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CAD 知识普及
关于 CAD 知识普及
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。
发展历程
CAD(Computer Aided Design) 诞生于 60 年代，是美国 麻省理
工大学提出了交互式图形学的研究计划，由于当时硬件设施的昂贵，
只有美国通用汽车公司和美国波音航空公司使用自行开发的交互式绘
图系统。
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
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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。
本世纪初众多学院已开设 cad 课程
申报条件
凡遵守中华人民共和国宪法和各项法律，恪守职业道德，具有一
定计算机技术应用能力的人员，均可根据本人情况，报名参加相应专
业类别、级别的考试，考生可根据自己的技术水平选择合适的级别。
CAD 认证
为深入贯彻落实党的 17 大关
于“大力推进信息化与工业化融合，促进工业由大变强”的精神，加
快工业和信息技术人才培养的步伐，满足国民经济和社会信息化发展
对工业和信息技术人才的需求，我中心决定开展“全国计算机辅助技
术认证”项目 (简称 CAXC 项目 )。项目主要面向全国各类大中专院校、
职业技术类院校师生以及希望就职于计算机辅助设计 (CAD) 、计算机
辅 助 工 程 (CAE)、 计 算 机 辅 助 制 造 (CAM) 、 计 算 机 辅 助 工 艺 计 划
(CAPP) 、产品数据管理 (PDM) 等相关行业的社会人员 ,以提高广大院校
师生和各类工程技术人员的职业技能为宗旨，通过专业、系统的技能
课程培训、认证，帮助学员掌握就业必备的知识与技能。 CAXC 项目
必将对完善工业和信息化人才评测体系，加快工业信息技术复合型人
才培养起到积极的推动作用。
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制造业是一个国家
发展的支柱行业，制造业的发展决定着国家的发展。 2011 年，我国出
口产品以低附加值、劳动密集型产品为主。从现实和发展的眼光看，
把“世界车间”打造成“世界工厂”，把“中国制造”变成“中国创
造”势在必行。我国大学生中38% 为工科类学生，虽然毕业人数众多，
但是并不能满足企业需求。CAXC 项目采用现代信息技术、网络技术、
多媒体技术等先进的教育技术手段，将最新的、最普及的，最实用的
2DCAD/3DCAD/CAE/CAPP/CAM/PDM 设计管理技术与技能传送给
学员，使学员在短期内了解工业产品设计流程，极大地缩短了学员在
企业的实习周期，学以致用，快速为企业设计更好的产品。
教育部教育管理信息中心在分析各种认证的基础上，结合国内企
业的发展情况，以企业的实际需求为出发点 , 注重学习者的技能训练，
改变了传统的认证模式，在认证的组织和内容上邀请国内企业界的专
家和国际相关著名公司加入，确定认证内容，并指导和管理认证过程。
为了规范流程，教育部制定了实施规程，确定专门机构和专人对整个
过程进行控制，保证项目的 `权威性和严肃性。
系统组成
通常以具有图形功能的交互计算机系统为基础，主要设备有：计
算机主机，图形显示终端，图形输入板，绘图仪，扫描仪，打印机，
磁带机，以及各类软件。
工程工作站
一般指具有超级小型机功能和三维图形处理能力的一种单用户交
互式计算机系统。它有较强的计算能力，用规范的图形软件，有高分
辨率的显示终端，可以联在资源共享的局域网上工作，已形成最流行
的 CAD 系统。
个人计算机
pc 系统价格低廉，操作方便，使用灵活。 80 年代以后，pc 机性
能不断翻新，硬件和软件发展迅猛，加之图形卡、高分辨率图形显示
器的应用，以及 pc 机网络技术的发展，由 pc 机构成的 cad 系统已大
量涌现，而且呈上升趋势。
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外围设备
除了计算机主机和一般的外围设备外，计算机辅助设计主要使用
图形输入输出设备。交 工程制图互图形系统对 cad 尤为重要。图形输
入设备的一般作用是把平面上点的坐标送入计算机。常见的输入设备
有键盘、光笔、触摸屏、操纵杆、跟踪球、鼠标器、图形输入板和数
字化仪。图形输出设备分为软拷贝和硬拷贝两大类。软拷贝设备指各
种图形显示设备，是人机交互必不可少的;硬拷贝设备常用作图形显示
的附属设备，它把屏幕上的图像复印出来，以便保存。常用的图形显
示有三种：有向束显示、存储管显示和光栅扫描显示。有向束显示应
用最早，为了使图像清晰，电子束必须不断重画图形，故又称刷新显
示，它易于擦除和修改图形，适于作交互图形的手段。存储管显示保
存图像而不必刷新，故能显示大量数据，且价格较低。光栅扫描系统
能提供彩色图像，图像信息可存放在所谓帧缓冲存储器里，图像的分
辨率较高。
CAD 软件
除计算机本身的软件如操作系统、编译程序外， cad 主要使用交
互式图形显示软件、 cad 应用软件和数据管理软件 3 类软件。
交互式图形显示软件用于图形显示的开窗、剪辑、观看，图形的
变换、修改，以及相应的人机交互。 cad 应用软件提供几何造型、特
征计算、绘图等功能 ， 以完成面向机械、广告、建筑、电气各专业领
域的各种专门设计。构造应用软件的四个要素是：算法 、数据结构、
用户界面和数据管理。数据管理软件用于存储 、检索和处理大量数据，
包括文字和图形信息。为此，需要建立工程数据库系统。它同一般的
数据库系统相比有如下特点：数据类型更加多样，设计过程中实体关
系复杂，库中数值和数据结构经常发生变动，设计者的操作主要是一
种实时性的交互处理。
辅助模型
常用的 CAD 软件，也就是所谓的三维制图软件，较二维的图纸和
二维的绘图软件 (比如 AutoCAD [3])而言，三维 CAD 软件能够更加直
观、准确地反映实体和特征。
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对于专业企业，因为绘制目标不同，还常存在有多种 CAD 系统并
行的局面，那么就需要配置统一的、具备跨平台能力的零部件数据资
源库，将标准件库和外购件库内的模型数据以中间格式(比如通用的有
IGS、STEP 等)导出到三维构型系统当中去，如主流的Autodesk
Inventor ， SolidWorks,CATIA,SolidEdge,Pro/E,AutoCAD,UG
NX,Onespace 等。国外，这种网络服务被称为“零部件图书馆”或
“数据资源仓库”。目前，航天航空领域使用较多的为 Pro/E ，飞机和
汽车等复杂产品制造领域则使用Catia 居多，而在中小企业使用
Solidworks 较多。在欧美和日本的 PLM 用户中，基于互联网的 PLM
零部件数据资源平台 LinkAble PARTcommunity( 简称 PCOM) 的知名
度一点都不亚于今天我们所熟知的 BLOG 和 SNS 这样的网络平台。
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
cad 系统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。
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。
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