CAD即計算機輔助設計（ComputerAidedDesign,CAD），其概念和內涵正在不斷地發展中。1972年10月，國際信息處理聯合會（IFIP）在荷蘭召開的“關于CAD原理的工作會議”上給出如下定義：CAD是一種技術，其中人與計算機結合為一個問題求解組，緊密配合，發揮各自所長，從而使其工作優于每一方，并為應用多學科方法的綜合性協作提供了可能。CAD是工程技術人員以計算機為工具，對產品和工程進行設計、繪圖、分析和編寫技術文檔等設計活動的總稱人們根據系統功能的要求，用有限的特征來描述設計問題，通過形式化用計算機的數據結構來表達特征，并將用數據結構描述的"特征"數據存放在數據庫之中。這樣，"設計"過程變成了對數據庫的處理。這一過程可以看作是建模過程，模型被用來表示實際的或抽象的對象，是對被處理對象進行計算、分析、模擬和研究的基礎。因此，模型是實際結構在CAD系統中的具體體現，是計算機"認知"產品的基礎。我們知道，產品和工程結構本身能表現出來的屬性（"特征"）是無限的，但可用的計算機資源、人們的認識知識是有限的，我們只能"認知"實際結構的部分屬性，只能處理產品和工程結構設計的某些方面。根據模型的不同，CAD系統一般分為二維CAD和三維CAD系統。二維CAD系統一般將產品和工程設計圖紙看成是“點、線、圓、弧、文本……”等幾何元素的集合，系統內表達的任何設計都變成了幾何圖形，所依賴的數學模型是幾何模型，系統記錄了這些圖素的幾何特征。二維CAD系統一般由圖形的輸入與編輯、硬件接口、數據接口和二次開發工具等幾部分組成。三維CAD系統的核心是產品的三維模型。三維模型是在計算機中將產品的實際形狀表示成為三維的模型，模型中包括了產品幾何結構的有關點、線、面、體的各種信息。計算機三維模型的描述經歷了從線框模型、表面模型到實體模型的發展，所表達的幾何體信息越來越完整和準確，能解決“設計”的范圍越廣。其中，線框模型只是用幾何體的棱線表示幾何體的外形，就如同用線架搭出的形狀一樣，模型中沒有表面、體積等信息。表面模型是利用幾何形狀的外表面構造模型，就如同在線框模型上蒙了一層外皮，使幾何形狀具有了一定的輪廓，可以產生諸如陰影、消隱等效果，但模型中缺乏幾何形狀體積的概念，如同一個幾何體的空殼。幾何模型發展到實體模型階段，封閉的幾何表面構成了一定的體積，形成了幾何形狀的體的概念，如同在幾何體的中間填充了一定的物質，使之具有了如重量、密度等特性，且可以檢查兩個幾何體的碰撞和干涉等。由于三維CAD系統的模型包含了更多的實際結構特征，使用戶在采用三維CAD造型工具進行產品結構設計時，更能反映實際產品的構造或加工制造過程。隨著CAD技術的發展和人們需求的不斷提高，人工智能等各類技術逐漸融入到CAD系統中，形成了各種基于知識的CAD系統（或智能CAD系統）。知識的應用使CAD系統的“設計”功能和設計自動化水平大大提高，對產品設計全過程的支持程度大大加強，促進了產品和工程的創新開發。單機CAD系統是安裝在一臺計算機中，進行獨立工作的CAD系統。在經濟全球化和網絡技術高速發展的今天，基于因特網/企業內部網的網絡化CAD系統得到高速發展。網絡化CAD系統可以在網絡環境中由多人、異地進行產品的定義與建模、產品的分析與設計、產品的數據管理和數據交換等，是實現協同設計的重要手段，可為企業利用全球資源進行產品的快速開發提供支持。專業化CAD應用系統是各專業根據各自的設計需要，利用通用CAD系統提供的二次開發工具或數據接口功能，將各類專業設計技術研制成CAD系統的各類設計工具和知識，從而使設計能直接按照專業設計的方法進行，大大提高了CAD系統的“設計”能力和效率。但這類CAD系統針對具體的專業進行開發，在專業設計方面不具備通用性。
2015-01-15
招平
