鄭州大學(xué)現(xiàn)代遠程教育CAD課程論文

1、鄭州大學(xué)現(xiàn)代遠程教育建筑CAD課程論文淺談 CAD 技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展學(xué) 號： 名： 鄒恒完成時間： 2015.09.201淺談 CAD 技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展摘要： CAD 是進行數(shù)字和圖形信息處理，以實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、造型和數(shù)控加工的自動編程軟件， 具有知識密集、綜合性強、初始投入大的特點。它的普及應(yīng)用將使產(chǎn)品設(shè)計制造和生產(chǎn)的傳 統(tǒng)模式發(fā)生深刻的變化， 從而帶動制造業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展， 是當前國際科技領(lǐng)域的前沿課題。 CAD 技術(shù)作為成熟的普及技術(shù)已在企業(yè)中廣泛應(yīng)用，本文主要介紹淺談 CAD 技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞：CAD；技術(shù)；應(yīng)用；發(fā)展趨勢。 CAD是計算機輔助設(shè)計，

2、它是COMPUTERAIDEDDESIGN 的縮寫，也就是 使用計算機和信息技術(shù)來輔助工程師和設(shè)計師進行產(chǎn)品或工程的設(shè)計。CAD技 術(shù)是一項綜合性的、正在迅速發(fā)展和應(yīng)用的高新技術(shù)，已經(jīng)成為企業(yè)提高創(chuàng)新能 力。提高產(chǎn)品開發(fā)能力。增強企業(yè)競爭力的一項關(guān)鍵技術(shù)。CAD的組成系統(tǒng)。CAD 是一個綜合的、集成了各種技術(shù)在內(nèi)的系統(tǒng)，它將信息技術(shù)與應(yīng)用領(lǐng)域技術(shù)緊密集成在一起。它所涉及的信息技術(shù)有：計算技術(shù)，包括計算機硬件和軟件；圖形學(xué)，包括圖形學(xué)算法及其實現(xiàn)、圖形軟件、圖形設(shè)備；數(shù)據(jù)管理，工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、能處理文本、標準、規(guī)范等各種工程數(shù)據(jù)： 數(shù)值分析，包括有限元分析、模擬、仿真等技術(shù)；智能技

3、術(shù)，包括知識工程專家系統(tǒng)、人工智能化接口等：人機界面。如圖形用戶界面、多媒體等：網(wǎng)絡(luò)通信包括局域網(wǎng)、因特網(wǎng)、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)等。CAD 的硬件是由計算機或工作站、大容量存 儲器、圖形設(shè)備及其他外轉(zhuǎn)設(shè)備、通信與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。CAD 的軟件系統(tǒng)是由系統(tǒng) 軟件、數(shù)據(jù)管理軟件、計算分析軟件、文字處理軟件、圖形軟件、專業(yè)應(yīng)用軟件、 網(wǎng)絡(luò)通信軟件等組成的。一、CAD 技術(shù)的應(yīng)用1.1 CAD技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用： CAD 技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于制造業(yè)的各個領(lǐng)域。其中，以機床、汽車、飛機、船舶、 航天器等應(yīng)用最為廣泛。一個產(chǎn)品的設(shè)計過程要經(jīng)過概念設(shè)計、詳細設(shè)計、 結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化、仿真模擬等幾個階段。概念設(shè)計主要解決產(chǎn)品的造型

4、外觀，在滿足功能的前提條件下，使產(chǎn)品外觀精致美觀。在現(xiàn)代化設(shè)計過程中還需要考慮的因素很多，如要考慮機械產(chǎn)品對環(huán)境影響，考慮產(chǎn)品的整體結(jié)構(gòu)、材料及實現(xiàn)主要功能的機構(gòu)；詳細設(shè)計是要確定產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，各個零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，所以又稱為部件設(shè)計，包括各零件的尺寸、形狀和結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)分析主要包括有限元分析，將對各部件及產(chǎn)品整體的結(jié)構(gòu)進行力學(xué)性能、熱學(xué)性能的分析：仿真模擬則主要是產(chǎn)品進行裝配模擬，運動機構(gòu)模擬，進行干涉、碰撞分析等等。CAD技 術(shù)可以說貫穿于整個設(shè)計過程。 從產(chǎn)品方案的選擇到整機的可生產(chǎn)性、可維持性、 可循環(huán)利用性和環(huán)境的融化等進行全面設(shè)計。當前先進的 CAD 應(yīng)用系統(tǒng)已經(jīng)將設(shè)計、繪圖、分析、仿

5、真、加工等一系列功能集成于一個系統(tǒng)內(nèi)。1.2 CAD技術(shù)在工程設(shè)計中的應(yīng)用: 早在二十世紀五十年代，CAD技術(shù)就應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)分析計算。但真正用 在建筑、結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域則是在二十世紀七十年代。到了二十世紀八十年代和九十年代已經(jīng)形成了建筑、結(jié)構(gòu)、水、電、暖設(shè)備等一系列工程設(shè)計軟件。比較流行的有 ABD、HOUSE 等。CAD 在工程領(lǐng)域中的應(yīng)用有以下幾個方面。建筑：方案設(shè)計、三維造型、建筑渲染圖即概念設(shè)計、平面布景、建筑構(gòu)造設(shè)計、小區(qū)規(guī)劃、日照分析、室內(nèi)裝潢、包括室內(nèi)分隔、家具、環(huán)境裝修等：結(jié)構(gòu)：有限元分析、結(jié)構(gòu)平面設(shè)計、框和排架結(jié)構(gòu)計算和分析、高層結(jié)構(gòu)分析、地基的基礎(chǔ)設(shè)計，鋼 結(jié)構(gòu)設(shè)計與加工；設(shè)備

6、：水、電、暖各種設(shè)備及管道設(shè)計；市政管線：自來水、污水排放、煤氣、電力、暖氣、通信等：市政建筑：城市規(guī)劃、城市交通、道路 高架、輕軌、地鐵；交通工程：公路、橋梁、鐵路、航空、機場、港口、碼頭；水利工程：大壩、水渠、河海工程。房地產(chǎn)開發(fā)及物業(yè)管理、工程概預(yù)算、施工過程控制與管理、風(fēng)景、旅游景點設(shè)計與布置、智能大廈設(shè)計等。目前在工程 CAD 軟件中集建筑、結(jié)構(gòu)、水、電、暖設(shè)備于一體的集成化CAD軟件正在開發(fā)之中。此外，科學(xué)計算可視化以及虛擬現(xiàn)實技術(shù)正應(yīng)用于建筑抗震、抗風(fēng)、抗災(zāi) 的分析以及虛擬建筑、室內(nèi)漫游等現(xiàn)代化設(shè)計方法中。1.3 CAD技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用: CAD技術(shù)除了在制造業(yè)和工程設(shè)計領(lǐng)域

7、中的應(yīng)用外，在輕工、紡織、家電、 服裝、制鞋、醫(yī)療和醫(yī)藥乃至文化娛樂和體育方面都會用到CAD技術(shù)。輕工中， 輕工機械的設(shè)計、化妝、洗滌用品、盛器、三維造型、模具設(shè)計及包裝平面設(shè)計。各種小商品的造型設(shè)計；紡織行業(yè)中印花提花設(shè)計、服裝CAD及排料、裁剪：制鞋業(yè)中造型以及配合人體足部骨骼肌腱的人體工學(xué)設(shè)計： 醫(yī)藥中的分子鍵結(jié)構(gòu)分析、醫(yī)療器械以及輔助醫(yī)療手術(shù)、家電產(chǎn)品的造型和模具技術(shù)，在文化娛樂上已大量利用計算機造型仿真的原始動物和外星人，并將動物畫和實際背景以及演員的表演天衣無縫地合在一起，在電影制作技術(shù)上大放異彩，拍制出一部部激動人心的巨片。1.4 CAD技術(shù)在計算機繪圖技術(shù)中的應(yīng)用: 計算機圖形

8、處理技術(shù)足CAD的最要組成部分。機械、建筑等工程設(shè)計的任 務(wù)最終要繪出零件圖或施工圖。繪圖任務(wù)必須由圖形軟件來完成。近期不少研究機構(gòu)在 AUTOCAD 基礎(chǔ)上進行了二次開發(fā)。結(jié)合國內(nèi)機械和工程設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用，以我國國家標準為依據(jù)，增加了國標零部件庫、設(shè)計規(guī)范、工程制圖標準。 相繼推出了 INTECAD 和 XTMCAD 等機械CAD軟件以及 ABP、 HOUSE 等建筑和結(jié)構(gòu)CAD軟件，并已形成了相當?shù)囊?guī)模。一個圖形軟件應(yīng)包括基本圖素的生成，如點、線、曲線、多邊形、圓、圓柱體、球、曲面等；圖形編輯功能，如圖塊的生成、圖形平移、旋轉(zhuǎn)、放大、縮小、修改、增刪等；符號及標注功能，如各種常用符號、文字

9、巾心線、剖面線；尺寸如半徑、直徑、直線距離、倒角等標注：文件管理功能，包括文件的產(chǎn)生、存儲、刪除、建庫等。對于三維圖形還必須有消隱、著色、陰影以及更高級的反走樣、真實感圖形、表面紋理生成等功能。二、發(fā)展趨勢 在上世紀末，美國曾將 CAD，CAM 技術(shù)評為當時最具影響的十大科技成就之一。目前CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢主要圍繞在標準化、開放式、集成化、智能化四方面。CAD技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。（一）標準化除了CAD支撐軟件逐步實現(xiàn) IS0 標準和工業(yè)標準外，面向應(yīng)用的標準構(gòu)件(零部件庫)、標準化方法也已成為CAD系統(tǒng)中的必備內(nèi)容，且向著合理化工程設(shè)計的應(yīng)用方向發(fā)展。傳統(tǒng)形式的手畫工程圖已經(jīng)有了成熟的國

10、際標準，相互都能理解。而存儲在磁盤、光盤上的形形色色的CAD二進制數(shù)字記錄，要想實現(xiàn)標準化就復(fù)雜、 困難得多。由于 STEP 標準涉及的面非常寬,眾口難調(diào)，標準的制定過程十分緩慢，存在問題很多。CAD 軟件一般應(yīng)集成在一個異構(gòu)的工作平臺之上，為了支持異構(gòu)跨平臺的環(huán)境，就要求它應(yīng)是一個開放的系統(tǒng)，這里主要是靠標準化技術(shù)來解決這個問題。目前標準有兩大類：一是公用標準，主要來自國家或國際標準制定單位；另一是市場標準或行業(yè)標準，屬私有性質(zhì)。前者注重標準的開放性和所采用技術(shù)的先進性，而后者以市場為導(dǎo)向，注重考慮有效性和經(jīng)濟利益。后者容易導(dǎo)致壟斷和無謂的標準戰(zhàn)。因此提出應(yīng)對傳統(tǒng)的標準化工作進行革新。有專家

11、建議標準革新的目標是公用標準應(yīng)變成工業(yè)標準，也就是說革新后仍應(yīng)以公用標準為基礎(chǔ)，不過要從工業(yè)標準中吸收其注重經(jīng)濟利益和效率的優(yōu)點。 （二）開放性CAD系統(tǒng)目前廣泛建立在開放式操作系統(tǒng)窗口 9598NT 和 UNIX 平臺上，在 Java LINUX 平臺上也有CAD產(chǎn)品，此外CAD系統(tǒng)都為最終用戶提供二次開發(fā)環(huán)境，甚至這類環(huán)境可開發(fā)其內(nèi)核源碼，使用戶可定制自已的CAD 系統(tǒng)。 （三） 集成化CAD技術(shù)的集成化體現(xiàn)在三個層次上： 其一是廣義CAD功能 CAD CAECAPPCAMCAQPDMERP 經(jīng)過多種集成形式成為企業(yè)一體化解決方案，推動企業(yè)信息化進程。其二，是將CAD技術(shù)能采用的算法，甚至

12、功能模塊或系統(tǒng)，做成專用芯片，以提高CAD系統(tǒng)的效率；其三是 CAD 基于網(wǎng)絡(luò)計算環(huán)境實現(xiàn)異地、異構(gòu)系統(tǒng)在企業(yè)間的集成。 國際CAD商品系統(tǒng)開發(fā)的。 另一個趨勢是在全球范圍內(nèi)優(yōu)選最成功的功能構(gòu)件，進行集成。至今最成熟的幾何造型平臺有兩家：Parasolid 和 ACIS；幾何約束求解構(gòu)件有一家，它的主要產(chǎn)品是 2D 和 3D DCM。 （四） 智能化設(shè)計是一個含有高度智能的人類創(chuàng)造性活動領(lǐng)域，智能CAD 是CAD發(fā)展的必然方向。從人類認識和思維的模型來看，現(xiàn)有的人工智能技術(shù)對模擬人類的思維活動(包括形象思維、抽象思維和創(chuàng)造性思維等多種形式)往往是束手無策的。因此智能CAD不僅僅是簡單地將現(xiàn)有的

13、智能技術(shù)與CAD技術(shù)相結(jié)合， 更要深入研究人類設(shè)計的思維模型，并用信息技術(shù)來表達和模擬它。這樣不僅會產(chǎn)生高效的CAD系統(tǒng)，而且必將為人工智能領(lǐng)域提供新的理論和方法。CAD的這個發(fā)展趨勢，將對信息科學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生深刻的影響。三、結(jié)語： 技術(shù)的發(fā)展永無止境，沒有哪一種技術(shù)是常青樹，CAD技術(shù)也一直處于不 斷地發(fā)展與探索之中，并不斷地擴展它的應(yīng)用范圍。正是這種此消彼長的互動與交替，造就了今天CAD產(chǎn)業(yè)的興旺與繁榮，也使得越來越多的人認識到CAD是一種巨大的生產(chǎn)力，促進了工業(yè)的高速發(fā)展。參考文獻： 1陳定方，李文鋒.CAD/CAM 的起源與發(fā)展J機械工人(冷加工),2001,(4);1112. 2徐光裙，史元春，謝偉凱普適計算計算機學(xué)報。2003。26(9)：10421050 3 魏軍英，丁淑輝淺談先進制造技術(shù)環(huán)境下現(xiàn)代 CAD 技術(shù)的發(fā)展J現(xiàn)代制造技術(shù)， 2007(3)