CAD是什么?能详细的说说吗?
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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。
CAD技术应用概况
CAD/CAM(计算机辅助设计及制造)技术产生于本世纪50年代后期发达国家的航空和军事工业中,随着计算机软硬件技术和计算机图形学技术的发展而迅速成长起来。1989年美国国家工程科学院将CAD/CAM技术评为当代(1964-1989)十项最杰出的工程技术成就之一。三十几年来CAD技术和系统有了飞速的发展,CAD/CAM的应用迅速普及。在工业发达国家,CAD/CAM技术的应用已迅速从军事工业向民用工业扩展,由大型企业向中小企业推广,由高技术领域的应用向日用家电、轻工产品的设计和制造中普及。而且这一技术正在从发达国家'流向'发展中国家。
CAD是一个包括范围很广的概念,概括来说,CAD的设计对象有两大类,一类是机械、电气、电子、轻工和纺织产品;另一类是工程设计产品,即工程建筑,国外简称AEC(Architecture、Engineering和Construction)。而如今,CAD技术的应用范围已经延伸到艺术、电影、动画、广告和娱乐等领域,产生了巨大的经济及社会效益,有着广泛的应用前景。
CAD在机械制造行业的应用最早,也最为广泛。采用CAD技术进行产品设计不但可以使设计人员'甩掉图板',更新传统的设计思想,实现设计自动化,降低产品的成本,提高企业及其产品在市场上的竞争能力;还可以使企业由原来的串行式作业转变为并行作业,建立一种全新的设计和生产技术管理体制,缩短产品的开发周期,提高劳动生产率。如今世界各大航空、航天及汽车等制造业巨头不但广泛采用CAD/CAM技术进行产品设计,而且投入大量的人力物力及资金进行CAD/CAM软件的开发,以保持自己技术上的领先地位和国际市场上的优势。
计算机辅助建筑设计(ComputerAidedArchitectureDesign,简称CAAD)是CAD在建筑方面的应用,它为建筑设计带来了一场真正的革命。随着CAAD软件从最初的二维通用绘图软件发展到如今的三维建筑模型软件,CAAD技术已开始被广为采用,这不但可以提高设计质量,缩短工程周期,还可以节约2%至5%的建设投资,而近几年来我国每年的基本建设投资都有几千亿元之多,如果全国大小近万个工程设计单位都采用CAD技术,则可以大大提高基本建设的投资效益。
CAD技术还被用于轻纺及服装行业中。以前我国纺织品及服装的花样设计、图案的协调、色彩的变化、图案的分色、描稿及配色等均由人工完成,速度慢、效率低,而目前国际市场上对纺织品及服装的要求是批量小、花色多、质量高、交货要迅速,这使得我国纺织产品在国际市场上的竞争力不强。采用CAD技术以后,大大加快了我国纺织及服装企业走向国际市场的步伐。
如今,CAD技术已进入到人们的日常生活中,在电影、动画、广告和娱乐等领域大显身手。电影拍摄中利用CAD技术已有十余年的历史,美国好来坞电影公司主要利用CAD技术构造布景,可以利用虚拟现实的手法设计出人工不可能做到的布景。这不仅能节省大量的人力、物力,降低电影的拍摄成本,而且还可以给观众造成一种新奇、古怪和难以想像的环境,获得极大的票房收入。比如美国的《星球大战》、《外星人》、《侏罗纪公园》等科幻片以及完全用三维计算机动画制作的影片《玩具总动员》,都取得了极大的成功。轰动全球的大片《泰坦尼克》应用了大量的三维动画制作,用计算机真实地模拟了泰克尼克航行、沉船的全过程。此外,动画和广告制作中也充分利用了计算机造型技术,实质上也是一种虚拟现实技术。虚拟现实技术还被用于各种模拟器及景物的实时漫游、娱乐游戏中。
近十年来,在CIMS工程和CAD应用工程的推动下,我国计算机辅助设计技术应用越来越普遍,越来越多的设计单位和企业采用这一技术来提高设计效率、产品质量和改善劳动条件。目前,我国从国外引进的CAD软件有好几十种,国内的一些科研机构、高校和软件公司也都立足于国内,开发出了自己的CAD软件,并投放市场,我国的CAD技术应用呈现出一片欣欣向荣的景象。
二、CAD/CAM领域的技术现状
1.CAD技术的特点
CAD技术是一项综合性的,集计算机图形学、数据库、网络通讯等计算机及其他领域知识于一体的高新技术;是先进制造技术的重要组成部分;也是提高设计水平、缩短产品开发周期、增强行业竞争能力的一项关键技术。CAD技术的特点是涉及面广而复杂、技术变化快、竞争激烈,而且投资大、风险高、产出高。现代有名的CAD/CAM软件都是规模巨大、功能众多、系统复杂,所以投资大、开发周期长,难以及时跟上硬件平台和开发环境的迅速发展,以及广大用户需求的变化和不断增长的要求。
2.CAD系统的硬件环境
当前CAD系统的硬件环境主要是工程工作站及个人计算机。工作站是具有高速的科学计算、丰富的图形处理及灵活的窗口与网络管理功能的交互式计算机系统,它一般具有32位或64位字长的中央处理器(CPU),广泛采用精简指令(RISC),超标量、超流水线及超长指令技术,具有Unix操作系统和X窗口管理系统,在一个分布式的网络环境下运行。目前流行的工作站主要有:Sun公司的SPARCStation10工作站,美国惠普(HP)公司的HP-PA工作站,DEC公司的Alpha工作站,SGI工作站及IBM公司的RS/6000工作站。工作站虽然性能优越,图形处理速度快,但价格却十分昂贵,这在当前一定程度上限制了CAD/CAM技术的推广。
以前,个人计算机和工作站相比在计算、图形、网络及并行处理等方面均有较大的差别。个人计算机上运行的DOS及Windows等系统软件在可靠性、安全性及效率等方面也不如工作站上的系统软件。然而,随着计算机硬件技术的飞速发展,个人计算机的计算能力、图形处理能力的不断提高和操作系统的逐渐完善,使其与专业RISC/Unix工作站的性能差距逐渐缩小。尤其是Intel的PentiumPro和PentiumⅡ芯片以及Microsoft的WindowsNT的发布,使得个人计算机在性能上完全具备了与中低档工作站竞争的实力,加之个人计算机价格低廉,这使其在普及CAD应用中起到了工作站所不能代替的作用。
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。
CAD技术应用概况
CAD/CAM(计算机辅助设计及制造)技术产生于本世纪50年代后期发达国家的航空和军事工业中,随着计算机软硬件技术和计算机图形学技术的发展而迅速成长起来。1989年美国国家工程科学院将CAD/CAM技术评为当代(1964-1989)十项最杰出的工程技术成就之一。三十几年来CAD技术和系统有了飞速的发展,CAD/CAM的应用迅速普及。在工业发达国家,CAD/CAM技术的应用已迅速从军事工业向民用工业扩展,由大型企业向中小企业推广,由高技术领域的应用向日用家电、轻工产品的设计和制造中普及。而且这一技术正在从发达国家'流向'发展中国家。
CAD是一个包括范围很广的概念,概括来说,CAD的设计对象有两大类,一类是机械、电气、电子、轻工和纺织产品;另一类是工程设计产品,即工程建筑,国外简称AEC(Architecture、Engineering和Construction)。而如今,CAD技术的应用范围已经延伸到艺术、电影、动画、广告和娱乐等领域,产生了巨大的经济及社会效益,有着广泛的应用前景。
CAD在机械制造行业的应用最早,也最为广泛。采用CAD技术进行产品设计不但可以使设计人员'甩掉图板',更新传统的设计思想,实现设计自动化,降低产品的成本,提高企业及其产品在市场上的竞争能力;还可以使企业由原来的串行式作业转变为并行作业,建立一种全新的设计和生产技术管理体制,缩短产品的开发周期,提高劳动生产率。如今世界各大航空、航天及汽车等制造业巨头不但广泛采用CAD/CAM技术进行产品设计,而且投入大量的人力物力及资金进行CAD/CAM软件的开发,以保持自己技术上的领先地位和国际市场上的优势。
计算机辅助建筑设计(ComputerAidedArchitectureDesign,简称CAAD)是CAD在建筑方面的应用,它为建筑设计带来了一场真正的革命。随着CAAD软件从最初的二维通用绘图软件发展到如今的三维建筑模型软件,CAAD技术已开始被广为采用,这不但可以提高设计质量,缩短工程周期,还可以节约2%至5%的建设投资,而近几年来我国每年的基本建设投资都有几千亿元之多,如果全国大小近万个工程设计单位都采用CAD技术,则可以大大提高基本建设的投资效益。
CAD技术还被用于轻纺及服装行业中。以前我国纺织品及服装的花样设计、图案的协调、色彩的变化、图案的分色、描稿及配色等均由人工完成,速度慢、效率低,而目前国际市场上对纺织品及服装的要求是批量小、花色多、质量高、交货要迅速,这使得我国纺织产品在国际市场上的竞争力不强。采用CAD技术以后,大大加快了我国纺织及服装企业走向国际市场的步伐。
如今,CAD技术已进入到人们的日常生活中,在电影、动画、广告和娱乐等领域大显身手。电影拍摄中利用CAD技术已有十余年的历史,美国好来坞电影公司主要利用CAD技术构造布景,可以利用虚拟现实的手法设计出人工不可能做到的布景。这不仅能节省大量的人力、物力,降低电影的拍摄成本,而且还可以给观众造成一种新奇、古怪和难以想像的环境,获得极大的票房收入。比如美国的《星球大战》、《外星人》、《侏罗纪公园》等科幻片以及完全用三维计算机动画制作的影片《玩具总动员》,都取得了极大的成功。轰动全球的大片《泰坦尼克》应用了大量的三维动画制作,用计算机真实地模拟了泰克尼克航行、沉船的全过程。此外,动画和广告制作中也充分利用了计算机造型技术,实质上也是一种虚拟现实技术。虚拟现实技术还被用于各种模拟器及景物的实时漫游、娱乐游戏中。
近十年来,在CIMS工程和CAD应用工程的推动下,我国计算机辅助设计技术应用越来越普遍,越来越多的设计单位和企业采用这一技术来提高设计效率、产品质量和改善劳动条件。目前,我国从国外引进的CAD软件有好几十种,国内的一些科研机构、高校和软件公司也都立足于国内,开发出了自己的CAD软件,并投放市场,我国的CAD技术应用呈现出一片欣欣向荣的景象。
二、CAD/CAM领域的技术现状
1.CAD技术的特点
CAD技术是一项综合性的,集计算机图形学、数据库、网络通讯等计算机及其他领域知识于一体的高新技术;是先进制造技术的重要组成部分;也是提高设计水平、缩短产品开发周期、增强行业竞争能力的一项关键技术。CAD技术的特点是涉及面广而复杂、技术变化快、竞争激烈,而且投资大、风险高、产出高。现代有名的CAD/CAM软件都是规模巨大、功能众多、系统复杂,所以投资大、开发周期长,难以及时跟上硬件平台和开发环境的迅速发展,以及广大用户需求的变化和不断增长的要求。
2.CAD系统的硬件环境
当前CAD系统的硬件环境主要是工程工作站及个人计算机。工作站是具有高速的科学计算、丰富的图形处理及灵活的窗口与网络管理功能的交互式计算机系统,它一般具有32位或64位字长的中央处理器(CPU),广泛采用精简指令(RISC),超标量、超流水线及超长指令技术,具有Unix操作系统和X窗口管理系统,在一个分布式的网络环境下运行。目前流行的工作站主要有:Sun公司的SPARCStation10工作站,美国惠普(HP)公司的HP-PA工作站,DEC公司的Alpha工作站,SGI工作站及IBM公司的RS/6000工作站。工作站虽然性能优越,图形处理速度快,但价格却十分昂贵,这在当前一定程度上限制了CAD/CAM技术的推广。
以前,个人计算机和工作站相比在计算、图形、网络及并行处理等方面均有较大的差别。个人计算机上运行的DOS及Windows等系统软件在可靠性、安全性及效率等方面也不如工作站上的系统软件。然而,随着计算机硬件技术的飞速发展,个人计算机的计算能力、图形处理能力的不断提高和操作系统的逐渐完善,使其与专业RISC/Unix工作站的性能差距逐渐缩小。尤其是Intel的PentiumPro和PentiumⅡ芯片以及Microsoft的WindowsNT的发布,使得个人计算机在性能上完全具备了与中低档工作站竞争的实力,加之个人计算机价格低廉,这使其在普及CAD应用中起到了工作站所不能代替的作用。
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电脑辅助设计,比如设计服装
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计算机 辅助 设计
c a d
工程制图 服装设计常用
c a d
工程制图 服装设计常用
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一种制图软件。
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电脑制图软件,常用于室内设计施工图等!~
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