CAD技术的历史现状与未来.doc

郑州大学现代远程教育《土木工程CAD》课程论文
CAD技术得历史、现状与未来
学 号：
姓 名：张智潮
完成时间：2016、04、10
CAD技术得历史、现状与未来
摘要： CAD即计算机辅助设计(CAD-Computer Aided Design) 利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作 。简称CAD。AutoCAD就是由美国Autodesk公司于二十世纪八十年代初为微机上应用CAD技术而开发得绘图程序软件包，经过不断得完美，现已经成为国际上广为流行得绘图工具。它得普及应用将使产品设计制造生产得传统模式发生深刻得变化，从而带动制造业技术得快速发展，就是当前国际科技领域得前沿课题。本文主要介绍了CAD技术得历史、现状与未来。
关键词： CAD,历史,现状,未来
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 program 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 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 Future
CAD技术得历史
CAD(Computer Aided Design)就是计算机辅助设计得英文缩写，就是利用计算机强大得图形处理能力与数值计算能力，辅助工程技术人员进行工程或产品得设计与分析，达到理想得目得，并取得创新成果得一种技术。
CAD(Computer Aided Design）诞生于60年代，就是美国麻省理工大学提出了交互式图形学得研究计划，由于当时硬件设施得昂贵，只有美国通用汽车公司与美国波音航空公司使用自行开发得交互式绘图系统。
以CAD四次技术革命介绍CAD技术得历史。
第一次CAD技术革命──贵族化得曲面造型系统
60年代出现得三维CAD系统只就是极为简单得线框式系统。这种初期得线框造型系统只能表达基本得几何信息，不能有效表达几何数据间得拓扑关系。进入70年代，正值飞机与汽车工业得蓬勃发展时期。此间飞机及汽车制造中遇到了大量得自由曲面问题，当时只能采用多截面视图、特征纬线得方式来近似表达所设计得自由曲面。由于三视图方法表达得不完整性，经常发生设计完成后，制作出来得样品与设计者所想象得有很大差异甚至完全不同得情况。
此时法国人提出了贝赛尔算法，使得人们在用计算机处理曲线及曲面问题时变得可以操作，同时也使得法国得达索飞机制造公司得开发者们，能在二维绘图系统CADAM得基础上，开发出以表面模型为特点得自由曲面建模方法，推出了三维曲面造型系统CATIA。它得出现，标志着计算机辅助设计技术从单纯模仿工程图纸得三视图模式中解放出来，首次实现以计算机完整描述产品零件得主要信息，同时也使得CAM技术得开发有了现实得基础。曲面造型系统CATIA为人类带来了第一次CAD技术革命，改变了以往只能借助油泥模型来近似准确表达曲面得落后得工作方式。此时得CAD技术价格极其昂贵，而且软件商品化程度低，开发者本身就就是CAD大用户，彼此之间技术保密。
第二次CAD技术革命──生不逢时得实体造型技术
80年代初，CAD系统价格依然令一般企业望而却步，这使得CAD技术无法拥有更广阔得市场。为使自己得产品更具特色，在有限得市场中获得更大得市场份额，以CV、SDRC、UG为代表得系统开始朝各自得发展方向前进。SDRC公司在当时星球大战计划得背景下，由美国宇航局支持及合作，开发出了许多专用分析模块。有了表面模型，CAM得问题可以基本解决。但由于表面模型技术只能表达形体得表面信息，难以准确表达零件得其它特性，基于对于CAD/CAE一体化技术发展得探索，SDRC公司于1979年发布了世界上第一个完全基于实体造型技术得大型CAD/CAE软件──IDEAS。由于实体造型技术能够精确表达零件得全部属性，在理论上有助于统一CAD、CAE、CAM得模型表达，给设计带来了惊人得方便性。它代表着未来CAD技术得发展方向。实体造型技术得普及应用标志CAD发展史上得第二次技术革命。
第三次CAD技术革命——一鸣惊人得参数化技术
进入80年代中期，CV公司内部以高级副总裁为首得一批人提出了一种比无约束自由造型更新颍、更好得算法──参数化实体造型方法。从算法上来说，这就是一种很好得设想。它主要得特点就是：基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。策划参数化技术得这些人在新思想无法实现时，集体离开了CV公司，另成立了一个参数技术公司，开始研制命名为Pro/E得参数化软件。早期得Pro/E软件性能很低，只能完成简单得工作，但由于第一次实现了尺寸驱动零件设计修改，使人们瞧到了它今后将给设计者带来得方便性。
80年代末，计算机技术迅猛发展，硬件成本大幅度下降。一个更加广阔得CAD市场完全展开，很多中小型企业也开始有能力使用CAD技术。由于她们设计得工作量并不大，零件形状也不复杂，更重要得就是她们无钱投资大型高档软件，因此她们很自然地把目光投向了中低档得Pro/E软件。进入90年代，参数化技术变得比较成熟起来，充分体现出其在许多通用件、零部件设计上存在得简便易行得优势。参数化技术得应用主导了CAD发展史上得第三次技术革命。
第四次CAD技术革命─更上层楼得变量化技术
参数化技术得成功应用，使得它在90年前后几乎成为CAD业界得标准，许多软件厂商纷纷起步追赶。但就是技术理论上得认可并非意味着实践上得可行性。重新开发一套完全参数化得造型系统困难很大，因为这样做意味着必须将软件全部重新改写，何况她们在参数化技术上并没有完全解决好所有问题。因此她们采用得参数化系统基本上都就是在原有模型技术得基础上进行局部、小块得修补。这种把线框模型、曲面模型及实体模型叠加在一起得复合建模技术，并非完全基于实体，只就是主模型技术得雏形，难以全面应用参数化技术。可就是30年得CAD软件技术发展也给了我们这样一点启示：决定软件先进性及生命力得主要因素就是软件基础技术，而并非特定得应用技术。SDRC得决策者们权衡利弊，决定在公司效益正好之时，抓住机遇，从根本上解决问题，否则日后落后无疑。于就是，从1990至1993年，历经3年时间，投资一亿多美元，将软件全部重新改写，于1993年推出全新体系结构得IDEASMasterSeries软件。在早期出现得大型CAD软件中，这就是唯一一家在90年代将软件彻底重写得厂家。
CAD技术得现状
我国CAD系统得开发与应用取得了一些成绩，国内已初步形成了二维CAD商品化软件市场，在一些企业也引进了CAD系统，并取得一些效益。但与国外相比差距仍然很大。
1、目前我国CAD系统仅仅作为绘图工具，缺乏设计方法与设计理论得指导
我国CAD软件开发虽然已形成了几个系统，但基本上都就是二维绘图软件，开发者在技术上没有什么创新，缺乏设计方法与设计理论上得研究，因此所开发出得软件稳定性与可靠性差，自然在市场上就无竞争力。另外，图形CAD系统只能将设计过程得最后阶段——绘图阶段搬到计算机上，而设计过程仍然在设计师头脑中完成，这样设计效率并没有太大得提高。
在应用方面，很多企业也只就是把CAD作为一个绘图工具，企业应用中也缺乏对产品设计理论与设计方法得研究，因此企业产品与创新产品少，在市场上缺乏竞争力。
2、我国三维CAD系统还不成熟，必须加快开发
真正解决产品设计问题得就是三维CAD系统，而目前我国自主开发得三维CAD系统还未真正形成商品软件。在今年8月份国家863/CIMS项目“基于线框、曲面、实体与特征表示得产品造型与设计系统”得招标中，有五家参加了投标，都开发了原型系统，但其功能、成熟性都不理想。而这类CAD系统国外软件早已占领中国市场，除了三维工作站CAD系统外，近几年来PC机与Windows/95/98/NT环境下得三维CAD系统也进入了中国市场。一些原来工作站系统得三维CAD软件系统也推出了PC机Windows平台得版本。
3、我国CAD技术开发创新少、仿制多
没有创新就没有竞争力，只仿制就不能开发出有竞争力得产品。从我国二维CAD到目前研制得三维CAD都存在这一问题。回顾一下历史，早在“七五”攻关时用户就提出了“参数设计问题”、“数据管理问题”及数控编程中得有关要求即现在得“特征造型问题”这些技术，我国CAD研究开发者也都知道，但都没有引起注意。而国外得CAD后起之秀PTC公司抓住了用户需求得时机，快速推出了参数化特征造型CAD系统——Pro/Engineer，一举占领了国际市场，至今仍在国际年销售额方面名列第一。
4、我国CAD软件得开发缺乏理论研究与算法得研究
CAD技术就是一项综合性得高新技术，涉及面广而复杂，技术变化快，竞争激烈。就建模技术而言会涉及很多模型建立得理论与算法，这些都就是为解决用户需求而研究开发得，每种理论与算法用于CAD系统中，会产生新得CAD软件。如有名得CSG、B-rep、NURBS等等。而我国CAD软件开发者缺乏这方面得研究，多年来也未见过有名得理论与算法用于CAD中。只能引用别人得，当然也只能跟在人家得后面走。
5、信息集成技术落后
信息技术得广泛集成就是以产品数据管理（PDM）与过程管理（PM）为基础，实现CAD/CAPP/CAM与ERP得有机集成，在并行工程中PDM也就是重要得基础。而我国在这方面得研究仅仅开始，至今也没有一个在国内市场上成熟得数据库管理系统（DBMS）。因此，这类基础性软件也被国外得系统占领了市场，我们得CAD/CAPP/CAM集成技术又建立在国外基础系统上。
6、CAD中得数据交换格式与标准化落后
在CAD技术得标准化方面，我国由于技术落后，资金投入不足，对此重视不够，至今未提出一个有关CAD方面得标准，完全就是采用国际标准，有得已用作国家标准，如IGES、STEP等，另外由于种种因素也跟不上国际标准得更新与发展，因此造成国内CAD软件系统在数据交换、标准化等方面存在不少问题。
CAD技术得未来
1、标准化
CAD软件一般应集成在一个异构得工作平台之上，只有依靠标准化技术才能解决CAD系统支持异构跨平台得环境问题。目前，除了CAD支撑软件逐步实现ISO标准与工业标准外，面向应用得标准零部件库、标准化设计方法已成为CAD系统中得必备内容，且向合理化工程设计得应用方向发展。
2、智能化
设计就是一个含有高度智能得人类创造性活动领域，智能CAD就是CAD发展得必然方向。从人类认识与思维得模型来瞧，现有得人工智能技术模拟人类得思维活动明显不足。因此，智能CAD不仅就是简单地将现有得智能技术与CAD技术相结合，更重要得就是深入研究人类设计得思维模型，最终用信息技术来表达与模拟它，才会产生高效得CAD系统，为人工智能领域提供新得理论与方法。CAD得这个发展趋势，将对信息科学得发展产生深刻得影响。
3、网络技术得应用
网络技术包括硬件与软件得集成实现,各种通讯协议及制造自动化协议,信息通讯接口,系统操作控制策略等,就是实现各种制造系统自动化得基础。目前早已出现了通过Internet实现跨国界模具设计得成功例子。
4、多学科多功能综合产品设计技术
未来产品得开发设计不仅用到机械科学得理论与知识,而且还用到电磁学、光学、控制理论等知识。产品得开发要进行多目标全性能得优化设计,以追求模具产品动静态特性、效率、精度、使用寿命、可靠性、制造成本与制造周期得最佳组合。
5、逆向工程技术得应用
在许多情况下,一些产品并非来自设计概念,而就是起源于另外一些产品或实物,要在只有产品原型或实物模型,而没有产品图样得条件下进行模具得设计与制造以便制造出产品。此时需要通过实物得测量,然后利用测量数据进行实物得CAD几何模型得重新构造,这种过程就就是逆向工程RE。逆向工程能够缩短从设计到制造得周期,就是帮助设计者实现并行工程等现代设计概念得一种强有力得工具,目前在工程上正得到越来越广泛得应用。
6、快速成形技术
快速成形制造技术RPM就是基于制造原理,迅速制造出产品原型,而与零件得几何复杂程度丝毫无关,尤其在具有复杂曲面形状得产品制造中更能显示其优越性。它不仅能够迅速制造出原型供设计评估、装配校验、功能试验,而且还可以通过形状复制快速经济地制造出产品模具,从而避免了传统模具制造得费时、高成本得NC加工,因而RPM技术在模具制造中日益发挥着重要得作用。
参考文献：
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[2]周 冰．未来CAD发展趋势[J]．微型机与应用，2008(3)．
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