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計算機革命/計算機圖形學/CADD

來自華夏公益教科書,開放的書籍,開放的世界

CAD 是一個縮寫詞,代表計算機輔助設計程式 (http://www.gsd.harvard.edu/inside/cadcam/whatis.htm)。它是一個允許繪圖專業人員使用幾何形狀進行繪製的程式,因此也可以稱為計算機輔助繪圖設計 (http://www.trixsystems.com/cad.html)。它是一個取代了以前用於設計的繪圖板的程式 (http://www.trixsystems.com/cad.html)。這個計算機程式比實際的繪圖板更先進,因為它還在電子表格設計中建立了數學計算和公式。該程式還允許人們使用實際測量值來測量物體,從而確保完全準確 (http://www.fastcad.com/x-whatis.html)。該繪圖系統的另一個優勢是,您可以以二維格式檢視物體,一些程式甚至可以允許您以 3D 效果檢視繪圖 (http://www.fastcad.com/x-whatis.html)。這些程式主要用於高階技術繪圖專業人員,例如建築師、工程師和地質學家,他們從這個計算機圖形系統中獲益匪淺。計算機輔助設計 (CAD) CAD 軟體旨在幫助輔助建築、橋樑、景觀和新設計的開發。此外,它還可以減少設計或設計產品的草圖所需的時間。CAD 還可以在生產新的機械和電氣系統方面提供幫助。使用此軟體的優勢之一是能夠輕鬆快速地更改和修改現有專案。它不僅有助於設計和開發,而且在建造新結構的情況下也提供幫助,如果它與最新版本保持一致,以便應對任何耐候結構。例如,地震或不可預見的天氣狀況。計算機輔助設計程式還具有 3D 設計的優勢。它將使建造者能夠進入完工的建築物,而無需在出現問題時等待時間和金錢。(莫雷、黛博拉、帕克、查爾斯。“理解計算機,今天和明天”印刷。第 477 頁)

CAD/CAM 歷史概述

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CAD/CAM 系統結合了軟體和硬體,作為一個系統,它在設計產品和控制生產特定產品的製造過程中非常有用。從本質上講,CAD“是產品生命週期管理過程中的主要幾何建模工具,涉及軟體,有時還涉及特殊用途硬體 [具有] 當前軟體包 [這些軟體包] 涵蓋從二維向量繪製系統到三維實體和曲面建模器”( http://en/wikipedia.org/wiki/Computer-aided_design 檢索日期:2006 年 12 月 7 日)。

曾經,CAD 系統需要專用計算機,但自 1980 年代中期以來,CAD 軟體變得更加實惠,甚至可以供個人使用。這對公司繪圖部門的員工隊伍產生了重大影響——通常消除了對傳統繪圖員的需求,但增加了對 CAD 操作員的需求。傳統繪圖員的勞動密集型藝術和工藝被計算機繪圖員的新技術能力所取代,儘管設計藝術仍然是必不可少的。

這項技術雖然不一定減少了工程過程中初始設計和繪圖階段的時間和精力的投入,但在整個設計週期中確實有其優勢,尤其是在修改圖紙方面。CAD 使設計能夠在“無紙化工作室”中進行編輯、儲存、列印和重新編輯,而無需在每次進行更改(即使是最小的更改)或需要更正錯誤時都從一張新的透明膠片開始 (http://en/wikipedia.org/wiki/Computer-aided_design 檢索日期:2006 年 12 月 7 日)。

“CAD 繪圖工具……描述了 CAM 部分程式用來定義刀具路徑的幾何形狀,該刀具路徑將指導機床的運動以加工繪製的確切形狀” (http://www.gsd.harvard.edu/inside/cadcam/whatis.htm 檢索日期:2006 年 12 月 7 日)。但這一切是如何開始的呢?

早在 CAD 出現之前,大型工業,尤其是航空航天和汽車行業,就一直在尋求自動化其製造流程 (http://www.fourmilab.ch/autofile/www/section2_83_6.html 檢索日期:2006 年 12 月 7 日)。未來 CAD 開發的背景工作可能歸因於 1940 年代初開發的“……關於曲線的數學描述工作”(http://en/wikipedia.org/wiki/Computer-aided_design 檢索日期:2006 年 12 月 7 日)。事實上,“CAM 的歷史可以追溯到二戰後,當時為美國空軍工作的製造商得出結論,在計算機的幫助下建造複雜的結構將更加高效”( http://www.inventorconnections.com/feature_full.php?cpfeatureid=17200&id=183472 檢索日期:2006 年 12 月 7 日)。因此,在 1950 年代,“……數控機床……使用帶規律間隔孔的紙帶……將數字輸入到控制器……連線到機床上的定位工作的電機” (http://www.gsd.harvard.edu/inside/cadcam/whatis.htm 檢索日期:2006 年 12 月 7 日)。然後,在 1960 年代和 1970 年代,“……多項式曲線和雕刻表面……”的工作開始了。也許最重要的事情是,1962 年在麻省理工學院開發並宣佈的 APT 或自動程式設計工具——一種通用的 NC(數控)程式語言,它“……允許程式設計師開發特定於每種 NC 工具型別的後處理器……。”因此,在某些行業中,人們可能會發現使用術語 CAD/NC(數控)等同於 CAD/CAM(計算機輔助設計和計算機輔助製造) (http://www.gsd.harvard.edu/inside/cadcam/whatis.htm 檢索日期:2006 年 12 月 7 日)。

就在這些早期(1960 年代和 1970 年代),新公司應運而生,並以這項新興技術為基礎,例如 1969 年的 Intergraph。然後,桌面 CAD 出現在 1980 年代初期,最值得注意的是 AutoCAD,這是一種二維繫統,由 AutoDesk 開發,該公司由約翰·沃克於 1982 年創立 (http://en/wikipedia.org/wiki/Computer-aided_design 檢索日期:2006 年 12 月 7 日)。據一項評論稱,“AutoCAD 無疑是世界上最受歡迎的 CAD 產品……AutoCAD 是所有使用 CAD 的地方桌面 CAD 的實際標準” (http://fourmilab.ch/autofile/www/section2_83_3.html#SECTION00833000000000000000 檢索日期:2006 年 12 月 7 日)。儘管“AutoCAD……是市場上最好的專業設計與繪圖程式之一……被全球工程和製造公司使用”(http://metals.about.com/od/cadcam/CAD_CAM_Software.htm 檢索日期:2006 年 12 月 7 日),但在 CAD/CAM 世界中,AutoCAD 只是這個宇宙中很小的一部分,因為“詳細繪圖僅代表設計/製造過程所需的三分之一……”( http://www.fourmilab.ch/autofile/www/section2_83_13.html#SECTION008313000000000000000 檢索日期:2006 年 12 月 7 日)。

事實上,沒有一個“傳統”的 CAD/CAM 產品——選擇範圍非常驚人,應用程式遍佈所有學科和行業,從傳統到不常見的用途。它可能在時尚和紡織行業以及醫療應用 (http://www.medschool.northwestern.edu/depts/repoc/sections/research/projects/cadcam/index.html 檢索日期:2006 年 12 月 7 日) 中找到,管道設計,雷射和水刀切割,以及其他作為原型軟體,現實世界設計和操作模擬軟體,3D 和實體建模軟體,熱分析軟體和工業雕刻和雕刻軟體開發——僅舉幾例(有關更全面的列表,請參見 http://metals.about.com/od/cadcam/CAD_CAM_Software.htm 檢索日期:2006 年 12 月 7 日)。

CAD/CAM 與時尚

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“當你想到計算機輔助製造時,性感內衣可能不是第一個想到的東西。”

服裝架

自 90 年代初以來,服裝設計師一直在使用 CAD/CAM 軟體來加速將 3D 設計轉換為需要切割的 2D 材料的過程。大多數高階服裝仍然以傳統方式設計,但越來越多的商店購買的現成服裝正在使用 CAD/CAM 軟體開發。它更便宜、更快,這是百貨商店服裝的主要要求。兩家領先公司 Gerber 和 Lectra 提供針對時尚行業的 CAD/CAM 軟體包,價格從每個席位 3,000 美元到 20,000 美元不等。這些程式側重於設計、3D 原型製作、打樣、尺寸分級、圖案件巢狀以最大限度地利用材料,以及與自動紡織切割機的整合。

檢索自 http://news.cnet.com/CAD-software-is-the-new-black/2100-1012_3-6221810.html 於 2012 年 2 月 24 日。

CAD/CAM 與未來

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那麼,CAD/CAM的未來是什麼?由於人們在三維 (3D) 空間中對周圍世界有最好的理解,因此從 1500 年代開始就一直在努力實現 3D。雖然在所謂的 3D 領域取得了巨大的進步,但人們普遍認為,這在很大程度上是一種技術,它實現了“… 好的空間印象,[但] … 不是立體 3D …”。IT 行業真正指的是顯示器是真正二維 (2D) 的,它們透過投影“對物體產生一定的空間印象”,被稱為“透過 2D 投影實現的 3D 顯示” (http://www.tomshardware.com/2004/03/04/eye_candy/index.html 檢索日期:2006 年 12 月 7 日)。 (http://www.tomshardware.com/2004/03/04/eye_candy/index.html 檢索日期:2006 年 12 月 7 日)。因此,儘管 CAD/CAM 在“可用性、速度、圖形、‘智慧’和自動化… 方面取得了進步,但即使是最好的 3D 機械設計軟體包也還有很大的改進空間。它需要更快、更容易使用,並且更便於與非工程師溝通” (http://www.machinedesign.com/ASP/viewsSelectedArticle.asp?strArticleld=56993&strSite=MDSite&Screeb=CURRENTISSUE 檢索日期:2006 年 12 月 7 日)。

一些 CAD 模型可以透過“虛擬現實”進行檢視,使用“特殊的觀看頭盔或眼鏡,以及將影片影像格式化為創造深度感的軟體” (http://www.machinedesign.com/ASP/viewBDEArticle.asp?page=1&catld=361&strArticleFileName=/BDE/cadcam/bdecad2/bdecad2_1.html 檢索日期:2006 年 12 月 7 日)。其他技術正在發展中,事實上,“向 3D 體積資訊提取、即時圖形生成和即時協作的轉變都已發生,而且這種步伐似乎不會放慢” (http://www.advancedimagingpro.com/article/article.jsp?suteSection=1&id=580 檢索日期:2006 年 12 月 7 日)。從歷史上看,它最初只是一種自動化設計和製造流程的簡單手段,如今已發展到工業和個人發展的各個領域和階段,並引發了人們的興趣。它將走向何方?

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