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計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD-Computer Aided Design)指利用計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。 在設(shè)計(jì)中通常要用計(jì)算機(jī)對不同方案進(jìn)行大量的計(jì)算、分析和比較,以決定最優(yōu)方案;各種設(shè)計(jì)信息,不論是數(shù)字的、文字的或圖形的,都能存放在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存或外存里,并能快速地檢索;設(shè)計(jì)人員通常用草圖開始設(shè)計(jì),將草圖變?yōu)楣ぷ鲌D的繁重工作可以交給計(jì)算機(jī)完成;由計(jì)算機(jī)自動產(chǎn)生的設(shè)計(jì)結(jié)果,可以快速作出圖形,使設(shè)計(jì)人員及時(shí)對設(shè)計(jì)作出判斷和修改;利用計(jì)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。 K7 x% F5 F7 {. r. |
發(fā)展歷程4 Y' S2 A7 o7 v* R. ^
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(jì)劃,由于當(dāng)時(shí)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(jì)算機(jī)費(fèi)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(shí)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(jià)格昂貴,故不能普遍應(yīng)用。而當(dāng)時(shí)的Autodesk公司是一個(gè)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(fèi)拷貝,故在社會得以廣泛應(yīng)用。同時(shí),由于該系統(tǒng)的開放性,該CAD軟件升級迅速。 設(shè)計(jì)者很早就開始使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)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(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。SKETCHPAD的突出特性是它允許設(shè)計(jì)者用圖形方式和計(jì)算機(jī)交互:設(shè)計(jì)可以用一枝光筆在陰極射線管屏幕上繪制到計(jì)算機(jī)里。實(shí)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(jì)算機(jī)變得更便宜,應(yīng)用范圍也逐漸變廣。 CAD的實(shí)現(xiàn)技術(shù)從那個(gè)時(shí)候起經(jīng)過了許多演變。這個(gè)領(lǐng)域剛開始的時(shí)候主要被用于產(chǎn)生和手繪的圖紙相仿的圖紙。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得計(jì)算機(jī)在設(shè)計(jì)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(jì)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(jià)格,許多公司已采用立體的繪圖設(shè)計(jì)。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(jì),欠缺真實(shí)感,而立體繪圖則沖破了這一限制,令設(shè)計(jì)藍(lán)圖更實(shí)體化。
V- U, y9 ~, B2 c3 z9 |% ~ 編輯本段系統(tǒng)組成/ V6 F* }5 ^- \/ k3 L
通常以具有圖形功能的交互計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為基礎(chǔ),主要設(shè)備有:計(jì)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。
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: K1 J: J6 m6 b0 |! H 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(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它有較強(qiáng)的計(jì)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)。 V: F: o; [& U4 p6 i" s- v
個(gè)人計(jì)算機(jī)
. B, \8 N+ K* D% _3 ]4 E: _ pc系統(tǒng)價(jià)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。
( @" v4 ]# H; b% E( d 圖形輸入輸出設(shè)備9 | g8 V# G6 S2 L: @3 E9 S
除了計(jì)算機(jī)主機(jī)和一般的外圍設(shè)備外,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)主要使用圖形輸入輸出設(shè)備。交互圖形系統(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(diǎn)的坐標(biāo)送入計(jì)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(jià)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。' B* [7 y a, z7 G
cad軟件. ?* m) H" _+ Y9 f/ p" Y
除計(jì)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(jì)算、繪圖等功能 , 以完成面向各專業(yè)領(lǐng)域的各種專門設(shè)計(jì)。構(gòu)造應(yīng)用軟件的四個(gè)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(diǎn):數(shù)據(jù)類型更加多樣,設(shè)計(jì)過程中實(shí)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(jì)者的操作主要是一種實(shí)時(shí)性的交互處理。
+ o0 }1 o# B' K 輔助模型$ r' D3 { C( t: g7 R8 a
常用的CAD軟件軟件會提供一些模型,但更多的模型需要從網(wǎng)上獲取,幫助我們提升設(shè)計(jì)效率。 對于專業(yè)企業(yè),因?yàn)槔L制內(nèi)容不同,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CAD原始數(shù)據(jù)格式導(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,更快的幫助設(shè)計(jì)人員完成設(shè)計(jì)工作,提升效率。在國外,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”。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(diǎn)都不亞于今天我們所熟知的BLOG和SNS這樣的網(wǎng)絡(luò)平臺。
, r% d4 a6 |5 Y) h, j1 w 編輯本段基本技術(shù)
% ]9 K. Y: o# S) g 主要包括交互技術(shù)、圖形變換技術(shù)、曲面造型和實(shí)體造型技術(shù)等。 在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),人和機(jī)器可以及時(shí)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(shí)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(yùn)算來實(shí)現(xiàn)圖形變換。 計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)自動化計(jì)算機(jī)自身的cad,旨在實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自身設(shè)計(jì)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(jì)自動化和組裝設(shè)計(jì)自動化,涉及計(jì)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(jì)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(shí)也列入計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)自動化的范圍。! g3 {3 ^9 Z5 y& x& r$ v, `7 K" s
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