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计算机辅助设计

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典型CAD繪製的滑鼠

计算机辅助设计英语Computer Aided Design, CAD)是指运用计算机软件制作并模拟实物设计,展现新开发商品外型结构色彩质感等特色的过程。随着技术的不断发展计算机辅助设计不仅仅适用于工业,还被广泛运用于平面印刷出版等诸多领域。它同时涉及到软件和专用的硬件

CAD有时也写作“computer-assisted”、“computer-aided drafting”,或类似的表达方式。相关的缩略语有CADD,表示计算机辅助设计和草图(computer-aided design and drafting),以及CAAD,表示计算机辅助建筑设计(computer-aided architectural design)。所有这些术语基本上同義,都指使用计算机而不是传统的绘图板来进行各种项目的设计和工程制图。通常由CAD创建的建筑和工程项目的范围很广,包括建筑设计制图,机械制图,电路图,和其他各种形式的设计交流方式。现在,它们都成为计算机辅助设计更广泛的定义的一部分。

设计者很早就开始使用计算机进行计算。有人认为Ivan Sutherland在1963年在麻省理工学院开发的Sketchpad是一个转折点。SKETCHPAD的突出特性是它允许设计者用图形方式和计算机交互:设计可以用一枝光笔阴极射线管屏幕上绘制到计算机裡。实际上,这就是图形化用户界面的原型,而这种界面是现代CAD不可或缺的特性。

CAD最早的应用是在汽车制造、航空航天以及电子工业的大公司中。随着计算机变得更便宜,应用范围也逐渐变广。

CAD的实现技术从那个时候起经过了许多演变。这个领域刚开始的时候主要被用于产生和手绘的图纸相仿的图纸。计算机技术的发展使得计算机在设计活动中有更有技巧的应用。现今,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。

隨著電腦科技的日益發展,效能的提升和更便宜的價格,許多公司已採用立體的繪圖設計。以往,礙於電腦效能的限制,繪圖軟件只能停留在平面設計,欠了真實感。而立體繪圖則衝破了這限制,令設計藍圖更實體化。

现代CAD系统的功能包括:

  • 设计组件重用(Reuse of design components)
  • 简易的设计修改和版本控制功能(Ease of design modification and versioning)
  • 设计的标准组件的自动产生(Automatic generation of standard components of the design)
  • 设计是否满足要求和实际规则的检验(Validation/verification of designs against specifications and design rules)
  • 无需建立物理原型的设计模拟(Simulation of designs without building a physical prototype)
  • 装配件(一堆零件或者其他装配件)的自动设计
  • 工程文档的输出,例如制造图纸,材料明细表(Bill of Materials)
  • 设计到生产设备的直接输出
  • 到快速原型或快速制造工业原型的机器的直接输出

CAD的发展导致了下列工具和方法的发展:

  • 线框模型
  • 实体造型
  • 智能布线图和生产关联数据库(Intelligent wiring diagrams and production linked database systems)
  • 图形表达系统和工厂图纸和数据库(Graphically represented system or plant diagrams and databases)
  • 参数化设计模型(Parametric design models)
  • 实时进程模拟(Real-time process simulation)
  • 计算机数控(Computer Numerically Controlled(CNC))加载文件(工具路径指令)
  • 有限元分析
  • 快速原型法(Rapid prototyping)

很多CAD图纸是用应用软件通过设计草图和其他输入从头开始创建的。其他CAD图纸是从原有的电子CAD文件,通过复制全部或部分另一个CAD文件,经过改动,然后另存为新文件得到。只有物理形式存在的图纸(蓝图,丢失文件的设计图,等等)可以用一种“纸到CAD转换的”(图纸转换,数字化,矢量化)的程序来转为CAD文件。

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