CAD(Computer-Aided Design)는 설계물의 생성, 수정, 해석 및 최적화에 관련된 컴퓨터이용 기술이다. 그렇기 때문에 컴퓨터 그래픽과 공학 함수들을 이용하는 응용프로그램이 구현된 어떤 형태의 프로그램도 CAD 소프트웨어에 속한다.
설계도구들의 해석 최적화
다시 말해서, CAD 도구들은 단지 형상들만을 다루기 위한 형상 설계도구들에서부 터 해석이나 최적화 용도로 잘 완성된 복잡한 응용 프로그램들에 이루기까지 매 우 다양하다. 이 밖에도 최근에는 여러 가지의 CAD소프트웨어가 개발되고 있고 이들 중에서 몇 가지를 예를 들면 공차해석, 질량성질 계산 및 유한요소 모델링 과 해석결과의 가시화 등을 위한 프로그램도 있다.CAD의 가장 기본적인 역할은 기계부품이나 건축구조, 전자회로, 건물배치 등 에서의 기하형상을 모델링 하는 것이다. 왜냐하면, 형상의 기하구조는 생산주기 내의 모든 하위 업무의 근본이 되기 때문이다.
기하학적 형상 모델링
기하학적 형상의 정의를 위하여 컴퓨터이용 제도와 형상 모델링 대표적으로 이용된다. 이러한 점 때문에 컴퓨터 이용 제도와 형상 모델링 시스템이 CAD 소프트웨어라 불린다. 더 나아가서, 이 러한 시스템으로 생성된 형상은 CAE(Computer-Aided Engineering)나 CAM (Computer-Aided Manufacturing)의 다른 기능을 수행하는데 기본적으로 이용될 수 있다. CAD 모델이 존재할 경우는 그렇지 못 할 경우보다 시간과 오류를 크 게 줄일 수 있기 때문에 이러한 점이 CAD의 가장 큰 이점 중의 하나이다.
유한요소법 개발
유한요소법(FEM)유한요소법(Finite Element Method)은 1930년대에 개발된 matrix이론을 사용하 여 1960년대에 영국과 미국에서 개발되어 그 후 발전을 거듭하여 연속체 역학 (continuum mechanics) 분야 등 광범위한 분야에서 사용되고 있다. 해석대상에 대해 요소의 공통되는 점, 선 및 면 등에서 여러 가지 경계조건을 사용하여 수식 을 만들고, 이를 이용해 구조물 전체에 대한 연립 대수 방정식을 만들어 해를 구 한다. 공통되는 점이나, 선, 면이 많아질수록 연립방정식이 커지게 되어 해를 구 하는데 많은 계산이 필요하게 되었고, 이러한 특징으로 인하여 유한요소법은 컴 퓨터의 발전 속도와 비례하여 발전하였다. 유한요소법을 적용할 수 있는 범위는 실로 광범위하며 다른 근사해법과는 비교할 수 없는 강력한 해석의 도구이다.아래의 그림 3.20은 실제적인 공학문제에 대해 유한요소법으로 해석한 사례를 나타내고 있다. 다음의 표 3.1은 현재 많이 사용되는 범용 FEM 프로그램을 열 거하였다.