計算機輔助設計（Computer Aided Design,CAD）計算機輔助工程（Computer Aided Engineering,CAE）計算機輔助工藝過程設計（Computer Aided Process Planning，CAPP）計算機輔助製造（Computer Aided Manufacturing，CAM）
基本介紹
- 中文名：計算機集成製造
- 外文名：Computer integrated Manufacturing
- 簡稱：CIS
- 概念：運用計算機軟體輔助製造
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介紹
計算機輔助設計（Computer Aided Design,CAD），運用計算機軟體製作並模擬實物設計，展現新開發商品的外型，結構，色彩，質感等特色。隨著技術的不斷發展計算機輔助設計應該不僅僅適用於工業，還被廣泛運用於平面印刷出版等諸多領域。它同時涉及到軟體和專用的硬體。
CAD有時也寫作"computer-assisted", "computer-aided drafting",或類似的表達方式。相關的縮略語有CADD,表示計算機輔助設計和草圖"computer-aided design and drafting", 以及CAAD, 表示計算機輔助建築設計"computer-aided architectural design". 所有這些術語基本上同意，都指使用計算機而不是傳統的繪圖板來進行各種項目的設計和工程製圖。通常由CAD創建的建築和工程項目的範圍很廣，包括建築設計製圖，機械製圖，電路圖，和其他各種形式的設計交流方式。現在，它們都成為計算機輔助設計更廣泛的定義的一部分。
設計者很早就開始使用計算機進行計算。有人認為Ivan Sutherland在1963年在麻省理工學院開發的Sketchpad是一個轉折點。SKETCHPAD的突出特性是它允許設計者用圖形方式和計算機互動:設計可以用一枝光筆在陰極射線管螢幕上繪製到計算機里。實際上，這就是圖形化用戶界面的原型，而這種界面是現代CAD不可或缺的特性。
CAD最早的套用是在汽車製造、航空航天以及電子工業的大公司中。隨著計算機變得更便宜，套用範圍也逐漸變廣。
CAD的實現技術從那個時候起經過了許多演變。這個領域剛開始的時候主要被用於產生和手繪的圖紙相仿的圖紙。計算機技術的發展使得計算機在設計活動中有更有技巧的套用。現今，CAD已經不僅僅用於繪圖和顯示，它開始進入設計者的專業知識中更"智慧型"的部分。
隨著電腦科技的日益發展，效能的提升和更便宜的價格，許多公司已採用立體的繪圖設計。以往，礙於電腦效能的限制，繪圖軟體只能停留在平面設計，欠了真實感。而立體繪圖則衝破了這限制，令設計藍圖更實體化。
現代CAD系統的功能
包括:
設計組件重用(Reuse of design components)
簡易的設計修改和版本控制功能(Ease of design modification and versioning)
設計的標準組件的自動產生(Automatic generation of standard components of the design)
設計是否滿足要求和實際規則的檢驗(Validation/verification of designs against specifications and design rules)
無需建立物理原型的設計模擬(Simulation of designs without building a physical prototype)
裝配件(一堆零件或者其他裝配件)的自動設計
工程文檔的輸出，例如製造圖紙，材料明細表(Bill of Materials)
設計到生產設備的直接輸出
到快速原型或快速製造工業原型的機器的直接輸出
CAD的發展導致了下列工具和方法的發展
智慧型布線圖和生產關聯資料庫(Intelligent wiring diagrams and production linked database systems)
圖形表達系統和工廠圖紙和資料庫(Graphically represented system or plant diagrams and databases)
參數化設計模型(Parametric design models)
實時進程模擬 (Real-time process simulation)
有限元分析 (FEA)
快速原型法 (Rapid prototyping)
很多CAD圖紙是用套用軟體通過設計草圖和其他輸入從頭開始創建的。其他CAD圖紙是從原有的電子CAD檔案，通過複製全部或部分另一個CAD檔案，經過改動，然後另外儲存為新檔案得到。只有物理形式存在的圖紙(藍圖，丟失檔案的設計圖，等等)可以用一種"紙到CAD轉換"(圖紙轉換，數位化，矢量化)的程式來轉為CAD檔案。
電氣CAD
電氣CAD即用於電氣設計領域的CAD軟體，可以幫助電氣工程師提高電氣設計的效率，減少重複勞動和差錯率。專業的電氣CAD軟體如利馳SuperWORKS等由於緊貼電氣設計需求，專為電氣專業量身定做，能夠幫助電氣工程師實現智慧型快速的電氣CAD設計工作，而廣受電氣工程師的好評，套用範圍也很廣。
圖.SuperWORKS開孔庫管理
圖.SuperWORKS開孔庫管理1.電氣CAD系統的目標與範圍
機械產品電氣設計包括電路圖、接線圖、安裝圖、接線盒和電櫃以及按鈕站的設計，這五個部分之間不是孤立存在的，而是互相聯繫，這五個部分既能單獨運行又能實現信息共享。為此電氣CAD系統的目標與範圍是：建立適應完成以上功能要求、保證設計質量又能提高效率、縮短設計周期、減少人工勞動的電氣CAD系統，包括電路圖、接線圖、安裝圖、接線盒和電櫃、按鈕站的設計。
2.電氣CAD系統擬採用的設計方式
首先，根據機械產品設計中電氣設計的特點及存在的問題，必須採用檢索式設計方式，以解決電氣設計中設計自由度大、設計不規範問題，使電氣元器件選用實現標準化，電氣設計功能、性能達到規範化，滿足降低產品成本的要求，並能解決電氣設計中大量的重複勞動，縮短設計周期以達到縮短交貨期的目的，把設計人員從大量的重複勞動中解放出來，去從事創造性的勞動。
在傳統機械產品電氣設計中已積累了大量的資料，可以整理、歸納由元器件組合為一定功能的常用的組件或小部件，這為電氣CAD系統建立通用組件或小部件圖形庫、資料庫奠定基礎，也為進一步發展模組化設計創造了條件。
再者，通過對機械產品電氣設計中部分零部件的分析，發現不單其形狀較規範和相似，而且尺寸也比較規範，有很多品種和規格，根據這些條件完全可以採用參數化設計方法。
為了提高電氣設計的水平，在檢索式設計的基礎上，總結電氣設計的經驗，使之形成設計規則，並利用檢索式設計已建立的各種資料庫、圖形庫，將系統提升為專家系統。
3.電氣CAD系統的功能設計
實現信息共享並達到以上的目標，系統必須有以下功能：
—建立統一電氣設計圖面、圖幅、元件標註、標題欄格式；
—建立共享資料庫、圖形庫，包括按國家標準GB4728與行業、企業標準相結合的電氣圖形符號庫；
—提供用戶建立、擴充圖形符號庫的功能；
—提供對系統內圖形符號庫的快速、簡便、靈活檢索功能，包括查詢、調用、插入、刪除等。
—分別提供標註圖形符號與標註文字的功能，標註圖形符號時能自動識別不同元件圖形符號，並提取相應的標註內容，為生成接線圖作好準備；
—能自動確定在圖紙上觸點和線圈的相對應坐標位置，減少人工查找勞動，提高工作效率，避免人工查找容易發生的錯誤；
—能調用機械CAD完成的圖形，完成電氣安裝圖的設計；
—系統能讀取電路圖中信息，半自動生成接線圖；
—系統能讀取標準件、外購件庫，對安裝圖進行標註並生成標準件、外購件明細表或標準件、外購件清單。
—接線盒的設計套用參數化設計方法，接線盒形狀比較規範、尺寸規格參數可以系列化，採用參數化設計方法效果最佳。
CAE
CAE（Computer Aided Engineering）是用計算機輔助求解複雜工程和產品結構強度、剛度、屈曲穩定性、動力回響、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最佳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複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數（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數值。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數的微分方程組，得到的是近似的數值解，求解的近似程度取決於所採用的單元類型、數量以及對單元的插值函式。
CAPP
CAPP的英文全稱為Computer Aided Process Planning，中文翻譯為計算機輔助工藝過程設計。
CAM
計算機輔助製造（Computer-aided manufacturing，縮寫為 CAM）是工程師大量使用產品生命周期管理計算機軟體的產品元件製造過程。計算機輔助設計中生成的元件三維模型用於生成驅動數字控制工具機的計算機數控代碼。這包括工程師選擇工具的類型、加工過程以及加工路徑。
有些 CAM 與 CAD 系統集成在一起。每一個 CAM 軟體首先都要解決 CAD數據交換的問題，因為生成數據的 CAD 系統就像文字處理軟體那些經常按照它自己的專有格式保存數據。通常需要 CAD 操作員將數據輸出成通用的數據格式如 IGES 或者 STL 等，因為通常不需要再進行編輯所以這種格式可以較為簡單。
儘管長期以來人們一直夢想 CAM 軟體能夠獨立運轉，但是通常它仍然需要知識與技能都很豐富的操作員選擇合適的銑刀，並且定義生成高效率的路徑所需的參數及策略。
歷史
商用 CAM 的套用最初出現在汽車以及航空工業領域的大公司中，例如1971年雷諾用於車身設計與加工的 UNISURF。
加工過程
大多數加工過程都要經過三個步驟，根據材料以及所用軟體的不同每一步都是或簡單或複雜的策略來實現，這些策略有：
粗加工
這個過程從立方原料或者鑄件開始，將它大致加工成最後的模型。因為按照水平方向加工，通常得到一種階梯的形狀。常用的策略有 zig-zag clearing、offset clearing、plunge roughing、rest-roughing。
半精加工
這個過程從經過粗加工的不平零件開始，按照一個固定的偏移對零件加工。常用的策略有 raster passes、waterline passes、 constant step-over passes、pencil milling。
精加工
與半精加工類似，但是起始所用原料不同。
當今提供 CAM 軟體的公司
根據 2005年 收入排列，最大的 CAM 軟體公司是 UGS Corp 與 Dassault Systèmes，二者都占有超過 10% 的市場份額。PTC、Hitachi Zosen 和 Delcam 分別占有超過 5% 的市場份額。Planit、Tebis、Missler、CNC (Mastercam) 以及 Sescoi 分別占有 2.5% 到 5% 的市場份額。剩餘 35% 的市場份額被其它較小的供應商所分割。
套用領域
—機械工程
—電子設計自動化，CAM 工具準備要製造的印製電路板（PCB）以及積體電路設計數據。
目前，大部分企業都採用了CAD/CAE/CAPP/CAM一體化加工技術。
