什么是计算机辅助设计CAD？

计算机辅助设计 (CAD) 是使用计算机（或工作站）来帮助创建、修改、分析或优化设计。

什么是计算机辅助设计？
通常，计算机辅助设计 (CAD) 有两种定义：

计算机辅助绘图：
将设计中的所有数据或草图传送到计算机系统，经过处理后，得到制造所需的各种工程图纸。可以将输入或处理生成的工程图纸上的数据进行分类整理，形成数据库。为了修改图纸，还可以输出各种形式进行制造加工。

计算机辅助设计：
将设计所需的各种规格和条件输入计算机系统，利用数据库中整理的设计方法和所需数据（如材料性能）进行计算或决策。最后得到各种工程尺寸和加工程序等。计算机辅助设计有时包括模拟。即设计模型（软件模型），直接在计算机上测试其性能，检查设计是否有问题。仿真可以节省物理测试的成本，也可以帮助最佳设计，即在要求的规格和条件下，计算出最佳尺寸，找到最佳加工方案。

目前，CAD系统仍以计算机制图、绘图和实体模拟为主。因此，CAD系统多以其绘图能力作为分类标准。下面简单介绍一下现有的几个系统。

二维绘图（2D）：
2D系统的软件模仿投影图像的绘制。一般简单的图形，从二维系统的CAD机输入，并不比在绘图台上绘图省时，但如果某些零件或元件出现的次数较多，CAD可以节省大量的绘图时间。特别是在柔性生产系统中，小批量生产，经常用到很多标准件，这时候二维系统就是一个非常有效的工具。绘图系统将所有元器件的相关数据存储在计算机的内存中。为了便于访问和分类，该系统包括一个数据库。新建的组件或组件也可以对原有组件或组件进行修改和存储。

如果不同品牌的CAD机器要相互配合使用，接口是个大问题，连专家都头疼。

选择二维绘图：
和2D一样，也是表示xy平面的图形。不过它比2D更高级，可以选择要表示的图像的z坐标位置。用户可以选择不同的z坐标，即选择不同的投影平面（截面）进行投影。同时，他们还可以改变投射方向以获得不同的视角。不同 z 坐标的投影通常会添加不同的颜色。

三维绘图（3D）：
它可以在平面上表达三维图形（轮廓脊线图）。3D 软件可以提供对象的旋转。（你必须事先输入足够的点和线数据）一些3D系统软件可以计算出物体的体积、重量、转动惯量和重心。（系统必须有足够的数据来确定哪个部分是空心的，哪个部分是实心的。）

物体的形状越不规则，脊线就越多，3D 图形就越难看。所以3D系统的软件必须要有上色的方法，让不同种类的线材有不同的颜色，达到清晰的视觉效果。在实际观察物体时，有些脊线是看不见的，因此在设计软件时必须考虑到这些问题。不同的点和线必须隐藏在不同的角度。另一种软件技术称为分层。当代表一个平面的构型图过于复杂时，可以将构型分成几幅图，以便于识别。比如把所有的螺丝孔和螺丝都排在一张图上，其他的配置排在其他图上。

表面造型：
比3D系统更先进。物体的软模型由构成轮廓的各个表面组成。系统软件可以帮助在不同的表面上着色。与3D系统一样，可以从不同的角度观察物体，隐藏真实物体看不到的线和面。当然，每条线和每一个面的颜色都不会受到物体旋转的影响。有些系统可以计算出物体每个位置的光度和阴影（必须先给出光源的位置），从而使生成的图片更接近真实物体。

实体造型：
人体模型可以说是设计师软件的物理原型。体积模型系统与上述系统最大的区别是使用了视觉投影（透视），而不是一般工程制图中使用的平行投影。因此，您看到的图片可以与实物完全一致。体积模型系统仍然可以提供不同位置的横截面视图。3D系统虽然可以剖面，但只能表示点线，没有面模型的作用。体积模型是根据点的位置和每个位置的属性来建立模型的，因此无需输入额外的数据就可以计算出实体的物理量。

目前这个系统太贵了，所以只有航空业使用这个系统。由于飞机和航天器必须尽可能减轻重量，因此设计、仿真和检测要求非常高，不惜投入巨额成本。

人体模型系统的处理速度并不快。要想拥有和3D系统一样的处理速度，其计算能力必须比3D系统强十倍。人体模型系统有一个很大的优势，它可以做物理适配（fit）实验。元器件设计完成后，就可以在终端上进行组装实验了。人体模型的软件结构非常适合仿真程序的设计。如果发现装配不兼容，可以及时修改设计。