計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）是研究計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品設(shè)計(jì)和仿真的理論、方法和應(yīng)用系統(tǒng)的一門學(xué)科，是計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)分支。其研究方向包括曲線和曲面建模、產(chǎn)品建模、協(xié)同設(shè)計(jì)、圖形繪制、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、可視化和視覺分析、虛擬現(xiàn)實(shí)、圖形硬件等。CAD誕生于20世紀(jì)50年代。起初，它主要用于二維繪圖。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，CAD也在向越來越多樣化的功能發(fā)展，可以為設(shè)計(jì)人員提供各種實(shí)用高效的工具，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行規(guī)劃、分析、模擬、修改、優(yōu)化、評(píng)估和決策，最終形成完整的工程文檔。

此外，CAD技術(shù)本身是一項(xiàng)綜合而復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程、計(jì)算數(shù)學(xué)、計(jì)算力學(xué)、幾何建模、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)庫、仿真技術(shù)、人工智能等多個(gè)學(xué)科。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、飛機(jī)、船舶、機(jī)械、電子、建筑、輕工和軍事等領(lǐng)域。

CAD技術(shù)不是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造過程和方法的簡單圖像，也不限于在單個(gè)步驟或環(huán)節(jié)中使用計(jì)算機(jī)作為工具。相反，它將計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息技術(shù)和工程領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)以及人們的智慧和經(jīng)驗(yàn)有機(jī)地結(jié)合在一起。在整個(gè)設(shè)計(jì)和制造過程中，CAD技術(shù)充分利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來完成那些重復(fù)性強(qiáng)、勞動(dòng)強(qiáng)度大、計(jì)算復(fù)雜、單純依靠人力難以完成的任務(wù)，輔助而不是取代工程技術(shù)人員完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造任務(wù)。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在不同的工程領(lǐng)域和專業(yè)部門有不同的要求，但總的來說，其主要功能可以概括如下:1。交互式圖形處理和幾何模型構(gòu)建；2.工程計(jì)算與分析、模擬、驗(yàn)證和優(yōu)化設(shè)計(jì)；3.計(jì)算機(jī)自動(dòng)繪圖和輔助文檔編輯；4.工程信息的有效存儲(chǔ)和工程數(shù)據(jù)庫的管理與共享。；5.基于知識(shí)庫的專家系統(tǒng)和人工智能輔助設(shè)計(jì)與決策；6.良好的人機(jī)交互界面。

與常規(guī)設(shè)計(jì)相比，CAD具有明顯的優(yōu)勢(shì)，如提高設(shè)計(jì)效率、縮短設(shè)計(jì)周期；利用計(jì)算機(jī)提供的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫、圖形庫和應(yīng)用軟件提供的優(yōu)化技術(shù)、有限元分析和設(shè)計(jì)計(jì)算功能提高設(shè)計(jì)質(zhì)量；利用CAD技術(shù)中的運(yùn)動(dòng)分析、有限元分析和動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)，可以在設(shè)計(jì)階段預(yù)測(cè)產(chǎn)品的特性。因此，可以及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，從而提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，提高產(chǎn)品可靠性，縮短新產(chǎn)品的試制周期。但與此同時(shí)，CAD技術(shù)也不是萬能的，其缺點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn):1。由于CAD系統(tǒng)一般采用人機(jī)對(duì)話，必須由了解設(shè)計(jì)任務(wù)的專業(yè)人員操作，對(duì)操作人員要求較高，給CAD系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用帶來一定困難；2.因?yàn)橐粋€(gè)任務(wù)占用一個(gè)CAD系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)利用率低，不可能多個(gè)設(shè)計(jì)人員同時(shí)使用同一臺(tái)機(jī)器；3.計(jì)算機(jī)運(yùn)行后的設(shè)計(jì)非常隨意，因此操作人員很難預(yù)測(cè)計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)間并制定計(jì)算機(jī)運(yùn)行計(jì)劃。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的。自1945年第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)問世以來，計(jì)算機(jī)輔助工程和產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段:

形成階段

從20世紀(jì)40年代末到50年代末，使用真空管計(jì)算機(jī)，用戶必須編寫程序用代碼解決數(shù)學(xué)問題。計(jì)算機(jī)在解決問題時(shí)只起到數(shù)值計(jì)算的作用。一些大公司開始在實(shí)踐中使用它，如美國通用電氣公司，它被用于設(shè)計(jì)和計(jì)算變壓器和電動(dòng)機(jī)。20世紀(jì)50年代，世界上第一個(gè)計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)在美國誕生，具有簡單繪圖輸出功能的被動(dòng)式計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)開始出現(xiàn)。

成長階段

從20世紀(jì)50年代末到60年代中后期，晶體管成為電子計(jì)算機(jī)的基本部件，計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度和存儲(chǔ)功能大大提高，可以廣泛用于科學(xué)計(jì)算和事務(wù)管理，工程技術(shù)人員更容易掌握和使用。1962年，麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室的研究生薩瑟蘭（I。e。Sutherland）發(fā)表了題為“人機(jī)對(duì)話的圖形通信系統(tǒng)”的博士論文，首次提出了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、交互技術(shù)和分層存儲(chǔ)符號(hào)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等新思想。這一研究成果為CAD技術(shù)的深入發(fā)展和普及奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

20世紀(jì)60年代中后期，由于計(jì)算機(jī)軟件和硬件的快速發(fā)展，CAD技術(shù)取得了很大的飛躍。它被應(yīng)用于成套設(shè)備的設(shè)計(jì)，如大型發(fā)電廠的鍋爐和核反應(yīng)堆的熱交換器，從簡單部件的設(shè)計(jì)和計(jì)算。一些美國大公司相繼開發(fā)了CAD系統(tǒng)。例如，美國的IBM公司已相繼為市場推出了計(jì)算機(jī)繪圖設(shè)備；美國通用汽車公司開發(fā)了用于設(shè)計(jì)汽車車身和外形的CAD-1系統(tǒng)。這一時(shí)期，圖形輸入板、大容量磁盤存儲(chǔ)器、光柵掃描顯示器和光筆等多種商用圖形輸入輸出設(shè)備相繼出現(xiàn)，使CAD技術(shù)進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用階段。在此期間，這項(xiàng)技術(shù)主要應(yīng)用于機(jī)械和電子領(lǐng)域，同時(shí)開始研究三維幾何建模技術(shù)。

開發(fā)應(yīng)用階段

20世紀(jì)70年代，計(jì)算機(jī)采用了集成電路，計(jì)算速度和存儲(chǔ)容量大大增加，并開發(fā)了“測(cè)量系統(tǒng)”，使主機(jī)可以與數(shù)十個(gè)終端連接。在圖形輸入輸出設(shè)備方面，在質(zhì)量上也得到了進(jìn)一步的發(fā)展和提高。從CRT顯示器開始，光柵掃描圖形顯示器和彩色圖形終端得到了發(fā)展，使圖形更加生動(dòng)和逼真。與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在理論上也取得了很大進(jìn)展，這使得CAD系統(tǒng)技術(shù)及其應(yīng)用取得了很大進(jìn)展，特別是基于小型計(jì)算機(jī)的獨(dú)立CAD系統(tǒng)。CAD技術(shù)不再為幾家大公司所獨(dú)有，一般制造商和工業(yè)領(lǐng)域也可以使用。1972年，美國無線電公司為集成電路的掩模設(shè)計(jì)開發(fā)了一個(gè)名為Gold的系統(tǒng)。此外，有限元理論和程序設(shè)計(jì)開始蓬勃發(fā)展，在消除隱藏線方面進(jìn)行了大量研究，為CAD技術(shù)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

快速發(fā)展階段

自20世紀(jì)80年代以來，電子設(shè)備的集成度迅速提高。隨著芯片技術(shù)的發(fā)展，小型機(jī)和微型計(jì)算機(jī)的性能日益提高。專用圖形處理和數(shù)據(jù)庫處理器的出現(xiàn)，虛擬存儲(chǔ)操作系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在軟件中的應(yīng)用，使CAD技術(shù)迅速發(fā)展。應(yīng)用部門也從航空、汽車和機(jī)械制造業(yè)擴(kuò)展到電子電器、化工、土木工程、水利、交通、紡織服裝和資源。

技術(shù)成熟階段

自20世紀(jì)90年代以來，CAD技術(shù)的發(fā)展趨于成熟，不再停留在單一模式、單一功能和單一領(lǐng)域的水平，而是朝著開放、標(biāo)準(zhǔn)化和集成的方向發(fā)展。主要體現(xiàn)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由過去的單一功能向綜合功能轉(zhuǎn)變，出現(xiàn)了集計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造于一體的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。凝固技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多處理器和并行處理技術(shù)在CAD中的應(yīng)用極大地提高了CAD系統(tǒng)的性能。將人工智能和專家系統(tǒng)技術(shù)引入CAD，出現(xiàn)了智能CAD技術(shù)，它大大增強(qiáng)了CAD系統(tǒng)的問題解決能力，使設(shè)計(jì)過程更加自動(dòng)化。

21世紀(jì)初，CAD的建模技術(shù)更加完善，特征建模和基于約束的參數(shù)化、變量化建模方法被廣泛采用，并朝著線框、曲面和實(shí)體建模統(tǒng)一表示的非流形本體建模方向發(fā)展。基于幾何模型的各種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)功能，如CAX（CAD、CAM等技術(shù)的總稱）相關(guān)的分析、制造、工程和優(yōu)化等技術(shù)得到了全面深入的發(fā)展。例如，軟結(jié)構(gòu)和軟總線技術(shù)在企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用并與其他計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)有機(jī)結(jié)合，形成計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。

數(shù)字時(shí)代CAD技術(shù)

在數(shù)字化時(shí)代，CAD與CAE的集成有望成為主流。在傳統(tǒng)意義上，設(shè)計(jì)和模擬之間有明確的界限。CAD軟件往往兼具通用和垂直屬性，而CAE軟件則強(qiáng)調(diào)分工明確的行業(yè)和場景中工程問題的解決。然而，隨著R&D設(shè)計(jì)公司將承擔(dān)越來越多的責(zé)任，特別是并行工程的概念，R&D將逐漸關(guān)注產(chǎn)品的外部屬性，從最初的產(chǎn)品生產(chǎn)率、材料可采購性、客戶需求全面性、產(chǎn)品可維護(hù)性和產(chǎn)品盈利性等各種特征。

此外，CAD產(chǎn)品的分類逐步細(xì)化，研發(fā)重點(diǎn)逐步轉(zhuǎn)向上層應(yīng)用差異。由于工業(yè)設(shè)計(jì)各個(gè)過程的側(cè)重點(diǎn)不同，對(duì)CAD功能的要求也不同。在形狀設(shè)計(jì)過程中，更加注重產(chǎn)品的形狀構(gòu)造，這需要更好的曲面造型能力。在設(shè)備生產(chǎn)中，更加注重實(shí)體建模，以避免在后期裝配、仿真和加工中出現(xiàn)不正確的結(jié)果。在工廠規(guī)劃過程中，降低了對(duì)建模細(xì)節(jié)的要求，但強(qiáng)調(diào)了管線的布局規(guī)劃。

根據(jù)不同的模型，CAD系統(tǒng)通常分為二維CAD系統(tǒng)和三維CAD系統(tǒng)，具體來說:

二維設(shè)計(jì)

20世紀(jì)80年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和個(gè)人計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用，2D CAD交互式繪圖技術(shù)開始逐步推廣。在2D CAD系統(tǒng)中，產(chǎn)品和工程設(shè)計(jì)圖紙通常被視為幾何元素的集合，如“點(diǎn)、線、圓、弧、文本等”，系統(tǒng)中表達(dá)的任何設(shè)計(jì)都變成了幾何圖形。所依賴的數(shù)學(xué)模型是幾何模型，這些元素的幾何特征被系統(tǒng)地記錄下來。就機(jī)械產(chǎn)品而言，二維CAD系統(tǒng)的主要功能是繪制所要設(shè)計(jì)產(chǎn)品的工程圖。由于繪圖速度快、精度高、修改方便、圖形可重用，大大提高了設(shè)計(jì)效率，便于交流和管理。

然而，二維CAD系統(tǒng)有明顯的缺點(diǎn)。首先，設(shè)計(jì)師在腦海中形成要設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的大致形狀（毫無疑問，這是三維的），然后按照一定的規(guī)則用二維圖紙表達(dá)這種三維形狀。這種轉(zhuǎn)換不僅增加了設(shè)計(jì)時(shí)間，而且使設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖變得晦澀難懂，因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下，這些圖紙必須由受過專業(yè)訓(xùn)練的人閱讀，并且數(shù)據(jù)提取必須由圖紙閱讀者根據(jù)規(guī)則進(jìn)行解釋，以理解繪圖員的意思。二是二維CAD系統(tǒng)無法分析機(jī)構(gòu)的幾何關(guān)系和運(yùn)動(dòng)關(guān)系，難以提前發(fā)現(xiàn)機(jī)構(gòu)之間可能存在的運(yùn)動(dòng)干涉關(guān)系，往往直到實(shí)際機(jī)構(gòu)裝配后才能發(fā)現(xiàn)，難以實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品的一次成功試制。

三維CAD

在20世紀(jì)末，個(gè)人計(jì)算機(jī)足以支持3D CAD軟件的硬件要求，而3D CAD軟件在21世紀(jì)初開始實(shí)用并廣泛使用。三維CAD軟件幾乎可以通過計(jì)算機(jī)在人腦中“再現(xiàn)”想象中的物體。雖然重現(xiàn)的三維模型不同于現(xiàn)實(shí)世界中可觸摸的三維物體，但這種模型具有完整的三維幾何信息，以及材料、顏色和紋理等其他非幾何信息。人們可以通過旋轉(zhuǎn)模型來模擬現(xiàn)實(shí)世界中觀察物體的不同視角，通過放大或縮小模型來模擬現(xiàn)實(shí)中觀察物體的距離，就好像物體就在自己眼前一樣，甚至可以通過動(dòng)畫功能來模擬機(jī)器運(yùn)動(dòng)。

與二維CAD系統(tǒng)相比，三維CAD系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)。例如，三維CAD系統(tǒng)可以直觀地看到整個(gè)產(chǎn)品的實(shí)際過程，因此即使那些看不懂二維圖紙的人也可以了解設(shè)計(jì)師正在設(shè)計(jì)什么樣的產(chǎn)品，并對(duì)正在開發(fā)的產(chǎn)品提出建議。其直觀的設(shè)計(jì)使設(shè)計(jì)師能夠第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問題和設(shè)計(jì)缺陷，提高設(shè)計(jì)效率。此外，借助三維產(chǎn)品建模，可以通過有限元仿真軟件對(duì)整個(gè)虛擬產(chǎn)品進(jìn)行充分的分析和仿真，從而優(yōu)化產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，改善產(chǎn)品的力學(xué)性能，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。然而，3D CAD也存在一些缺點(diǎn)，如數(shù)據(jù)不包括尺寸公差、形狀公差、表面粗糙度、熱處理方法、材料等無法單獨(dú)通過形狀表達(dá)的信息。此外，基于關(guān)鍵零件的注釋、放大圖和剖面圖的技術(shù)要求可以更靈活合理地傳達(dá)設(shè)計(jì)意圖，也存在不足之處。

傳統(tǒng)CAD技術(shù)的主要內(nèi)容包括:圖形處理（如自動(dòng)繪圖、幾何建模等。）、工程分析（如優(yōu)化設(shè)計(jì)、參數(shù)化設(shè)計(jì)、有限元計(jì)算等。）、數(shù)據(jù)管理和交換（如數(shù)據(jù)庫、產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換規(guī)范等。），而計(jì)算機(jī)主要用于開展與工程設(shè)計(jì)相關(guān)的輔助工作。在應(yīng)用中，傳統(tǒng)的CAD技術(shù)僅局限于產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的一小部分，設(shè)計(jì)人員無法在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中獲得創(chuàng)造性和智能化的支持，尤其是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)最重要的初步設(shè)計(jì)的總體構(gòu)思階段，需要領(lǐng)域?qū)＜议L期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的有力支持。隨著新技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，要求設(shè)計(jì)的產(chǎn)品種類多樣化和復(fù)雜化，要求設(shè)計(jì)人員在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。傳統(tǒng)的CAD數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、交互式圖形系統(tǒng)和科學(xué)計(jì)算存在許多缺點(diǎn)，因此必須使CAD系統(tǒng)智能化才能更好地發(fā)展。

現(xiàn)代CAD技術(shù)是指以現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、人工智能技術(shù)等為基礎(chǔ)的CAD技術(shù)。采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法，基于強(qiáng)大的集成環(huán)境和工具進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，能夠支持復(fù)雜的系統(tǒng)環(huán)境。現(xiàn)代CAD技術(shù)充分融入了飛速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、人工智能等現(xiàn)代科技成果。其核心目的是追求產(chǎn)品設(shè)計(jì)的集成化、網(wǎng)絡(luò)化、并行協(xié)同和智能化，從而提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本和縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。

綜合表現(xiàn)

集成的含義是多角度、多層次的，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:（1）一個(gè)CAD系統(tǒng)內(nèi)部模塊之間的集成。（2）集成各種CAD系統(tǒng)。（3）工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)的集成。集成的本質(zhì)是為企業(yè)提供集成解決方案和集成開發(fā)（發(fā)布）環(huán)境，通過并行工程、PDM等方法對(duì)整個(gè)企業(yè)的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行集成和管理。因此，CIMS制造系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，它主要是指通過計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)品的計(jì)劃、設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、包裝、運(yùn)輸、銷售等生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化和控制，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生成的高度自動(dòng)化，最大限度地實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息共享，提高生產(chǎn)效率。

平行協(xié)同

新一代CAD或CAM系統(tǒng)的核心是“并行藝術(shù)到產(chǎn)品環(huán)境（CAPE）”。CAPE定義為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下描述和建模產(chǎn)品開發(fā)的整個(gè)設(shè)計(jì)和管理過程，強(qiáng)調(diào)并行工程和面向制造，采用PDM技術(shù)，在軟件結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、面向?qū)ο箝_發(fā)技術(shù)、產(chǎn)品建模性能設(shè)計(jì)、質(zhì)量控制等方面取得突破。，為實(shí)現(xiàn)并行處理提供了更完善的環(huán)境。在PDM實(shí)施過程中，我們要處理產(chǎn)品開發(fā)和制造環(huán)境中的所有數(shù)字信息，并集成工程設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)、物流、計(jì)劃等信息。生產(chǎn)中各部門產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可以由PDM控制。這些數(shù)據(jù)可能是CAD或CAM文件、材料清單、工藝計(jì)劃、分析模型及其結(jié)果、視聽材料、原型數(shù)據(jù)、材料技術(shù)要求和采購數(shù)據(jù)。

智能化

傳統(tǒng)的CAD系統(tǒng)只能處理機(jī)械設(shè)計(jì)中的數(shù)值工作，包括計(jì)算、分析和繪圖，這不適用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的整個(gè)生命周期，尤其是在產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)階段，從抽象到具體的實(shí)現(xiàn)極其困難，需要基于專家豐富的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)做出合理的判斷和決策。所有這些任務(wù)都需要知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和推理。將專家系統(tǒng)技術(shù)與CAD技術(shù)相結(jié)合，形成智能CAD系統(tǒng)是必然趨勢(shì)。智能CAD的研究熱點(diǎn)如下:（1）構(gòu)建基于并行設(shè)計(jì)理論和方法的新一代智能CAD系統(tǒng)，解決并行設(shè)計(jì)、方案設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)等問題。（2）面向設(shè)計(jì)的專家系統(tǒng)的基本理論和技術(shù)問題，如知識(shí)獲取、推理機(jī)制、分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、多推理機(jī)制、多知識(shí)表示結(jié)構(gòu)和多專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。（3）基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)方法，包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在知識(shí)獲取中的應(yīng)用、常規(guī)智能CAD系統(tǒng)、專家系統(tǒng)集成模型、基于理論的設(shè)計(jì)方案綜合評(píng)價(jià)方法和CAD實(shí)施策略。

建立工作關(guān)系網(wǎng)

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，各種技術(shù)和系統(tǒng)都有網(wǎng)絡(luò)化的趨勢(shì)。聯(lián)網(wǎng)后，所有系統(tǒng)都相互協(xié)作。例如，將智能CAD聯(lián)網(wǎng)后，不同智能CAD系統(tǒng)之間的知識(shí)庫和數(shù)據(jù)庫可以共享，CAD的智能將提高到一個(gè)新的水平。不同的機(jī)械結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)人員也可以進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)模型總是由一個(gè)設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)效果不可避免地會(huì)受到設(shè)計(jì)師自身素質(zhì)的影響。智能CAD聯(lián)網(wǎng)后，多個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)人員可以進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)人員之間的不足可以在一定程度上互補(bǔ)。除了與智能CAD協(xié)同設(shè)計(jì)外，還可以通過聯(lián)網(wǎng)建立企業(yè)聯(lián)盟，并通過互聯(lián)網(wǎng)上的需求關(guān)系更迅速地響應(yīng)市場。

人機(jī)交互

CAD技術(shù)正在向智能化方向發(fā)展，而智能CAD系統(tǒng)是針對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)等模型的設(shè)計(jì)者的，因此人機(jī)交互也是CAD發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。簡單的人機(jī)交互使用鼠標(biāo)和鍵盤進(jìn)行輸入和顯示，打印機(jī)進(jìn)行輸出。這種人機(jī)交互形式單一，效率低，如果要使用智能CAD系統(tǒng)，必須具備足夠的設(shè)計(jì)知識(shí)才能使用。因此，如果人機(jī)交互變得更加友好和高效，例如在用戶界面變得更加擬人化之后，一些沒有CAD專業(yè)知識(shí)的用戶也可以進(jìn)行一些簡單的設(shè)計(jì)，專業(yè)的模型設(shè)計(jì)人員使用起來也會(huì)變得更加簡單和方便，CAD的智能也會(huì)相應(yīng)地提高。

并行工程技術(shù)

并行工程是以集成和并行的方式設(shè)計(jì)產(chǎn)品和相關(guān)過程（包括制造過程和支持過程）的系統(tǒng)方法，是20世紀(jì)80年代末提出的一種新的制造理念。它在設(shè)計(jì)階段重點(diǎn)關(guān)注產(chǎn)品的各個(gè)方面，相關(guān)人員同時(shí)對(duì)產(chǎn)品性能和相關(guān)工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)估，及時(shí)改進(jìn)設(shè)計(jì)以得到滿意和優(yōu)化的產(chǎn)品，同時(shí)為后續(xù)技術(shù)環(huán)節(jié)做好準(zhǔn)備和操作，從而在滿足產(chǎn)品質(zhì)量的前提下縮短開發(fā)周期，提高企業(yè)競爭力。并行工程的基本要素是優(yōu)化設(shè)計(jì)，它從產(chǎn)品性能設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造過程性能設(shè)計(jì)、產(chǎn)品可檢測(cè)性性能設(shè)計(jì)、產(chǎn)品可維修性性能設(shè)計(jì)和產(chǎn)品符合性性能設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行優(yōu)化，以促進(jìn)更多具有合適市場的新產(chǎn)品的快速生產(chǎn)。隨著網(wǎng)絡(luò)通信的普及、信息處理的智能化和多媒體技術(shù)的實(shí)用化，并行工程在CAD技術(shù)中的應(yīng)用前景更加廣闊。

多媒體教學(xué)

多媒體是指文本（文字和數(shù)字）、圖形、圖像和聲音等不同媒體可以隨意操作和切換。從信息存儲(chǔ)的角度來看，它意味著磁盤、光盤、磁帶、存儲(chǔ)器、終端和打印機(jī)上的信息可以隨意切換和使用。其關(guān)鍵技術(shù)是模式識(shí)別、圖像、聲音和圖像信息的壓縮和恢復(fù)技術(shù)以及面向?qū)ο蠹夹g(shù)。

工程和產(chǎn)品設(shè)計(jì) 

工程設(shè)計(jì):在建筑、水利、電力、能源、交通、地質(zhì)勘探等部門，CAD技術(shù)已全面應(yīng)用于工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。例如，在公路橋梁的設(shè)計(jì)中，可以使用CAD技術(shù)對(duì)橋梁設(shè)計(jì)進(jìn)行合理的規(guī)劃，并直觀地選擇相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案。CAD技術(shù)可以通過建模來模擬和確定整個(gè)橋梁的應(yīng)力和變形，從而檢測(cè)整個(gè)工程的設(shè)計(jì)質(zhì)量和整體質(zhì)量。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

產(chǎn)品設(shè)計(jì):CAD技術(shù)設(shè)計(jì)產(chǎn)品最早出現(xiàn)在機(jī)械、電子、造船、航空、包裝的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中，后來擴(kuò)展到航空航天、通信等高科技領(lǐng)域，現(xiàn)在已擴(kuò)展到輕工、紡織、包裝、服裝等行業(yè)。

例如，在包裝設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師收集產(chǎn)品的詳細(xì)信息并將其導(dǎo)入計(jì)算機(jī)設(shè)備后，計(jì)算機(jī)技術(shù)可以以此為基礎(chǔ)將信息提交給設(shè)計(jì)師進(jìn)行初步制定。

設(shè)計(jì)師和軟件工程師應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品的功能要求、藝術(shù)外觀要求和合適的包裝材料等各種因素規(guī)劃產(chǎn)品的意圖，然后將其交給數(shù)字制作者來結(jié)合設(shè)計(jì)師表達(dá)的想法和信息，利用軟件將創(chuàng)意圖形轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)文件格式，并將其導(dǎo)入3D軟件中以精確制作基本的3D模型。

最后，找出產(chǎn)品外觀與包裝設(shè)計(jì)之間的空間分布關(guān)系，同時(shí)遵循藝術(shù)構(gòu)成中的空間、比例、尺度和統(tǒng)一性原則以確保包裝。

模擬和動(dòng)畫制作

高性能CAD的應(yīng)用可以真實(shí)地模擬機(jī)械零件的加工過程、飛機(jī)的起飛和降落、船舶的進(jìn)出和物體的損壞，并在影視制作中制作動(dòng)畫片和特技鏡頭。例如，3D動(dòng)畫是CAD應(yīng)用領(lǐng)域中更廣泛的技術(shù)，它可以產(chǎn)生現(xiàn)實(shí)中難以實(shí)現(xiàn)的視覺效果，還可以用作機(jī)械等領(lǐng)域的仿真分析。三維CAD建模可以按照現(xiàn)實(shí)世界的規(guī)律運(yùn)動(dòng)，具有彈性、重力、慣性、摩擦力和浮力的特性。這些運(yùn)動(dòng)可以由軟件的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)生成，或者通過輸入外部運(yùn)動(dòng)捕捉數(shù)據(jù)來模擬。

信息處理及其可視化

在事務(wù)和技術(shù)等辦公自動(dòng)化管理中，使用CAD技術(shù)處理統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)并繪制各種形式的圖表（如方形表和扇形表）清晰直觀。利用CAD技術(shù)將原始數(shù)據(jù)制作成地理地形圖、礦產(chǎn)分布圖、氣象圖、人口密度圖及相關(guān)的等值線圖、等勢(shì)圖等，既方便又準(zhǔn)確。在工程科技領(lǐng)域處理各種類型的圖形和圖像可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量和高效率，例如電子印刷。

電腦藝術(shù)設(shè)計(jì)

CAD技術(shù)已廣泛應(yīng)用于藝術(shù)品的制作，如各種圖案、花紋、工藝造型設(shè)計(jì)以及傳統(tǒng)油畫、中國畫和書法等。制作動(dòng)畫片、電影特寫和影視廣告，也用于室內(nèi)外環(huán)境設(shè)計(jì)。例如，隨著CAD技術(shù)和3D打印技術(shù)的發(fā)展，可以實(shí)現(xiàn)陶瓷的三維參數(shù)化模型可視化和數(shù)控加工，精確測(cè)量陶瓷產(chǎn)品的體積、容量、壁厚等數(shù)據(jù)，從而優(yōu)化陶瓷的形狀和結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出更多符合現(xiàn)代審美需求的陶瓷文化創(chuàng)意產(chǎn)品。