CAD知識普及

關(guān)于CAD知識普及

　　計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD-Computer Aided Design)指利用計算機(jī)及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計人員進(jìn)行設(shè)計工作。 在設(shè)計中通常要用計算機(jī)對不同方案進(jìn)行大量的計算、分析和比較，以決定最優(yōu)方案;各種設(shè)計信息，不論是數(shù)字的、文字的或圖形的，都能存放在計算機(jī)的內(nèi)存或外存里，并能快速地檢索;設(shè)計人員通常用草圖開始設(shè)計，將草圖變?yōu)楣ぷ鲌D的繁重工作可以交給計算機(jī)完成;由計算機(jī)自動產(chǎn)生的設(shè)計結(jié)果，可以快速作出圖形，使設(shè)計人員及時對設(shè)計作出判斷和修改;利用計算機(jī)可以進(jìn)行與圖形的編輯、放大、縮小、平移和旋轉(zhuǎn)等有關(guān)的圖形數(shù)據(jù)加工工作。

　　發(fā)展歷程

　　CAD(Computer Aided Design)誕生于60年代，是美國 麻省理工大學(xué)提出了交互式圖形學(xué)的研究計劃，由于當(dāng)時硬件設(shè)施的昂貴，只有美國通用汽車公司和美國波音航空公司使用自行開發(fā)的交互式繪圖系統(tǒng)。

　　70年代，小型計算機(jī)費用下降，美國工業(yè)界才開 始廣泛使用交互式繪圖系統(tǒng)。

　　80年代，由于PC機(jī)的應(yīng)用，CAD得以迅速發(fā)展，出現(xiàn)了專門從事CAD系統(tǒng)開發(fā)的公司。當(dāng)時VersaCAD是專業(yè)的CAD制作公司，所開發(fā)的CAD軟件功能強(qiáng)大，但由于其價格昂貴，故不能普遍應(yīng)用。而當(dāng)時的Autodesk公司是一個僅有員工數(shù)人的小公司，其開發(fā)的CAD系統(tǒng)雖然功能有限，但因其可免費拷貝，故在社會得以廣泛應(yīng)用。同時，由于該系統(tǒng)的開放性，該CAD軟件升級迅速。

　　設(shè)計者很早就開始使用計算機(jī)進(jìn)行計算。有人認(rèn)為Ivan Sutherland在1963年在麻省理工學(xué)院開發(fā)的Sketchpad是一個轉(zhuǎn)折點。SKETCHPAD的突出特性是它允許設(shè)計者用圖形方式和計算機(jī)交互：設(shè)計可以用一枝光筆在陰極射線管屏幕上繪制到計算機(jī)里。實際上，這就是圖形化用戶界面的原型，而這種界面是現(xiàn)代CAD不可或缺的特性。

　　CAD最早的應(yīng)用是在汽車制造、航空航天以及電子工業(yè)的大公司中。隨著計算機(jī)變得更便宜，應(yīng)用范圍也逐漸變廣。

　　CAD的實現(xiàn)技術(shù)從那個時候起經(jīng)過了許多演變。這個領(lǐng)域剛開始的時候主要被用于產(chǎn)生和手繪的圖紙相仿的圖紙。計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得計算機(jī)在設(shè)計活動中得到更有技巧的應(yīng)用。如今，CAD已經(jīng)不僅僅用于繪圖和顯示，它開始進(jìn)入設(shè)計者的專業(yè)知識中更“智能”的部分。

　　隨著電腦科技的日益發(fā)展，性能的提升和更便宜的價格，許多公司已采用立體的繪圖設(shè)計。以往，礙于電腦性能的限制，繪圖軟件只能停留在平面設(shè)計，欠缺真實感，而立體繪圖則沖破了這一限制，令設(shè)計藍(lán)圖更實體化。

　　本世紀(jì)初眾多學(xué)院已開設(shè)cad課程

　　申報條件

　　凡遵守中華人民共和國憲法和各項法律，恪守職業(yè)道德，具有一定計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用能力的人員，均可根據(jù)本人情況，報名參加相應(yīng)專業(yè)類別、級別的考試，考生可根據(jù)自己的技術(shù)水平選擇合適的級別。

　　CAD認(rèn)證

　　1.全國計算機(jī)輔助技術(shù)認(rèn)證項目簡介 為深入貫徹落實黨的17大關(guān)于“大力推進(jìn)信息化與工業(yè)化融合，促進(jìn)工業(yè)由大變強(qiáng)”的精神，加快工業(yè)和信息技術(shù)人才培養(yǎng)的步伐，滿足國民經(jīng)濟(jì)和社會信息化發(fā)展對工業(yè)和信息技術(shù)人才的需求，我中心決定開展“全國計算機(jī)輔助技術(shù)認(rèn)證”項目(簡稱CAXC項目)。項目主要面向全國各類大中專院校、職業(yè)技術(shù)類院校師生以及希望就職于計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)、計算機(jī)輔助工程(CAE)、計算機(jī)輔助制造(CAM)、計算機(jī)輔助工藝計劃(CAPP)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)等相關(guān)行業(yè)的社會人員,以提高廣大院校師生和各類工程技術(shù)人員的職業(yè)技能為宗旨，通過專業(yè)、系統(tǒng)的技能課程培訓(xùn)、認(rèn)證，幫助學(xué)員掌握就業(yè)必備的知識與技能。CAXC項目必將對完善工業(yè)和信息化人才評測體系，加快工業(yè)信息技術(shù)復(fù)合型人才培養(yǎng)起到積極的推動作用。

　　2.開展全國計算機(jī)輔助技術(shù)認(rèn)證項目的迫切性 制造業(yè)是一個國家發(fā)展的支柱行業(yè)，制造業(yè)的發(fā)展決定著國家的發(fā)展。2011年，我國出口產(chǎn)品以低附加值、勞動密集型產(chǎn)品為主。從現(xiàn)實和發(fā)展的眼光看，把“世界車間”打造成“世界工廠”，把“中國制造”變成“中國創(chuàng)造”勢在必行。我國大學(xué)生中38%為工科類學(xué)生，雖然畢業(yè)人數(shù)眾多，但是并不能滿足企業(yè)需求。CAXC項目采用現(xiàn)代信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等先進(jìn)的教育技術(shù)手段，將最新的、最普及的，最實用的2DCAD/3DCAD/CAE/CAPP/CAM/PDM設(shè)計管理技術(shù)與技能傳送給學(xué)員，使學(xué)員在短期內(nèi)了解工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計流程，極大地縮短了學(xué)員在企業(yè)的實習(xí)周期，學(xué)以致用，快速為企業(yè)設(shè)計更好的產(chǎn)品。

　　教育部教育管理信息中心在分析各種認(rèn)證的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)企業(yè)的發(fā)展情況，以企業(yè)的實際需求為出發(fā)點, 注重學(xué)習(xí)者的技能訓(xùn)練，改變了傳統(tǒng)的認(rèn)證模式，在認(rèn)證的組織和內(nèi)容上邀請國內(nèi)企業(yè)界的專家和國際相關(guān)著名公司加入，確定認(rèn)證內(nèi)容，并指導(dǎo)和管理認(rèn)證過程。為了規(guī)范流程，教育部制定了實施規(guī)程，確定專門機(jī)構(gòu)和專人對整個過程進(jìn)行控制，保證項目的權(quán)威性和嚴(yán)肅性。

　　系統(tǒng)組成

　　通常以具有圖形功能的交互計算機(jī)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，主要設(shè)備有：計算機(jī)主機(jī)，圖形顯示終端，圖形輸入板，繪圖儀，掃描儀，打印機(jī)，磁帶機(jī)，以及各類軟件。

　　工程工作站

　　一般指具有超級小型機(jī)功能和三維圖形處理能力的一種單用戶交互式計算機(jī)系統(tǒng)。它有較強(qiáng)的計算能力，用規(guī)范的圖形軟件，有高分辨率的顯示終端，可以聯(lián)在資源共享的局域網(wǎng)上工作，已形成最流行的CAD系統(tǒng)。

　　個人計算機(jī)

　　pc系統(tǒng)價格低廉，操作方便，使用靈活。80年代以后，pc機(jī)性能不斷翻新，硬件和軟件發(fā)展迅猛，加之圖形卡、高分辨率圖形顯示器的應(yīng)用，以及pc機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，由pc機(jī)構(gòu)成的cad 系統(tǒng)已大量涌現(xiàn)，而且呈上升趨勢。

　　外圍設(shè)備

　　除了計算機(jī)主機(jī)和一般的外圍設(shè)備外，計算機(jī)輔助設(shè)計主要使用圖形輸入輸出設(shè)備。交 工程制圖互圖形系統(tǒng)對cad 尤為重要。圖形輸入設(shè)備的一般作用是把平面上點的坐標(biāo)送入計算機(jī)。常見的輸入設(shè)備有鍵盤、光筆、觸摸屏、操縱桿、跟蹤球、鼠標(biāo)器、圖形輸入板和數(shù)字化儀。圖形輸出設(shè)備分為軟拷貝和硬拷貝兩大類。軟拷貝設(shè)備指各種圖形顯示設(shè)備，是人機(jī)交互必不可少的;硬拷貝設(shè)備常用作圖形顯示的附屬設(shè)備，它把屏幕上的圖像復(fù)印出來，以便保存。常用的圖形顯示有三種：有向束顯示、存儲管顯示和光柵掃描顯示。有向束顯示應(yīng)用最早，為了使圖像清晰，電子束必須不斷重畫圖形，故又稱刷新顯示，它易于擦除和修改圖形，適于作交互圖形的手段。存儲管顯示保存圖像而不必刷新，故能顯示大量數(shù)據(jù)，且價格較低。光柵掃描系統(tǒng)能提供彩色圖像，圖像信息可存放在所謂幀緩沖存儲器里，圖像的分辨率較高。

　　CAD軟件

　　除計算機(jī)本身的軟件如操作系統(tǒng)、編譯程序外，cad主要使用交互式圖形顯示軟件、cad應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)管理軟件3類軟件。

　　交互式圖形顯示軟件用于圖形顯示的開窗、剪輯、觀看，圖形的變換、修改，以及相應(yīng)的人機(jī)交互。cad應(yīng)用軟件提供幾何造型、特征計算、繪圖等功能 ， 以完成面向機(jī)械、廣告、建筑、電氣各專業(yè)領(lǐng)域的各種專門設(shè)計。構(gòu)造應(yīng)用軟件的四個要素是：算法 、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、用戶界面和數(shù)據(jù)管理。數(shù)據(jù)管理軟件用于存儲 、檢索和處理大量數(shù)據(jù)，包括文字和圖形信息。為此，需要建立工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。它同一般的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)相比有如下特點：數(shù)據(jù)類型更加多樣，設(shè)計過程中實體關(guān)系復(fù)雜，庫中數(shù)值和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)經(jīng)常發(fā)生變動，設(shè)計者的操作主要是一種實時性的交互處理。

　　輔助模型

　　常用的CAD軟件，也就是所謂的三維制圖軟件，較二維的圖紙和二維的繪圖軟件(比如AutoCAD [3])而言，三維CAD軟件能夠更加直觀、準(zhǔn)確地反映實體和特征。

　　對于專業(yè)企業(yè)，因為繪制目標(biāo)不同，還常存在有多種CAD系統(tǒng)并行的局面，那么就需要配置統(tǒng)一的、具備跨平臺能力的零部件數(shù)據(jù)資源庫，將標(biāo)準(zhǔn)件庫和外購件庫內(nèi)的模型數(shù)據(jù)以中間格式(比如通用的有IGS、STEP等)導(dǎo)出到三維構(gòu)型系統(tǒng)當(dāng)中去，如主流的Autodesk Inventor，SolidWorks,CATIA,SolidEdge,Pro/E,AutoCAD,UG NX,Onespace等。國外，這種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)被稱為“零部件圖書館”或“數(shù)據(jù)資源倉庫”。目前，航天航空領(lǐng)域使用較多的為Pro/E，飛機(jī)和汽車等復(fù)雜產(chǎn)品制造領(lǐng)域則使用Catia居多，而在中小企業(yè)使用Solidworks較多。在歐美和日本的PLM用戶中，基于互聯(lián)網(wǎng)的PLM零部件數(shù)據(jù)資源平臺LinkAble PARTcommunity(簡稱PCOM)的知名度一點都不亞于今天我們所熟知的BLOG和SNS這樣的網(wǎng)絡(luò)平臺。

　　基本技術(shù)

　　主要包括交互技術(shù)、圖形變換技術(shù)、曲面造型和實體造型技術(shù)等。

　　在計算機(jī)輔助設(shè)計中，交互技術(shù)是必不可少的。交互式cad系統(tǒng)， 指用戶在使用計

　　cad系統(tǒng)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計時，人和機(jī)器可以及時地交換信息。采用交互式系統(tǒng)，人們可以邊構(gòu)思 、邊打樣、邊修改，隨時可從圖形終端屏幕上看到每一步操作的顯示結(jié)果，非常直觀。

　　圖形變換的主要功能是把用戶坐標(biāo)系和圖形輸出設(shè)備的坐標(biāo)系聯(lián)系起來;對圖形作平移、旋轉(zhuǎn)、縮放、透視變換 ;通過矩陣運算來實現(xiàn)圖形變換。

　　計算機(jī)設(shè)計自動化計算機(jī)自身的cad，旨在實現(xiàn)計算機(jī)自身設(shè)計和研制過程的自動化或半自動化。研究內(nèi)容包括功能設(shè)計自動化和組裝設(shè)計自動化，涉及計算機(jī)硬件描述語言、系統(tǒng)級模擬、自動邏輯綜合、邏輯模擬、微程序設(shè)計自動化、自動邏輯劃分、自動布局布線，以及相應(yīng)的交互圖形系統(tǒng)和工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。集成電路cad有時也列入計算機(jī)設(shè)計自動化的范圍。

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