计算机辅助设计（CAD）技术简介

CAD是一个综合概念，它表示了在产品设计和开发时直接和间接使用计算机的活动总和，主要指以计算机为辅助工具完成整个设计的过程。这一技术充分运用计算机高速运算和快速绘图的强大功能为工程设计及产品设计服务，已得到广泛应用。

CAD的功能一般可以归纳为几何建模、工程分析、动态模拟和自动绘图四大类。

1）几何建模

人们把想象的现实物体转换成在计算机上表示的过程称为建模。计算机几何建模有以下几种类型。

（1）二维设计。二维设计应用CAD软件在计算机显示屏上对生成的点与线进行编辑、变换、修改及绘制出所需要的图形。这与传统的设计方法是一样的。只是甩掉了图板，用计算机来绘图。

（2）线框造型。线框造型是用空间的线条构成物体的立体框架，它可以直观表达整个物体的基本轮廓。线框造型操作简单、绘图方便，符合人们的设计习惯，是构造曲面造型、实体造型的基础。

（3）曲面造型。曲面造型描述具有一定光滑程度的曲面外形，由若干块曲面片拼接构成描述产品形状的曲面形状，能较精确地定义产品的三维几何形状。曲面造型在工业造型设计中得到广泛的应用。例如服装、鞋帽的三维打样设计；地形地貌的三维描述；飞机、汽车、船舶的流体动力学分析；工程分析计算中的应力应变场、温度场的分布等都需要曲面造型工具。曲面造型也能对铸造型芯，锻模等进行设计。

（4）实体造型。实体造型是利用CAD软件中提供光源的真实感效果，在计算机显示屏幕上实时调整光源的位置和距离，以及光的强度等光照效果，使实体造型的产品有“未造先得”的逼真效果。实体造型能严格定义一个物体的几何形状，与线框造型和曲面造型不同，实体造型可以精确地预测出任意复杂零件的体积、质量、惯性矩等物理性能参数。(www.xing528.com)

2）工程分析与计算

工程分析与计算是在三维建模的基础上，对产品进行工程分析计算、模拟仿真，以便对产品设计的功能、性能和各项技术指标的优劣作出判定，找出设计的薄弱环节并加以改进，这样有利于设计出满足要求的产品。现有商品化的CAD/CAM系统软件中集成了有限元分析模块，可以在建构几何模型的同时自动生成有限元网格。在进行有限元分析计算时，将载荷数据、材料数据和边界约束条件数据输入，经有限元分析软件的分析、计算并转换成后续设计所需要的数据，或输出各种图形。

3）机构分析

机构分析是CAD系统在三维造型的基础上，输入主要的初始数据，系统自动地进行机构的运动分析，计算出机构运动的轨迹、速度、加速度、传动力等参数。同时利用动画功能仿真机构的运动情况，供设计者参考。

4）自动绘图

计算机绘图可以绘制、复制各种类型的图纸，如二维工程图形、三维立体图形、零件图、部件图、装配图、传动系统图、电路图等。CAD系统还提供了强大的图形编辑、修改的功能，用户可以方便地进行图形编辑、修改，达到满意的结果后再通过绘图机输出工程图纸。实际上CAD技术应用中，图形编辑、修改的功能比画图的功能强得多。所以制造企业常把以往设计的图形，特别是经过生产实践成功运行的成熟的零件图、部件图存储在计算机中，在开发新产品时，将能够利用的图形调出来，经过适当的编辑、修改就能输出新的图纸。这能大幅缩短设计周期，也提高了产品的可靠性。

CAD技术有着广泛的应用前景，其应用范围已经延伸到艺术、电影、动画、广告和娱乐等领域，产生了巨大的经济效益与社会效益。