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我所知道的一些與CAD相關軟件和概念
來源:CAD小苗
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作者:rjghsj
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發布時間: 2021-02-23
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我所知道的一些與CAD相關軟件和概念
本博客主要介紹的是二維CAD產品的使用技巧，CAD不斷在發展，三維CAD在制造業已經相當普及。此外，制造、管理、運營的上下游軟件也不斷在發展，CAD與這些軟件有著密不可分的關系，我把了解到的一些CAD相關的軟件和概念簡單介紹一下，希望對大家有幫助。
CAD（Computer Aided Design）即計算機輔助設計,其概念和內涵正在不斷地發展中。1972年10月，國際信息處理聯合會（IFIP）在荷蘭召開的“關于CAD原理的工作會議”上給出如下定義：CAD是一種技術，其中人與計算機結合為一個問題求解組，緊密配合，發揮各自所長，從而使其工作優于每一方，并為應用多學科方法的綜合性協作提供了可能。CAD是工程技術人員以計算機為工具，對產品和工程進行設計、繪圖、分析和編寫技術文檔等設計活動的總稱。
二維CAD系統一般將產品和工程設計圖紙看成是“點、線、圓、弧、文本……”等幾何元素的集合，用二維的圖紙加上文字和標注來表現三維模型。AutoCAD、浩辰CAD等軟件雖然也有三維功能，但由于三維功能較弱，大多數用他繪制二維平面圖，因此仍被定位為二維CAD。當然也有些純粹的二維CAD，完全不支持Z軸。
三維CAD系統的核心是產品的三維模型。三維模型是在計算機中將產品的實際形狀表示成為三維的模型，模型中包括了產品幾何結構的有關點、線、面、體的各種信息。計算機三維模型的描述經歷了從線框模型、表面模型到實體模型的發展，所表達的幾何體信息越來越完整和準確，能解決“設計”的范圍越廣。由于三維CAD系統的模型包含了更多的實際結構特征，使用戶在采用三維CAD造型工具進行產品結構設計時，更能反映實際產品的構造或加工制造過程。
由于現在很多行業仍離不開二維圖紙，因此很長一段時間內二維CAD和三維CAD還會同時存在，即使在一些行業領先的制造業企業也是如此。
一、制造業與CAD相關的概念
CAM (computer Aided Manufacturing，計算機輔助制造)
CAM利用計算機來進行生產設備管理控制和操作的過程。常用的CAM軟件通常工作流程如下：輸入CAD繪制的圖紙或創建的模型，根據零件的加工需要設置相應的參數，然后可以自動生成刀具加工時的運動軌跡(刀位文件)和數控程序，然后程序就可以直接提交給數控加工機床，直接進行零件加工，也就是將CAD設計和制造直接聯系起來了。
PDM產品數據管理 （Product Data Management ）
PDM是一種幫助工程師和其它人員管理產品數據和產品研發過程的工具。PDM系統確保跟蹤設計、制造所需的大量數據和信息，并由此支持和維護產品。PDM實際上是企業中為了有效管理產品在設計、工藝、生產、銷售整個過程中（生命周期）所產生的信息資源，如設計人員、圖紙、設計過程等的一種手段，最終目的是提高企業的創造力，減少產品的研發成本，縮短產品的交付時間，保證產品質量。說簡單一點，PDM首先要對設計圖檔進行歸檔和管理，其次要從設計圖紙中提取明細表數據，進行統計、分析，建議企業的零件、圖紙等相關數據庫，并對設計、生產、采購相關流程和資源進行優化。PDM需要管理CAD的設計數據，同時要從CAD圖紙中提取明細表、圖框的相關數據，因此PDM和CAD之間比例建立接口。
PLM產品生命周期管理
（Product Lifecycle Management ）
PLM是一種企業信息化的商業戰略。它實施一整套的業務解決方案，把人、過程和信息有效地集成在一起，作用于整個企業，遍歷產品從概念到報廢的全生命周期，支持與產品相關的協作研發、管理、分發和使用產品定義信息。 PLM為企業及其供應鏈組成產品信息的框架。它由多種信息化元素構成：基礎技術和標準（如XML、視算、協作和企業應用集成）、信息生成工具（如MCAD、ECAD和技術發布）、核心功能（如數據倉庫、文檔和內容管理、工作流和程序管理）、功能性的應用（如配置管理）以及構建在其他系統上的商業解決方案。
從技術角度上來說，PLM是一種對所有與產品相關的數據、在其整個生命周期內進行管理的技術。既然PLM與所有與產品相關的數據的管理有關，那么就必然與PDM密不可分，有著深刻的淵源關系，可以說PLM完全包含了PDM的全部內容，PDM功能是PLM中的一個子集。但是PLM又強調了對產品生命周期內跨越供應鏈的所有信息進行管理和利用的概念，這是與PDM的本質區別。
MPM 生產制造過程工藝信息的管理
（Manufacturing Process Management）
所謂工藝過程管理(MPM)，是一種貫穿計劃、設計、制造和管理全過程的協同工作環境，旨在對生產過程中的工藝信息進行協調的統一管理。
MPM解決方案主要解決了生產管理部門在制造過程中復雜工藝過程的管理問題，應用在制造工藝管理中的各個階段，包括規劃階段和工程階段。在這些階段中，系統采用其本身的計劃工具、運營過程仿真優化工具、工程工具、裝配仿真、質量控制工具等來仿真和優化制造過程，同時又可以使用支持協同作業的瀏覽器工具等對整個工藝過程進行統一的監控和管理。通過與CAD、PDM、ERP系統的集成和交互，是企業實現了產品數據、工藝數據和資源數據的共享。
CAPP計算機輔助工藝過程設計
（Computer Aided Process Planning ）
CAPP是一種將企業產品設計數據轉換為產品制造數據的技術，通過這種計算機技術輔助工藝設計人員完成從毛坯到成品的設計。CAPP系統的應用將為企業數據信息的集成打下堅實的基礎。
CAE計算機輔助工程（Computer Aided Engineering）
是用計算機輔助求解復雜工程和產品結構強度、剛度、屈曲穩定性、動力響應、熱傳導、三維多體接觸、彈塑性等力學性能的分析計算以及結構性能的優化設計等問題的一種近似數值分析方法。其基本思想是將一個形狀復雜的連續體的求解區域分解為有限的形狀簡單的子區域，即將一個連續體簡化為由有限個單元組合的等效組合體；通過將連續體離散化，把求解連續體的場變量（應力、位移、壓力和溫度等）問題簡化為求解有限的單元節點上的場變量值。此時求解的基本方程將是一個代數方程組，而不是原來描述真實連續體場變量的微分方程組，得到的是近似的數值解，求解的近似程度取決于所采用的單元類型、數量以及對單元的插值函數。
有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）
有限元分析就是CAE軟件，有限元分析利用數學近似的方法對真實物理系統（幾何和載荷工況）進行模擬。還利用簡單而又相互作用的元素，即單元，就可以用有限數量的未知量去逼近無限未知量的真實系統。
當今有限元分析軟件的一個發展趨勢是與通用CAD軟件的集成使用，即在用CAD軟件完成部件和零件的造型設計后，能直接將模型傳送到CAE軟件中進行有限元網格劃分并進行分析計算，如果分析的結果不滿足設計要求則重新進行設計和分析，直到滿意為止，從而極大地提高了設計水平和效率。
CAQ計算機輔助質量控制
（Computer Aided Quality ）
數字樣機
數字樣機技術是以CAX/DFX技術為基礎，以機械系統運動學、動力學和控制理論為核心，融合虛擬現實、仿真技術、三維計算機圖形技術，將分散的產品設計開發和分析過程集成在一起，使產品的設計者、制造者和使用者在產品的早期可以直觀形象地對數字化的虛擬產品原型進行設計優化、性能測試、制造仿真和使用仿真，為產品的研發提供全新的數字化設計方法。
狹義的數字樣機認識從計算就圖形學角度出發，認為數字樣機是利用虛擬現實技術對產品模型的設計、制造、裝配、使用、維護與回收利用等各種屬性進行分析與和設計，在虛擬環境中逼真的分析與顯示產品的全部特征，以替代或精簡物理樣機。
廣義的數字樣機從制造的角度出發，認為數字樣機是一種基于計算機的產品描述，從產品設計、制造、服務、維護直至產品回收整個過程中全部所需功能的實時計算機仿真，通過計算機技術對產品的各種屬性進行設計、分析與仿真，以取代或精簡物理樣機。
虛擬現實
虛擬現實(Virtual Reality，簡稱VR，又譯作靈境、幻真)是近年來出現的高新技術，也稱靈境技術或人工環境。虛擬現實是利用電腦模擬產生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內的事物。
二、工程設計行業與CAD相關概念
BIM（Build Information Modeling）建筑信息模型
但這個概念應該怎么理解呢？比較完整的說法應該：BIM是利用數字模型對項目進行設計、施工和運營的過程。BIM貫穿建筑項目的整個過程，同時也涉及所有參與人員。有人將BIM的應用分為了三個維度：時間、人、事件。需要建筑項目參與的各方：甲方、設計方、施工方、預制加工商、物業管理、設備供應等全面參與，才有可能全面實施BIM。工程設計行業要全面轉向三維還需要很長的路要走。
有人將BIM軟件分成了十三類，這些軟件并沒有嚴格的分界線，很多軟件可能同時具備兩類功能，或者具有不同類型的部分功能。這些軟件的核心是三維建模軟件，這包括三維的建筑軟件、結構軟件和設備軟件等。這些軟件中一部分在設計院中已經開始應用，例如可持續分析軟件、機電分析軟件、結構分析軟件，結構分析計算在國內很早就已開始應用，日照分析、節能計算很多設計院也已經開始應用，另外在大家經常使用的水暖電設備軟件中，也加入了很多計算分析功能，如電氣的照度計算、暖通的負荷計算、給排水的水力計算等等。
協同設計
現在很多設計院關注的一個概念是協同設計，認為協同設計能解決設計院內部設計流程中存在的很多問題，可以提高設計院的整體設計效率。現在跟協同拉上關系的軟件有很多，有些廠家把協同設計說成一套管理軟件，有的廠家把他說成一套設計軟件。國外BIM廠家把協同設計作為BIM概念的一部份。
簡單說：協同設計就是多人共同完成一個設計項目，協同設計軟件就是提供一個平臺，保證項目能順暢、高效地完成。
現在協同設計可以分為兩部分，一部分是文檔和流程管理，屬于管理平臺，一部分是設計軟件、設計信息建的系統，屬于設計平臺，只有兩者合為一體，才能稱之為真正的協同設計。
物業設施管理(Facility Management，簡稱FM)
按照國際物業設施管理協會(IFMA)和美國國會圖書館的定義，是“以保持業務空間高品質的生活和提高投資效益為目的，以最新的技術對人類有效的生活環境進行規劃、整備和維護管理的工作”。它“將物質的工作場所與人和機構的工作任務結合起來。它綜合了工商管理、建筑、行為科學和工程技術的基本原理”。物業設施管理這一行業真正得到世界范圍的承認還只是近幾年的事。越來越多的實業機構開始相信，保持管理得井井有條和高效率的設施對其業務的成功是必不可少的。
碰撞檢查
三維設計相較于二維設計最大的特點是能夠立體的看設計，在二維上看不到的碰撞就有可能發生。
“碰撞檢查”工具可以發現項目中圖元之間的沖突。這些圖元可能是模型中的一組選定圖元，也可能是所有圖元。
在以前一些二維的專業軟件中，例如浩辰CAD給排水中也有碰撞檢查的功能，可以檢查交叉管道之前是否有干涉。但真正能提升整體設計質量的是建筑各專業構件之前的的碰撞檢查，現在的三維協同設計軟件會將建筑、結構、水暖電設備三維模型放到一起，進行碰撞檢查，在施工之前更徹底地解決各專業之間沖突的問題。
小結：與CAD的相關概念遠不止上面這些，我只是將自己知道的某些重要概念給大家列舉了一下，很多概念我也并不了解，如果大家對某個概念感興趣，可以到網上去搜索相關資料。如果講得有問題，也請大家指出。
CAD（Computer Aided Design）即計算機輔助設計,其概念和內涵正在不斷地發展中。1972年10月，國際信息處理聯合會（IFIP）在荷蘭召開的“關于CAD原理的工作會議”上給出如下定義：CAD是一種技術，其中人與計算機結合為一個問題求解組，緊密配合，發揮各自所長，從而使其工作優于每一方，并為應用多學科方法的綜合性協作提供了可能。CAD是工程技術人員以計算機為工具，對產品和工程進行設計、繪圖、分析和編寫技術文檔等設計活動的總稱。
二維CAD系統一般將產品和工程設計圖紙看成是“點、線、圓、弧、文本……”等幾何元素的集合，用二維的圖紙加上文字和標注來表現三維模型。AutoCAD、浩辰CAD等軟件雖然也有三維功能，但由于三維功能較弱，大多數用他繪制二維平面圖，因此仍被定位為二維CAD。當然也有些純粹的二維CAD，完全不支持Z軸。
三維CAD系統的核心是產品的三維模型。三維模型是在計算機中將產品的實際形狀表示成為三維的模型，模型中包括了產品幾何結構的有關點、線、面、體的各種信息。計算機三維模型的描述經歷了從線框模型、表面模型到實體模型的發展，所表達的幾何體信息越來越完整和準確，能解決“設計”的范圍越廣。由于三維CAD系統的模型包含了更多的實際結構特征，使用戶在采用三維CAD造型工具進行產品結構設計時，更能反映實際產品的構造或加工制造過程。
由于現在很多行業仍離不開二維圖紙，因此很長一段時間內二維CAD和三維CAD還會同時存在，即使在一些行業領先的制造業企業也是如此。
一、制造業與CAD相關的概念
CAM (computer Aided Manufacturing，計算機輔助制造)
CAM利用計算機來進行生產設備管理控制和操作的過程。常用的CAM軟件通常工作流程如下：輸入CAD繪制的圖紙或創建的模型，根據零件的加工需要設置相應的參數，然后可以自動生成刀具加工時的運動軌跡(刀位文件)和數控程序，然后程序就可以直接提交給數控加工機床，直接進行零件加工，也就是將CAD設計和制造直接聯系起來了。
PDM產品數據管理 （Product Data Management ）
PDM是一種幫助工程師和其它人員管理產品數據和產品研發過程的工具。PDM系統確保跟蹤設計、制造所需的大量數據和信息，并由此支持和維護產品。PDM實際上是企業中為了有效管理產品在設計、工藝、生產、銷售整個過程中（生命周期）所產生的信息資源，如設計人員、圖紙、設計過程等的一種手段，最終目的是提高企業的創造力，減少產品的研發成本，縮短產品的交付時間，保證產品質量。說簡單一點，PDM首先要對設計圖檔進行歸檔和管理，其次要從設計圖紙中提取明細表數據，進行統計、分析，建議企業的零件、圖紙等相關數據庫，并對設計、生產、采購相關流程和資源進行優化。PDM需要管理CAD的設計數據，同時要從CAD圖紙中提取明細表、圖框的相關數據，因此PDM和CAD之間比例建立接口。
PLM產品生命周期管理
（Product Lifecycle Management ）
PLM是一種企業信息化的商業戰略。它實施一整套的業務解決方案，把人、過程和信息有效地集成在一起，作用于整個企業，遍歷產品從概念到報廢的全生命周期，支持與產品相關的協作研發、管理、分發和使用產品定義信息。 PLM為企業及其供應鏈組成產品信息的框架。它由多種信息化元素構成：基礎技術和標準（如XML、視算、協作和企業應用集成）、信息生成工具（如MCAD、ECAD和技術發布）、核心功能（如數據倉庫、文檔和內容管理、工作流和程序管理）、功能性的應用（如配置管理）以及構建在其他系統上的商業解決方案。
從技術角度上來說，PLM是一種對所有與產品相關的數據、在其整個生命周期內進行管理的技術。既然PLM與所有與產品相關的數據的管理有關，那么就必然與PDM密不可分，有著深刻的淵源關系，可以說PLM完全包含了PDM的全部內容，PDM功能是PLM中的一個子集。但是PLM又強調了對產品生命周期內跨越供應鏈的所有信息進行管理和利用的概念，這是與PDM的本質區別。
MPM 生產制造過程工藝信息的管理
（Manufacturing Process Management）
所謂工藝過程管理(MPM)，是一種貫穿計劃、設計、制造和管理全過程的協同工作環境，旨在對生產過程中的工藝信息進行協調的統一管理。
MPM解決方案主要解決了生產管理部門在制造過程中復雜工藝過程的管理問題，應用在制造工藝管理中的各個階段，包括規劃階段和工程階段。在這些階段中，系統采用其本身的計劃工具、運營過程仿真優化工具、工程工具、裝配仿真、質量控制工具等來仿真和優化制造過程，同時又可以使用支持協同作業的瀏覽器工具等對整個工藝過程進行統一的監控和管理。通過與CAD、PDM、ERP系統的集成和交互，是企業實現了產品數據、工藝數據和資源數據的共享。
CAPP計算機輔助工藝過程設計
（Computer Aided Process Planning ）
CAPP是一種將企業產品設計數據轉換為產品制造數據的技術，通過這種計算機技術輔助工藝設計人員完成從毛坯到成品的設計。CAPP系統的應用將為企業數據信息的集成打下堅實的基礎。
CAE計算機輔助工程（Computer Aided Engineering）
是用計算機輔助求解復雜工程和產品結構強度、剛度、屈曲穩定性、動力響應、熱傳導、三維多體接觸、彈塑性等力學性能的分析計算以及結構性能的優化設計等問題的一種近似數值分析方法。其基本思想是將一個形狀復雜的連續體的求解區域分解為有限的形狀簡單的子區域，即將一個連續體簡化為由有限個單元組合的等效組合體；通過將連續體離散化，把求解連續體的場變量（應力、位移、壓力和溫度等）問題簡化為求解有限的單元節點上的場變量值。此時求解的基本方程將是一個代數方程組，而不是原來描述真實連續體場變量的微分方程組，得到的是近似的數值解，求解的近似程度取決于所采用的單元類型、數量以及對單元的插值函數。
有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）
有限元分析就是CAE軟件，有限元分析利用數學近似的方法對真實物理系統（幾何和載荷工況）進行模擬。還利用簡單而又相互作用的元素，即單元，就可以用有限數量的未知量去逼近無限未知量的真實系統。
當今有限元分析軟件的一個發展趨勢是與通用CAD軟件的集成使用，即在用CAD軟件完成部件和零件的造型設計后，能直接將模型傳送到CAE軟件中進行有限元網格劃分并進行分析計算，如果分析的結果不滿足設計要求則重新進行設計和分析，直到滿意為止，從而極大地提高了設計水平和效率。
CAQ計算機輔助質量控制
（Computer Aided Quality ）
數字樣機
數字樣機技術是以CAX/DFX技術為基礎，以機械系統運動學、動力學和控制理論為核心，融合虛擬現實、仿真技術、三維計算機圖形技術，將分散的產品設計開發和分析過程集成在一起，使產品的設計者、制造者和使用者在產品的早期可以直觀形象地對數字化的虛擬產品原型進行設計優化、性能測試、制造仿真和使用仿真，為產品的研發提供全新的數字化設計方法。
狹義的數字樣機認識從計算就圖形學角度出發，認為數字樣機是利用虛擬現實技術對產品模型的設計、制造、裝配、使用、維護與回收利用等各種屬性進行分析與和設計，在虛擬環境中逼真的分析與顯示產品的全部特征，以替代或精簡物理樣機。
廣義的數字樣機從制造的角度出發，認為數字樣機是一種基于計算機的產品描述，從產品設計、制造、服務、維護直至產品回收整個過程中全部所需功能的實時計算機仿真，通過計算機技術對產品的各種屬性進行設計、分析與仿真，以取代或精簡物理樣機。
虛擬現實
虛擬現實(Virtual Reality，簡稱VR，又譯作靈境、幻真)是近年來出現的高新技術，也稱靈境技術或人工環境。虛擬現實是利用電腦模擬產生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內的事物。
二、工程設計行業與CAD相關概念
BIM（Build Information Modeling）建筑信息模型
但這個概念應該怎么理解呢？比較完整的說法應該：BIM是利用數字模型對項目進行設計、施工和運營的過程。BIM貫穿建筑項目的整個過程，同時也涉及所有參與人員。有人將BIM的應用分為了三個維度：時間、人、事件。需要建筑項目參與的各方：甲方、設計方、施工方、預制加工商、物業管理、設備供應等全面參與，才有可能全面實施BIM。工程設計行業要全面轉向三維還需要很長的路要走。
有人將BIM軟件分成了十三類，這些軟件并沒有嚴格的分界線，很多軟件可能同時具備兩類功能，或者具有不同類型的部分功能。這些軟件的核心是三維建模軟件，這包括三維的建筑軟件、結構軟件和設備軟件等。這些軟件中一部分在設計院中已經開始應用，例如可持續分析軟件、機電分析軟件、結構分析軟件，結構分析計算在國內很早就已開始應用，日照分析、節能計算很多設計院也已經開始應用，另外在大家經常使用的水暖電設備軟件中，也加入了很多計算分析功能，如電氣的照度計算、暖通的負荷計算、給排水的水力計算等等。
協同設計
現在很多設計院關注的一個概念是協同設計，認為協同設計能解決設計院內部設計流程中存在的很多問題，可以提高設計院的整體設計效率。現在跟協同拉上關系的軟件有很多，有些廠家把協同設計說成一套管理軟件，有的廠家把他說成一套設計軟件。國外BIM廠家把協同設計作為BIM概念的一部份。
簡單說：協同設計就是多人共同完成一個設計項目，協同設計軟件就是提供一個平臺，保證項目能順暢、高效地完成。
現在協同設計可以分為兩部分，一部分是文檔和流程管理，屬于管理平臺，一部分是設計軟件、設計信息建的系統，屬于設計平臺，只有兩者合為一體，才能稱之為真正的協同設計。
物業設施管理(Facility Management，簡稱FM)
按照國際物業設施管理協會(IFMA)和美國國會圖書館的定義，是“以保持業務空間高品質的生活和提高投資效益為目的，以最新的技術對人類有效的生活環境進行規劃、整備和維護管理的工作”。它“將物質的工作場所與人和機構的工作任務結合起來。它綜合了工商管理、建筑、行為科學和工程技術的基本原理”。物業設施管理這一行業真正得到世界范圍的承認還只是近幾年的事。越來越多的實業機構開始相信，保持管理得井井有條和高效率的設施對其業務的成功是必不可少的。
碰撞檢查
三維設計相較于二維設計最大的特點是能夠立體的看設計，在二維上看不到的碰撞就有可能發生。
“碰撞檢查”工具可以發現項目中圖元之間的沖突。這些圖元可能是模型中的一組選定圖元，也可能是所有圖元。
在以前一些二維的專業軟件中，例如浩辰CAD給排水中也有碰撞檢查的功能，可以檢查交叉管道之前是否有干涉。但真正能提升整體設計質量的是建筑各專業構件之前的的碰撞檢查，現在的三維協同設計軟件會將建筑、結構、水暖電設備三維模型放到一起，進行碰撞檢查，在施工之前更徹底地解決各專業之間沖突的問題。
小結：與CAD的相關概念遠不止上面這些，我只是將自己知道的某些重要概念給大家列舉了一下，很多概念我也并不了解，如果大家對某個概念感興趣，可以到網上去搜索相關資料。如果講得有問題，也請大家指出。
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