永城职业学院

论文题目：

毕 业 论 文 专 业： 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 2013年 9 月 27 日计算机辅助设计在企业管理中应用与发展

目录

摘要 1 1 计算机辅助设计简介 1

1.1 CAD的含义 1

1.2 CAD的应用范围 2

1.3 计算机辅助设计应用的优势 3

1.4 CAD的发展历史 4

2 计算机辅助设计的应用 5

2.1 计算机辅助技术在机械设计中的应用 5

2.2 计算机辅助设计在建筑设计中的应用 6

2.3 计算机辅助设计在牙科专业的应用 8

2.4 CAD技术在其他领域的应用 9

3 CAD的发展趋势 9 4 CAD技术研究开发热点 11

4.1计算机辅助概念设计 11

4.2 计算机支持的协同设计 12

4.3 海量信息存储、管理和检索 12

4.4 设计法研究及其相关问题 13

4.5 支持设计创新 13

4.6 用户接口的智能化和人性化 13

4.7 造型技术 13

4.8 产品数据共享 14

5 结束语 14 6 参考文献 14 7 毕业论文成绩评定表 16

计算机辅助设计的应用与发展

摘要：CAD进行数字和图形信息处理，以实现产品设计、造型和数控加工的自动编程软件，具有知识密集、综合陆强、初始投入大的特点。它的普及应用将使建筑规划设计和机械产品设计制造生产的传统模式发生深刻的变化，从而带动建筑行业和机械制造业技术的快速发展，是当前国际科技领域的前沿课题。CAD技术作为成熟的普及技术已在企业中广泛应用，本文从CAD的含义入手，简单介绍了目前CAD的几种主流软件。主要介绍了CAD技术未来的发展趋势。

关键词：CAD 建筑设计 机械设计 应用 发展

1 计算机辅助设计简介

1.1 CAD的含义

CAD即计算机辅助设计（Computer Aided Design）。利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作 。简称CAD。在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。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，可以快速作出图形显示出来，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。CAD能够减轻设计人员的劳动，缩短设计周期和提高设计质量。

1972年10月，国际信息处理联合会（IFIP）在荷兰召开的“关于CAD原理的工作会议”上给出如下定义：CAD是一种技术，其中人与计算机结合为一个问题求解组，紧密配合，发挥各自所长，从而使其工作优于每一方，并为应用多学科方法的综合性协作提供了可能。CAD是工程技术人员以计算机为工具，对产品和工程进行设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。

CAD技术是电子信息技术的一个重要组成部分；它是利用计算机硬、软件系统辅助人们对产品或工程进行设计的方法与技术，包括设计、绘图、工程分析与文档制作等设计活动。它是综合了计算机科学与工程设计方法的最新发展而形成的一门新兴学科。从广

义上说，CAD技术包括二维工程绘图、三维几何设计、有限元分析、数控加工、仿真模拟、产品数据管理、网络数据库以及上述技术（CAD/CAE/CAM）的集成技术等。

目前，CAD技术可以实现设计中的大多数活动，但也有一些活动还难用CAD技术来实现，如设计的需求分析、设计的可行性研究等。将设计过程中能用CAD技术实现的活动集合在一起就构成了CAD过程，图1就说明了设计过程与CAD过程的关系。

1.2 CAD的应用范围

早期CAD是一个包括应用范围很广的软件，概括来说，CAD的设计对象有两大类，一类是机械、电气、电子、轻工和纺织产品；另一类是工程设计产品，即工程建筑，国外简称AEC(Architecture、Engineering和Construction)。而如今，CAD技术的应用范围已经延伸到艺术、电影、动画、广告和娱乐等领域，产生了巨大的经济及社会效益，有着广泛的应用前景。

CAD在机械制造行业的应用最早，也最为广泛。采用CAD技术进行产品设计不但可以使设计人员“甩掉图板”，更新传统的设计思想，实现设计自动化，降低产品的成本，提高企业及其产品在市场上的竞争能力；还可以使企业由原来的串行式作业转变为并行作业，建立一种全新的设计和生产技术管理体制，缩短产品的开发周期，提高劳动生产率。如今世界各大航空、航天及汽车等制造业巨头不但广泛采用CAD/CAM技术进行产品设计，而且投入大量的人力物力及资金进行CAD/CAM软件的开发，以保持自己技术上的领先地位和国际市场上的优势。

计算机辅助建筑设计（ComputerAidedArchitectureDesign，简称CAD）是CAD在建筑方面的应用，它为建筑设计带来了一场真正的革命。随着CAAD软件从最初的二维通用绘图软件发展到如今的三维建筑模型软件，CAAD技术已开始被广为采用，这不但可以

提高设计质量，缩短工程周期，还可以节约2%至5%的建设投资，而近几年来我国每年的基本建设投资都有几千亿元之多，如果全国大小近万个工程设计单位都采用CAD技术，则可以大大提高基本建设的投资效益。

CAD技术还被用于轻纺及服装行业中。以前我国纺织品及服装的花样设计、图案的协调、色彩的变化、图案的分色、描稿及配色等均由人工完成，速度慢、效率低，而目前国际市场上对纺织品及服装的要求是批量小、花色多、质量高、交货要迅速，这使得我国纺织产品在国际市场上的竞争力不强。采用CAD技术以后，大大加快了我国纺织及服装企业走向国际市场的步伐。

如今，CAD技术已进入到人们的日常生活中，在电影、动画、广告和娱乐等领域大显身手。电影拍摄中利用CAD技术已有十余年的历史，美国好来坞电影公司主要利用CAD技术构造布景，可以利用虚拟现实的手法设计出人工不可能做到的布景。这不仅能节省大量的人力、物力，降低电影的拍摄成本，而且还可以给观众造成一种新奇、古怪和难以想像的环境，获得极大的票房收入。比如美国的《侏罗纪公园》、《星球大战》、《ET》等科幻片以及完全用三维计算机动画制作的影片《玩具总动员》，都取得了极大的成功。轰动全球的大片《泰坦尼克》应用了大量的三维动画制作，用计算机真实地模拟了泰克尼克航行、沉船的全过程。此外，动画和广告制作中也充分利用了计算机造型技术，实质上也是一种虚拟现实技术。虚拟现实技术还被用于各种模拟器及景物的实时漫游、娱乐游戏中。

近十年来，在CIMS工程和CAD应用工程的推动下，我国计算机辅助设计技术应用越来越普遍，越来越多的设计单位和企业采用这一技术来提高设计效率、产品质量和改善劳动条件。目前，我国从国外引进的CAD软件有好几十种，国内的一些科研机构、高校和软件公司也都立足于国内，开发出了自己的CAD软件，并投放市场，我国的CAD技术应用呈现出一片欣欣向荣的景象。

1.3 计算机辅助设计应用的优势

作为一项被世界各国广泛应用的计算机技术，CAD技术是衡量一个国家工业水平的重要标志之一，也是衡量一个企业技术水平的重要标志。利用计算机实现生产设计和生产，是降低成本提高工程设计中的精确强度，加强竞争与夺标能力的有力手段。计算机绘图是建立起某种模式和方法，使计算机领会人的意图， 进行科学分析和计算，作出

判断和选择，最后输出满意的设计结果和生产图纸。它是设计者向系统输人根据设计要求建立起来的数学模 型和设计参数，让计算机去检查有关的资料，并根据相应的公式和标准规范进行计算机优化、显示出设计结果。其还可以在屏幕上对设计结果进行放、缩、旋转、平移等变换。如果用户不满意，可以对设计图形作出修改、剪裁、拼接等处理，直到获得满意的结果，最后由绘图机输出图样。功能和很高的数学精度，其有效位数已完全能够满足工程测量中的需要。在工作期间。可将所有图纸、所有工程量表格及文档进行分类，其重点是对图纸文件利用AutoCAD进行总图的绘制，在以后的工作中，就可以在总图上进行查找，它将更好的减轻测量人员的外业劳动强度，更好地提高测景作业效率和作业精度。

较之于传统的手绘图设计，计算机辅助设计软件CAD的优点主要体现在以下几个方面。其一，使设计工具集中化 计算机作为设计工具，代替了所有其它传统设计工具。如常用 的纸、笔、直尺、圆规、三角板等。减轻了常规制图的劳动强度。自从使用 电脑绘图后，桌子上少了笔、尺、圆规、三角板等，随着小小鼠标的移动，一张工整的图纸便呈现在面前。其二，避免了重复性工作，大大减少了工作强度。在以往的绘图工作中，往往需要绘制不同比例的样图，是重新绘制，而计算机只要将图纸提出，加以简单放大或缩小就可以得到所需的各种比例样图。计算机是个善于复制和修改的能手，它能使重复性工作大为减少，提高工作效率。其三，在图纸管理方面为工作者提供了很大的方便。传统的图纸修改，首先要刮图纸，极易造成图纸损坏，大大影响了图纸的美观性。而在计算机中对图纸进行，无论修改多大面积的绘图，对图纸修改多少次，即使是牵涉到图的重新排版，都可以很方便地完成，并且在最后出图时不留痕迹。并且对于保存的大量图纸还可以按一定的顺序，比如名称、规格、类型等进行分类，打印成图，或者刻录到光盘中，永久保存，不但减少档案柜占据的工作空间，也有效地防止了由于计算机损坏造成的图纸资料的丢失。计算机操作系统还提供了强大的目录管理功能，可使不同类别的图纸存放在各个不同的文件夹中，以代替庞大的文件柜和分件夹，还可对这些图纸资料进行复制、备份、提取和整理。现在，除了正常绘制加工所需的图纸外，正逐步把文件柜中保存多年的图纸资料输入到计算机中。

1.4 CAD的发展历史

CAD技术的发展大体经历了四个阶段。

（1）形成阶段

1950年美国麻省理工学院采用阴极射线管(CRT)研制成功图形显示终端，实现了图形的屏幕显示，从此结束了计算机只能处理字符数据的历史，并在此基础上，孕育出一门新兴学科—计算机图形学。

（2）发展阶段

20世纪50年代后期出现了光笔，从此开始了交互式绘图的历史。

20世纪60年代初，屏幕菜单指点、功能键操作、光笔定位、图形动态修改等交互绘图技术相继出现。1962年美国人Ivan Sutherland开发出第一个交互式图形系统——Sketchpad。此后，相继出现了一大批商品化CAD软件系统。但是由于显示器价格昂贵，CAD系统很难推广。直到60年代末期，显示技术有了突破，显示器价格大幅度下降，CAD系统的性能价格比大大提高，CAD用户开始以每年30％的速度逐年递增。

在显示技术发展的同时，计算机图形学也得到了很大发展，整个70年代，以二维绘图和三维线框图形为主的CAD系统形成主流。

（3）成熟阶段

第一个实体造型(Solid Modeling)试验系统诞生于1973年，第一代实体造型软件于1978年推向市场，80、90年代实体造型技术成为CAD技术发展的主流，并走向成熟，出现了一批以三维实体造型为核心的CAD软件系统。实体造型技术的发展和应用大大拓宽了CAD技术的应用领域。

（4）集成阶段

CAD对设计过程和制造过程所产生的巨大推动作用已被认同，加之设计和制造自动化的需求，集成化CAD系统的出现是自然而然的事。到了20世纪90年代，几乎所有的CAD系统都通过自行开发或购买配套模块的方式实现了系统集成。

2 计算机辅助设计的应用

2.1 计算机辅助技术在机械设计中的应用

2.1.1零件与装配图的实体生成

（1）零件的实体建模。CAD的三维建模方法有三种,即线框模型、表面模型和实体模型。在许多具有实体建模功能的CAD软件中,都有一些基本体系。如在

AutoCAD的三维实体造型模块中,系统提供了六种基本体系,即立方体、球体、圆柱体、圆锥体、环状体和楔形体。对简单的零件,可通过对其进行结构分析,将其分解成若干基本体,对基本体进行三维实体造型,之后再对其进行交、并、差等布尔运算,便可得出零件的三维实体模型。

对于有些复杂的零件,往往难以分解成若干个基本体,使组合或分解后产生的基本体过多,导致成型困难。所以,仅有基本体系还不能完全满足机器零件三维实体造型的要求。为此,可在二维几何元素构造中先定义零件的截面轮廓,然后在三维实体造型中通过拉伸或旋转得到新的“基本体”,进而通过交、并、差等得到所需要零件的三维实体造型。

（2）实体装配图的生成。在零件实体构造完成后,利用机器运动分析过程中的资料,在运动的某一位置,按各零件所在的坐标进行“装配”,这一过程可用CAD软件的三维编辑功能实现。

2.1.2 模具CAD/CAM的集成制造

随着科学技术的不断发展,制造行业的生产技术不断提高,从普通机床到数控机床和加工中心,从人工设计和制图到CAD/CAM/CAE,制造业正向数字化和计算机化方向发展。同时,模具CAD/CAM技术、模具激光快速成型技术(RPM)等,几乎覆盖了整个现代制造技术。

一个完整的CAD/CAM软件系统是由多个功能模块组成的。如三维绘图、图形编辑、曲面造型、仿真模拟、数控加工、有限元分析、动态显示等。这些模块应以工程数据库为基础,进行统一管理,而实体造型是工程数据的主要来源之一。

2.1.3 机械CAE软件的应用

机械CAE系统的主要功能是:工程数值分析、结构优化设计、强度设计评价与寿命预估、动力学/运动学仿真等。CAD技术在解决造型问题后,才能由CAE解决设计的合理性、强度、刚度、寿命、材料、结构合理性、运动特性、干涉、碰撞问题和动态特性等。

2.2 计算机辅助设计在建筑设计中的应用

建筑设计是一个从模糊走向清晰的创作过程。最初的方案可能只是一个想法,而不一定是某个具体的建筑物。建筑师所做的工作就是直接对头脑中的图物进行创造、推敲,并将它们直观地表现出来,由于建筑物的表现与设计本身总有一段距离,使得设计与表现不能同步发展,这无疑给我们的设计带来诸多不便。随着计算机技术的迅猛发展,电脑参与建筑设计,建筑师可以利用电脑强大的三维建模和显示功能在设计与表现中架设起一段桥梁,将两者联系起来,使设计与表现同步发展,实现设计与表现一体化。

近年来建筑设计软件不断更新完善。从3DS到3DSMAX和3DVIZ,这些建筑设计三维软件为建筑师利用电脑进行三维形体研究提供了极大的方便。当我们对建筑设计方案有了最初的构思以后,就可以利用上述软件在环境的三维体块关系中进行型体研究。通过计算机便捷地数据输入来调整各个建筑体块的大小、高矮和空间位置的关系,并结合建筑平面功能的要求对建筑设计进行多方案的比较和验证。由于在电脑里设计与表现是同步进行的,这使得我们有机会在任何一个决策完成的同时,可以直接检验设计方案的空间与形体效果,使设计更加完美。这种从方案构思开始就借助于体形研究并和表现同步发展的设计方式,同以往借助于平、立、剖面来求证建筑的透视,靠孤立的考虑各个建筑立面的虚实关系及形状比例等方法来研究建筑造型的传统方式相比,电脑辅助设计无疑为我们提供了全新的、更有效的、能帮助我们更快、更准确地进行建筑设计的方法和手段。

用电脑做设计意味着建筑造型的任何思考都是建立在三维的基础上,我们自始至终是在三维的状态下进行空间与造型的研究。用电脑做设计不仅仅是给我们提供了一个新方法和手段,更重要的是它将影响和改变今后的建筑设计观念。CAD技术在建筑设计中的优势有以下几点：

(1)环境基地建模:环境与基地的形态是我们从事建筑设计的限定条件,准确、直观的环境基地模型有利于我们更好地分析和理解环境的关系。在方案构思之前,将这一平面的图形,通过电脑转化为准确的三维环境模型,能帮助建筑师从各个角度和更广阔的范围认识和理解环境空间的特征,从而能有效地帮助我们进行建筑体形的构思,为下一步电脑三维形体研究打下基础。

(2)形体模型构思:建筑设计构思的出发点在通常情况下往往来源于现有环境以及基地所限定的条件,而理想建筑体形的产生必须经过对现有环境充分分析和反复验证之后方可实现。当我们对建筑形体有了初步构思以后,便可在环境基地模型的基础上进行建筑形体模型的研究。首先根据建筑的功能要求和面积大小初步确定方案的结构柱网,

这是我们开始利用电脑进行体形研究的前提。伴随着结构柱网和建筑层高的进一步确定,并通过建筑体块的有机组合,这时初步的形体模型便产生了。我们可以从任意角度来观察和检讨自己的设计,从各个方面感受建筑的空间、尺度及环境关系,从中确定理想的空间和建筑造型,最终使设计更臻完美。

(3)多视点及角度的选择:设计是一个不断改变和完善的过程,比较研究则是这一深化过程中经常采用的方法,在电脑三维设计里对建筑造型的比较研究同以往采用手工绘制的方法相比显得极为便捷。一方面我们可以从不同的视点对同一对象进行审视,另一方面则是从同一角度通过对建筑形体变换处理的方法进行比较。在方案体型的研究过程中,选择主要视点,特别是人眼正常视点的模拟选择,可以帮助我们弥补手工模型在体型研究中往往难以把握建筑尺度的缺憾,使设计更加接近于真实的环境,而电脑多视窗的运用,则可以使我们在改变建筑形体模型的同时改变透视效果,这样更有利于进行多方案的比较。

(4)建筑细部推敲:当平面功能关系和电脑三维模型基本确定之后,就可以进入建筑材料、构造尺寸,色彩达配等建筑细部造型处理的深入研究。这时,我们可以在电脑所显示的三维图形及某个局部的放大图上进行这方面的研究。电脑的运用,使得建筑的细部设计具有更多的可选择性,我们可以利用电脑便捷的数据修改和快速的三维显示来对建筑的细部造型及色质关系反复验证,直到达到满意的效果。另外,从某种意义上说由于电脑三维模型用于建筑设计,从而使传统的立面及细部设计演变为在特定视点下的局部三维造型设计的研究。

(5)三维模型与实景合成:由于整个设计方案基本上是在设定了视点的透视状态下进行构思的。因此我们的设计方案可以避免以往通过平、立、剖求出透视来验证三维空间效果时可能出现的理想与实际三维状态有差别或不太理想等缺陷,从而更大程度上可以保证最终的设计方案具有良好的效果与质量。计算机辅助设计的运用使设计与表现同步进行,一旦方案设计完成,表现效果图也随之产生。最后的步骤是通过相机将基地周围的景色采集到电脑中,运用PHOTOSHOP软件将三维模型和周围景点的图像进行拼贴合成,模拟设计方案在真实环境中所呈现的状态。这样可以帮助业主及专业人员进行更加准确和科学的决策,从而提高建筑方案构思的真实性,使之更具说服力。

2.3 计算机辅助设计在牙科专业的应用

CAD系统提供了简洁、灵活、功能强大牙科修复设计功能，包括材料厚度自动调整和补偿、倒扣区域消除及加工补偿等等。这些自动化功能可节省设计师宝贵时间，并减少修复体设计出错几率。所有这些设计通过客户预先设定的参数来快速执行，因而每次只要做非常小的参数调整就能获得满意的结果。

牙科CAD技术使用极其简便，它尤其适合于以前没有任何计算机辅助设计经验的牙科技师和牙科医生使用。软件提供的智能向导，可指导您进行各项设计进程的每一步。牙科CAD直观、简洁的用户界面，确保您在几分钟内完成简单内冠、解剖型内冠、牙冠及牙桥等的3D设计。设计的每一阶段都提供了大量的直观工具，包括截面、阴影和透明选项，以供设计过程中的形状细节检查，确保得到病人希望得到的最佳结果。系统也十分灵活，可十分轻松地开发不同设计并进行比较，例如可使用不同的关键参数，如可轻松改变边缘线和粘接厚度，计算机模型将自动更新，即时反映出各个参数的改变。此外，使用系统提供的雕刻工具，用户可交互式地在模型上增加或减少材质。系统提供的动态编辑工具，使用户可快速、有效地重新造型模型。

牙科CAD提供了手工方法不可实现的设计速度和精度，仅需几分钟，就可以通过输入的扫描数据完成一个完整的牙科修补设计。设计完毕的模型可提交给CAD或其它加工程序进行加工制造。牙科CAD是一开放的设计系统，支持多种格式，因此也可和许多其它扫描仪、加工软件以及计算机控制机床组合使用。

2.4 CAD技术在其他领域的应用

CAD技术除了在制造业和工程设计领域中的应用外，在轻工、纺织、家电、服装、制鞋、医疗和医药乃至文化娱乐和体育方面都会用到CAD技术。轻工中，轻工机械的设计、化妆、洗涤用品、盛器、三维造型、模具设计及包装平面设计。各种小商品的造型设计；纺织行业中印花提花设计、服装CAD及排料、裁剪：制鞋业中造型以及配合人体足部骨骼肌腱的人体工学设计：医药中的分子键结构分析、医疗器械以及辅助医疗手术、家电产品的造型和模具技术，在文化娱乐上已大量利用计算机造型仿真的原始动物和外星人，并将动物画和实际背景以及演员的表演天衣无缝地合在一起，在电影制作技术上大放异彩，拍制出一部部激动人心的巨片。

3 CAD的发展趋势

随着计算机硬件技术的发展，特别是图形处理设备的飞速发展，计算机辅助设计/制造((CAD/CAM)技术以惊人的速度快速发展，有专家评价：“如果把电子技术看作是工业的一次革命的话，那么CAD/CAM是工业的另一次革命，它是计算机对人类文明的巨大推动在工业方面的重要体现，其前景是不可限量的”。 围绕企业创新设计能力的提高和网络计算环境的普及，CAD技术的发展方向主要围绕在标准化、开放式、集成化、智能化四方面。

(1) 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。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。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，并提出应对传统的标准化工作进行革新的相关观点。

(2) 开放性

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。

(3) 集成化

CAD功能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。

(4)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。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。 4 CAD技术研究开发热点

4.1计算机辅助概念设计

根据有关的统计资料表明，产品工本费的70％是在产品设计阶段决定的。同时，一旦概念设计被确定下来，产品设计的60％－70％也就被确定下来。尤其需要提及的是，即使详细设计再好，也难以弥补概念设计阶段所出现的缺陷。还有产品的创新及其所具有的竞争能力基本上也是在概念设计阶段就被确定下的。故概念设计是设计过程中一个非常重要的阶段，它已成为企业竞争的一个制高点。因此计算机辅助概念设计愈来愈受到重视。但另一方面，在概念设计期间，所涉及的设计需求和约束的种种知识，往往是不精确的、近似的或未知的，也就是说复杂性很高，这给CAD技术带来很大的难度。概念设计的过程主要是评价和决策的过程，它涉及到产品功能、动作和结构等因素，它对产品的价格性能、可靠性、安全性等等起决定性的影响作用。正因为应考虑的因素和目标是多方面的。因此评价和决策过程是一个很复杂的，难度很大的过程。目前计算机辅助概念设计的方法可分为两大类：即自动生成方案和交互生成方案。当然，应用时这两种方法可以混合使用。

（1）自动生成方案目前主要采用人工智能技术。为了使计算机有效地支持概念设计活动，需要解决两大难题。即建模问题和推理问题：A．前者是对产品的功能、动作和结构诸因素之间相互影响的复杂关系进行建模或表达。例如汽锅的蒸汽阀门，其功能是防止汽锅爆炸，它的动作是当检测到一定的压力差时，它会自动打开，而其结构是所用的实际构件的布局及其连接关系，建模的结果提供推理用；B．而推理问题实际上就是生成和选择合适的方案。

建模问题主要是建模的表示法，目前已提出各种各样的表示法。如语言、几何模型、图形、对象、知识模型和图像法等等，语言表示法属于一种形式描述方法，它能保证计算机有效地进行推理，称为面向机器的表示法。而图像表示法是一种高可视化的表示法（即可视化思维模型），它侧重于提供一种有助于辅助设计人员创新工作的建模环境，称它为面向人的表示法，而上列其它表示法依次界于这两者之间。

推理问题的重点是在转换过程，即把用户需求映射到实现所给需求集合的一些实际的结构上。难点在于产生和选择合适的映射方法。例如知识获取是人工智能领域中一个大难题，为了解决这一问题，可以采用数据挖掘技术从已有的设计库中自动获取感兴趣的领域知识。

（2）交互技术生成方案由于概念设计的复杂性，自动地生成合适的方案是很困难的。在自动生成和选比方案尚未成熟之前，交互技术是重要手段。在概念设计阶段可充分利用多媒体技术，如包括有效的信息搜索技术，以便在网上可查到大量对概念设计有用的设计例子。又如研究协同概念设计技术，使群体成员易于参与概念设计，并做出积极的贡献。

4.2 计算机支持的协同设计

设计工作是一个典型的群体工作。群体成员既有分工，又有合作。因此群体的工作由两个部分组成：一是个体工作，群体成员应完成的各自分工的任务；另一是协同工作，因为群体工作不可能分解为互相独立的个体工作，群体成员之间存在相互关联的问题。一般称为接口问题，接口难免会出现矛盾和冲突，如不及时发现和协调解决，就会造成返工和损失。传统的CAD系统只支持分工后各自应完成的具体任务，至于成员间接口问题，计算机不能支持，主要靠面谈或某种通讯工具进行讨论并加以解决。但这些方式很难做到及时并充分地协商和讲讨论。因而一项大的设计任务接口问题难免要出差错，这正是为什么设计工作会出现不断反复、不断修改这一过程的主要原因。

4.3 海量信息存储、管理和检索

CAD系统处理的信息愈来愈多，而且是多媒体信息。尽管磁盘容量增长速度很快，但仍远不能满足信息量快速增长的需求。海量信息的存储、管理和快速检索已成为世人瞩目的问题。这除了依靠硬件来解决问题外，DBMS是一重要技术，实践证明，传统的关

系数据库管理系统EDBMS已难已适应要求而采用面向对象和关系相结合的模型可能是个过渡的解决方案。

4.4 设计法研究及其相关问题

设计工作是项复杂的且知识密集的群体活动，为了提高效率必须遵循某种正确的设计方法，虽然设计方法学的研究已有半个多世纪了，但针对CAD的设计法却是最近才有的，称为正规设计流程法，它不仅让我们知道设计是一种流程，还为开发CAD工具提供了依据，因此了解和识别设计过程的不同方面（即不同的设计活动），是开发新一代CAD系统的关键。

4.5 支持设计创新

创新是产品设计的灵魂，如何利用计算机来支持创新，这是个新的课题。目前只能提供一种启迪方法，如存入大量多媒体设计数据，并通过网络方便地供设计人员查询，从而可能引导出意想不到的富有创新的设计。又如利用CSCW工具，通过直接讨论方式来相互启发，产生新的设计思想，促进创新设计。

4.6 用户接口的智能化和人性化

CAD系统的用户界面是人与计算机之间传递交换信息的媒介和对话接口，也是CAD软件系统的重要组成部分。以用户为中心，自然、高效多通道交互技术和无所不在的计算是一项长期的目标，也是当前人机交互的研究热点。采用以用户为中心的CAD软件设计方法，对产品进行开发和实用性工程评价，以保证CAD软件技术及CAD软件产业健康发展。在改善软件界面简化操作步骤、降低操作难度等方面予以创新。

4.7 造型技术

实现与历史无关的造型方法，即产品模型的形状不再依赖于特征创建的先后顺序，这使得三维CAD系统更易于操作使用；全面地支持概念设计和详细设计；几何造型系统能够创建任意几何形状的形体；能够更好地表达产品的完整技术和生产管理信息，支持产品全生命周期的特征造型系统，使产品的设计工作在更商层次上进行，为开发新一代的基于统一产品信息模型的CIMS集成系统奠定基础：具有线段、曲面、实体混合建模

的综合能力和三维尺寸标注功能；支持基于三维像素的造型功能和解决大型复杂产品的装配问题。

4.8 产品数据共享

解决在一些主要CAD系统的用户能够打开来自其他CAD系统中的模型，在不同的CAD系统中图形数据共享与交换问题，使彼此互通，达到共享的目的，并目尽可能地避免在交互过程中可能出现的图形失真、特征和约束信息丢失问题。将通过国际标准化组织制定“产品模型数据交换标准．STEP”，借助三维CAD图形标准来解决上述问题，如采用Surfacer与UG和Pro／E功能相结合的方法，在具体操作中，使用Surfacer进行点、线处理，得到基本控制曲线，然后使用UG和Pro／E引入控制线的数据，进行曲面造型。其中，Pro／E应用的模块主要有ICEM Surf,Pro／DESIGNER(CDRS)等，UG使用的模块主要足UG／Modeling和UG／Surface模块。这几个设计模块都是一般CAD设计时常用到的。需要说明的是在设计过程中，并不是所有的点都是要选取的，为此在确定基准曲面的控制曲线时，需要找出哪些点或线是可用的，哪些点或线是一些细化特征的，需要在以后的设计中用到，而不是在总体设计中就体现出米的。事实上，一些圆柱、凸台等特征是在整体轮廓确定之后，测量实体模型并结合扫描数据生成的。同时应尽量选择一些扫描质量比较好的点或线，对其进行拟合处理。

5 结束语

CAD技术的发展一直是跟着实际应用的需求而发展的，随着CAD技术的广泛应用，新的需求又不断的出现。未来CAD技术的热点，将会在集成化、智能化等方面进一步发展，因而也必将在建筑规划设计、机械设计等各个领域发挥越来越重要的作用。 6 参考文献

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