计算机辅助设计的发展概况

教育政策作者 / 智创资讯 / 2026-06-14 01:44
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计算机辅助设计(CAD-Computer Aided Design)

20世纪50年代在美国诞生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。60年代初期出现了CAD的曲面片技术,中期推出商品化的计算机绘图设备。70年代,完整的CAD系统开始形成,后期出现了能产生逼真图形的光栅扫描显示器,推出了手动游标、图形输入板等多种形式的图形输入设备,促进了CAD技术的发展。

80 年代,随着强有力的超大规模集成电路制成的微处理器和存储器件的出现,工程工作站问世,CAD技术在中小型企业逐步普及。80 年代中期以来,CAD技术向标准化、集成化、智能化方向发展。一些标准的图形接口软件和图形功能相继推出,为CAD 技术的推广、软件的移植和数据共享起了重要的促进作用;系统构造由过去的单一功能变成综合功能,出现了计算机辅助设计与辅助制造联成一体的计算机集成制造系统;固化技术、网络技术、多处理机和并行处理技术在CAD中的应用,极大地提高了CAD系统的性能;人工智能和专家系统技术引入CAD,出现了智能CAD技术,使CAD系统的问题求解能力大为增强,设计过程更趋自动化。

CAD已在建筑设计、电子和电气、科学研究、机械设计、软件开发、机器人、服装业、出版业、工厂自动化、土木筑、地质、计算机艺术等各个领域得到广泛应用。

考试级别

(全国职业教育资格认证CVEQC初级)、(全国职业教育资格认证CVEQC中级)、(全国职业教育资格认证CVEQC高级)

CAD绘图是什么?

CAD即计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD),其概念和内涵正在不断地发展中。1972年10月,国际信息处理联合会(IFIP)在荷兰召开的“关于CAD原理的工作会议”上给出如下定义:CAD是一种技术,其中人与计算机结合为一个问题求解组,紧密配合,发挥各自所长,从而使其工作优于每一方,并为应用多学科方法的综合性协作提供了可能。CAD是工程技术人员以计算机为工具,对产品和工程进行设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称

人们根据系统功能的要求,用有限的特征来描述设计问题,通过形式化用计算机的数据结构来表达特征,并将用数据结构描述的"特征"数据存放在数据库之中。这样,"设计"过程变成了对数据库的处理。这一过程可以看作是建模过程,模型被用来表示实际的或抽象的对象,是对被处理对象进行计算、分析、模拟和研究的基础。因此,模型是实际结构在CAD系统中的具体体现,是计算机"认知"产品的基础。我们知道,产品和工程结构本身能表现出来的属性("特征")是无限的,但可用的计算机资源、人们的认识知识是有限的,我们只能"认知"实际结构的部分属性,只能处理产品和工程结构设计的某些方面。

根据模型的不同,CAD系统一般分为二维CAD和三维CAD系统。二维CAD系统一般将产品和工程设计图纸看成是“点、线、圆、弧、文本……”等几何元素的集合,系统内表达的任何设计都变成了几何图形,所依赖的数学模型是几何模型,系统记录了这些图素的几何特征。二维CAD系统一般由图形的输入与编辑、硬件接口、数据接口和二次开发工具等几部分组成。

三维CAD系统的核心是产品的三维模型。三维模型是在计算机中将产品的实际形状表示成为三维的模型,模型中包括了产品几何结构的有关点、线、面、体的各种信息。计算机三维模型的描述经历了从线框模型、表面模型到实体模型的发展,所表达的几何体信息越来越完整和准确,能解决“设计”的范围越广。其中,线框模型只是用几何体的棱线表示几何体的外形,就如同用线架搭出的形状一样,模型中没有表面、体积等信息。表面模型是利用几何形状的外表面构造模型,就如同在线框模型上蒙了一层外皮,使几何形状具有了一定的轮廓,可以产生诸如阴影、消隐等效果,但模型中缺乏几何形状体积的概念,如同一个几何体的空壳。几何模型发展到实体模型阶段,封闭的几何表面构成了一定的体积,形成了几何形状的体的概念,如同在几何体的中间填充了一定的物质,使之具有了如重量、密度等特性,且可以检查两个几何体的碰撞和干涉等。由于三维CAD系统的模型包含了更多的实际结构特征,使用户在采用三维CAD造型工具进行产品结构设计时,更能反映实际产品的构造或加工制造过程。

随着CAD技术的发展和人们需求的不断提高,人工智能等各类技术逐渐融入到CAD系统中,形成了各种基于知识的CAD系统(或智能CAD系统)。知识的应用使CAD系统的“设计”功能和设计自动化水平大大提高,对产品设计全过程的支持程度大大加强,促进了产品和工程的创新开发。

单机CAD系统是安装在一台计算机中,进行独立工作的CAD系统。在经济全球化和网络技术高速发展的今天,基于因特网/企业内部网的网络化CAD系统得到高速发展。网络化CAD系统可以在网络环境中由多人、异地进行产品的定义与建模、产品的分析与设计、产品的数据管理和数据交换等,是实现协同设计的重要手段,可为企业利用全球资源进行产品的快速开发提供支持。

专业化CAD应用系统是各专业根据各自的设计需要,利用通用CAD系统提供的二次开发工具或数据接口功能,将各类专业设计技术研制成CAD系统的各类设计工具和知识,从而使设计能直接按照专业设计的方法进行,大大提高了CAD系统的“设计”能力和效率。但这类CAD系统针对具体的专业进行开发,在专业设计方面不具备通用性。

协同设计终结单兵作战时代2007年是国内信息化和正版化发展都非常迅速的一年,国内大环境和政府的强力推动促进CAD行业的有效普及。在整体市场健康成长的推动下,CAD厂商致力于下一步技术推动的步伐迈得更大,三维、协同等作为CAD下阶段技术发展趋势的关键词频频出现。本文试就协同技术的发展应用作简单分析。协同完美解决多种信息资源整合问题所谓协同,是指协调两个或者两个以上的不同资源或者个体,协同一致地完成某一目标的过程或能力。随着全球一体化经济下激烈的市场竞争和日益注重沟通协作的商业环境,企业必须集中精力整合各种资源,打造高效合作协同的运作体系。因此,应运而生的协同应用,因其能够帮助企业适应新的市场环境,迅速成为软件发展的趋势。经过几年的发展,目前,具有协同功能的软件,已不仅是工作的平台,同时还支持ERP、CRM、人事管理,甚至财务管理等,完美解决了多种信息资源的整合问题。协同应用的开展,可以使业务人员随时随地进行业务操作,而不受地域与时间的限制,管理者可以随时监控各项业务的执行情况,及时解决流程执行中发生的问题,提高业务执行的效率,还可规范企业的业务执行流程,提高企业业务执行的成熟度。因此,在软件行业内,协同应用的浪潮愈演愈烈。协同设计 CAD未来发展方向随着协同概念的火热,在CAD 行业内,协同设计逐渐成为CAD 应用的下一个焦点。协同设计,主要是指企业内不同设计部门、不同专业方向上或者同一项目的不同设计企业之间进行协调和配合。发展协同设计,与国际CAD市场的发展趋势是相符的。国内外专家通常把CAD的发展,划分为4个阶段:第一阶段是只能用于二维平面绘图、标注尺寸和文字的简单系统;第二阶段是将绘图系统与几何数据管理结合起来,包括三维图形设计及优化计算等其他功能接口;第三阶段是以工程数据库为核心,包括曲面和实体造型技术的集成化系统;而第四阶段是基于产品信息共享和分布计算、并辅以专家系统及人工神经网络的智能化、网络协同CAD系统。目前,国内CAD应用主要集中在第三阶段,大部分的CAD产品,由一些基础的设计绘图平台,结合专业方面的规范和数据进行二次开发,并且集成相关的计算、分析等其他软件,形成设计人员独自完成设计工作的专业集成化工具。与此同时,国外的应用基本处于第三到第四阶段之间,除了一般的集成化系统,在一些设计需求发展较快的领域,也开发了一些专门的cad产品,实现了集设计工具、知识管理、专家系统于一体,具有一定协同工作能力的智能化集成系统。而基于产品信息共享和分布计算的网络CAD 系统,则被认为是CAD未来的发展方向。目前,尽管CAD软件已经得到广泛应用,但说到底还是单兵作战.随着信息化的逐步深入,设计领域越来越需要大规模的分工与合作,未来CAD软件的发展,将适应企业提高市场响应能力和产品设计水平两方面的需要。随着企业信息化的发展,跨专业、跨地域的基于网络化协同设计,可以大幅缩短产品设计周期,快速地研发出满足市场变化和需求的产品,提高企业的竞争能力。因此,借助网络平台实现这一目标,已是大势所趋。过去,限于硬件条件的限制,协同设计只能是 纸上谈兵,而随着高速CPU处理器、大容量存储设备及宽带通信网络等现代计算机、通信硬件技术的成熟,协同设计具有了现实的可能。网络化协同设计国产CAD 厂商研发方向网络化协同系统,将完全改变传统的工作模式,可以大幅缩短产品设计周期,快速地研发出满足市场变化和需求的产品,提高企业的竞争能力。因此,网络协同设计系统成为国内外各CAD厂商开发的重点方向,在技术上的争夺也愈演愈烈。此外,更重要的是,在此领域,国内外CAD厂商,包括曾经在二维CAD方面一支独秀的Autodesk公司,目前都处于研究发展阶段,还没有比较成熟和领先的产品出现。这为国产CAD带来了前所未有的发展契机,国产CAD终于和国外CAD 站在了同一起跑线上,国产CAD 厂商,完全有望成为下一代CAD 应用的主角。以浩辰为代表的国产CAD平台软件厂商从2001年左右开始研发性价比更高、可替代国外产品的国产自主CAD平台,目的就是尽快打破国外公司在中国市场的垄断和控制。从模仿创新到自主创新,按照分阶段的实施目标,第一阶段是尽快缩短与国外产品<

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