CAD是計(jì)算機(jī)時(shí)代的產(chǎn)品.它從早期的計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在的交互式計(jì)算機(jī)圖形學(xué).兩個(gè)這樣的系統(tǒng)包括:麻省理工學(xué)院的Sage Project及Sketchpad，

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的簡要?dú)v史

。Sage Project旨在開發(fā)CRT顯示器及操作系統(tǒng). Sketchpad是在Sage Project下發(fā)展起來的.CRT顯示和光筆輸入用于與系統(tǒng)進(jìn)行交互操作.CAD與初次出現(xiàn)的NC和APT(自動(dòng)編程工具)碰巧同時(shí)出世.后來,X-Y繪圖儀作為計(jì)算機(jī)繪圖的標(biāo)準(zhǔn)硬拷貝輸出裝置使用,一個(gè)有趣的現(xiàn)象是X-Y繪圖儀與NC鉆床具有相同的基本機(jī)構(gòu),除了繪圖筆NC機(jī)床上的主軸刀具替代之外。

開始，CAD系統(tǒng)僅僅是一個(gè)帶有內(nèi)置設(shè)計(jì)符號(hào)的繪圖編輯器，供用戶使用的幾何元素只有直線、圓弧、以及兩者的組合。自由曲線及其曲面的發(fā)展，如昆氏嵌面、貝塞爾嵌面以及B-樣條曲線，使CAD系統(tǒng)可用于復(fù)雜曲線與曲面設(shè)計(jì)。三維CAD系統(tǒng)允許設(shè)計(jì)者步入三維設(shè)計(jì)空間。由于一個(gè)三維設(shè)計(jì)模型包含了NC刀具路徑編程所需的足夠信息，所以能夠開發(fā)CAD與NC之間聯(lián)系的系統(tǒng)。所謂交鑰匙的CAD/CAM系統(tǒng)便是根據(jù)這一概念開發(fā)的，并從20世紀(jì)70年代至80年代流行起來。

20世紀(jì)70年代，三維實(shí)體建模的發(fā)明標(biāo)志著CAD一個(gè)新時(shí)代的開始。過去的三維線框模型僅用其邊界來表達(dá)一個(gè)物體。這在某種意義上是模糊的，一個(gè)簡單的模型可能有幾種解釋。同時(shí)也無法獲得一個(gè)模型的體積信息。實(shí)體模型包含完整的信息，因此，它們不僅可用于生成工程圖，而且也可在同一模型上完成工程分析。后來，開發(fā)了許多商業(yè)系統(tǒng)和研究系統(tǒng)。這些系統(tǒng)中相當(dāng)多的是基于PADL和BUILD系統(tǒng)。盡管它們在表達(dá)上是強(qiáng)有力的，但仍然存在許多缺陷。例如，這種系統(tǒng)要有極強(qiáng)的計(jì)算能力和內(nèi)存需求，非常規(guī)的物體建模方式以及標(biāo)注公差能力的缺乏，這一切已阻礙了CAD應(yīng)用。直到20世紀(jì)80年代中期，實(shí)體建模開始介入設(shè)計(jì)環(huán)境。今天實(shí)體建模的應(yīng)用如同繪圖和線框模型應(yīng)用一樣普遍。

在個(gè)人計(jì)算機(jī)上，CAD已走向大眾化。這種發(fā)展使CAD應(yīng)用面廣并且很經(jīng)濟(jì)。CAD原本作為一種工具僅被航空和其它主要工業(yè)企業(yè)使用。諸如AutoCAD、VersaCAD、CADKEY等個(gè)人機(jī)CAD軟件包的引入，使小型公司乃至個(gè)人可以擁有并使用CAD系統(tǒng)。到1988年為止已銷售10萬個(gè)以上的PC CAD軟件包。今天，基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的實(shí)體建摸的PC CAD易于獲得，并且銷售變得更為普及。由于微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展使得個(gè)人計(jì)算機(jī)能夠承受實(shí)體模型需要的大量計(jì)算負(fù)荷，所以如今許多實(shí)體模型在PC機(jī)上運(yùn)行，并且作為平臺(tái) 已不成為一個(gè)問題。隨著標(biāo)準(zhǔn)圖形用戶界面的發(fā)展，CAD系統(tǒng)可以很容易地從一臺(tái)計(jì)算機(jī)傳送，大多數(shù)CAD系統(tǒng)都能在不同平臺(tái)上運(yùn)行。在大型計(jì)算機(jī)、工作臺(tái)和基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的CAD系統(tǒng)之間幾乎沒有區(qū)別。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)

一個(gè)CAD系統(tǒng)包含三個(gè)主要部分：

（1）硬件   計(jì)算機(jī)及輸入/輸出裝置。

（2）操作系統(tǒng)軟件。

（3）應(yīng)用軟件   CAD軟件包。

硬件主要用于支持軟件功能。在CAD系統(tǒng)中使用著種類繁多的硬件。操作系統(tǒng)軟件是CAD應(yīng)用軟件與硬件之間的界面。操作系統(tǒng)軟件管理著硬件運(yùn)行并提供許多諸如創(chuàng)建 和取消操作任務(wù)、控制任務(wù)的進(jìn)程、在任務(wù)間分配硬件資源、提供通向軟件資源，如文件、編輯器、編譯和應(yīng)用程序的通道等基本功能。這不僅對(duì)CAD軟件很重要，而且對(duì)非CAD軟件也很重要。

CAD是計(jì)算機(jī)時(shí)代的產(chǎn)品.它從早期的計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在的交互式計(jì)算機(jī)圖形學(xué).兩個(gè)這樣的系統(tǒng)包括:麻省理工學(xué)院的Sage Project及Sketchpad。Sage Project旨在開發(fā)CRT顯示器及操作系統(tǒng). Sketchpad是在Sage Project下發(fā)展起來的.CRT顯示和光筆輸入用于與系統(tǒng)進(jìn)行交互操作.CAD與初次出現(xiàn)的NC和APT(自動(dòng)編程工具)碰巧同時(shí)出世.后來,X-Y繪圖儀作為計(jì)算機(jī)繪圖的標(biāo)準(zhǔn)硬拷貝輸出裝置使用,一個(gè)有趣的現(xiàn)象是X-Y繪圖儀與NC鉆床具有相同的基本機(jī)構(gòu),除了繪圖筆NC機(jī)床上的主軸刀具替代之外。

開始，CAD系統(tǒng)僅僅是一個(gè)帶有內(nèi)置設(shè)計(jì)符號(hào)的繪圖編輯器，供用戶使用的幾何元素只有直線、圓弧、以及兩者的組合。自由曲線及其曲面的發(fā)展，如昆氏嵌面、貝塞爾嵌面以及B-樣條曲線，使CAD系統(tǒng)可用于復(fù)雜曲線與曲面設(shè)計(jì)。三維CAD系統(tǒng)允許設(shè)計(jì)者步入三維設(shè)計(jì)空間。由于一個(gè)三維設(shè)計(jì)模型包含了NC刀具路徑編程所需的足夠信息，所以能夠開發(fā)CAD與NC之間聯(lián)系的系統(tǒng)。所謂交鑰匙的CAD/CAM系統(tǒng)便是根據(jù)這一概念開發(fā)的，并從20世紀(jì)70年代至80年代流行起來。

20世紀(jì)70年代，三維實(shí)體建模的發(fā)明標(biāo)志著CAD一個(gè)新時(shí)代的開始。過去的三維線框模型僅用其邊界來表達(dá)一個(gè)物體。這在某種意義上是模糊的，一個(gè)簡單的模型可能有幾種解釋。同時(shí)也無法獲得一個(gè)模型的體積信息。實(shí)體模型包含完整的信息，因此，它們不僅可用于生成工程圖，而且也可在同一模型上完成工程分析。后來，開發(fā)了許多商業(yè)系統(tǒng)和研究系統(tǒng)。這些系統(tǒng)中相當(dāng)多的是基于PADL和BUILD系統(tǒng)。盡管它們在表達(dá)上是強(qiáng)有力的，但仍然存在許多缺陷。例如，這種系統(tǒng)要有極強(qiáng)的計(jì)算能力和內(nèi)存需求，非常規(guī)的物體建模方式以及標(biāo)注公差能力的缺乏，這一切已阻礙了CAD應(yīng)用。直到20世紀(jì)80年代中期，實(shí)體建模開始介入設(shè)計(jì)環(huán)境。今天實(shí)體建模的應(yīng)用如同繪圖和線框模型應(yīng)用一樣普遍，

工程

《計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的簡要?dú)v史》(http://www.ishadingyu.com)。

在個(gè)人計(jì)算機(jī)上，CAD已走向大眾化。這種發(fā)展使CAD應(yīng)用面廣并且很經(jīng)濟(jì)。CAD原本作為一種工具僅被航空和其它主要工業(yè)企業(yè)使用。諸如AutoCAD、VersaCAD、CADKEY等個(gè)人機(jī)CAD軟件包的引入，使小型公司乃至個(gè)人可以擁有并使用CAD系統(tǒng)。到1988年為止已銷售10萬個(gè)以上的PC CAD軟件包。今天，基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的實(shí)體建摸的PC CAD易于獲得，并且銷售變得更為普及。由于微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展使得個(gè)人計(jì)算機(jī)能夠承受實(shí)體模型需要的大量計(jì)算負(fù)荷，所以如今許多實(shí)體模型在PC機(jī)上運(yùn)行，并且作為平臺(tái) 已不成為一個(gè)問題。隨著標(biāo)準(zhǔn)圖形用戶界面的發(fā)展，CAD系統(tǒng)可以很容易地從一臺(tái)計(jì)算機(jī)傳送，大多數(shù)CAD系統(tǒng)都能在不同平臺(tái)上運(yùn)行。在大型計(jì)算機(jī)、工作臺(tái)和基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的CAD系統(tǒng)之間幾乎沒有區(qū)別。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)

一個(gè)CAD系統(tǒng)包含三個(gè)主要部分：

（1）硬件   計(jì)算機(jī)及輸入/輸出裝置。

（2）操作系統(tǒng)軟件。

（3）應(yīng)用軟件   CAD軟件包。

硬件主要用于支持軟件功能。在CAD系統(tǒng)中使用著種類繁多的硬件。操作系統(tǒng)軟件是CAD應(yīng)用軟件與硬件之間的界面。操作系統(tǒng)軟件管理著硬件運(yùn)行并提供許多諸如創(chuàng)建 和取消操作任務(wù)、控制任務(wù)的進(jìn)程、在任務(wù)間分配硬件資源、提供通向軟件資源，如文件、編輯器、編譯和應(yīng)用程序的通道等基本功能。這不僅對(duì)CAD軟件很重要，而且對(duì)非CAD軟件也很重要。

應(yīng)用軟件是CAD系統(tǒng)的核心。它由二維和三維建摸、繪圖、工程分析等程序組成。一個(gè)CAD系統(tǒng)的功能便建立在應(yīng)用軟件中。正是應(yīng)用軟件使一種CAD軟件包區(qū)別于另一種，通常應(yīng)用軟件是依賴于操作系統(tǒng)的。要把在一個(gè)操作系統(tǒng)上運(yùn)行的CAD系統(tǒng)移到另一個(gè)操作系統(tǒng)上，并不像編譯軟件那樣微不足道。因此也必須注意操作系統(tǒng)。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)給了設(shè)計(jì)者去嘗試幾個(gè)可行的解決方案的能力。通常還需要某些形式的設(shè)計(jì)分析計(jì)算，而為了這一任務(wù)已經(jīng)編寫了許多程序。計(jì)算機(jī)為設(shè)計(jì)者對(duì)所建議的各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析和為最終設(shè)計(jì)準(zhǔn)備正式繪圖提供了強(qiáng)有力的工具。

在二維繪圖領(lǐng)域中，計(jì)算機(jī)方法能夠提供比傳統(tǒng)的紙和筆的方法更有意義、更大成本節(jié)約的優(yōu)點(diǎn)，但是一個(gè)CAD系統(tǒng)并不僅是一個(gè)電子繪圖板。計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)可使設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)出既快又準(zhǔn)確的圖形，并且很容易修改。在涉及到重復(fù)性工作時(shí)，會(huì)戲劇性產(chǎn)生復(fù)制產(chǎn)品，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)圖形只要一次構(gòu)建成功，就可以從圖庫中取出。剪切和粘貼技術(shù)作為節(jié)約勞動(dòng)力的輔助工具被使用。當(dāng)幾個(gè)分項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員從事同一個(gè)工程時(shí)，要建立中心數(shù)據(jù)庫，使得由某一個(gè)人繪的細(xì)節(jié)圖可以很容易地合并到其它不同的裝配圖中。中心數(shù)據(jù)庫也可作為標(biāo)準(zhǔn)參考零件庫使用。

有限元是一項(xiàng)成熟的應(yīng)力分析技術(shù)，它多被土木工程和機(jī)械工程所采用。它由將結(jié)構(gòu)劃分成有限個(gè)的小單元所組成，并計(jì)算每一個(gè)單元之間的作用力。如果被分割的單元足夠小，就能對(duì)一個(gè)結(jié)構(gòu)或?qū)嶓w的內(nèi)部應(yīng)力獲得一個(gè)好的估計(jì)。這些計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)慣用于大型結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)，諸如船體、橋梁、飛機(jī)機(jī)身和海面油井平臺(tái)。汽車工業(yè)也使用類似的方法來設(shè)計(jì)和制造車身。

二維繪圖

CAD使多視圖的二維繪圖成為可能，視圖空間可以從微米到米的比例范圍內(nèi)無限變化。它提供給機(jī)械設(shè)計(jì)師放大的功能，即使在恰當(dāng)配合的裝配零件中最小的零件也能看清楚，設(shè)計(jì)程序甚至能自動(dòng)辨認(rèn)CAD裝配圖中的潛在問題。針對(duì)具有不同特征的零件，如運(yùn)動(dòng)的或靜止的，在顯示時(shí)可以被指定成不同的顏色。為了有利于工程設(shè)計(jì)的變化，可使用帶有自動(dòng)尺寸變化的系統(tǒng)對(duì)零件進(jìn)行尺寸標(biāo)注。

三維繪圖

隨著三維建模的出現(xiàn)，設(shè)計(jì)者具有了更多的自由度。他們可以生成三維零件圖并且可以無限制地修改以獲得所需的結(jié)果。通過有限元分析，應(yīng)力加到計(jì)算機(jī)模型上，并且以圖形化的方式顯示其結(jié)果，在產(chǎn)品物理模型真正產(chǎn)生之前，對(duì)設(shè)計(jì)中的任何內(nèi)在問題給設(shè)計(jì)者一個(gè)快速的反饋。

三維模型可用線框、曲線或?qū)嶓w方式生成。在線框模型中，直線和圓弧構(gòu)成了模型邊界。結(jié)果是一個(gè)可以從任何位置觀察的三維模型，但仍只是一個(gè)框架形式。創(chuàng)建曲面猶如在骨架上包上皮。一旦這樣生成后，模型就可以被渲染，使得圖形看上去更逼真。曲面模型普遍用于構(gòu)建板金的展開和重疊以用于制造。

實(shí)體模型是最復(fù)雜的建模層次，并且用于建立實(shí)體模型的程序在一段時(shí)期內(nèi)只用在大型計(jì)算機(jī)上。只有近年來微型計(jì)算機(jī)才達(dá)到這個(gè)能力水平，也可以運(yùn)行復(fù)雜的算法，生成實(shí)體模型。計(jì)算機(jī)“認(rèn)為”實(shí)體模型是一種具有實(shí)體質(zhì)量的模型，所以它可被“鉆孔”“加工”“焊接”，好象它是一個(gè)實(shí)際的零件。它能夠由任何材料構(gòu)成并呈現(xiàn)其材料特性，因此，能夠進(jìn)行質(zhì)量計(jì)算。

計(jì)算機(jī)輔助繪圖的好處

用計(jì)算機(jī)完成繪圖及設(shè)計(jì)任務(wù)的好處是令人難忘的：提高速度、提高準(zhǔn)確性、減少硬拷貝存儲(chǔ)空間及易于恢復(fù)信息、加強(qiáng)信息傳輸能力、改善傳輸質(zhì)量和便于修改。

速度

工業(yè)用計(jì)算機(jī)能以平均每秒3300萬次完成一項(xiàng)任務(wù)；更新的計(jì)算機(jī)其速度更快。用計(jì)算機(jī)計(jì)算零件的變形量是一個(gè)重要功績。當(dāng)理論上的載荷力加到零件上時(shí)、通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行有限元分析或者在監(jiān)視器上顯示一個(gè)城市的整體規(guī)劃時(shí)，這兩者都是既費(fèi)時(shí)又計(jì)算量大的任務(wù)。AutoCAD軟件可根據(jù)需要多次復(fù)制所需模型的形狀和幾何尺寸，快速自動(dòng)地進(jìn)行剖面填充及尺寸標(biāo)注。

準(zhǔn)確

AutoCAD程序依靠操作系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)平臺(tái)每點(diǎn)具有14位的精度。這在用數(shù)學(xué)計(jì)算諸如一個(gè)圓的線段數(shù)、程序必須圓整線段時(shí)是十分重要的。

存儲(chǔ)

計(jì)算機(jī)能夠在物理空間中存儲(chǔ)上千幅圖，這空間能夠存儲(chǔ)上百幅手工圖。而且計(jì)算機(jī)能夠很容易地搜索和找到一幅圖，只要操作者擁有正確的文件名。

傳輸

由于計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)是以電子形式存儲(chǔ)，它能被送到各種位置。最明顯的位置是監(jiān)視器。計(jì)算機(jī)可以在屏幕上以不同的方式顯示數(shù)據(jù)，如圖形，并能方便地將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可讀圖形。這些數(shù)據(jù)也可被傳送給繪圖機(jī)，打印出常見的圖紙，通過直接連接到計(jì)算機(jī)輔助制造機(jī)床或由電話線傳到地球的任何地方。你可以不再冒損失或丟失的危險(xiǎn)去郵寄圖紙，現(xiàn)在圖紙可以通過電信網(wǎng)立即發(fā)送到目的地。