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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(duì)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(dòng)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(duì)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,。/ ?8 J/ u# o% d. {$ M
發(fā)展歷程
% K# \, p; O9 H: e5 } 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(huì)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(jí)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(dòng)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(shí)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,。' `9 s4 {" y+ s( v1 j& W( h
編輯本段系統(tǒng)組成
. U# M8 h- N6 h 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,。: q% ~* K+ [( r( ^0 }
工程工作站
5 i# \4 t7 h6 \( L& W; z ^ 一般指具有超級(jí)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),。
: l- U% F: k2 d. x! M" P: T: I 個(gè)人計(jì)算機(jī)$ D* x8 N; A7 b) Z% t( O
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,。* G3 A) u# P1 v2 ?' J Q6 }# _0 a
圖形輸入輸出設(shè)備3 o7 y$ x' |. }6 K
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(duì)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)器里,圖像的分辨率較高,。0 @: v: d/ n+ b7 e: T$ [* ^2 ?$ T6 {
cad軟件9 d1 y$ T+ u" M+ i6 g' }# v
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(chǔ) ,、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(dòng),,設(shè)計(jì)者的操作主要是一種實(shí)時(shí)性的交互處理。
% p4 z+ E* \9 y 輔助模型2 [7 H6 C, U4 q8 K0 ? W3 f
常用的CAD軟件軟件會(huì)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(duì)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(tái)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(tái)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(tái),。
+ O/ y) W' n4 W3 x, e 編輯本段基本技術(shù)
. P; H4 J* Q3 L; _7 x" b 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(duì)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(dòng)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(dòng)化或半自動(dòng)化。研究內(nèi)容包括功能設(shè)計(jì)自動(dòng)化和組裝設(shè)計(jì)自動(dòng)化,,涉及計(jì)算機(jī)硬件描述語言,、系統(tǒng)級(jí)模擬,、自動(dòng)邏輯綜合、邏輯模擬,、微程序設(shè)計(jì)自動(dòng)化,、自動(dòng)邏輯劃分、自動(dòng)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(dòng)化的范圍。
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