作者：甘树坤,吕雪飞
出版社：浙江大学出版社
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CAD技术基础与UGNX6.0实践试读：
前言
三维造型是CAD/CAM技术中最基本和最常用的部分，它不仅是构成CAD的核心内容，而且是实施各种CAD/CAM/CAE技术（如NC编程、FEM计算、模具分析等）的必要前提。随着信息化技术在现代制造业的普及和发展，三维造型技术已经变成制造业工程师的常规的、必备的技能。
UG（UnigraphicsNX）是Siemens PLM Software公司出品的一套集CAD/CAM/CAE/PDM/PLM于一体的软件集成系统，是当今世界上最先进的计算机辅助设计、分析和制造的软件之一，广泛应用于航空、航天、汽车、通用机械和电子等工业领域。
本书专为高等院校机械及相关专业三维造型课程教学而编写，集成了作者多年来在三维造型应用技术方面的教学、培训及工程项目经验。全书分成二篇，共十一章，第一篇（第1～4章）为CAD技术基本原理部分，系统地阐述了CAD技术的基本内容、原理和方法，包括CAD技术发展概况、CAD中常用数据结构、CAD数据交换技术、图形变换、三维几何造型技术等。第二篇（第5～11章）为UG应用实践部分，包括UG建模基础、零件建模、组件装配、工程图设计等内容。这种由“基础知识、操作技能、应用实战”构成的三位一体教学内容，充分体现出了三维造型技术的有机组成。
此外，我们发现无论是用于自学还是用于教学，现有教材所配套的教学资源库都远远无法满足用户的需求。主要表现在：1）一般仅在随书光盘中附以少量的视频演示、练习素材、PPT文档等，内容少且资源结构不完整；2）难以灵活组合和修改，不能适应个性化的教学需求，灵活性和通用性较差。
为此，我们提出了一种全新的教学资源，称为立体词典。所谓“立体”，是指资源结构的多样性和完整性，包括视频、电子教材、印刷教材、PPT、练习、试题库、教学辅助软件、自动组卷系统、教学计划等。所谓“词典”，是指资源组织方式。即把一个个知识点、软件功能、实例等作为独立的教学单元，就像词典中的单词。并围绕教学单元制作、组织和管理教学资源，可灵活组合出各种个性化的教学套餐，从而适应各种不同的教学需求。实践证明，立体词典可大幅度提升教学效率和效果，是广大教师和学生的得力助手。
本书由甘树坤、吕雪飞为主编，由甘树坤（吉林化工学院）、吕雪飞任（吉林化工学院）、吴立军（浙江科技学院）、金涛（浙江大学）、王娟（海南大学）等编写。由于编者水平有限，书中难免有不足与疏漏之处，许多内容尚需不断完善和提高，恳请各位读者批评指正。请通过以下方式与我们交流：
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杭州浙大旭日科技开发有限公司为本书配套提供立体教学资源库、教学软件及相关协助，在此表示衷心的感谢。
最后，感谢浙江大学出版社为本书的出版所提供的机遇和帮助。编者2013年5月第一篇理论篇第1章CAD技术概论
计算机辅助设计技术也称为CAD技术，是英文Computer Aided Design的缩写，它是指在设计过程中，利用计算机作为工具，帮助工程师进行工程设计的一种实用技术的总和。CAD技术涉及的领域很广，最为常见及广泛应用的是二、三维的几何形体建模、绘图，各种机械零部件的设计、电路设计、建筑结构设计、力学分析等。
计算机辅助设计作为一门学科开始于20世纪60年代初，由于受到计算机技术的限制，一直到20世纪70年代，CAD技术的发展都比较缓慢，进入20世纪80年代以来，计算机技术突飞猛进，特别是随着微机和工作站的发展与普及，再加上功能强大的外围设备，如大型图形显示器、绘图仪、激光打印机的问世，极大地推动了CAD技术的发展，从而使CAD技术已进入实用化阶段成为可能，并广泛服务于机械、电子、宇航、建筑、纺织等产品的总体设计、造型设计、结构设计、工艺过程设计等环节。1.1 CAD技术的内涵1.1.1 CAD技术的含义
计算机辅助设计也就是CAD技术，是利用计算机辅助工程技术人员完成设计任务。而从计算机科学的角度看，设计过程是信息管理、信息加工、信息交换的过程，所以，CAD技术就是利用计算机帮助工程技术人员进行工程数据管理、加工和交换信息的技术。
由于设计工作通常与图形是分不开的，所以CAD技术就是以计算机为工具，通过人机交互，处理产品设计过程中的图形和数据信息，辅助完成整个产品设计过程的一门综合技术。也就是工程技术人员与计算机相结合、各尽所长、应用多学科的方法综合有效地进行问题求解的先进信息处理技术。通过CAD技术把人类的决策判断、创造能力与计算机的高速运算、信息存储等功能有机结合起来，从而达到缩短工程产品设计周期、提高设计质量的目的。
计算机辅助设计是一种利用计算机硬、软件系统辅助工程技术人员对产品或工程进行设计的方法与技术，包括设计、绘图、工程分析和文档制作等设计活动。简单地讲，CAD技术就是工程技术人员利用计算机达到最佳的设计目的，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。
从技术方面讲，CAD技术包括图形处理技术、工程分析技术、数据管理与数据交换技术，还包括软件设计技术（如窗口界面设计、软件工程规范等）、文档处理技术等。它涉及的技术范围很广，通常所说的计算机绘图并不是CAD的全部，而只是CAD技术的基础之一。CAD技术的发展与普及，是对传统设计方法的变革。CAD技术的广泛应用表明了CAD技术具有自身极其典型的优越性。
从经济效益方面看，其优越性表现在：（1）提高设计效率，缩短设计周期。CAD技术的应用，避免了许多重复劳动，明显地缩短了资料检索、设计计算和图纸绘制的时间，提高了设计速度。（2）部门之间信息交流快速、可靠。传统设计是通过图纸作为媒体来传播的，由于图纸的设计、绘制、存储和传递需要花费较多的时间，影响了部门之间信息的交流。CAD技术的应用，使得信息可以通过电子文档存储和传递，信息交流快速可靠。同时，随着CAD/CAM技术的发展，CAD信息可以直接转化为CAPP和CAM所需的信息，为实现计算机集成制造打下基础。
从技术方面看，其优越性表现在：（1）提高了设计质量。CAD技术的应用，物理模型更加逼真，数学模型更加准确，其计算精度比传统计算更高，且容易在设计阶段发现错误。同时，设计人员避免了繁重的简单绘图，摆脱了重复劳动，从而能集中精力发挥创造性思维，使设计产品的质量更高。（2）设计、分析与优化的工作模式统一。由于CAD系统的集成，许多设计、分析平台可以交互操作，结构分析、优化设计并行反复进行，使设计方案更加合理，设计结果达到更佳。（3）有利于产品标准化、系列化、通用化。设计人员可以利用CAD系统标准图及标准零部件设计库或通过参数化（变量化）设计修改原有产品设计中的参数得到新的设计结果。这样，可以充分利用以前的设计结果，使得CAD系统在标准化、系列化、通用化方面更显优势。1.1.2 CAD技术的特点
1．CAD技术的特色
从设计方法学角度来讲，CAD技术采用计算机作为工具来完成设计的全过程，进行海量数据的存储和高速数据处理。从技术角度讲，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，从而为后续的工艺、制造、管理等环节提供共享的信息源。概括起来CAD技术主要包括以下内容：（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、数据交换和接口等。（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。
2．CAD技术的特点（1）先导性。利用CAD技术可以提前进行产品的“样品设计”或“虚拟设计”（即数字化设计），可以让用户实时从屏幕上看到尚未问世的新产品外观与性能，对其进行多方面的观察和评审，为产品的方案设计及标书的编写和绘制做出快速反应。（2）仿真性。在产品进入详细设计阶段，CAD可以进行模拟装配和运动仿真，以便及早发现运动机构的碰撞或空间布局中的干涉，避免不必要的损失和浪费。（3）并行性。便于组织实施并行工程，在计算机中确立产品模型和总体布局，与之配套的各个独立系统、部件组、试验组、生产准备等都可以在总体设计下同时分头协调地进行工作，大大加快产品开发速度。（4）扩展性。能方便、简捷地输入已有的图样，并对图样上的信息缺陷实现修复，能根据客户提出的各种设计进行及时修改；在此基础上建立的各种数据库越来越丰富，可以方便地检查和迅速组织发放，为生产准备工作的各个方面赢得时间。（5）效益性。CAD技术作为信息技术的一个重要组成部分，是促进科研成果的开发和转化、实现智能劳动自动化、加快国民经济发展、有利于国防现代化的一项关键性高技术；是提高产品设计质量、缩短开发周期、大幅度提高劳动生产率的重要手段；是企业提高创新能力和管理水平、增强市场竞争力和参与国际竞争的必要条件。目前CAD技术的开发与应用水平已成为衡量一个国家科技现代化和工业现代化程度的重要标志之一。
3．现代CAD技术的发展新特色
随着CAD技术的不断发展，现代CAD技术已经超越了传统CAD技术的一些特点，具有了全新的特点。（1）采用面向对象技术的32位CAD软件，支持Windows95/98/NT/XP/Win7操作系统，支持IGES、STEP等数据交换标准，提供VC、VB等语言开发接口。（2）用特征来描述、构造产品信息模型，这样既包括产品的形体信息，又包括产品的功能特征、工艺特征和加工特征，对产品具有更全面的描述能力，是实现CAD/CAM集成的重要技术方法。（3）参数化设计使用户可以定义模型的尺寸作为控制尺寸，用户可以通过修改模型的尺寸值改变模型的几何形状。变量化设计使用户可以在几何形体之间建立起一些复杂的约束关系，通过约束驱动生成新的形体。（4）对产品的描述采用统一的数据模型，所有数据都存入统一的数据库中。这样对产品任何改动，都会自动改变与之相关的数据。从而保证了数据的完整性和可靠性。在某一数据模型基础上可方便地实现相关性设计，用户在某一部分对模型进行了修改，系统会自动地更新与修改有关的内容。（5）对某些特殊的设计和制造过程，采用专家系统的设计思想，在CAD系统建立知识库，为用户的设计和决策提供帮助。（6）网络化CAD既可用单机多窗口操作编辑，又可多机联网并行设计、网络数据管理和图纸管理。（7）快速原型制造（RPM）技术的发展，既可以便于设计的产品及时得到实物模型，也可以作为CAD系统与加工直接联系的纽带。
4．CAD与计算机绘图、计算机图形学（1）计算机绘图
计算机绘图是使用图形软件和计算机硬件进行绘图及其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的目的。（2）计算机图形学（CG）
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。
计算机绘图是计算机图形学（CG）中涉及工程图形绘制的一个分支，它是一门工程技术。计算机绘图并不是CAD技术的全部内涵，是CAD技术的基础之一。而计算机图形学（CG）是一门独立的学科，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。1.1.3 CAD技术的发展
计算机辅助设计（CAD）主要是用于研究如何用计算机及其外围设备和图形输入输出设备来帮助人们进行工程和产品设计的技术，它是随着计算机及其外围设备、图形设备以及软件技术的发展而发展的。
1．CAD硬件技术发展历程
CAD硬件的发展主要经历了五个时期。（1）诞生期（20世纪50年代—60年代）
1950年，美国麻省理工学院研制出WHIRLWIND 1（旋风1）计算机的一个配件——图形显示器。1958年，美国Calcomp公司研制出由数字记录仪发展成的滚筒式绘图机，美国GerBer公司把数控机床发展成平板式绘图机。20世纪50年代，计算机由电子管组成，用机器语言编程，主要用于科学计算，图形设备仅仅具有输出功能，CAD技术处于酝酿和准备阶段。20世纪50年代末，美国麻省理工学院在WHIRLWIND计算机上开发了SAGE战术防空系统，第一次使用了具有指挥功能和控制功能的阴极射线管CRT，操作者可以用光笔在屏幕上确定目标。它预示着交互式图形生成技术的诞生，为CAD技术的发展作了必要的准备。（2）发展期（20世纪60年代）
20世纪60年代初，美国麻省理工学院的博士生Ivan Sutherland研制出世界上第一台利用光笔的交互式图形系统SKETCHPAD。但在20世纪60年代，由于计算机及图形设备价格昂贵，技术复杂，只有一些实力雄厚的大公司才能使用这一技术。作为CAD技术的基础，计算机图形学在这一时期得到了很快的发展。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）应用期（20世纪70年代）
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，如光栅扫描显示器、图形输入板、绘图仪等相继推出和完善。于是，20世纪70年代出现了面向中小企业的CAD商品化系统。（4）突飞期（20世纪80年代）
20世纪80年代，大规模和超大规模集成电路、工作站和RISC（精简指令集计算机）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，二维、三维图形处理技术，真实感图形技术以及有限元分析，优化、模拟仿真，动态景观，科学计算可视化等方面都已进入实用阶段。包括CAD/CAE/CAM一体化的综合软件包使CAD技术又上了一个层次。（5）成熟期（20世纪90年代）
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；集成化成为CAD技术发展的一大趋势；科学计算可视化、虚拟设计、虚拟制造技术是20世纪90年代至今CAD技术发展的新趋向。
2．CAD软件技术发展历程
随着CAD技术的广泛应用，CAD软件技术也得到了蓬勃的发展。机械应用领域中的CAD起步于20世纪50年代末期，CAD技术采用二维计算机图形技术，用传统的三视图的方法表达零部件的结构，摆脱了繁琐、费时、精度低的手工绘图方式，以图纸进行技术交流。直到20世纪70年代末期，CAD软件技术仍以二维图形为主流，CAD软件技术作为一个分支而相对独立、平稳地发展。在不同领域，CAD以不同的线路向专业化的方向发展。
CAD软件技术发展历程，在机械领域中CAD技术经历了以下几次技术创新，如图1-1所示。图1-1 CAD软件技术发展历程（1）第一次技术创新——曲面造型技术
20世纪60年代，三维CAD系统只是简单的线框模型造型系统，只能表达形体的基本信息，不能有效表达数据之间的拓扑关系，由于缺乏形体的表面信息，CAM、CAE均无法实现。到了20世纪70年代，为解决飞机和汽车制造中遇到的大量的自由曲面问题，出现了贝塞尔算法，使人们利用计算机处理曲线及曲面问题变得可行，同时也使得法国达索飞机制造公司的开发者能在二维绘图系统CAD/CAM的基础上，开发出以表面模型为特点的自由曲面建模方法，推出了三维曲面造型系统CATIA。它的出现，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，同时也使得CAM技术的开发有了实现的基础。也标志着CAD技术的第一次创新。（2）第二次技术创新——实体造型技术
有了表面模型，CAM问题可以解决，却难以表达零件的其他特性，如缺少重心、质量、惯性矩等信息，无法进行CAE方面的工作。1979年，SDRC公司发布了世界上第一个完全基于实体造型的大型CAD/CAE软件I-DEAS，能精确表达零件的全部属性，理论上统一了CAD、CAM、CAE，给设计带来了方便，代表了技术发展的方向。但是，实体造型技术既带来了算法改进和未来发展的希望，也带来了数据计算量的极度膨胀，因为在当时条件下，计算机及显示速度慢，直至今日实体造型才得到了实际应用。（3）第三次技术创新——参数化造型
进入20世纪80年代中期，CV公司推出一种比无约束自由造型更新颖、更好的算法——参数化技术。它具有以下特点：基于特征造型、全尺寸约束、尺寸驱动设计修改。CV公司很多成员离开后，成立了PTC公司，开始研制Pro/E的参数化软件。早期Pro/E性能比较低，只能完成简单工作，到了90年代Pro/E软件更趋成熟，具有参数化造型、模具生成、分析模拟等功能。可以认为参数化技术标志CAD软件技术的第三次创新。（4）第四次CAD技术创新——变量化造型
参数化造型的成功应用，一时成为了CAD业界的标准。1990年以前，SDRC公司在参数化技术方面摸索了几年，发现了参数化技术的缺陷：首先，全尺寸约束这一硬性规定干扰和制约着设计创造力及想象力的发挥；其次，在设计中，关键形体拓扑关系发生改变，失去某些约束特征，也会造成系统混乱。SDRC公司提出变量化技术，变量化技术既保持了参数化技术的优点，同时又克服了它的许多不足之处，变量化技术的成功应用，为CAD技术的发展提供了更大的空间和机遇。同时，SDRC公司的I-DEAS成为美国福特汽车公司首选的CAD/CAM软件。1993年推出全新体系结构软件，变量造型推动了第四次CAD技术创新。
3．我国CAD技术的发展历程
国内CAD技术的研究起步较晚，大约开始于20世纪70年代，主要经历了以下几个阶段。
第一阶段（20世纪60年代末—70年代初）我国工业界计算机的应用侧重于数控加工曲面的数值计算方面，培养了一批技术骨干；
第二阶段（20世纪70年代）着重于教授自动编程的开发设计，主要使用汇编语言、FORTRAN语言；
第三阶段（20世纪80年代）在国务院的直接指导下，召开了全国第一次CAD工作会议，各部委作了“六五”后期和“七五”CAD发展规划，我国的CAD技术蓬勃发展起来。在此期间，国内研究的CAD支撑软件开始应用。
第四阶段（20世纪90年代）在我国20世纪90年代的“八五”和“九五”计划期间，1992年，由科委牵头，成立了CAD应用工程协调小组，在“八五”阶段，将CAD的培训工作列为发展的重点，形成我国各行业应用CAD技术全面普及的阶段。国家大力进行CAD技术的推广应用，启动了CAD应用工程。CAD应用工程以“甩掉图板为突破口，经过多年努力，CAD的普及和推广工作取得了巨大成就。
由于我国CAD技术研究起步较晚，与国外CAD行业及技术方面相比还存在很大的差距，但在很多方面已经取得了长足的进展，除对许多国外软件进行了汉化和二次开发以外，还诞生了不少具有自主版权的CAD系统，如高华CAD，开目CAD等，由于这些软件价格便宜，符合本国国情和标准，所以受到了广泛的欢迎，赢得了越来越大的市场份额。
4．CAD技术的发展趋势
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集成化、智能化、网络化、可视化、并行化、标准化开展。以下着重介绍在标准化、开放性、网络化、智能化、集成化五方面的特点。（1）标准化：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。STEP（Standard for the exchange of product model data）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。（2）开放性：CAD系统目前广泛建立在开放式操作系统窗口Windows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，使用户可定制自己的CAD系统。（3）网络化：能够提供基于因特网的完善的协同设计环境。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。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。（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。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。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。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、知识获取、工具系统的技术等。（5）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源头。为了提高系统的集成水平，CAD技术必须在数字化产品建模、产品数据交换、产品数据管理、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等技术方面提高水平。1.2 产品开发与CAD技术应用1.2.1 产品的开发设计过程
设计在本质上是一种具有高度智能性的人类活动。设计的基本过程就是从某一产品的功能要求出发，经过一系列智能活动，最终形成关于该产品功能、结构和制造方法的具体全面的描述，以保证最终产品具备特定性质并能完成特定的功能。虽然现代设计方法学领域，对于整个设计过程还没有形成一个公认的描述模型，但一些基本的设计步骤是公认的，如图1-2所示，产品的开发设计过程包括：
1．需求描述：以形式化或半形式化方式对已确定的各种需求进行描述，并在设计过程中不断修正。
2．概念设计：将已有的设计需求以及相应的设计任务分解为易于处理的子任务。根据市场需求确定新产品的功能，给出新产品的概念性分析模型或草图。图1-2 产品开发设计流程
3．设计规划：根据对设计特征和困难的初步分析，在各个中间设计目标和设计任务之中选择合理的求解次序。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）初步设计：从概念设计阶段可行性方案中进行分析比较，修正概念模型，选出优化方案，绘制总布置草图，确定各部件基本结构和形状，建立相应数学模型，进行主要参数的分析计算。（2）详细设计：针对最终分解所得的各个设计子任务，确定设计参数的值或边界，并对其产品性能、制造要求和成本所造成的影响等进行评估。这是产品的真正结构设计阶段。由概念模型和分析产生的数据对详细设计起着重要的指导作用，同时详细设计的结果也要进行必要的分析，并适时根据需要修改模型。（3）综合与分析：由各个子任务的求解结果集成为对整个设计产品的描述，评估设计结果的功能、性能特性，并依照设计需求对设计细节和参数值进行测试。（4）总体设计：确定设计对象的详细结构，最终完成总布置图和零部件图，并编写技术文件。各设计阶段都根据不同的需求产生相应的文档，以便从产品市场需求分析到开发、制造及销售能够有机地组织起来。
可见，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。现代设计是一个“设计一评估一再设计”的反复迭代、不断优化的过程。在人工设计情况下，设计周期很长。1.2.2 CAD实现过程
任何设计都表现为一种过程，每个过程都由一系列设计活动组成；各活动之间既有串行的设计活动，也有并行的设计活动；设计过程中的大多数活动可以用CAD实现，但并不绝对；将设计过程中能用CAD技术实现的活动集合在一起就构成了CAD过程。常见的CAD实现过程如下：（1）通过向系统人机交互界面输入设计要求，构造出设计产品的几何模型，并将相关信息存储于数据库中。（2）用计算方法库进行计算分析，包括有限元分析和优化设计。同时确定设计方案和零部件的性能参数。（3）人机交互方式。对设计结果进行评价决策和实时修改，直至达到设计要求为止。利用图形库支持工具，绘制所需图形，生成各种文档。（4）设计结果可直接进入CAM阶段。
CAD系统在开发设计过程中主要承担的工作有数据处理、工程分析、图形处理与动画仿真等。（1）数据处理：在设计过程中会产生大量信息，这些信息包括数字、字符、符号和图形等，随着设计过程的延伸，计算机会对它们进行存储、转换、传递等处理。（2）工程分析：工程分析包括设计参数计算；面积、体积、惯性矩等物理特性计算；强度、刚度、寿命等校核计算；应力场、变形、温度场等有限元分析；结构、参数的优化计算。（3）图形处理：包括二维绘图、三维实体造型、图像输入输出及识别等。（4）动画仿真：利用图形仿真方法模拟设计对象的动态工作过程。如模拟执行部件的运动轨迹；机器人动作仿真；装配过程仿真；加工过程仿真。1.2.3 CAD技术的应用
CAD技术是计算机科学与工程设计学科相结合形成的新兴技术，是计算机在工程中最有影响的应用技术之一。CAD技术曾被美国国家工程科学院评为当代十项最杰出的工程技术成就之一。
无论是军事工业还是民用工业，无论是建筑行业还是制造加工行业，无论是机械、电子、轻纺行业还是文体、影视广告行业等都离不开CAD技术。
CAD技术是企业界争夺市场份额和生存发展不可缺少的手段。
● 在制造业中的应用：如波音777飞机是世界上第一架实现无纸设计与制造的飞机；
● 在工程领域中的应用：如建筑设计CAD、电子沙盘，机械设计CAD等；
● 仿真模拟和动画制作：在电影制作中的应用，如“玩具总动员”、“侏罗纪公园”等；
● 在轻工行业的应用：如模具CAD和服装CAD等。
● 在医学中的应用：计算机辅助手术规划和手术模拟。
● 在电子电路中的应用：超大规模集成电路的设计制造。
除这些方面的广泛应用外，还主要应用于能源动力装置总体（布置）方案、有限元分析、流动计算方面、运动学与动力学分析、系统建模与仿真、燃油汽车环保节能技术、汽车电子技术机械装置整机和系统可靠性分析、数字化、智能化设计与管理技术、机械动力装置的信息集成平台等方面的应用。1.3 CAD系统的结构与分类
CAD系统是以计算机硬件为基础，系统软件和支撑软件为主体，应用软件为核心组成的面向工程设计问题的信息处理系统。
CAD系统与一般计算机系统的差别在于一般计算机系统包括计算机与外围设备。而CAD系统包括人与计算机及外围设备协调运行的系统，其基本功能是交互性（对话功能）。CAD系统的特点表现在它具有很强的图形交互设计与显示输出能力。1.3.1 CAD系统的结构
CAD系统由硬件系统与软件系统构成。
硬件系统包括计算机、外围设备（包括输入输出设备、图形显示设备、外存储设备等）；硬件系统应具备的基本功能包括计算功能、存储功能、输入输出功能、交互功能等。
软件系统包括系统软件、支撑软件及应用软件等。CAD系统的基本功能包括快速计算和生成图形的能力、存储大量程序、信息及快速检索的能力、人机交互通讯的操作功能、输入、输出图形及信息的能力等。软件系统应具备的基本功能包括产品几何造型的功能（线框、曲面与实体造型）、2D和3D图形处理功能、有限元分析功能、优化设计过程、数据库管理功能等。
CAD系统的结构可用分层体系结构进行描述，如图1-3所示。图1-3 CAD系统的结构1.3.2 CAD系统的分类
根据CAD系统的硬件配置形式可以分为大型机CAD系统、小型机CAD系统、工程工作站CAD系统、微型机CAD系统。
1．大型机CAD系统
大型机CAD系统如图1-4所示。以大型机为主机，集中配备某些公用的外部设备。主机功能强。当终端用户过多时，会使系统过载，响应速度变慢。一旦主机发生故障，整个系统就不能工作。可进行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。
但大型机在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。图1-4 大型机CAD系统的组成
2．小型机CAD系统
与大型机系统在形式上非常类似，只不过用小型机或超小型机代替主机，用户工作站数量较少，一般在4～6个。在速度、精度、存储、计算能力等方面完全满足了复杂CAD/CAM的要求。这种系统经常与软件搭配在一起销售给用户。这类计算机曾在20世纪80年代占据了主要的CAD市场，其投资规模适中，能满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。
3．工程工作站CAD系统
工程工作站（简称工作站）的概念萌生于20世纪70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）。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。工程工作站CAD系统设计遵循的思想是一个工程师使用一台计算机；而且还能使用所有的计算机。前半句话意味着放弃了多用户分时系统的结构，后半句话意味着采用网络技术。系统的单用户性质，保证了优良的时间响应，提高了用户的工作效率。工作站本身具有强大的分布式计算功能，能够支持复杂的CAD作业，能支持多任务进程。
4．个人微型机CAD系统
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。发展非常迅速。在速度、精度、内外存容量等方面已能满足CAD应用的要求，且价格越来越便宜。微机上的各种软件，从图形软件、工程分析软件及各种应用软件，满足了用户的大部分要求。现代网络技术能将许多微机及公共外设连在一起，做到网内资源共享。微机在速度及内外存方面的限制，使某些大型工程分析，复杂三维造型等CAD作业在微机上运行还有一定的困难。1.4 CAD系统的硬件与软件组成1.4.1 CAD系统硬件
CAD系统的硬件是指应用的计算机及其所属的外围设备。按设备组成可分为内、外两部分：内部设备通常包括主板、CPU、内存储器、显示卡、电源、输入输出接口等；其中输入输出接口又分为串行口和并行口，它们分别可以连接鼠标、打印机等外部设备；主板上通常有几个扩展槽，用来连接外部设备等。外部设备一般包括软盘驱动器、硬盘驱动器、光盘驱动器、键盘、鼠标、显示器、声卡、网卡、调制解调器等。下面主要介绍主机、外存储器、键盘、图形输入设备、图形显示设备、绘图输出设备等。
1．主机
计算机主机是CAD硬件系统的核心，是决定CAD系统性能的主要因素。主机由中央处理机（CPU）和主存储器（也称内存）组成。（1）CPU
CPU包括控制器和运算器。在控制器和运算器中都有寄存器作为暂时的信息写入与取出的地方，存取速度均比从主存储器中存取要快。中央处理器在一个指令周期内能从内存提取并进行处理的数据位数称为字长。要求运算速度越快，处理信息能力就越强。运算速度的衡量标准有两个：对于工作站，是以CPU每秒钟所执行的百万指令数目来衡量；对于微机，主要比较它的时钟主频。字长越长，则处理速度越快。（2）主存储器
主存储器的功能是用于存放指令、数据及运算结果（也包括中间结果）。有随机读写存储器和只读存储器两种主要类型。随机读写存储器（RAM）用于存放各种输入、输出数据及中间结果。与外存储器交换信息。RAM中信息既可读出，也可写入。只读存储器（ROMy）中的信息只能读出，不可写入，故信息是不变的，断电后不会丢失。一般用来存放固定程序，如管理、监控、汇编、诊断程序等。内存越大，主机处理信息的能力就越强。
2．外存储设备
用来存放暂时不用或等待调用的程序、数据等信息。当使用这些信息时，由操作系统根据命令调入内存。外存储器的特点是容量大，但存取速度慢。
常见外存储设备有磁带机、磁盘驱动器（软盘、硬盘）、光盘驱动器等。（1）磁带机的存储介质是磁带，只能顺序存取。存取速度较慢，但成本低，存储容量大。可作为很理想的系统备份设备。作为备份，将系统其他存储设备上的信息拷贝在磁带上。一旦由于人为或突然事故而破坏了其他存储器上的资料，则磁带上的备份就可以重新装入。确保整个系统的正常运行以及数据资料的正确性。（2）磁盘驱动器是一种可随机存取的存储设备。其存储介质为磁性圆盘，有硬盘和软盘两种结构形式。硬盘是由一组同轴的金属圆盘（表面涂覆一薄层磁性物质）、读写头和驱动器所组成的密封机构。旋转速度很高（5400、7200转），具有很高的数据读写速度。硬盘的容量很大。软盘是由聚酯材料制成的薄圆片，其上涂覆一薄层磁性材料。主要有两种尺寸，5英寸，3.5英寸目前已很少使用。（3）光盘驱动器的存储介质是光盘。采用激光技术进行海量存储，单片双面光盘存储量达4.7GB；光盘存取速度与硬盘相当；一种是只读光盘，只读光盘驱动器称为CD-ROM；另有一种是可以反复读写的光盘。
3．图形输入设备
图形输入设备可将用户的图形结果及各种命令等转换为电信号，并传送给计算机。
图形输入设备包括三种主要类型：定位设备、数字化仪、图像输入设备。（1）定位设备：操作方式是控制屏幕上的光标并确定它的位置。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、徒手画草图等。具体的物理设备有图形输入板及其触笔、光笔、鼠标器、操纵杆（Joy Stick）及跟踪球。（2）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。（3）图像输入设备：如摄像机、录像机、扫描仪（Scanner）等，图形经图像数字化及图像处理后输出。
光笔是检测屏幕上图形的光强，从而使计算机知道光笔所指的位置。用于定位、拾取和跟踪。
键盘是由一组按阵列方式装配在一起的按键开关组成。数字键和字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。
鼠标器可以方便、准确地移动光标进行定位，它是窗口软件和绘图软件的首选输入设备。在60年代后期才出现，目前应用十分普遍。包括两种类型机械式鼠标器和光学鼠标器两种类型。其中机械式鼠标器底部装有一对轴线相互垂直的金属滚轮，当在桌面上移动鼠标器时，滚轮的转动转化成X、Y方向的数值并被记录下来，相应地移动屏幕上的光标。光学鼠标器底部有一光源，当鼠标在专用的鼠标板上移动时，采用光束调制及光学编码技术，测出鼠标移动量，随之驱动屏幕光标作相应移动。鼠标按键可用程序定义，使它们在按下时实现不同的操作功能。
数字化仪和图形输入板为矢量图形输入设备。数字化仪台面大，常见尺寸为900 × 1200及200 × l300（mm），分辨率和精度分别可达0.025和0.076（mm）。定位工具是带有十字叉丝的游标器。图形输入板较小，尺寸为280 × 280到900 × 900（mm），分辨率也低，一般为0.13mm。定位工具是细长的触笔。二者的工作原理相同。操作时触笔或游标叉丝对准某一点，并按下按钮，这时靠某种耦合原理，如电磁耦合产生信号，经A/D转换为（x, y）坐标，送给计算机。数字化仪时常用来摘取放在它上面的工程图上的大量点，经数字化后存储起来，以此作为图形输入的一种手段。图形输入板则更多地用于交互设计，使用时大多数划出一个台板图形区，其余部分放置菜单，称为菜单区。台板图形区与显示屏之间存在一种映射关系．屏幕光标将随触笔或游标的移动而移动，如移出了台板图形区范围，屏幕光标将随之消失。
图形扫描仪是将图像通过光电扫描生成点阵信息存储到计算机内。在CAD作业中，可以将图纸扫描到计算机内形成点阵文件，再经专门的矢量化识别程序自动生成矢量文件，从而交由大多数CAD绘图系统进行处理。这种技术大大缩短了已有图纸的输入时间，其缺点是矢量识别的正确率不是很理想，但仍是建立大型图库的有效方法。
其他图形输入设备还有语音输入与扫描输入等设备。
4．绘图输出设备
CAD系统设计的结果在大部分情况下仍然要画在纸上，以便在生产中使用及交流。这类输出设备统称为硬拷贝机。（1）打印机
打印机既能打印字符型文件，又能打印图形，是最廉价的输出设备。可分撞击式与非撞击式两种。按打印机的打印方式来分，目前常用的打印机有：点阵打印机、喷墨打印机与激光打印机。撞击式用得最多的是点阵打印机，打印头分别有9,24,32针等几种，由计算机控制每个针头的撞击，通过色带印在纸上。非撞击式打印机可采用喷墨技术、激光技术、静电复印技术等，这类打印机速度快，无噪声，但目前价格较贵。（2）绘图机
根据在图纸上形成图形的不同原理，绘图仪分为喷墨、激光、静电和笔式绘图仪。喷墨和笔式绘图仪是目前常用的绘图设备。常用绘图机有滚筒式绘图机、平台式绘图机、平面电机型绘图机，其他新型绘图机，如静电绘图机、喷墨绘图机、缩微胶片绘图机等。
滚筒式绘图机结构简单，占地面积小，价格较低，所绘图纸可长达数十米，但速度低，精度较差，广泛用在机械与土建等行业中。
平台式绘图机特点是台面大，可达2 × 6m，精度高，速度快，适用于造船、汽车、飞机及大规模集成电路的图形输出；缺点是结构复杂，占地面积大，价格贵。
滚筒式及平台式绘图机的共同特点是将计算机送来的图形信息变成执行电机的脉冲信号，执行电机通过一套机械传动装置驱动画笔移动。因此它们的绘图速度和精度都受到机械传动系统的影响，一般绘图速度在3～30m/min之间，而且随机械磨损的增加绘图精度降低。1968年发明了直流电机，于是出现了平面电机型绘图机，省掉了机械传动系统，直接由平面电机控制绘图头移动，速度快，精度高，绘图速度可达60～90m/min。
5．图形显示设备
图形显示设备是把最终产品以图形效果显示出来的部件。分为软拷贝和硬拷贝两大类。
软拷贝设备指各种图形显示设备，是人机交互必不可少的；硬拷贝设备常用作图形显示的附属设备，它把屏幕上的图像复印出来，以便保存。常用的图形显示有三种：有向束显示、存储管显示和光栅扫描显示。
有向束显示应用最早，为了使图像清晰，电子束必须不断重画图形，故又称刷新显示，它易于擦除和修改图形，适于作交互图形的手段。
存储管显示保存图像而不必刷新，故能显示大量数据，且价格较低。
光栅扫描系统能提供彩色图像，图像信息可存放在所谓帧缓冲存储器里，图像的分辨率较高。常用的显示设备有阴极射线管（CRT）显示器、液晶显示器、激光显示器、光二极管显示器、等离子体显示器等。1.4.2 CAD系统软件
CAD系统的软件组成一般包括系统软件、支撑软件和应用软件。三者的关系如图1-5所示。图1-5 CAD系统的软件组成
1．系统软件
系统软件提供CAD运行环境的通用软件或工具软件，主要负责管理硬件资源和各种软件资源，它面向所有用户，是计算机的公共性底层管理软件，即系统开发平台。主要用于计算机的管理、维护、控制以及计算机程序的翻译、装入与运行。是计算机软件核心，有CPU管理、内存管理、I/O管理、文件管理等功能。CAD系统中的系统软件包括操作系统、语言编译系统、图形接口标准。（1）操作系统：用于微机和工作站的有Windows nX、OS/2、UNIX、Windows XP、Win7、Linux，用于小型机的有UNIX、XENIX。（2）语言编译系统：语言编译系统有等编译系统，将高级语言转换为计算机机器语言。包括程序设计语言：Visual C/C++、Visual Basic等；数据库语言：数据描述语言DDL、数据操作语言DML等；仿真语言：GPSS、SLAM等；人工智能语言：表处理语言LISP、逻辑程序语言PROLOG等。（3）图形接口标准：如GKS、PHIGS、GL/OpenGL等图形接口标准，独立于硬件设备和各种不同的计算机语言。
2．支撑软件
支撑软件是建立在系统软件之上的，是实现CAD/CAM各种功能的通用的应用基础软件，是CAD/CAM系统专业性应用软件的开发平台。是为满足CAD/CAM用户共同需要而开发的通用软件。（1）二维绘图软件：例如AutoCAD、凯思PICAD、开目CAD、高华CAD、CAXA等。（2）三维建模软件：例如Pro/E、MDT、Inventor、UG、Solid Edge、Solid Works、CATIA、CAXA-3D、MDA软件等。（3）有限元分析软件：例如ANSYS、DEFORM、SAP、MARC软件等。（4）优化方法软件：例如OPB软件等。（5）数据库系统软件：例如SQL Server、Oracle、Sybase、Access、FOXBASE、FOXPRO等。（6）系统运动学/动力学仿真软件：例如Visual NASTRAN Desktop软件、Working Model软件、ADAMS、ANSYS分析仿真软件等。（6）网络软件：例如NOVELL公司的NETWARE等。（7）文字处理软件：例如WPS、Office等。（8）数控编程软件：如Master CAM、Surf CAM等。（9）综合集成软件：如I-DEAS、UG、PRO/E、CATIA等，具有CAD、CAE、CAM等综合功能。
3．应用软件
用户利用计算机所提供的各种系统软件、支撑软件，编制解决用户各种实际问题的程序称为应用软件。通常由用户结合当前设计工作自行开发，也称为“二次开发”，如机床设计、夹具设计、汽车车身设计等CAD或CAE软件系统。开发应用软件是CAD工作者的一项重要工作。
应用软件与支撑软件比较：（1）应用软件主要是为某一特定产品开发出来的软件，而支撑软件是一些通用性的软件；（2）应用软件通常利用已有的支撑软件的技术及二次开发功能，而不是从头开始；（3）支撑软件一般市场上买得到，而应用软件需要用户开发；（4）应用软件逐步商品化成通用软件后，也可以称为支撑软件。1.4.3 CAD系统的选择
1．CAD系统的硬件选择
CAD系统硬件选择不仅要适应CAD技术发展水平，而且要满足它服务的对象。应以使用目的和用户所具有的条件（包括经费、人员技术水平等）为前提，以制造商提供的性能指标为依据，以性能价格比及其适用程度为基本出发点，综合考虑各方面因素加以决策。具体应考虑以下几个方面：（1）系统功能。系统的功能包括CPU的数据处理能力、运算精度和运算速度；内、外存容量；输入/输出性能；图形显示和处理能力；与多种外部设备的接口、通信联网，特别是与其他机型通信联网的能力。（2）系统的开放性与可移植性。所谓开放性是指：
①独立于制造厂商并遵循国际标准的应用环境；
②为各种应用软件、数据、信息提供交互操作和移植界面；
③新安装的系统应能与原安装的计算机环境进行交互操作。
所谓可移植性是指：应用程序从一个平台移植到另一个平台上的方便程度。（3）系统升级扩展能力。硬件的发展、更新很快，为使用户的投资尽可能少受损失，应注意欲购产品的内在结构，是否具有随着应用规模的扩大而升级扩展的能力；能否向下兼容，在扩展系统中继续使用。（4）系统的可靠性、可维护性与服务质量。可靠性是指在给定时间内，系统运行下出错的概率；可维护性是指排除系统故障以及满足新的要求的难易程度。
2．CAD系统的软件选择（1）软件性能价格比。根据CAD/CAM应用的功能需要，选择满足要求、运行稳定可靠、容错性好、人机界面友好、价格合理的软件。（2）与硬件匹配。不同的软件往往要求不同的硬件环境支持。如果软、硬件都需配置，则要先选软件，再选硬件，软件决定着CAD/CAM系统的功能；如果已有硬件，只配软件，则要考虑硬件能力，配备相应档次的软件。软件又分工作站版和微机版。（3）二次开发环境。为高质、高效地充分发挥CAD/CAM软件作用，通常都需要进行二次开发，要了解所选软件是否有二次开发的可能性。（4）开放性。所选软件应具有与其他CAD/CAM系统的接口，与通用数据库的接口，驱动绘图机及打印机绘图的接口，便于系统的应用和扩展。（5）软件商的综合能力。包括信誉、经济实力、培训等技术支持能力等。1.5 思考与练习
1．什么是计算机辅助设计？它的主要作用是什么？
2．CAD技术的主要应用领域有哪些？
3．了解CAD系统体系结构。
4 ．了解CAD系统的软硬件组成。它们的作用是什么？
5 ．了解目前市场的主流CAD系统及其特点。第2章常用数据结构及图形交换标准
用CAD/CAM系统进行产品设计、制造的过程，实质上就是利用计算机进行信息处理的过程。数据是计算机表达信息的主要形式，在设计、制造过程中，需要存储、运算、管理大量的各种类型的数据，因此如何合理地组织、有效地存储和管理数据，使得CAD/CAM的各种程序具有较高的运行效率和较少的存储空间，这就涉及数据结构。
在开发机械CAD应用程序时，不仅要研究设计处理问题的算法，还要研究被处理对象的数据和各数据之间的相互关系，也即数据结构，它所要解决的是数据在计算机中的组织、存储和传递的问题。这不仅关系到程序设计和程序运行的效率，而且还与程序的存储空间密切相关。本章主要论述CAD软件中常用的数据结构。2.1 基本概念
1．数据
数据是指用来描述客观事物的、能输入到计算机中并被计算机接受和处理的符号的总称。用文字符号、数字符号及其他规定的符号对现实世界的事物及其活动的抽象描述。是一切描述客观事物并能被计算机接受和处理的符号的集合。这些符号可以是数字、文字、表格、图像、语音等等。
2．数据元素
数据元素是数据的基本单位，是数据这个集合的一个个体。例如在设计产品的过程中，可以把该产品的每个部件的每一个零件看作一个相对独立的单元，这时每个零件就是一个数据元素。
3．数据对象
数据对象是具有相同性质的数据元素的集合，是数据的子集。例如：整数的数据对象是{...... -3, -2, -1,0,1,2,3, ......}，英文字符类型的数据对象是{A, B, C, D, E, F, ......}。
4．数据结构
数据结构是指数据及其相互之间的联系，是描述数据元素之间关系的组织形式。是按某种逻辑结构组织起来，按一定的存储表示方式把组织好的数据存储到计算机中，并对之定义一系列操作运算的数据的集合。如要描述六面体，不但要给出八个顶点坐标的数据，还要给出各顶点所存在的对应的边的关系，否则就不能正确地描述六面体。数据结构有逻辑结构和物理结构之分。数据结构表达与研究一般包含三个内容：（1）数据的逻辑结构，即数据元素之间的逻辑关系。（2）数据的物理结构，也称存储结构，即数据元素及其关系在计算机中的存储表示。（3）数据的运算，即对数据进行的各种操作。
5．数据的逻辑结构和数据的物理结构（1）数据的逻辑结构：是从解决问题的需要出发，为实现必要的功能所建立起来的数据关系，是面向问题的，它的结构形式与存储形式无关。仅考虑数据之间的逻辑关系，它独立于数据的存储介质。所关注的是数据之间的联系，是这种联系的抽象描述。通常所说的数据结构就是指逻辑结构。
通常分为集合、线性结构、非线性结构三类基本结构。
● 集合：结构中的数据元素除了同属于一种类型外，别无其他关系。
● 线性结构：特征是所有结点最多只有一个直接前驱结点和一个直接后继结点，元素之间是一对一联系，即1∶1。
● 非线性结构：特征是一个结点可以有多个直接前驱的结点（如网状结构）和多个后继结点（如树状结构和网状结构）。树状结构元素之间是一对多的关系，即1∶N。网状结构元素之间是多对多的关系，即N∶N。（2）数据的物理结构，是数据在计算机中的存储形式，又称为存储结构。是面向计算机的。同一逻辑结构的数据可以映像出多种物理结构形式，是数据结构在计算机中的映像。数据的逻辑结构与存储结构密切相关。一种逻辑结构可以采用多种物理结构存储。
存储结构可分为顺序存储与链式存储。
● 顺序存储结构：借助元素在存储器中的相对位置来表示数据元素间的逻辑关系；
● 链式存储结构：借助指示元素存储地址的指针表示数据元素间的逻辑关系。
6．数据的分层结构（1）数据项：数据结构中把描述属性的数据称为数据项（也称为字段），数据项是构成数据的最小单位。（2）记录：数据结构中把描述一个对象的数据称为记录（也称为数据元素、结点），记录是组成数据的基本单位。（3）数据文件：若干个记录组成的数据表称为数据文件。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]