CAD技術(shù)歷史現(xiàn)狀與未來

1、精品文本鄭州大學(xué)現(xiàn)代遠程教育土木工程CAD課程論文CAD技術(shù)的歷史、現(xiàn)狀與未來學(xué) 號：姓 名：張智潮完成時間：2016.04.10CAD技術(shù)的歷史、現(xiàn)狀與未來摘要： CAD即計算機輔助設(shè)計(CAD-Computer Aided Design) 利用計算機及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計人員進行設(shè)計工作 。簡稱CAD。AutoCAD是由美國Autodesk公司于二十世紀八十年代初為微機上應(yīng)用CAD技術(shù)而開發(fā)的繪圖程序軟件包，經(jīng)過不斷的完美，現(xiàn)已經(jīng)成為國際上廣為流行的繪圖工具。它的普及應(yīng)用將使產(chǎn)品設(shè)計制造生產(chǎn)的傳統(tǒng)模式發(fā)生深刻的變化，從而帶動制造業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，是當(dāng)前國際科技領(lǐng)域的前沿課題。本文主要介紹了C

2、AD技術(shù)的歷史、現(xiàn)狀與未來。關(guān)鍵詞： CAD,歷史,現(xiàn)狀,未來Abstract: The CAD, the Computer Aided Design (CAD - Computer Aided Design) uses Computer and the graphics device to help designers do the design work. Refer to as CAD. AutoCAD is designed by the United States in the 1980s, Autodesk company develop of the drawing progra

3、m packages for microcomputer on the application of CAD technology , through continuous perfect, now has become the international popular drawing tools. The popularization and application of it will make the products design and manufacture of the production of traditional pattern to have the profound

4、 change, thus promote manufacturing technology of rapid development, is the current international science and technology domain front subject. This article mainly introduced the CAD technology history, present and future.Keyword: CAD History Present FutureCAD技術(shù)的歷史CAD(Computer Aided Design)是計算機輔助設(shè)計的英

5、文縮寫，是利用計算機強大的圖形處理能力和數(shù)值計算能力，輔助工程技術(shù)人員進行工程或產(chǎn)品的設(shè)計與分析，達到理想的目的，并取得創(chuàng)新成果的一種技術(shù)。 CAD(Computer Aided Design）誕生于60年代，是美國麻省理工大學(xué)提出了交互式圖形學(xué)的研究計劃，由于當(dāng)時硬件設(shè)施的昂貴，只有美國通用汽車公司和美國波音航空公司使用自行開發(fā)的交互式繪圖系統(tǒng)。以CAD四次技術(shù)革命介紹CAD技術(shù)的歷史。第一次CAD技術(shù)革命貴族化的曲面造型系統(tǒng) 60年代出現(xiàn)的三維CAD系統(tǒng)只是極為簡單的線框式系統(tǒng)。這種初期的線框造型系統(tǒng)只能表達基本的幾何信息，不能有效表達幾何數(shù)據(jù)間的拓撲關(guān)系。進入70年代，正值飛機和汽車工業(yè)

6、的蓬勃發(fā)展時期。此間飛機及汽車制造中遇到了大量的自由曲面問題，當(dāng)時只能采用多截面視圖、特征緯線的方式來近似表達所設(shè)計的自由曲面。由于三視圖方法表達的不完整性，經(jīng)常發(fā)生設(shè)計完成后，制作出來的樣品與設(shè)計者所想象的有很大差異甚至完全不同的情況。此時法國人提出了貝賽爾算法，使得人們在用計算機處理曲線及曲面問題時變得可以操作，同時也使得法國的達索飛機制造公司的開發(fā)者們，能在二維繪圖系統(tǒng)CADAM的基礎(chǔ)上，開發(fā)出以表面模型為特點的自由曲面建模方法，推出了三維曲面造型系統(tǒng)CATIA。它的出現(xiàn)，標志著計算機輔助設(shè)計技術(shù)從單純模仿工程圖紙的三視圖模式中解放出來，首次實現(xiàn)以計算機完整描述產(chǎn)品零件的主要信息，同時也

7、使得CAM技術(shù)的開發(fā)有了現(xiàn)實的基礎(chǔ)。曲面造型系統(tǒng)CATIA為人類帶來了第一次CAD技術(shù)革命，改變了以往只能借助油泥模型來近似準確表達曲面的落后的工作方式。此時的CAD技術(shù)價格極其昂貴，而且軟件商品化程度低，開發(fā)者本身就是CAD大用戶，彼此之間技術(shù)保密。第二次CAD技術(shù)革命生不逢時的實體造型技術(shù) 80年代初，CAD系統(tǒng)價格依然令一般企業(yè)望而卻步，這使得CAD技術(shù)無法擁有更廣闊的市場。為使自己的產(chǎn)品更具特色，在有限的市場中獲得更大的市場份額，以CV、SDRC、UG為代表的系統(tǒng)開始朝各自的發(fā)展方向前進。SDRC公司在當(dāng)時星球大戰(zhàn)計劃的背景下，由美國宇航局支持及合作，開發(fā)出了許多專用分析模塊。有了表面

8、模型，CAM的問題可以基本解決。但由于表面模型技術(shù)只能表達形體的表面信息，難以準確表達零件的其它特性，基于對于CAD/CAE一體化技術(shù)發(fā)展的探索，SDRC公司于1979年發(fā)布了世界上第一個完全基于實體造型技術(shù)的大型CAD/CAE軟件IDEAS。由于實體造型技術(shù)能夠精確表達零件的全部屬性，在理論上有助于統(tǒng)一CAD、CAE、CAM的模型表達，給設(shè)計帶來了驚人的方便性。它代表著未來CAD技術(shù)的發(fā)展方向。實體造型技術(shù)的普及應(yīng)用標志CAD發(fā)展史上的第二次技術(shù)革命。第三次CAD技術(shù)革命一鳴驚人的參數(shù)化技術(shù) 進入80年代中期，CV公司內(nèi)部以高級副總裁為首的一批人提出了一種比無約束自由造型更新潁、更好的算法參

9、數(shù)化實體造型方法。從算法上來說，這是一種很好的設(shè)想。它主要的特點是：基于特征、全尺寸約束、全數(shù)據(jù)相關(guān)、尺寸驅(qū)動設(shè)計修改。策劃參數(shù)化技術(shù)的這些人在新思想無法實現(xiàn)時，集體離開了CV公司，另成立了一個參數(shù)技術(shù)公司，開始研制命名為Pro/E的參數(shù)化軟件。早期的Pro/E軟件性能很低，只能完成簡單的工作，但由于第一次實現(xiàn)了尺寸驅(qū)動零件設(shè)計修改，使人們看到了它今后將給設(shè)計者帶來的方便性。80年代末，計算機技術(shù)迅猛發(fā)展，硬件成本大幅度下降。一個更加廣闊的CAD市場完全展開，很多中小型企業(yè)也開始有能力使用CAD技術(shù)。由于他們設(shè)計的工作量并不大，零件形狀也不復(fù)雜，更重要的是他們無錢投資大型高檔軟件，因此他們很自

10、然地把目光投向了中低檔的Pro/E軟件。進入90年代，參數(shù)化技術(shù)變得比較成熟起來，充分體現(xiàn)出其在許多通用件、零部件設(shè)計上存在的簡便易行的優(yōu)勢。參數(shù)化技術(shù)的應(yīng)用主導(dǎo)了CAD發(fā)展史上的第三次技術(shù)革命。第四次CAD技術(shù)革命更上層樓的變量化技術(shù)參數(shù)化技術(shù)的成功應(yīng)用，使得它在90年前后幾乎成為CAD業(yè)界的標準，許多軟件廠商紛紛起步追趕。但是技術(shù)理論上的認可并非意味著實踐上的可行性。重新開發(fā)一套完全參數(shù)化的造型系統(tǒng)困難很大，因為這樣做意味著必須將軟件全部重新改寫，何況他們在參數(shù)化技術(shù)上并沒有完全解決好所有問題。因此他們采用的參數(shù)化系統(tǒng)基本上都是在原有模型技術(shù)的基礎(chǔ)上進行局部、小塊的修補。這種把線框模型、曲

11、面模型及實體模型疊加在一起的復(fù)合建模技術(shù)，并非完全基于實體，只是主模型技術(shù)的雛形，難以全面應(yīng)用參數(shù)化技術(shù)。可是30年的CAD軟件技術(shù)發(fā)展也給了我們這樣一點啟示：決定軟件先進性及生命力的主要因素是軟件基礎(chǔ)技術(shù)，而并非特定的應(yīng)用技術(shù)。SDRC的決策者們權(quán)衡利弊，決定在公司效益正好之時，抓住機遇，從根本上解決問題，否則日后落后無疑。于是，從1990至1993年，歷經(jīng)3年時間，投資一億多美元，將軟件全部重新改寫，于1993年推出全新體系結(jié)構(gòu)的IDEASMasterSeries軟件。在早期出現(xiàn)的大型CAD軟件中，這是唯一一家在90年代將軟件徹底重寫的廠家。CAD技術(shù)的現(xiàn)狀我國CAD系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用取得了

12、一些成績，國內(nèi)已初步形成了二維CAD商品化軟件市場，在一些企業(yè)也引進了CAD系統(tǒng)，并取得一些效益。但與國外相比差距仍然很大。1、目前我國CAD系統(tǒng)僅僅作為繪圖工具，缺乏設(shè)計方法和設(shè)計理論的指導(dǎo)我國CAD軟件開發(fā)雖然已形成了幾個系統(tǒng)，但基本上都是二維繪圖軟件，開發(fā)者在技術(shù)上沒有什么創(chuàng)新，缺乏設(shè)計方法和設(shè)計理論上的研究，因此所開發(fā)出的軟件穩(wěn)定性和可靠性差，自然在市場上就無競爭力。另外，圖形CAD系統(tǒng)只能將設(shè)計過程的最后階段繪圖階段搬到計算機上，而設(shè)計過程仍然在設(shè)計師頭腦中完成，這樣設(shè)計效率并沒有太大的提高。在應(yīng)用方面，很多企業(yè)也只是把CAD作為一個繪圖工具，企業(yè)應(yīng)用中也缺乏對產(chǎn)品設(shè)計理論和設(shè)計方法

13、的研究，因此企業(yè)產(chǎn)品和創(chuàng)新產(chǎn)品少，在市場上缺乏競爭力。2、我國三維CAD系統(tǒng)還不成熟，必須加快開發(fā)真正解決產(chǎn)品設(shè)計問題的是三維CAD系統(tǒng)，而目前我國自主開發(fā)的三維CAD系統(tǒng)還未真正形成商品軟件。在今年8月份國家863/CIMS項目“基于線框、曲面、實體和特征表示的產(chǎn)品造型和設(shè)計系統(tǒng)”的招標中，有五家參加了投標，都開發(fā)了原型系統(tǒng)，但其功能、成熟性都不理想。而這類CAD系統(tǒng)國外軟件早已占領(lǐng)中國市場，除了三維工作站CAD系統(tǒng)外，近幾年來PC機和Windows/95/98/NT環(huán)境下的三維CAD系統(tǒng)也進入了中國市場。一些原來工作站系統(tǒng)的三維CAD軟件系統(tǒng)也推出了PC機Windows平臺的版本。3、我國

14、CAD技術(shù)開發(fā)創(chuàng)新少、仿制多沒有創(chuàng)新就沒有競爭力，只仿制就不能開發(fā)出有競爭力的產(chǎn)品。從我國二維CAD到目前研制的三維CAD都存在這一問題?；仡櫼幌職v史，早在“七五”攻關(guān)時用戶就提出了“參數(shù)設(shè)計問題”、“數(shù)據(jù)管理問題”及數(shù)控編程中的有關(guān)要求即現(xiàn)在的“特征造型問題”這些技術(shù)，我國CAD研究開發(fā)者也都知道，但都沒有引起注意。而國外的CAD后起之秀PTC公司抓住了用戶需求的時機，快速推出了參數(shù)化特征造型CAD系統(tǒng)Pro/Engineer，一舉占領(lǐng)了國際市場，至今仍在國際年銷售額方面名列第一。4、我國CAD軟件的開發(fā)缺乏理論研究和算法的研究CAD技術(shù)是一項綜合性的高新技術(shù)，涉及面廣而復(fù)雜，技術(shù)變化快，競

15、爭激烈。就建模技術(shù)而言會涉及很多模型建立的理論和算法，這些都是為解決用戶需求而研究開發(fā)的，每種理論和算法用于CAD系統(tǒng)中，會產(chǎn)生新的CAD軟件。如有名的CSG、B-rep、NURBS等等。而我國CAD軟件開發(fā)者缺乏這方面的研究，多年來也未見過有名的理論和算法用于CAD中。只能引用別人的，當(dāng)然也只能跟在人家的后面走。5、信息集成技術(shù)落后信息技術(shù)的廣泛集成是以產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）和過程管理（PM）為基礎(chǔ)，實現(xiàn)CAD/CAPP/CAM和ERP的有機集成，在并行工程中PDM也是重要的基礎(chǔ)。而我國在這方面的研究僅僅開始，至今也沒有一個在國內(nèi)市場上成熟的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）。因此，這類基礎(chǔ)性軟件也

16、被國外的系統(tǒng)占領(lǐng)了市場，我們的CAD/CAPP/CAM集成技術(shù)又建立在國外基礎(chǔ)系統(tǒng)上。6、CAD中的數(shù)據(jù)交換格式和標準化落后在CAD技術(shù)的標準化方面，我國由于技術(shù)落后，資金投入不足，對此重視不夠，至今未提出一個有關(guān)CAD方面的標準，完全是采用國際標準，有的已用作國家標準，如IGES、STEP等，另外由于種種因素也跟不上國際標準的更新和發(fā)展，因此造成國內(nèi)CAD軟件系統(tǒng)在數(shù)據(jù)交換、標準化等方面存在不少問題。CAD技術(shù)的未來1、標準化CAD軟件一般應(yīng)集成在一個異構(gòu)的工作平臺之上，只有依靠標準化技術(shù)才能解決CAD系統(tǒng)支持異構(gòu)跨平臺的環(huán)境問題。目前，除了CAD支撐軟件逐步實現(xiàn)ISO標準和工業(yè)標準外，面向

17、應(yīng)用的標準零部件庫、標準化設(shè)計方法已成為CAD系統(tǒng)中的必備內(nèi)容，且向合理化工程設(shè)計的應(yīng)用方向發(fā)展。2、智能化設(shè)計是一個含有高度智能的人類創(chuàng)造性活動領(lǐng)域，智能CAD是CAD發(fā)展的必然方向。從人類認識和思維的模型來看，現(xiàn)有的人工智能技術(shù)模擬人類的思維活動明顯不足。因此，智能CAD不僅是簡單地將現(xiàn)有的智能技術(shù)與CAD技術(shù)相結(jié)合，更重要的是深入研究人類設(shè)計的思維模型，最終用信息技術(shù)來表達和模擬它，才會產(chǎn)生高效的CAD系統(tǒng)，為人工智能領(lǐng)域提供新的理論和方法。CAD的這個發(fā)展趨勢，將對信息科學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生深刻的影響。3、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括硬件與軟件的集成實現(xiàn),各種通訊協(xié)議及制造自動化協(xié)議,信息通訊接

18、口,系統(tǒng)操作控制策略等,是實現(xiàn)各種制造系統(tǒng)自動化的基礎(chǔ)。目前早已出現(xiàn)了通過Internet實現(xiàn)跨國界模具設(shè)計的成功例子。4、多學(xué)科多功能綜合產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)未來產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計不僅用到機械科學(xué)的理論與知識,而且還用到電磁學(xué)、光學(xué)、控制理論等知識。產(chǎn)品的開發(fā)要進行多目標全性能的優(yōu)化設(shè)計,以追求模具產(chǎn)品動靜態(tài)特性、效率、精度、使用壽命、可靠性、制造成本與制造周期的最佳組合。5、逆向工程技術(shù)的應(yīng)用在許多情況下,一些產(chǎn)品并非來自設(shè)計概念,而是起源于另外一些產(chǎn)品或?qū)嵨?要在只有產(chǎn)品原型或?qū)嵨锬Ｐ?而沒有產(chǎn)品圖樣的條件下進行模具的設(shè)計和制造以便制造出產(chǎn)品。此時需要通過實物的測量,然后利用測量數(shù)據(jù)進行實物的CAD幾何模型的重新構(gòu)造,這種過程就是逆向工程RE。逆向工程能夠縮短從設(shè)計到制造的周期,是幫助設(shè)計者實現(xiàn)并行工程等現(xiàn)代設(shè)計概念的一種強有力的工具,目前在工程上正得到越來越廣泛的應(yīng)用。6、快速成形技術(shù)快速成形制造技術(shù)RPM是基于制造原理,迅速制造出