计算机辅助设计（Computer Aided Design,CAD）计算机辅助求解（Computer Aided Engineering,CAE）计算机辅助工艺过程设计（Computer Aided Process Planning，CAPP）计算机辅助制造（Computer-aided manufacturing，CAM）

CAD（计算机辅助设计)(现代CAD系统的功能 CAD的发展导致了下列工具和方法的发展 电气CAD)

CAE

CAPP

CAM

软件公司

CAD（计算机辅助设计)

计算机辅助设计（Computer Aided Design,CAD），运用计算机软件制作并模拟实物设计，展现新开发商品的外型，结构，色彩，质感等特色。随着技术的不断发展计算机辅助设计应该不仅仅适用于工业，还被广泛运用于平面印刷出版等诸多领域。它同时涉及到软件和专用的硬件。

CAD有时也写作"computer-assisted", "computer-aided drafting",或类似的表达方式。相关的缩略语有CADD,表示计算机辅助设计和草图"computer-aided design and drafting", 以及CAAD, 表示计算机辅助建筑设计"computer-aided architectural design". 所有这些术语基本上同意，都指使用计算机而不是传统的绘图板来进行各种项目的设计和工程制图。通常由CAD创建的建筑和工程项目的范围很广，包括建筑设计制图，机械制图，电路图，和其他各种形式的设计交流方式。现在，它们都成为计算机辅助设计更广泛的定义的一部分。

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有更有技巧的应用。现今，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，效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，碍于电脑效能的限制，绘图软件只能停留在平面设计，欠了真实感。而立体绘图则冲破了这限制，令设计蓝图更实体化。

现代CAD系统的功能

包括:

设计组件重用(Reuse of design components)

简易的设计修改和版本控制功能(Ease of design modification and versioning)

设计的标准组件的自动产生(Automatic generation of standard components of the design)

设计是否满足要求和实际规则的检验(Validation/verification of designs against specifications and design rules)

无需建立物理原型的设计模拟(Simulation of designs without building a physical prototype)

装配件(一堆零件或者其他装配件)的自动设计

工程文档的输出，例如制造图纸，材料明细表(Bill of Materials)

设计到生产设备的直接输出

到快速原型或快速制造工业原型的机器的直接输出

CAD的发展导致了下列工具和方法的发展

线框模型

实体造型

智能布线图和生产关联数据库(Intelligent wiring diagrams and production linked database systems)

图形表达系统和工厂图纸和数据库(Graphically represented system or plant diagrams and databases)

参数化设计模型(Parametric design models)

实时进程模拟 (Real-time process simulation)

计算机数控(Computer Numerically Controlled (CNC)) 加载文件 (工具路径指令)

有限元分析 (FEA)

快速原型法 (Rapid prototyping)

很多CAD图纸是用应用软件通过设计草图和其他输入从头开始创建的。其他CAD图纸是从原有的电子CAD文件，通过复制全部或部分另一个CAD文件，经过改动，然后另存为新文件得到。只有物理形式存在的图纸(蓝图，丢失文件的设计图，等等)可以用一种"纸到CAD转换"(图纸转换，数字化，矢量化)的程序来转为CAD文件。

电气CAD

电气CAD即用于电气设计领域的CAD软件，可以帮助电气工程师提高电气设计的效率，减少重复劳动和差错率。专业的电气CAD软件如利驰SuperWORKS等由于紧贴电气设计需求，专为电气专业量身定做，能够帮助电气工程师实现智能快速的电气CAD设计工作，而广受电气工程师的好评，应用范围也很广。

1.电气CAD系统的目标与范围

机械产品电气设计包括电路图、接线图、安装图、接线盒和电柜以及按钮站的设计，这五个部分之间不是孤立存在的，而是互相联系，这五个部分既能单独运行又能实现信息共享。为此电气CAD系统的目标与范围是：建立适应完成以上功能要求、保证设计质量又能提高效率、缩短设计周期、减少人工劳动的电气CAD系统，包括电路图、接线图、安装图、接线盒和电柜、按钮站的设计。

2.电气CAD系统拟采用的设计方式

首先，根据机械产品设计中电气设计的特点及存在的问题，必须采用检索式设计方式，以解决电气设计中设计自由度大、设计不规范问题，使电气元器件选用实现标准化，电气设计功能、性能达到规范化，满足降低产品成本的要求，并能解决电气设计中大量的重复劳动，缩短设计周期以达到缩短交货期的目的，把设计人员从大量的重复劳动中解放出来，去从事创造性的劳动。

在传统机械产品电气设计中已积累了大量的资料，可以整理、归纳由元器件组合为一定功能的常用的组件或小部件，这为电气CAD系统建立通用组件或小部件图形库、数据库奠定基础，也为进一步发展模块化设计创造了条件。

再者，通过对机械产品电气设计中部分零部件的分析，发现不单其形状较规范和相似，而且尺寸也比较规范，有很多品种和规格，根据这些条件完全可以采用参数化设计方法。

为了提高电气设计的水平，在检索式设计的基础上，总结电气设计的经验，使之形成设计规则，并利用检索式设计已建立的各种数据库、图形库，将系统提升为专家系统。

3.电气CAD系统的功能设计

实现信息共享并达到以上的目标，系统必须有以下功能：

—建立统一电气设计图面、图幅、元件标注、标题栏格式；

—建立共享数据库、图形库，包括按国家标准GB4728与行业、企业标准相结合的电气图形符号库；

—提供用户建立、扩充图形符号库的功能；

—提供对系统内图形符号库的快速、简便、灵活检索功能，包括查询、调用、插入、删除等。

—分别提供标注图形符号与标注文字的功能，标注图形符号时能自动识别不同元件图形符号，并提取相应的标注内容，为生成接线图作好准备；

—能自动确定在图纸上触点和线圈的相对应坐标位置，减少人工查找劳动，提高工作效率，避免人工查找容易发生的错误；

—能调用机械CAD完成的图形，完成电气安装图的设计；

—系统能读取电路图中信息，半自动生成接线图；

—系统能读取标准件、外购件库，对安装图进行标注并生成标准件、外购件明细表或标准件、外购件清单。

—接线盒的设计应用参数化设计方法，接线盒形状比较规范、尺寸规格参数可以系列化，采用参数化设计方法效果最佳。

CAE

CAE（Computer Aided Engineering）是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑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。其基本思想是将一个形状复杂的连续体的求解区域分解为有限的形状简单的子区域，即将一个连续体简化为由有限个单元组合的等效组合体；通过将连续体离散化，把求解连续体的场变量（应力、位移、压力和温度等）问题简化为求解有限的单元节点上的场变量值。此时求解的基本方程将是一个代数方程组，而不是原来描述真实连续体场变量的微分方程组，得到的是近似的数值解，求解的近似程度取决于所采用的单元类型、数量以及对单元的插值函数。

CAPP

CAPP的英文全称为Computer Aided Process Planning，中文翻译为计算机辅助工艺过程设计。

CAPP是一种将企业产品设计数据转换为产品制造数据的技术，通过这种计算机技术辅助工艺设计人员完成从毛坯到成品的设计。CAPP系统的应用将为企业数据信息的集成打下坚实的基础。

CAM

计算机辅助制造（Computer-aided manufacturing，缩写为 CAM）是工程师大量使用产品生命周期管理计算机软件的产品元件制造过程。计算机辅助设计中生成的元件三维模型用于生成驱动数字控制机床的计算机数控代码。这包括工程师选择工具的类型、加工过程以及加工路径。

有些 CAM 与 CAD 系统集成在一起。每一个 CAM 软件首先都要解决 CAD数据交换的问题，因为生成数据的 CAD 系统就像文字处理软件那些经常按照它自己的专有格式保存数据。通常需要 CAD 操作员将数据输出成通用的数据格式如 IGES 或者 STL 等，因为通常不需要再进行编辑所以这种格式可以较为简单。

CAM 软件的输出结果通常是简单、有时也会非常大的 G代码文本，然后使用直接数字控制（DNC）程序将它传送到机床。

尽管长期以来人们一直梦想 CAM 软件能够独立运转，但是通常它仍然需要知识与技能都很丰富的操作员选择合适的铣刀，并且定义生成高效率的路径所需的参数及策略。

历史

商用 CAM 的应用最初出现在汽车以及航空工业领域的大公司中，例如1971年雷诺用于车身设计与加工的 UNISURF。

加工过程

大多数加工过程都要经过三个步骤，根据材料以及所用软件的不同每一步都是或简单或复杂的策略来实现，这些策略有：

粗加工

这个过程从立方原料或者铸件开始，将它大致加工成最后的模型。因为按照水平方向加工，通常得到一种阶梯的形状。常用的策略有 zig-zag clearing、offset clearing、plunge roughing、rest-roughing。

半精加工

这个过程从经过粗加工的不平零件开始，按照一个固定的偏移对零件加工。常用的策略有 raster passes、waterline passes、 constant step-over passes、pencil milling。

精加工

与半精加工类似，但是起始所用原料不同。

当今提供 CAM 软件的公司

根据 2005年 收入排列，最大的 CAM 软件公司是 UGS Corp 与 Dassault Systèmes，二者都占有超过 10% 的市场份额。PTC、Hitachi Zosen 和 Delcam 分别占有超过 5% 的市场份额。Planit、Tebis、Missler、CNC (Mastercam) 以及 Sescoi 分别占有 2.5% 到 5% 的市场份额。剩余 35% 的市场份额被其它较小的供应商所分割。

应用领域

—机械工程

—电子设计自动化，CAM 工具准备要制造的印制电路板（PCB）以及集成电路设计数据。

目前，大部分企业都采用了CAD/CAE/CAPP/CAM一体化加工技术。

软件公司

提供CAD/CAE/CAPP/CAM的软件公司PTC、西门子、达索、欧特克（AutoDesk）、CAXA.....等。