计算机辅助设计（CAD）基础入门

CAD（计算机辅助设计）介绍

随着计算机技术及应用的迅速发展，特别是大规模、超大规模集成电路和微型计算机的出现，使计算机辅助工程（Computer Aided Engineering，CAE）、计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）、计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）与计算机辅助工艺规划或设计（computer aided process planning，CAPP）等新技术得以十分迅猛的发展。CAD、CAM已经在电子、造船、航空、航天、机械、建筑、汽车等各个领域中得到了广泛的应用，成为最具有生产潜力的工具，展示了光明的前景，取得了巨大的经济效益。（关注一波，后期会对另外几类技术单独介绍。）

1、CAD概述

CAD：计算机辅助设计（Computer Aided Design）指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作，通常以具有图形功能的交互计算机系统为基础。

基本技术：主要包括交互技术、图形变换技术、曲面造型和实体造型技术等。

在计算机辅助设计中，交互技术是必不可少的。交互式CAD系统，指用户在使用计算机系统进行设计时，人和机器可以及时地交换信息。

图形变换的主要功能是把用户坐标系和图形输出设备的坐标系联系起来；对图形作平移、旋转、缩放、透视变换；通过矩阵运算来实现图形变换。

计算机设计自动化是计算机自身的CAD，旨在实现计算机自身设计和研制过程的自动化或半自动化。

基本功能：CAD首先它是一个可视化的绘图软件，许多命令和操作可以通过菜单选项和工具按钮等多种方式实现。而且具有丰富的绘图和绘图辅助功能，如实体绘制、关键点编辑、对象捕捉、标注、鸟瞰显示控制等，它的工具栏、菜单设计、对话框、图形打开预览、信息交换、文本编辑、图像处理和图形的输出预览为用户的绘图带来很大方便。

软件用途：

（1）工程制图：建筑工程、装饰设计、环境艺术设计、水电工程、土木施工等。

（2）工业制图：精密零件、模具、设备等。

（3）服装加工：服装制版。

（4）电子工业：印刷电路板设计。

应用领域：CAD技术已经广泛地应用在机械、电子、航天、化工、建筑等行业。广泛应用于土木建筑、装饰装潢、城市规划、园林设计、电子电路、机械设计、服装鞋帽、航空航天、轻工化工等诸多领域。

系统组成：通常以具有图形功能的交互计算机系统为基础，主要设备有：计算机主机，图形显示终端，图形输入板，绘图仪，扫描仪，打印机，磁带机，以及各类软件。

2、发展历程

CAD诞生于二十世纪60年代，是美国麻省理工学院提出的交互式图形学的研究计划，由于当时硬件设施昂贵，只有美国通用汽车公司和美国波音航空公司使用自行开发的交互式绘图系统。

二十世纪70年代，小型计算机费用下降，美国工业界才开始广泛使用交互式绘图系统。

二十世纪80年代，由于PC机的应用，CAD得以迅速发展，出现了专门从事CAD系统开发的公司。当时的Autodesk（美国电脑软件公司）公司是一个仅有员工数人的小公司，其开发的CAD系统虽然功能有限，但因其可免费拷贝，故在社会得以广泛应用。同时，由于该系统的开放性，该CAD软件升级迅速。

Ivan Sutherland（伊凡.萨瑟兰郡）在1963年在麻省理工学院开发的Sketchpad（画板）是CAD发展的一个转折点。SKETCHPAD的突出特性是它允许设计者用图形方式和计算机交互，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。随着电脑科技的日益发展，性能的提升和更便宜的价格，许多公司已采用立体的绘图设计。

国CAD技术起源于国外CAD平台技术基础上的二次开发，随着中国企业对CAD应用需求的提升，国内众多CAD技术开发商纷纷通过开发基于国外平台软件的二次开发产品让国内企业真正普及了CAD。

3、主流软件

除计算机本身的软件如操作系统、编译程序外，CAD主要使用交互式图形显示软件、CAD应用软件和数据管理软件3类软件。CAD应用软件提供几何造型、特征计算、绘图等功能，以完成面向机械、广告、建筑、电气各专业领域的各种专门设计。构造应用软件的四个要素是：算法、数据结构、用户界面和数据管理。数据管理软件用于存储、检索和处理大量数据，包括文字和图形信息。

Autodesk Inventor，SolidWorks，Catia，中望3D，Pro/E，AutoCAD，UG NX，SolidEdge，Onespace等是目前主流使用的CAD软件。航天航空领域使用较多的为Pro/E；飞机和汽车等复杂产品制造领域则使用Catia居多；而在中小企业使用Solidworks较多。

就CAD应用领域来说，主要有以下三个：

一、建筑CAD

建筑CAD使用参数化的建筑智能构件来进行建筑设计，建筑构件智能关联、变更传播更新，建筑二维施工图和三维模型全程同步生成，在满足建筑施工图绘制需求的同时，提供了完备的建筑三维设计功能。参数化、智能化、可视化、协同化和信息模型化是CAD建筑软件未来的发展方向。

二、机械CAD

机械CAD专业软件涵盖了机械设计的全部领域，集齐绘图、设计管理和数据集成等功能模块于一体，实现了直接对图纸、序号、明细表、尺寸标注、符号标注等对象的双击编辑。标准化、智能化的机械绘图设计，能很大程度上提高设计人员的绘图效率，使图纸完全符合和企业、行业及国家标准，软件兼容多数的机械软件。

三、婚纱CAD

婚纱礼服CAD是用于婚纱礼服行业的CAD制版软件。与传统手工制版（套版）相比，具有高效、精准的特点。可以促使婚纱礼服成衣品质提升和版型风格的确立。

4、发展前景

CAD技术作为杰出的工程技术成就，已广泛地应用于工程设计的各个领域。CAD系统的发展和应用使传统的产品设计方法与生产模式发生了深刻的变化，产生了巨大的社会经济效益。目前CAD技术研究热点有计算机辅助概念设计、计算机支持的协同设计、海量信息存储、管理及检索、设计法研究及其相关问题、支持创新设计等。可以预见技术将有新的飞跃，同时还会引起一场设计变革。随着人工智能、多媒体、虚拟现实、信息等技术的进一步发展， CAD技术必然朝着集成化、智能化、协同化的方向发展。