CAD系统基础

CAD的普及

利用电子计算机进行设计，就叫作计算机辅助设计(CADcomputeraideddesign).

CAD的历史，始于1963年萨瑟兰(I.E.Sutherland)发表的对话式设计制图系统“SKETCHPAD”.从那以后，日趋进步直至今日。可是，最初十年左右的时间，主要局限于用在自由曲面构成的外壳或机身的设计上，如飞机、船舶和汽车等。

构成机械电子学机器零部件的形状，初见似乎颇为复杂，可是，它们通常都是由平面、圆柱面、球面等简单的几何形状组合而成。从这个意义上讲，可以认为利用计算机处理这些基本几何形状比自由曲面更为容易。但是，机器零部件的设计开始成为CAD的对象，却是进入70年代后期的事。

其原因，首先是用于机械设计的CAD系统化的困难，在前述物体外壳或机身设计的情况下，一旦确定了它的形状后，并把它作为数学模型存贮到计算机内，则此模型作为通用数据库就可多目的地使用在模具设计和与物体形状有关的其它构件及零部件设计中。而对于机械来讲，产品规模虽不大，但零部件的种类和件数却极其庞大，所以形状的输入非常繁多复杂.而且由于我们不能期望利用以输入形状数据为通用数据的数据库，所以开发通用的大型系统就是一件困难的事情。

但是，当进入70年代后期，由于大规模集成技术的迅猛发展。使终端显示器造价显著下降，设计人员数人共用一台工作站已不是梦幻。其结果，利用CAD专业制造厂商提供的硬件和软件，能

够直接进入设计的比较小规模的整套系统得到普及，机械设计领域也开始迎来了CAD化。近来，由于微型计算机的显著进展，在市场上买到的微机上，只要加上CAD专用软件，就可以构成简易型CAD系统。这种系统已被广泛使用。

就这样，CAD在机械电子学的机械设计领域里开始确确实实地扎下了根，可是，从设计工作整体出发，冷静地从调查CAD的现实效果来看，相当多的是偏于使用方法。也就是说，处于像制图这样一些设计工作的低级过程，它是CAD当前的主要对象，

CAE的兴起

在设计方面，以方案论证、强度和机构分析、模拟等为基础的评价，是决定设计物性能和价值的重要过程。也可以说，设计的优劣几乎主要取决于这些过程。

从这样的事实出发，最近以包括上述过程为对象的CAD正在兴起。为了同以前的CAD相区别，这种正在兴起的新事物就叫作计算机辅助工程(CAE:computeraidedengineering)。另外，也有人将设计后的制造过程列为CAE的对象。

在CAE中，最重要的事是在设计过程中将必要的与设计物有关的数据，都存贮在计算机内，并在全部过程中共同充分利用，例如设计物形状确定之后，利用有限元法进行强度分析时，从计算机中调出形状模型，不经过人工就能自动形成元素分割，其结果可以直接作为有限元法(FEM)程序的输人数据。这就是CAE的基本思考方法。

因此，在CAE方面，建立使用方便的公共数据库是最大的课题。在这种公共数据库的数据中，核心的东西应该是设计物的形状数据。

本章为了进一步理解今后的CAD系统，以及设计CAD系统时被人们认为最为重要的形状数据的处理方法及其应用，想着重介绍这方面的基本问题。