础 和 常 用 算 法 。 第 二 部 分 ( 第 五 章 第 七 章 ) 分别 针 对 CAD、 CA M 、 CAI 三 类 系 统 , 详 细 地 讨 论 了 它 们 各 自 设 计 开 发 的 原 则 、 技 术 和 方 法 , 并 结 合 实 例 强 调 系 统 实 用 化 措 施 及

8、经 验 借 鉴 。 最 后 对 该 类 系 统 的 发 展 动 向 给 于 初 步 论述 。 全 书 提 供 许 多 程 序 实 例 可 作 为 一 些 基 本 技 术 的 实 用 化 程 序 , 供 读 者 直 接 利 用 。CA D 技 术 是 新 兴 技 术 , 并 正 在 飞 速 发 展 中 , 书 中 难 免 有 不 足 之 处 , 敬 请 读 者 予 以 批 评 指 正 。作 者 1992 年 8 月 于 清 华 大 学 目 录第 一 章 引 论 11. 1 计 算 机 辅 助 系 统 的 含 义 及 历 史 11. 2 计 算 机 辅 助 系 统 的 应 用 21. 3 计 算

9、机 辅 助 系 统 的 发 展 趋 势 5参 考 文 献 7第 二 章 计 算 机 辅 助 系 统 的 硬 件 支 撑 环 境 82. 1 图 形 输 入 设 备 82. 2 图 形 输 出 设 备 102. 3 工 作 站 13参 考 文 献 15第 三 章 计 算 机 辅 助 系 统 的 软 件 支 撑 环 境 163. 1 图 形 软 件 包 的 功 能 163. 2 图 形 软 件 包 的 设 计 原 则 163. 3 基 本 图 元 的 生 成 技 术 183. 4 典 型 图 形 软 件 包 GKS 简 介 293. 5 工 程 库 基 本 知 识 32习 题 38参 考 文 献

10、39第 四 章 计 算 机 图 形 学 基 础 404. 1 坐 标 系 和 坐 标 变 换 404. 2 窗 口 与 视 口 414. 3 二 维 图 形 的 窗 口 裁 剪 及 视 口 映 象 414. 4 三 维 图 形 学 基 础 434. 5 曲 线 、 曲 面 的 生 成 474. 6 图 形 编 辑 技 术 514. 7 几 何 造 型 技 术 简 介 57习 题 59参 考 文 献 59第 五 章 计 算 机 辅 助 设 计 ( CAD) 系 统 605. 1 常 规 设 计 过 程 和 CA D 设 计 过 程 605. 2 设 计 流 程 及 设 计 标 准 化 625.

11、3 CAD 系 统 的 结 构 及 开 发 635. 4 CAD 系 统 的 实 例 PAN DA 系 统 685. 5 CAD 系 统 的 发 展 智 能 CA D 系 统 87习 题 89 7. 1 CAI 的 特 点 1057. 2 课 件 设 计 准 则 1077. 3 课 件 驱 动 程 序 的 设 计 1077. 4 课 件 设 计 的 实 例 L E AR N 1177. 5 课 件 生 成 工 具 写 作 系 统 1197. 6 CAI 的 未 来 I CAI 123习 题 124参 考 文 献 89第 六 章 计 算 机 辅 助 制 造 ( CAM ) 系 统 906. 1

12、CAM 的 发 展 906. 2 现 有 CA M 系 统 916. 3 我 国 CA M 系 统 实 例 NCP-33 和 CAA DMM 926. 4 计 算 机 辅 助 生 产 工 艺 ( CA PP) 936. 5 CAM 发 展 目 标 CIM S 系 统 101习 题 104参 考 文 献 104第 七 章 计 算 机 辅 助 教 学 ( CAI ) 系 统 105参 考 文 献 125 1第 一 章 引 论1. 1 计 算 机 辅 助 系 统 的 含 义 及 历 史1. 含 义计 算 机 辅 助 系 统 从 广 义 定 义 , 它 泛 指 一 切 以 计 算 机 作 为 辅 助

13、工 具 的 各 种 应 用 系 统 。 从 目 前 主 要 应 用 面 看 , 它 包 括 有 : 计 算 机 辅 助 设 计 ( CA D) 、 计 算 机 辅 助 制 造 ( CA M ) 、 计 算 机 助 教 学 ( CAI ) 、 计 算 机 辅 助 测 试 ( CAT ) 、 计 算 机 辅 助 加 工 计 划 ( CA P ) 等 , 有 的 书 用 计 算 机 辅 助 工 程 ( CA E ) 一 词 将 它 们 概 括 。 本 书 范 围 是 针 对 目 前 应 用 最 广 的 CA D、 CA M 、 以 及 CA I 为 内 容 , 以 非 计 算 机 专 业 人 员 为

14、 对 象 , 并 作 为 全 国 计 算 机 应 用 软 件 水 平 考 试 的 辅 导 丛 书 之 一 , 按 考 试 大 纲 要 求 , 介 绍 计 算 机 辅 助 系 统 的 一 般 性 原 理 、 方 法 和 工 具 。CA D 是 由 人 和 计 算 机 合 作 , 完 成 各 种 设 计 ( 如 机 械 设 备 设 计 、 集 成 电 路 设 计 、 建 筑 土 木 工 程 设 计 、 服 装 设 计 、 动 画 影 片 设 计 等 ) 的 一 种 技 术 。 这 种 技 术 在 对 设 计 过 程 认 真 分 析 后 , 按 人 与 计 算 机 各 自 特 点 , 去 完 成 各

15、 自 最 合 适 的 部 分 。 如 设 计 的 经 验 和 判 断 必 须 由 人 来 完 成 , 而 存 储 和 组 织 数 据 以 及 繁 重 的 计 算 、 绘 图 由 计 算 机 来 完 成 , 使 设 计 的 效 果 比 人 或 计算 机 任 何 一 方 单 独 工 作 都 要 好 而 快 , 这 就 是 CA D 倍 受 各 行 业 重 视 和 欢 迎 的 原 因 。 它 不 仅 提 高 了 设 计 的 速 度 和 质 量 , 而 且 能 在 设 计 完 成 后 由 计 算 机 预 先 显 示 产 品 最 终 的 外 形 结 构及 估 价 , 使 设 计 者 在 投 产 之 前

16、可 进 行 评 价 并 作 出 决 策 。CA M 是 利 用 计 算 机 辅 助 完 成 生 产 计 划 和 控 制 生 产 过 程 的 一 门 技 术 。 它 与 CAD 密 切 相 关 , 现 经 常 以 CA D/ CAM 系 统 使 设 计 与 生 产 连 接 成 自 动 化 工 程 。 CA M 直 接 使 用 CA D 产 生 的 数 据 , 对 于 结 构 复 杂 、 精 度 要 求 高 的 行 业 是 不 可 缺 少 的 工 具 , 如 宇 航 及 航 空 工 业 是 首 先 应 用 CAD/ CA M 技 术 的 领 地 。CA I 是 为 课 堂 示 范 、 自 学 实

17、践 、 实 习 培 训 , 以 及 教 学 科 学 管 理 等 方 面 应 用 计 算 机 辅 助的 技 术 。 它 为 培 养 各 方 面 人 材 提 供 高 质 量 的 教 育 途 径 , 对 一 些 有 危 险 性 的 或 不 易 实 现 的 场 景 可 提 供 既 安 全 又 廉 价 的 模 拟 。 如 飞 行 员 的 模 拟 训 练 、 太 阳 系 运 动 的 模 拟 、 人 体 病 症 诊 断 模 拟 等 。 也 为 提 高 全 社 会 文 化 素 质 提 供 普 及 的 环 境 。这 三 方 面 技 术 应 用 不 同 , 但 有 许 多 共 同 特 性 ( 如 以 计 算 机

18、为 辅 助 工 具 ) , 因 此 它 们 的 软 硬 件 环 境 和 所 用 到 的 有 关 理 论 知 识 是 相 同 的 , 如 计 算 机 图 形 学 、 数 值 计 算 的 有 限 元 法 、 工 程 库 等 。 因 此 本 书 的 第 二 章 至 第 四 章 讨 论 它 们 共 同 用 到 的 一 些 基 本 知 识 及 理 论 , 后 三 章 分 别 对 它 们 各 自 的 特 殊 内 容 进 行 讨 论 并 给 出 实 例 。 为 简 单 方 便 , 在 前 四 章 中 我 们 用 CAD 系统 作 为 计 算 机 辅 助 系 统 的 统 称 。2. 历 史CA D 技 术 的

19、 历 史 回 顾 细 节 可 参 阅 文 献 1, 2 。 它 起 源 于 CA M , 1963 年 , 美 国 麻 省 理工 学 院 ( M .I .T .) 的 博 士 Ivan Sut her land 研 制 的 SK E T CH PA D 系 统 3 , 由 一 个 CRT 及 林 肯 -T X2 计 算 机 组 成 , 可 用 光 笔 在 CRT 屏 幕 上 作 机 械 零 件 草 图 、 修 改 操 作 , 这 是 最 初 的2交 互 式 图 形 系 统 。 1964 年 通 用 电 机 公 司 提 交 了 DA C-1 系 统 4 。 它 的 硬 件 是 I BM 公 司

20、根 据 通 用 电 机 研 究 所 的 技 术 规 范 生 产 的 , 它 能 最 终 输 出 工 程 图 的 硬 拷 贝 。 1965 年 贝 尔 电 话 实 验 室 公 布 了 GR AP HI C-1 远 程 显 示 系 统 5 , 它 应 用 于 印 刷 电 路 版 的 设 计 、 文 本 编 辑 以 及 交 互 式 布 线 设 计 , 它 最 早 实 现 了 局 部 交 互 工 作 站 与 中 央 主 机 连 网 的 构 思 。70 年 代 初 , L ockheed 发 表 论 文 论 证 了 CA D 的 经 济 效 益 6 。 Chas en 公 布 了 一 份 CA D 系

21、统 在 洛 克 希 德 飞 机 制 造 公 司 的 经 济 效 益 报 告 , 在 CA D 领 域 中 产 生 了 巨 大 的 影 响 , 同 时 用 于 集 成 电 路 的 CAD 系 统 , 使 芯 片 成 本 大 大 降 低 。 到 80 年 代 初 , 微 处 理 机 有 很 大 的 突破 , 相 继 出 现 了 8 位 、 16 位 、 32 位 的 微 处 理 器 , 性 能 / 价 格 比 的 迅 速 改 善 , CAD 已 由 科 研 项 目 变 成 一 个 有 经 济 效 益 、 在 各 个 工 业 领 域 中 大 有 作 为 的 实 用 工 具 。 随 之 有 限 元 理

22、 论 蓬 勃 发 展 、 计 算 机 图 形 学 的 形 成 都 为 CAD 技 术 增 加 了 理 论 依 据 , 使 CAD 技 术 被 广 泛 应 用 于 航 天 、 电 子 、 机 械 、 建 筑 、 轻 工 业 以 及 艺 术 领 域 , 效 益 日 见 明 显 。 据 美 国 80 年 代 统 计 , 在 超 大 规 模 集 成 电 路 的 设 计 生 产 中 引 入 CAD 技 术 后 提 高 效 率 18 倍 , 机 械 工 业 提 高 5 倍 , 建 筑 行 业 提 高 3 倍 , 出 版 行 业 提 高 4.4 倍 。 随 着 CA D 技 术 的 飞 速 发 展 , 效

23、益 还 会 更 快 提 高 , 经 营 CA D 应 用 系 统 的 公 司 和 市 场 每 年 以 40% 的 速 度 增 长 。1.2 计 算 机 辅 助 系 统 的 应 用60 年 代 初 , CA D 技 术 只 在 少 数 几 个 大 公 司 中 应 用 , 如 美 国 通 用 汽 车 公 司 及 IBM 公 司 , 当 时 首 先 被 应 用 于 机 械 制 造 行 业 , 如 飞 机 制 造 、 汽 车 制 造 、 船 舶 制 造 等 。 70 年 代 后 期 , 微 型 计 算 机 、 大 容 量 存 储 技 术 及 计 算 机 图 形 学 的 飞 速 发 展 , 使 CAD

24、在 工 程 上 的 应 用 从 单 纯 的 分 析 计 算 变 为 大 量 信 息 存 储 、 检 索 、 绘 图 、 计 算 溶 为 一 体 的 独 立 系 统 。 CA D 技 术 贯 穿 到 设 计 、 制 造 、 管 理 的 全 过 程 中 。 近 年 来 , 数 据 库 技 术 的 飞 速 发 展 , 使 设 计 、 制 造 、 生 产 工 艺 集 成 于 工 程 库 的 集 成 化 系 统 开 始 形 成 , 使 设 计 产 生 工 艺 流 程 计 划 , 加 工 数 据 及 数 控 程 序 , 再 到 控 制 机 器 人 的 活 动 路 径 , 实 现 设 计 、 制 造 、 生

25、 产 一 体 自 动 化 的 目 标 已 不 遥 远 。 目 前 CA D 技 术 已 广 泛 应 用 于 工 业 的 各 个 领 域 , 乃 至 家 庭 。 下 面 侧 重 从 几 个 主 要 应 用 方 面 来 论 述 CAD 的 应 用 概 况 。1. 在 航 空 和 汽 车 工 业 中 的 应 用飞 机 制 造 和 汽 车 制 造 是 最 早 应 用 CA D 技 术 的 两 个 行 业 。 美 国 波 音 飞 机 制 造 公 司 在60 年 代 初 已 有 CAD 程 序 , 主 要 用 于 计 算 分 析 及 绘 图 输 出 方 面 。 到 80 年 代 初 已 发 展 成 为 C

26、A D/ CA M 的 集 成 化 系 统 , 飞 机 外 形 设 计 计 算 , 利 用 专 用 APT 自 动 编 程 工 具 语 言 自 动 生 成 可 供 生 产 用 的 机 械 图 纸 , 并 有 设 计 的 详 细 说 明 文 档 。 在 1975 年 洛 克 希 德 飞 机 制 造 公 司 公 布 的 CA D 系 统 中 , 仅 在 绘 图 方 面 的 经 济 效 益 7 就 足 以 说 明 CA D 技 术 具 有 可 大 大 降 低成 本 、 减 少 返 工 、 提 前 纠 错 的 重 大 收 益 。在 汽 车 制 造 业 中 , CAD 技 术 为 外 形 造 型 设 计

27、 、 制 图 以 及 新 产 品 试 制 方 面 提 供 了 经 济 而 有 效 的 途 径 。 60 年 代 的 DAC-1 系 统 是 首 先 应 用 于 汽 车 行 业 , 70 年 代 又 出 现 了 CA DA NCE 、 F BX 等 系 统 都 是 汽 车 制 造 工 业 内 部 开 发 的 。 到 80 年 代 , 在 发 达 国 家 中 , 汽 车 的 发 动 机 、 底 盘 、 车 轮 、 刹 车 、 燃 料 系 统 、 排 气 系 统 、 转 向 器 以 及 驾 驶 盘 等 70% 以 上 的 汽 车 部 件 的 设 计 制 造 均 已 采 用 了 CAD 技 术 。3在

28、 我 国 , 随 着 开 放 政 策 实 施 , 在 飞 机 及 汽 车 制 造 中 也 已 引 入 许 多 CAD 系 统 , 有 的 厂家 也 正 向 集 成 化 系 统 发 展 。2. 在 电 子 工 业 中 的 应 用CA D 技 术 在 电 子 工 业 方 面 的 应 用 最 早 始 于 印 刷 电 路 版 的 制 造 设 计 8 , 1966 年 IBM 元 件 分 公 司 研 制 了 一 个 CA D 系 统 , 在 I BM / 360 机 上 运 行 , 1977 年 又 推 出 IW S/ 370 系 统 , 在 I BM 公 司 内 部 使 用 交 互 图 形 设 计 计

29、 算 机 的 插 件 板 、 底 板 、 模 板 及 框 架 等 , 降 低 成 本 50% 。 现 在 , 据 美 国 有 关 统 计 , 75% 的 CAD 设 备 是 应 用 于 电 子 工 业 的 设 计 与 生 产 9 。我 国 的 电 子 工 业 中 , CA D 技 术 主 要 应 用 在 集 成 电 路 的 版 图 设 计 及 逻 辑 模 拟 分 析 方面 , 但 也 已 开 发 有 集 成 化 系 统 PAN DA 系 统 , 它 是 国 家 “七 五 ”攻 关 成 果 , 是 以 数 据 库 为 核 心 , 将 电 路 逻 辑 模 拟 、 时 序 模 拟 、 电 路 模 拟

30、 、 版 图 设 计 、 版 图 验 证 、 掩 膜 生 成 集 成 为 一 体 的 一 个 系 统 。3. 在 建 筑 行 业 中 的 应 用在 建 筑 行 业 中 , CAD 技 术 的 应 用 是 发 展 速 度 最 快 的 技 术 之 一 。 据 美 国 统 计 , 在 1979 至 1983 年 的 短 短 几 年 中 , CAD 系 统 的 投 资 占 其 总 投 资 的 18% 。 它 首 先 建 立 了 房 屋 设 计的 CA D 图 形 网 络 , 实 现 分 布 式 CAD 技 术 的 应 用 , 共 享 图 形 资 源 , 减 少 工 程 费 用 , 加 快 设计 过 程

31、 。 现 在 使 用 CA D 技 术 水 平 已 成 为 工 程 公 司 技 术 水 平 的 象 征 , 是 对 外 竞 争 投 标 的 重 要 手 段 和 标 志 。 目 前 , 许 多 CA D 软 件 公 司 已 有 成 套 的 建 筑 工 程 软 件 商 品 , 如 I nter gr aph 公 司 在 V AX-11 系 列 机 上 有 由 数 据 库 ( DM R S) 和 图 形 处 理 ( IGDS) 为 核 心 , 并 配 有 测 绘 应 用 的 一 套 建 筑 工 程 设 计 软 件 系 统 。 CV 公 司 的 CADDS4 系 统 是 由 多 道 操 作 系 统 和

32、 二 维 / 三维 图 形 数 据 库 组 成 的 多 任 务 软 件 。 Calma 公 司 有 DIM E NSION 系 统 , 等 等 。 目 前 建 筑 行 业 中 , 从 勘 测 、 设 计 、 建 筑 结 构 、 管 道 、 电 气 五 大 类 都 有 软 件 产 品 , CAD 技 术 已 渗 透 到 建 筑 工 程 各 专 业 内 部 的 主 要 环 节 中 。4. 在 机 械 制 造 行 业 中 的 应 用CA D 技 术 最 初 应 用 于 机 械 制 造 业 是 数 控 ( N C) 系 统 , 它 由 专 用 计 算 机 的 指 令 程 序 控制 机 床 加 工 。

33、现 在 随 微 机 飞 速 发 展 , 已 有 国 际 标 准 语 言 APT 为 编 程 语 言 , 从 NC 向 CNC、 DN C( 直 接 数 控 ) 及 自 适 应 数 控 ( ACN C) 发 展 。 机 械 行 业 中 的 主 要 生 产 环 节 目 前 在 发 达 国 家 中 已 实 现 应 用 CAD 技 术 。 由 图 1.1 中 可 看 出 : 18 世 纪 工 业 革 命 使 机 械 制 造 业 从 手 工 工 场 变 为 机 器 工 厂 , 这 是 机 械 制 造 业 的 第 一 次 飞 跃 。 当 今 CA D/ CAM 的 综 合 制 造 系 统 的 诞 生 ,

34、是 机 械 制 造 业 技 术 发 展 上 的 第 二 次 飞 跃 , 使 机 器 可 在 无 人 操 纵 下 自 动 运 转 。 欧 洲 信 息 技 术 研 究 战 略 计 划 ( E SPR IT ) 制 定 的 计 算 机 综 合 制 造 系 统 由 五 个 子 系 统 构 成 1 0 :( 1) 计 算 机 辅 助 设 计 ( Computer Aided Design)( 2) 计 算 机 辅 助 生 产 工 程 ( Computer Aided P r oduct ion E ngineer ing ) ( 3) 计 算 机 辅 助 制 造 ( Computer Aided M a

35、nuf actur ing)( 4) 计 算 机 辅 助 存 储 和 运 输 ( Computer Aided Stor age and T r anspor t ation) ( 5) 计 算 机 辅 助 生 产 计 划 ( Computer Aided P r oduct ion Planning) 其 中 计 算 机 辅 助 生 产 工 程 又 包 括 :( 1) 计 算 机 辅 助 工 艺 过 程 设 计 ( Computer Aided P r oces s Plan ning) ( 2) 计 算 机 辅 助 工 厂 布 置4图 1.1 机 械 生 产 典 型 流 程 图( 3) 计

36、 算 机 辅 助 零 件 编 程( 4) 计 算 机 辅 助 生 产 工 具 和 夹 具 设 计( 5) 材 料 运 输总 之 , 在 机 械 制 造 业 已 从 计 算 机 控 制 机 床 到 自 动 校 正 加 工 公 差 的 闭 环 系 统 , 向 综 合 计 算 机 辅 助 制 造 方 向 发 展 。5. 在 教 育 事 业 中 的 应 用CA D 技 术 在 教 育 方 面 的 应 用 包 括 计 算 机 辅 助 教 学 ( CA I ) 、 计 算 机 辅 助 教 学 管 理 ( CM I) 以 及 计 算 机 辅 助 教 材 出 版 ( CAP ) 。 CA I 的 第 一 个

37、系 统 是 美 国 伊 里 诺 大 学 在 60 年 代 开 发 的 PL A T O ( Pr ogr amming L ear nin g and T eaching Oper ation) 系 统 , 目 前 已 改 进 了好 几 次 , 有 第 五 版 本 供 使 用 。 1981 年 在 瑞 士 首 次 召 开 国 际 CA I 学 术 会 议 , 此 后 每 年 都 召 开 一 次 。 目 前 CAI 已 从 课 件 时 代 向 课 件 自 动 生 成 的 写 作 系 统 及 智 能 CAI 发 展 。 我 国 在 国 家 教 委 领 导 下 , 全 国 已 有 清 华 大 学 、

38、 北 京 大 学 、 西 安 交 大 等 学 校 成 立 了 CAI 中 心 , 国 家 也 组 织 了 一 些 大 的 CAI 项 目 , 如 高 等 数 学 试 题 库 、 力 学 试 题 库 等 , 现 正 处 于 研 制 各 种 写 作 系 统 的 阶 段 。 而 CM I 常 常 结 合 CAI 实 现 , 不 少 CAI 系 统 扩 充 有 CM I 功 能 。 现 已 有 一 些 中 学 校 长 管 理 用 的 商 品 软 件 出 售 。 在 我 国 有 些 大 学 中 , 排 课 表 、 学 生 成 绩 统 计 等 都 已 应 用 CM I 技术 。 CA P 近 几 年 飞

39、速 发 展 , 已 形 成 独 立 系 统 , 对 整 个 出 版 界 影 响 很 大 。 据 美 国 统 计 , 仅 在 1983 至 1989 几 年 间 , CAP 系 统 的 销 售 额 已 突 破 500 亿 美 元 。 现 在 在 发 达 国 家 的 CA P 系 统 已 能 将 文 字 处 理 、 编 辑 、 编 页 、 排 字 、 版 面 设 计 、 排 版 都 集 成 为 一 体 , 利 用 相 同 的 文 字 、 图 形 库 进 行 出 版 工 作 。 而 我 国 这 方 面 相 对 而 言 还 起 步 较 晚 , 还 没 有 集 成 化 系 统 。51.3 计 算 机 辅

40、 助 系 统 的 发 展 趋 势对 未 来 要 作 出 科 学 而 精 确 的 预 言 是 很 困 难 的 , 这 里 只 概 述 在 90 年 代 中 将 会 出 现 的 、 对 计 算 机 辅 助 系 统 具 有 较 大 影 响 的 某 些 趋 势 。 由 于 计 算 机 辅 助 系 统 带 来 了 明 显 的 效 益 : 提高 了 工 作 效 率 、 充 分 利 用 了 资 源 、 减 少 库 存 量 、 使 危 险 工 作 实 现 自 动 化 、 改 善 了 工 作 环 境 、 减 轻 劳 动 强 度 , 使 企 业 充 满 了 创 造 性 竞 争 活 力 , 这 是 计 算 机 辅

41、助 系 统 能 不 断 发 展 和 完 善 的 动 力 。 这 里 特 别 要 指 出 的 是 , 1991 年 4 月 9 日 世 界 上 21 个 领 先 的 计 算 机 厂 家 在 一 个 联 合 新 闻 发 布 会 上 宣 布 了 创 建 一 个 “ 先 进 计 算 环 境 ACE ( A dvanced Comput ing E nvir onment ) ”的 承 诺 , 这 项 倡 议 的 宣 布 为 建 立 一 个 全 新 的 先 进 计 算 机 系 统 奠 定 了 基 础 , 对 计 算 机 辅 助 系 统 的 发 展 也 将 产 生 深 远 的 影 响 。A CE 实 质

42、上 形 成 了 计 算 机 软 硬 件 综 合 的 新 国 际 标 准 , 它 的 总 目 标 是 建 立 起 一 个 开 放 的 计 算 机 环 境 , 在 这 个 环 境 中 不 管 由 那 个 计 算 机 厂 家 或 公 司 研 制 的 计 算 平 台 , 都 要 能 实 现 应 用 软 件 二 进 制 兼 容 , 其 具 体 内 容 如 下 :1. Micr os oft 公 司 的 高 级 操 作 系 统 ( OS/ 2 3. 0) 是 一 个 高 性 能 的 、 基 于 M icr osoft “新 技 术 ”( NT ) 之 上 的 32 位 操 作 系 统 。 NT 技 术 利

43、 用 先 进 的 操 作 系 统 原 理 实 现 了 如 32 位 预 空 ( pr eemptive) 式 多 任 务 、 可 移 植 性 、 对 称 性 多 重 处 理 、 高 度 安 全 性 、 集 成 化 的 联 网 等 特 性 。 OS/ 2 3. 0 将 支 持 M S-DOS、 窗 口 、 OS/ 2 及 符 合 P OSI X 规 范 的 应 用 , 并 提 供 适 用 于 先 进 台 面 系 统 和 服 务 器 系 统 的 各 种 功 能 。2. SCO 统 一 的 U N IX 系 统 ( 开 放 式 台 面 系 统 ) 是 一 个 强 有 力 的 、 先 进 的 32 位

44、 操 作 系统 , 它 全 面 地 将 U N IX、 图 形 用 户 接 口 、 数 据 管 理 、 公 布 连 网 性 能 以 及 其 它 服 务 融 为 一 体 。 它 提 供 多 用 户 、 多 任 务 、 安 全 性 、 对 称 多 重 处 理 以 及 集 成 网 络 化 的 窗 口 能 力 。 对 符 合 所 有 主 要 开 放 软 件 标 准 包 括 OSF A E S, POSI X 1003. 1, X/ open XPG 3 和 SVI D Is sue2 的 应 用 提 供 支 持 。 此 操 作 系 统 将 与 几 千 个 应 用 程 序 相 兼 容 , 包 括 DE

45、C 的 U LT R IX 应 用 程序 , SCO 的 开 放 式 台 面 系 统 以 及 其 它 厂 商 支 持 的 基 于 M I PS 的 U NI X 操 作 系 统 之 上 的 应 用 保 持 兼 容 , 而 且 所 提 供 的 等 级 可 以 从 便 携 式 机 直 到 多 重 处 理 服 务 器 。3. 先 进 R ISC 计 算 ( AR C) 规 范 是 一 个 针 对 基 于 M I PS R ISC 微 处 理 器 的 计 算 机 平 台 规 范 , 根 据 此 规 范 提 供 产 品 的 覆 盖 范 围 从 便 携 式 机 一 直 到 数 据 处 理 中 心 , 而

46、且 对 于 应 用 软 件 提 供 完 全 的 二 进 制 兼 容 。 A RC 规 范 还 将 弥 补 工 业 标 准 PC 机 的 不 足 , 为 用 户 提 供 广 泛的 基 于 标 准 计 算 手 段 的 可 供 选 择 的 方 案 。4. 对 工 业 标 准 的 PC 机 和 PC 系 统 的 支 持 意 味 着 当 今 基 于 386 和 486 的 台 式 设 备 和 服 务 器 平 台 将 继 续 成 为 重 要 的 应 用 程 序 的 优 良 计 算 平 台 ( 包 括 将 来 高 级 X86 台 面 系 统 ) 。A CE 倡 议 对 PC 资 源 提 供 了 广 泛 的

47、应 用 软 件 以 及 外 部 设 备 方 面 的 兼 容 性 。总 之 , ACE 倡 议 在 硬 件 和 软 件 提 出 了 必 须 遵 循 的 国 际 标 准 是 :软 件 遵 循SCO 公 司 的 统 一 U N IX 开 放 台 式 操 作 系 统 。M icr os oft 公 司 的 先 进 操 作 系 统 ( OS/ 2 3. 0) 。硬 件 遵 循6全 面 支 持 基 于 386、 486 和 今 后 的 X86 工 业 标 准 的 众 多 P C 和 PC 系 统基 于 M I PS 公 司 RI SC 微 处 理 器 为 基 础 的 计 算 平 台 。此 外 , ACE

48、将 提 供 与 用 户 现 有 网 络 环 境 的 互 相 连 接 性 能 , 用 户 将 可 以 访 问 由 多 个 厂商 提 供 的 能 在 不 同 机 器 上 运 行 的 新 、 旧 应 用 资 源 。 因 此 , ACE 的 结 构 框 图 如 图 1. 2 所 示 。 预 计 按 此 倡 议 研 制 的 首 批 产 品 将 在 1992 年 提 供 用 户 使 用 , 目 前 已 有 六 十 多 家 公 司 参 加 , 而 且 A CE 已 宣 布 完 成 了 AR C 规 范 。 ACE 倡 议 会 给 独 立 的 软 件 厂 商 带 来 很 大 的 好 处 , 从 此 他 们 可

49、 充 满 信 心 地 编 写 应 用 程 序 , 并 让 这 些 程 序 在 所 有 的 平 台 上 运 行 。 在 CAD 应 用 方 面 突 出 要 求 是 图 形 用 户 接 口 的 标 准 化 , 目 前 OSF / M ot if 已 被 承 认 为 事 实 上 的 工 业 标 准 的 用 户 环 境 , 它 的 1. 1 版 本 专 门 针 对 为 当 前 异 种 机 网 络 计 算 环 境 的 应 用 程 序 开 发 提 供 方 便 。图 1. 2 A CE 结 构 图O SF/ M ot if 的 核 心 包 括 : 可 扩 充 的 用 户 接 口 工 具 套 件 , 稳 定 的 、 经 过 测 试 的 应 用 编 程 接 口 , 用 户 接 口 语 言 , 窗 口 管 理 以 及 包 括 风 格 指