计算机辅助设计现状及展望[1].doc2(1)

云南经贸外事职业学院

毕业论文

题目计算机辅助设计现状及展望系部工程与机电系

班级 09级工程造价（2）班

专业工程造价

姓名张晓艳

指导教师杨滔

2012年 3 月 10 日

目录

一、内容摘要------------------------------------1

二、计算机辅助设计的简介及起源、发展---------------------2

三、计算机辅助设计的应用---------------------------------3

四、计算机辅助设计的发展趋势-----------------------------4

五、参考文献---------------------------------------------6

计算机辅助设计现状及展望

内容摘要：计算机辅助设计（CAD-Computer Aided Design）这一概念是由麻省理工学院的一个CAD开发小组率先于20世纪60年代初提出的。本文通过概括当前建筑领域计算面辅助设计，CA D软件的优缺点及发展的核心竞争力。并且研究了该软件在实际情况中的运用。同时提出了计算机建筑辅助设计CAD软件进一步发展所应具备的条件。同时让大家意识到计算机辅助设计CAD软件在未来建筑设计中的重要性。

关键词：辅助设计建筑领域

一、计算机辅助设计的简介及起源、发展：

（一）计算机辅助设计的简介

计算机辅助设计(CAD-Computer Aided Design)指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形，使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。

（二）计算机辅助设计的起源

计算机辅助设计（CAD-Computer Aided Design）这一概念是由麻省理工学院的一个CAD开发小组率先于20世纪60年代初提出的。1967年，美国洛克希德公司开发出商用的CADAM系统，CAD的利用（主要在航空、汽车以及船舶制造领域）开始进入了实用化阶段。不过当时绝大多数的CAD系统都是自行开发自行使用为主，而且往往是针对某个课题独立研发，针对具体使用目的编制专业程序来完成设计的自动化，因此无法将设计者的意图及时反映到设计中去。到了70年代中期，计算机的主流由大型机向个人机以及微型机的方向转变，CAD系统的开发者与使用者开始分化，出现了专业的CAD系统开发商。进入80年代，CAD 与微型机以及工作站相结合，不仅在CAD利用的传统领域诸如机械、电子电路等方面不断发展，而且在建筑产业、家用电器等工业设计领域呈现出多样化的利用形态。80年代后期，CAD与计算机图形处理技术（CG-Computer Graphics）相融合，由2维平面制图系统向生产加工数据用的3维CAD系统方向飞速发展。进入90年代后期，随着网络技术的迅猛发展为CAD的集成与协同提供了强有力的支持，使得并行工程处理作业成为可能。以工程项目为核心，不同地域的生产“虚拟群体”能及时地共享图形库、数据库、材料库及一切上网资源。

（三）计算机辅助设计的发展

70年代，小型计算机费用下降，美国工业界才开始广泛使用交互式绘图系统。

80年代，由于PC机的应用，CAD得以迅速发展，出现了专门从事CAD 系统开发的公司。当时VersaCAD是专业的CAD制作公司，所开发的CAD软件功能强大，但由于其价格昂贵，故不能普遍应用。而当时的Autodesk公司是一个仅有员工数人的小公司，其开发的CAD系统虽然功能有限，但因其可免费拷贝，故在社会得以广泛应用。同时，由于该系统的开放性，该CAD软件升级迅速。

设计者很早就开始使用计算机进行计算。有人认为Ivan Sutherland

在1963年在麻省理工学院开发的Sketchpad是一个转折点。SKETCHPAD的突出特性是它允许设计者用图形方式和计算机交互：设计可以用一枝光笔在阴极射线管屏幕上绘制到计算机里。实际上，这就是图形化用户界面的原型，而这种界面是现代CAD不可或缺的特性。

CAD最早的应用是在汽车制造、航空航天以及电子工业的大公司中。随着计算机变得更便宜，应用范围也逐渐变广。

CAD的实现技术从那个时候起经过了许多演变。这个领域刚开始的时候主要被用于产生和手绘的图纸相仿的图纸。计算机技术的发展使得计算机在设计活动中得到更有技巧的应用。如今，CAD已经不仅仅用于绘图和显示，它开始进入设计者的专业知识中更“智能”的部分。

随着电脑科技的日益发展，性能的提升和更便宜的价格，许多公司已采用立体的绘图设计。以往，碍于电脑性能的限制，绘图软件只能停留在平面设计，欠缺真实感，而立体绘图则冲破了这一限制，令设计蓝图更实体化。

CAD属于新兴的交叉型学科。在CAD软件发展初期，CAD的含义仅仅是图板的替代品，也就是Computer Aided Drawing(或Drafting)，意为计算机辅助绘图，而不是现在我们所讨论的CAD（Computer Aided Design）的全部内容。直到70年代末期，CAD技术以二维绘图为主要目标，此后二维绘图技术作为CAD技术的一个分支而相对独立、平稳地发展。在今天中国的CAD用户，特别是初期CAD用户中，二维绘图仍然占有相当大的比重。

综观CAD的发展过程，经历了诸如曲面造型技术、实体造型技术、参数化技术及变量化技术等重大技术革命。CAD技术基础理论的每一次重大进展，都带动了CAD/CAM/CAE整体技术的提高以及制造手段的更新。其中，CAM指Computer Aided Manufacturing，意为计算机辅助制造，是利用计算机来进行生产设备管理控制和操作的过程，在整个过程中，输入零件的工艺路线和工艺内容，输出刀具加工时的运动轨迹和数控程序；CAE指Computer Aided Engineering，意为计算机辅助工程，是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、稳定性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。总

之，CAD技术自诞生之日起，一直处于不断发展和探索中，正是这种此消彼长的互动与交替，造就了今天CAD技术的兴旺和繁荣。

二、计算机辅助设计的应用

近十几年来占据计算机辅助绘图与设计市场主导地位的是美国Autodesk 公司的AutoCAD软件。该软件是由美国Autodesk公司于20世纪80年代初，为在计算机上应用CAD技术而开发的绘图软件包，最早版本为AutoCAD 1.0（1982年11月推出）；经过20多年的发展，现已经成为国际上广为流行的绘图工具。

AutoCAD具有友好的用户界面，通过使用对话框或命令行方式可进行各种操作，熟练掌握它的应用和开发技巧，便可大大提高工作效率。

AutoCAD具有广泛的适应性，它可以在各种操作系统支持的微型计算机和工作站上运行，并支持分辨率由320×200到2048×1024的图形显示设备40多种，数字化仪和鼠标器30余种，绘图仪和打印机数十种，这就为AutoCAD的广泛普及创造了条件

AutoCAD软件主要具有以下特点：

（1）具有完善的图形绘制功能；

（2）具有强大的图形编辑功能；

（3）可以采用多种方式进行二次开发或用户定制；

（4）可以进行多种图形格式的转换，具有较强的数据交换能力；

（5）支持多种硬件设备；

（6）支持多种操作平台；

（7）具有通用性、易用性，适用于各类用户。

AutoCAD的基本功能：

（一）平面绘图：能以多种方式创建直线、圆、椭圆、多边形、样条曲线等基本图形对象。AutoCAD提供了正交、对象捕捉、

极轴追踪、捕捉追踪等绘图辅助工具。正交功能使用户可以

很方便地绘制水平、竖直直线，对象捕捉可帮助拾取几何

对象上的特殊点，而追踪功能使画斜线及沿不同方向定位点

变得更加容易。

（二）编辑图形：AutoCAD具有强大的编辑功能，可以移动、复制、旋转、阵列、拉伸、延长、修剪、缩放对象等。标注尺寸。

可以创建多种类型尺寸，标注外观可以自行设定。书写文字。

能轻易在图形的任何位置、沿任何方向书写文字，可设定文

字字体倾斜角度及宽度缩放比例等属性。图层管理功能。图

形对象都位于某一图层上，可设定图层颜色、线型、线宽等

特性。

（三）三维绘图：可创建3D实体及表面模型，能对实体本身进行编辑。网络功能。可将图形在网络上发布，或是通过网络访

问AutoCAD资源。数据交换。AutoCAD提供了多种图形图像

数据交换格式及相应命令。二次开发。AutoCAD允许用户定

制菜单和工具栏并能利用内嵌语言Autolisp、Visual Lisp、

VAB、ADS、ARX等进行二次开发。

（四）绘图辅助工具：提供了正交、对象捕捉、极轴追踪、捕捉追

踪等。正交功能使用户可以很方便地绘制水平、竖直直线，

对象捕捉可帮助拾取几何对象上的特殊点，而追踪功能使

画斜线及沿不同方向定位点变得更加容易。

（五）标注尺寸：可以创建多种类型尺寸，标注外观可以自行设定。

（六）书写文字：能轻易在图形的任何位置、沿任何方向书写文字，可设定文字字体、倾斜角度及宽度缩放比例等属性。

（七）图层管理功能：图形对象都位于某一图层上，可设定图层颜色、线型、线宽等特性。

（八）网络功能：可将图形在网络上发布，或是通过网络访问AutoCAD资源。

（九）数据交换：提供了多种图形图像数据交换格式及相应命令。

CAD的基本技术：

主要包括交互技术、图形变换技术、曲面造型和实体造型技术等。

在计算机辅助设计中，交互技术是必不可少的。交互式cad系统，指用户在使用计算机系统进行设计时，人和机器可以及时地交换信息。采用交互式系统，人们可以边构思、边打样、边修改，随时可从图形终端屏幕上看到每一步操作的显示结果，非常直观。

图形变换的主要功能是把用户坐标系和图形输出设备的坐标系联系起来；对图形作平移、旋转、缩放、透视变换；通过矩阵运算来实现图形变换。

实体造型技术(Solid Modeling)是计算机视觉、计算机动画、计算机虚拟现实等领域中建立3D实体模型的关键技术。实体造型技术是指描述几何模型的形状和属性的信息并存于计算机内，由计算机生成具有真实感的可视的三维图形的技术。[

计算机设计自动化计算机自身的cad，旨在实现计算机自身设计和研制过程的自动化或半自动化。研究内容包括功能设计自动化和组装设计自动化，涉及计算机硬件描述语言、系统级模拟、自动逻辑综合、逻辑模拟、微程序设计自动化、自动逻辑划分、自动布局布线，以及相应的交互图形系统和工程数据库系统。集成电路cad有时也列入计算机设计自动化的范围。

三、计算机辅助设计的发展趋势

CAD技术作为成熟的普及技术已在企业中广泛应用，并已成为企业的现实生产力。围绕企业创新设计能力的提高和网络计算环境的普及，CAD技术的发展趋势主要围绕在标准化、开放化、集成化、智能化四方面。

（一）标准化

除了CAD支撑软件逐步实现ISO标准和工业标准外，面向应用的标准构件（零部件库）、标准化方法也已成为CAD系统中的必备内容，且向着合理化工程

设计的应用方向发展。

传统形式的手画工程图已经有了成熟的国际标准，相互都能理解。而存储在磁盘、光盘上的形形色色的CAD二进制数字记录，要想实现标准化就复杂、困难得多。从80年代中期起，ISO国际标准化组织着手酝酿制订这类标准，称作ISO10303《产品数据表达与交换标准》，简称STEP。它要涵盖所有人工设计的产品，采用统一的数字化定义方法。由于STEP标准涉及的面非常宽，众口难调，标准的制定过程十分缓慢，存在问题很多。而在我国，CAD应用工程的实施具有更加严密的组织领导体系，而且实际从事CAD应用软件开发的单位相对比较集中，起步比国外晚，不存在要与过去开发的老系统保持兼容问题。如果我国采取主动贯彻STEP积极思想的方针，不纠缠于过分繁琐的技术细节，针对我国的现实需要和技术发展前景，及早统一协调自主开发软件的数据模型，这将有助于推动国内CAD界的学术研究风气，促进CAD软件开发水平的大幅度提高。这种主动出击的策略要比单纯等待STEP标准草案一版一版更新有利得多。回顾历史，CAD 和计算机图形学的国际标准制定总是滞后于市场上的工业标准。CAD产品更新频繁。谁家产品的技术思想领先，性能最好，用户最多，主导了市场，谁就是事实上的工业标准。CAD技术的发展不是一种纯学术行为，它是在高技术产品所固有的激烈市场竞争中不断向前推进，永无止境。

CAD软件一般应集成在一个异构的工作平台之上，为了支持异构跨平台的环境，就要求它应是一个开放的系统，这里主要是靠标准化技术来解决这个问题。

目前标准有两大类：一是公用标准，主要来自国家或国际标准制定单位；另一是市场标准，或行业标准，属私有性质。前者注重标准的开放性和所采用技术的先进性，而后者以市场为导向，注重考虑有效性和经济利益。后者容易导致垄断和无谓的标准战。通过总结这个领域几十年标准化工作的经验，不少标准化专家已认识到存在的问题，这已经成为进一步制定标准的障碍。因此提出应对传统的标准化工作进行革新。有专家建议标准革新的目标是公用标准应变成工业标准，也就是说革新后仍应以公用标准为基础，不过要从工业标准中吸收其注重经济利益和效率的优点。另外，也有人提出现在制定标准的单位很多，但是标准制定过程却没有标准，这也是标准革新过程中值得考虑的问题。这些观点对我国制定CAD标准也许有所启迪。

（二）开放化

CAD系统目前广泛建立在开放式操作系统窗口95／98／NT和UNIX平台上，在Java LINUX平台上也有CAD产品，此外CAD系统都为最终用户提供二次开发环境，甚至这类环境可开发其内核源码，使用户可定制自已的CAD系统。

（三）集成化

CAD技术的集成化体现在三个层次上：其一是广义CAD功能CAD/CAE/CAPP/CAM/CAQ/PDM/ERP经过多种集成形式成为企业一体化解决方案，推动企业信息化进程。目前创新设计能力（CAD）与现代企业管理能力（ERP、PDM）

的集成，已成为企业信息化的重点；其二，是将CAD技术能采用的算法，甚至功能模块或系统，做成专用芯片，以提高CAD系统的效率；其三是CAD基于网络计算环境实现异地、异构系统在企业间的集成。应运而生的虚拟设计、虚拟制造、虚拟企业就是该集成层次上的应用。

国际CAD商品系统开发的另一个趋势是在全球范围内优选最成功的功能构件，进行集成。至今最成熟的几何造型平台有两家：Parasolid和ACIS；几何约束求解构件有一家，它的主要产品是2D和3D DCM。我国开发的机械CAD应用系统已经部分采用ACIS和Parasolid平台，这是合理的。但是国际上近来又有一种思潮，要求软件开发自由化，以免受制于一、二家公司垄断性产品的束缚。这就是选用Linux操作系统以及在它基础上开发各种共享软件，开放源程序。我国也在酝酿自主开发因特网、操作系统、以及各种办公的国产化系统。这时，自研制几何造型通用平台和各种功能构件也将提上议事日程，我们要及早做好准备。

（四）智能化

设计是一个含有高度智能的人类创造性活动领域，智能CAD是CAD发展的必然方向。从人类认识和思维的模型来看，现有的人工智能技术对模拟人类的思维活动（包括形象思维、抽象思维和创造性思维等多种形式）往往是束手无策的。因此，智能CAD不仅仅是简单地将现有的智能技术与CAD技术相结合，更要深入研究人类设计的思维模型，并用信息技术来表达和模拟它。这样不仅会产生高效的CAD系统，而且必将为人工智能领域提供新的理论和方法。CAD的这个发展趋势，将对信息科学的发展产生深刻的影响。

计算机辅助设计的推广与普及，已经成为当今社会的必然趋势，在高速发展的今天，相信计算机辅助设计能够让我们的设计者们拥有更加轻松的设计手段，更好的完成各种设计。

参考文献：

1.《青海大学学报.自然科学版》1998年第6期

2.徐慧萍.金逸峰《国内外CAD图形软件介绍》（I）

3.应道宁《计算机绘图（M）》杭州.浙江大学出版社.1996.1-4

4.CAD技术的应用与发展趋势浅析

5《计算机辅助设计》王彦惠主编