计算机辅助设计的基本概念

出处：按学科分类—工业技术 北京出版社《现代综合机械设计手册上》第739页（1112字）

计算机辅助设计(Computer－Aided Design)简称CAD，是指利用电子计算机帮助人工进行设计计算。根据CAD的发展过程，基本上可以将其分为简单CAD系统、绘图型CAD系统及人机对话交互型CAD系统三种类型。

简单CAD系统是CAD系统发展的第一阶段，早期只是利用电子计算机进行辅助计算．最优化设计方法出现之后，开始利用电子计算机进行优化设计，然后由人工根据所得的最优化方案绘制成图．随着自动绘图机的发展，将其作为简单CAD系统的输出装置，便构成绘图型CAD系统．它不但可以绘制零部件图形，还可标注尺寸和各种符号与技术条件，也可绘制总图，是CAD系统发展的第二阶段．但是，在这种系统中所采用的最优化设计方法，通常是在结构型式、材料已定的条件下进行优化的，如果需要修改结构型式或材料种类，则必须重新上机，再次选取最优方案。因此，为了提高设计效率，出现了人机对话交互型的CAD系统，即利用新型的、先进的计算机外围设备来实现人机对话，使设计人员的设计经验能够随时干预设计的中间过程。从而在设计人员的参与下，可以随时改变结构型式或材料，以达到满意的结果。

CAD概念不断地变化，反映了计算机技术在工程实践中应用的不断进展。80年代初，在英国召开的第二届国际CAD会议上对CAD的概念作了讨论，认为CAD是一个系统的概念，在这个系统中应当包括五项基本内容：1．能进行各种复杂的工程计算(包括最优化设计)；2．能进行二维和三维图形的设计及图形显示，且能进行绘图；3．能够自动交换信息，有完善的数据库支持整个设计过程；4．能对设计的产品作各种性能分析；5．能制订各种文件、包括明细表等。

CAD的主要优点如下：

①可使设计效率提高数十倍以上，并且可以在制造产品前利用计算机模拟机械的工作条件进行试验，预测产品的性能，以缩短产品研制周期。

②减少设计错误，提高设计计算精度，并能处理复杂的工程计算(如有限元法、优化设计等)，从而提高了产品的设计质量。

③可将CAD和CAM(Computer Aided Manufacturing，即计算机辅助制造)相接合，实现设计和制造两过程联合的一体化生产，使生产效率得到提高。

④节约人力，降低成本。