計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)發(fā)展起來的新技術(shù)，是生命力最強(qiáng)、滲透面最廣、影響最深的新技術(shù)之一。現(xiàn)代CAD技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到幾乎所有的技術(shù)領(lǐng)域，徹底改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作模式，提供了高效、可靠、全新的設(shè)計(jì)手段和方法，甚至對設(shè)計(jì)思維和分析方法產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。與許多技術(shù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域一樣，CAD技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代包裝設(shè)計(jì)，流行的基本工具、手段和方法，從各個(gè)方面徹底改變了包裝設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀和面貌，成為包裝設(shè)計(jì)人員必須掌握的技術(shù)之一。

本章主要介紹了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的含義、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展歷史和趨勢、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)在包裝設(shè)計(jì)，的應(yīng)用、包裝工程的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)以及常用的包裝設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用。

一、CAD的含義和發(fā)展歷史

(一)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的含義

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是近20年來隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而逐漸發(fā)展和成熟的一門新技術(shù)和新學(xué)科。今天，CAD技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)從一種幫助設(shè)計(jì)人員擺脫畫板和滑尺以提高設(shè)計(jì)效率的工具，發(fā)展到一種集設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析、仿真、數(shù)據(jù)管理等功能于一體的高質(zhì)量、高效率的集成技術(shù)，甚至擴(kuò)展到測試、制造、項(xiàng)目管理等各個(gè)方面，徹底徹底改變了所涉及的設(shè)計(jì)領(lǐng)域的工作條件和方法，成為現(xiàn)代設(shè)計(jì)的基本和必要的手段、方法和工作方法。鑒于此，許多學(xué)者認(rèn)為，電子技術(shù)的引入是一場工業(yè)革命，而工業(yè)的另一場革命是CAD/CAM(計(jì)算機(jī)輔助制造)技術(shù)的引入。

竹海愛媛禮品盒包裝設(shè)計(jì)臥龍味蜜梅包裝設(shè)計(jì)新疆紅瑪瑙葡萄干包裝設(shè)計(jì)顧名思義，CAD就是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。有人認(rèn)為設(shè)計(jì)用的電腦是CAD；有人把計(jì)算機(jī)計(jì)算分析當(dāng)成CAD；有人把CAD理解為計(jì)算機(jī)輔助繪圖，以至于CAD中的“d”實(shí)際上不是“設(shè)計(jì)”，而是“制圖”或“繪圖”。他們把CAD看作是利用人機(jī)對話圖形處理系統(tǒng)來設(shè)計(jì)圖紙；也有人把CAD理解為設(shè)計(jì)中用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算和繪圖。總之，對于CAD有不同的理解。從近年來CAD的發(fā)展來看，上述觀點(diǎn)是不全面的，未能揭示出發(fā)展CAD的本質(zhì)。

1972年10月，IFIP第五次技術(shù)群眾大會(國際信息處理聯(lián)合會)給CAD下了一個(gè)定義，即CAD是一種技術(shù)，是人和機(jī)器結(jié)合在一起解決一個(gè)問題，相互密切配合，使其工作優(yōu)于對方，有可能應(yīng)用多學(xué)科方法進(jìn)行綜合合作。這個(gè)定義突出了“人機(jī)合作，取長補(bǔ)短”的基本本質(zhì)。

下面從三個(gè)方面解釋這個(gè)性質(zhì)。

1.充分發(fā)揮人和機(jī)器各自的優(yōu)勢

CAD是人和機(jī)器的結(jié)合，有機(jī)地結(jié)合各自的特點(diǎn)，發(fā)揮各自的特長，各盡所能。

人具有創(chuàng)造性思維能力，能學(xué)習(xí)總結(jié)，掌握經(jīng)驗(yàn)，具有邏輯分析、推理判斷的能力。

計(jì)算機(jī)具有大容量的信息存儲和高速的信息交換能力，能夠記憶大量的設(shè)計(jì)資料和數(shù)據(jù)，并快速存儲或檢索數(shù)據(jù)。具有快速、高精度的計(jì)算和數(shù)值分析能力。它還具有很強(qiáng)的圖形和文字處理能力，能夠長期承擔(dān)各種學(xué)科的瑣碎重復(fù)工作。

青神蓬坎產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)巴山綠源核桃包裝設(shè)計(jì)尚美美玉調(diào)味包裝設(shè)計(jì)CAD是集人的創(chuàng)造力、決策功能、組織能力和計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的信息處理能力于一體，使設(shè)計(jì)發(fā)生了巨大變化。

人機(jī)一體化是以人為本，機(jī)器為輔。在CAD中，人起主導(dǎo)作用，而計(jì)算機(jī)只能完成人指定和安排的工作。在強(qiáng)調(diào)人的作用的同時(shí)，要充分發(fā)揮和利用計(jì)算機(jī)的能力。在設(shè)計(jì)工作中，把電腦能做的工作全部交給電腦，可以最大限度地減少人的勞動，把人從繁重的事務(wù)中解放出來，充分發(fā)揮人的智力和創(chuàng)造力。

2.人和機(jī)器是如何合作的

人機(jī)合作要滿足以下兩個(gè)條件。

(1)有快速反應(yīng)能力的CAD系統(tǒng)。

(2)設(shè)計(jì)者和CAD系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)。

CAD是人機(jī)一體化設(shè)計(jì)，需要人機(jī)對話和信息交流。設(shè)計(jì)過程不是簡單的輸入程序，數(shù)據(jù)經(jīng)過處理輸出結(jié)果，而是以人機(jī)對話和相互問答的形式進(jìn)行。設(shè)計(jì)師提出方案和設(shè)想，請計(jì)算機(jī)分析并給出答案；電腦問設(shè)計(jì)師現(xiàn)在做什么工作，讓設(shè)計(jì)師輸入電腦要求的參數(shù)；對于設(shè)計(jì)師的具體結(jié)果，請?jiān)陔娔X上顯示出來進(jìn)行分析比較。設(shè)計(jì)過程是一個(gè)“試驗(yàn)”過程，往往涉及計(jì)算、參數(shù)選擇和性能符合性。

人機(jī)對話的過程，其實(shí)就是計(jì)算機(jī)具體處理，人決策的過程。

農(nóng)產(chǎn)品笨雞笨蛋包裝設(shè)計(jì)三元金耐精營養(yǎng)飲食包裝設(shè)計(jì)水果楊佳柑橘包裝設(shè)計(jì)人機(jī)對話不僅通過文字和符號完成，還通過圖形完成。

3.人機(jī)結(jié)合，獲得最佳設(shè)計(jì)效果

通過以上討論，CAD可以定義為：CAD是設(shè)計(jì)者利用CAD系統(tǒng)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的過程。基本特點(diǎn)是“人機(jī)合作，取長補(bǔ)短”，“即時(shí)觀察，即時(shí)修改”，“畫成畫，用畫出”。

二、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展過程

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)硬件、軟件技術(shù)和外圍輔助設(shè)備的發(fā)展而發(fā)展，其發(fā)展過程大致可分為以下幾個(gè)階段。

1.準(zhǔn)備和孕育期(20世紀(jì)50-60年代)

1950年，麻省理工學(xué)院開發(fā)了Cyclone-1，類似示波器，可以顯示簡單的圖形。1958年，美國Calcomp公司研制出滾輪繪圖儀；格柏公司開發(fā)了一種平板繪圖儀。20世紀(jì)50年代，他們中的大多數(shù)人使用電子管計(jì)算機(jī)，這些計(jì)算機(jī)是用機(jī)器語言編程的。計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算，為其準(zhǔn)備的圖形設(shè)備只有輸出功能。CAD技術(shù)處于被動圖形處理階段。

2.大力發(fā)展，進(jìn)入申請期(60年代)

1962年，即麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室的薩瑟蘭發(fā)表了博士論文《用于人機(jī)交流的畫板圖形系統(tǒng)》，首次提出了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、交互技術(shù)、分層存儲符號的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等新思想。從而為CAD技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。20世紀(jì)60年代中期，出現(xiàn)了許多商業(yè)化的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)設(shè)備。比如1964年，美國IBM公司推出商業(yè)化的電腦繪圖設(shè)備。美國通用汽車公司的多通道分時(shí)圖形控制臺實(shí)現(xiàn)了各個(gè)階段的汽車設(shè)計(jì)。20世紀(jì)60年代末，美國安裝了200多個(gè)CAD工作站。

蘇豫大閘蟹禮品包裝設(shè)計(jì)計(jì)劃野生山珍產(chǎn)品形象包裝設(shè)計(jì)全脂純羊奶利樂包和外箱包裝設(shè)計(jì)3。廣泛使用時(shí)期(1970-1980年代)

1970年，美國Applicon公司第一個(gè)引進(jìn)了完整的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)。這一時(shí)期出現(xiàn)了廉價(jià)的固態(tài)電路隨機(jī)存儲器、光柵掃描顯示器、光筆、圖形輸入板等產(chǎn)生逼真圖形的圖形輸入設(shè)備，出現(xiàn)了面向中小企業(yè)的CAD商品化系統(tǒng)。70年代末，美國安裝的CAD工作站數(shù)量超過1.2萬，1983年增長到6.3萬。CAD技術(shù)從大中型企業(yè)向小型企業(yè)擴(kuò)張；從發(fā)達(dá)國家擴(kuò)展到發(fā)展中國家；從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到工程設(shè)計(jì)。

4.標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、智能化的發(fā)展時(shí)期(80年代中期以后)

標(biāo)準(zhǔn)化主要是指圖形界面和圖形功能的標(biāo)準(zhǔn)化。自從1977年GSPC(SIGRAPH的一個(gè)特殊利益集團(tuán))推出CORE圖形標(biāo)準(zhǔn)以來，出現(xiàn)了CGI(計(jì)算機(jī)圖形接口)、CCM(計(jì)算機(jī)圖形元文件)、gks(計(jì)算機(jī)GKS(Craphics內(nèi)核系統(tǒng))、圖形接口和圖形功能，隨著程序員的分層交互圖形標(biāo)準(zhǔn)phigs(程序員的分層交互圖形標(biāo)準(zhǔn))和基本圖形交換規(guī)范ice(初始圖形交換規(guī)范)的出現(xiàn)，圖形接口和圖形功能越來越標(biāo)準(zhǔn)化。以上標(biāo)準(zhǔn)有的是針對圖形設(shè)備的驅(qū)動包，有的是針對用戶的圖形包，有的是針對不同CAD系統(tǒng)的文檔規(guī)范。這些標(biāo)準(zhǔn)的制定和采用對CAD技術(shù)的普及和移植以及資源和信息的共享起著重要的作用。

水果蜜柚包裝設(shè)計(jì)水果紅心獼猴桃包裝設(shè)計(jì)廣安特產(chǎn)禮盒食品包裝設(shè)計(jì)集成主要體現(xiàn)在四個(gè)方面：一是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由單一功能轉(zhuǎn)變?yōu)榻M合功能，出現(xiàn)了由CAD /CAM(計(jì)算機(jī)輔助制造)ICAE(計(jì)算機(jī)輔助工程)組成的CIMS(計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng))。其次，CAD技術(shù)中的相關(guān)軟件(國際標(biāo)準(zhǔn))和算法不斷固化。也就是說，集成電路及其功能塊用于實(shí)現(xiàn)與軟件和算法相關(guān)的功能。再次，CAD中采用了多處理器和并行處理技術(shù)，工作速度提高了百倍。第四，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在CAD中的廣泛應(yīng)用，使得短距離和長距離的資源都可以共享。

智能化是人工智能技術(shù)和專家系統(tǒng)技術(shù)在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，大大提高了自動化設(shè)計(jì)的程度，出現(xiàn)了一門新的學(xué)科——人工智能輔助設(shè)計(jì)。AICAD將工程數(shù)據(jù)庫及其管理系統(tǒng)、知識庫及其專家系統(tǒng)、用戶界面管理系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來，從而大大提高了CAD系統(tǒng)的智能化水平。

三、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的支持軟件

CAD系統(tǒng)的支撐軟件是支持軟件開發(fā)、測試和維護(hù)的軟件工具，是支持應(yīng)用軟件開發(fā)和運(yùn)行的實(shí)用程序包。支持軟件是通用的，通常是商業(yè)化的。用戶對CAD應(yīng)用軟件的開發(fā)基本上是基于商業(yè)化的支撐軟件。

從CAD功能特點(diǎn)來看，其常用的支撐軟件可分為以下幾類。

(a)圖形支持軟件

浩平白一蘋果包裝盒設(shè)計(jì)梅州優(yōu)樂果包裝盒設(shè)計(jì)一木山醬香型白酒包裝視覺標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)在日常設(shè)計(jì)工作中，60%以上的設(shè)計(jì)工作量是設(shè)計(jì)圖紙，工程CAD最流行的應(yīng)用是計(jì)算機(jī)輔助繪圖，因此圖形支持軟件是CAD系統(tǒng)中最基本的支持軟件包。目前微機(jī)使用的典型產(chǎn)品是美國歐特克公司的AutoCAD。

(二)三維建模軟件

建立統(tǒng)一的產(chǎn)品模型，獲得統(tǒng)一的產(chǎn)品定義，是實(shí)現(xiàn)CAD集成的基礎(chǔ)。通過三維建模軟件，可以建立產(chǎn)品完整的幾何描述和特征描述，并可以隨時(shí)提取所需信息，以支持整個(gè)CAD過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)，如為有限元分析或CAPP提供相關(guān)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成。

建模軟件一般應(yīng)包括幾何建模、特征建模、物理性質(zhì)計(jì)算(如質(zhì)量和重心計(jì)算)、真實(shí)感圖形顯示、干涉檢查、2D繪制和2D剖面生成等。

(3)分析軟件和優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件

機(jī)械設(shè)計(jì)中常用的分析軟件主要包括有限元分析軟件、機(jī)械運(yùn)動分析軟件、動力學(xué)分析軟件和優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件。有限元分析軟件是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)中最重要的分析計(jì)算工具軟件。通過對CAD產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)的預(yù)處理和后處理接口，可以構(gòu)成一個(gè)實(shí)用、方便的專用產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析軟件。產(chǎn)品設(shè)計(jì)中有多種可能的設(shè)計(jì)方案，優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件可以利用數(shù)學(xué)優(yōu)化理論和現(xiàn)代數(shù)值計(jì)算技術(shù)找到最優(yōu)解。在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)應(yīng)用中，優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件通常與

天河雞精包裝設(shè)計(jì)武威武威糧食制品包裝設(shè)計(jì)青翠李包裝設(shè)計(jì)(4)工程數(shù)據(jù)庫管理軟件和數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)接口軟件

工程數(shù)據(jù)庫管理軟件用于統(tǒng)一管理整個(gè)設(shè)計(jì)過程和各種工程數(shù)據(jù)，以保證所有用戶協(xié)調(diào)共享數(shù)據(jù)。目前CAD工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的開發(fā)大多是基于通用的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(如Oracle、SQLServer)，根據(jù)工程特點(diǎn)對其功能進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充或修改，建立所謂的工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。此外，還有一些特殊的工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)可供選擇。先進(jìn)的集成CAD支持軟件(如Pro/E、I-DEAS、UG等。)一般包含自己的數(shù)據(jù)管理模塊，有多種數(shù)據(jù)接口，可以直接連接典型的商業(yè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)接口軟件用于轉(zhuǎn)換不同系統(tǒng)的輸入輸出數(shù)據(jù)格式。目前，主要的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)是接口圖形交換標(biāo)準(zhǔn)(IGES)，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織決定逐步采用產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)(step)。

四、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展趨勢

CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在高度網(wǎng)絡(luò)化、集成化和智能化的CAD系統(tǒng)上。

豐收花園彭祖長壽獼猴桃包裝設(shè)計(jì)永雅河新鮮月餅包裝設(shè)計(jì)不知道火橙水果包裝形象設(shè)計(jì)(一)網(wǎng)絡(luò)

以網(wǎng)絡(luò)的形式將不同地理位置、不同模型、不同運(yùn)行環(huán)境的CAD系統(tǒng)連接起來，已經(jīng)成為現(xiàn)代CAD發(fā)展的必然趨勢，也是現(xiàn)代CAD系統(tǒng)的基本組成模式和特點(diǎn)。CAD系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化有利于設(shè)計(jì)資源的共享和管理，有利于高效協(xié)同設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)。

(2)智力

專家系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)相結(jié)合形成的智能計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)是當(dāng)前計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)研究的熱點(diǎn)。工程設(shè)計(jì)本身包含兩個(gè)方面：一是大量涉及計(jì)算的數(shù)據(jù)處理內(nèi)容，可以通過CAD技術(shù)完成；第二，邏輯推理和決策分析是很多非數(shù)據(jù)處理任務(wù)。因此，專家系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)相結(jié)合，軟件開發(fā)人員直接將專業(yè)知識嵌入到計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件產(chǎn)品中，指導(dǎo)用戶完成特定的任務(wù)，從而創(chuàng)造出“智能計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)”系統(tǒng)。

(3)整合

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)在機(jī)械、電子、建筑、輕工和包裝領(lǐng)域的應(yīng)用正朝著集成化方向發(fā)展。CAD工作站在制造業(yè)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在CAD和CAM的集成上。在包裝工程領(lǐng)域，目前先進(jìn)的包裝箱CAD系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了紙箱設(shè)計(jì)、計(jì)算、力學(xué)分析、排樣、紙箱模切和箱庫管理的高度集成，不僅大大提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，而且完成了設(shè)計(jì)與制造的完美溝通。

包裝設(shè)計(jì)方案的吳佳月餅在牌坊口柚子包裝盒設(shè)計(jì)農(nóng)園山鎮(zhèn)產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)制造自動化更高層次的集成是開發(fā)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)。CIMS以工廠網(wǎng)絡(luò)化、無人化作業(yè)為表現(xiàn)形式，主要運(yùn)用智能機(jī)器人、FMS(柔性制造系統(tǒng))、局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、幾何仿真、CAD/CAM系統(tǒng)、工業(yè)控制裝置、工廠信息系統(tǒng)、專家系統(tǒng)等軟硬件技術(shù)，匯集了當(dāng)前大部分高新技術(shù)。CIMS是高知識、高技術(shù)密集型城市，是系統(tǒng)工程、管理科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和制造技術(shù)的綜合體，代表著制造業(yè)的發(fā)展方向和未來。

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