CAD技术的历史、现状与未来

CAD技术的历史、现状与未来姓名：宋朋朋学号：完成时间：2017年2月28日CAD技术的历史、现状与未来摘要：CAD即计算机辅助设计(CAD-ComputerAidedDesign)是指利用计算机强大的图形处理能力和数值计算能力帮助设计人员进行设计工作。是进行数字和图形信息处理，以实现产品设计和造型的自动编程软件，有知识密集、综合性强、初始投入大的特点。它的普及带动制造业技术的快速发展。本文主要介绍其发展历史，分析其在当今社会产业中的应用和存在的问题，以及未来发展的趋势。本文主要介绍了CAD技术的历史、现状与未来。关键词：CAD,技术，历史,现状,未来Abstract：theCADComputerAidedDesign(CAD-ComputerAidedDesign)referstotheuseofpowerfulComputerimageprocessingandnumericalcalculationabilityhelpdesignerstoDesignwork.Isadigitalandgraphicsinformationprocessing,soastorealizetheautomaticprogrammingsoftwareproductdesignandmodelling,knowledgeintensive,strongcomprehensive,thecharacteristicsofthelargeinitialinvestment.Thepopularityofitsdrivetherapiddevelopmentofmanufacturingtechnology.Thispapermainlyintroducesthedevelopmenthistory,analysisofitsapplicationintoday'ssocietyindustryandtheexistingproblems,andthedevelopmenttrendofthefuture.ThispapermainlyintroducesthehistoryofCADtechnology,thepresentsituationandthefuture.Keyword：CAD,technology,history,presentsituationandthefutureCAD(ComputerAidedDesign）是计算机辅助设计的英文缩写，是指利用计算机强大的图形处理能力和数值计算能力帮助设计人员进行设计工作。计算机技术的发展使得计算机在设计活动中得到更有技巧的应用。自20世纪50年代在美国诞生了第一台计算机绘图系统，开始出现具有简单绘图输出功能的被动式的计算机辅助设计技术，CAD技术的发展和形成至今有50多年的历史了，一、历史以CAD四次技术革命介绍CAD技术的历史。（一）第一次CAD技术革命──曲面造型系统60年代出现的三维CAD系统只是极为简单的线框式系统。这种初期的线框造型系统只能表达基本的几何信息，不能有效表达几何数据间的拓扑关系。进入70年代，当时只能采用多截面视图、特征纬线的方式来近似表达所设计的自由曲面。由于三视图方法表达的不完整性，经常发生设计完成后，制作出来的样品与设计者所想象的有很大差异甚至完全不同的情况。此时法国人推出了三维曲面造型系统CATIA。它的出现，标志着计算机辅助设计技术从单纯模仿工程图纸的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的主要信息，同时也使得CAM技术的开发有了现实的基础。曲面造型系统CATIA为人类带来了第一次CAD技术革命。（二）第二次CAD技术革命──实体造型技术80年代初，为使自己的产品更具特色，在有限的市场中获得更大的市场份额，以CV、SDRC、UG为代表的系统开始朝各自的发展方向前进。基于对于CAD/CAE一体化技术发展的探索，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的大型CAD/CAE软件──IDEAS。给设计带来了惊人的方便性。它代表着未来CAD技术的发展方向。实体造型技术的普及应用标志CAD发展史上的第二次技术革命。（三）第三次CAD技术革命——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的一批人提出了一种比无约束自由造型更新颍、更好的算法──参数化实体造型方法。它主要的特点是：基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。早期的参数软件性能很低，只能完成简单的工作，但由于第一次实现了尺寸驱动零件设计修改，使人们看到了它今后将给设计者带来的方便性。80年代末，计算机技术迅猛发展，一个更加广阔的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。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、零部件设计上存在的简便易行的优势。参数化技术的应用主导了CAD发展史上的第三次技术革命。（四）第四次CAD技术革命─变量化技术参数化技术的成功应用，使得它在90年前后几乎成为CAD业界的标准。但是技术理论上的认可并非意味着实践上的可行性。重新开发一套完全参数化的造型系统困难很大，因为这样做意味着必须将软件全部重新改写，何况他们在参数化技术上并没有完全解决好所有问题。SDRC的决策者们权衡利弊，决定在公司效益正好之时，抓住机遇，从根本上解决问题。于是，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的IDEASMasterSeries软件。。综合四次革命的发展历程，我们可以看出CAD发展的具体情况。(1)准备和诞生时期，(2)蓬勃发展和进入应用时期，作为CAD技术的基础，计算机图形学在这一时期得到了很快的发展。20世纪60年代中期出现了商品化的CAD设备，CAD技术开始进入了发展和应用阶段。(3)广泛应用时期，20世纪70年代推出了以小型机为平台的CAD系统。同时，图形软件和CAD应用支撑软件也不断充实提高。图形设备相继推出和完善。(4)突飞猛进时期。二、现状CAD技术在工程设计中有着很广泛的应用，对于建筑设计这一领域，有着包括方案设计、三维造型、建筑渲染图设计、平面布景、建筑构造设计、小区规划、日照分析、室内装潢等各类应用软件。对于结构设计，计算机辅助设计软件可以做到包括有限元分析、结构平面设计、结构计算和分析、高层结构分析、地基及基础设计、钢结构设计与加工等方面。（一）目前我国CAD系统仅仅作为绘图工具，缺乏设计方法和设计理论的指导。我国CAD软件开发虽然已形成了几个系统，但基本上都是二维绘图软件，开发者在技术上没有什么创新，缺乏设计方法和设计理论上的研究，因此所开发出的软件稳定性和可靠性差，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的最后阶段——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的提高。在应用方面，很多企业也只是把CAD作为一个绘图工具，企业应用中也缺乏对产品设计理论和设计方法的研究，因此企业产品和创新产品少，在市场上缺乏竞争力。2、我国三维CAD系统还不成熟，必须加快开发真正需要解决产品设计问题的是三维CAD系统。目前我国自主开发的三维CAD系统还未真正形成商品软件。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机和Windows/95/98/NT环境下的三维CAD系统也进入了中国市场。一些原来工作站系统的三维CAD软件系统也推出了PC机Windows平台的版本。3、我国CAD技术开发创新少、仿制多国外的CAD后起之秀PTC公司抓住了用户需求的时机，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。而我国二维CAD到目前研制的三维CAD都存在术开发创新少、仿制多问题。4、我国CAD软件的开发缺乏理论研究和算法的研究CAD技术是一项综合性的高新技术，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的理论和算法，这些都是为解决用户需求而研究开发的，每种理论和算法用于CAD系统中，会产生新的CAD软件。而我国CAD软件开发者缺乏这方面的研究，多年来也未见过有名的理论和算法用于CAD中。5、信息集成技术落后信息技术的广泛集成是以产品数据管理（PDM）和过程管理（PM）为基础，实现CAD/CAPP/CAM和ERP的有机集成，在并行工程中PDM也是重要的基础。而我国在这方面的研究仅仅开始，至今也没有一个在国内市场上成熟的数据库管理系统（DBMS）。因此，这类基础性软件也被国外的系统占领了市场，我们的CAD/CAPP/CAM集成技术又建立在国外基础系统上。6、CAD中的数据交换格式和标准化落后在CAD技术的标准化方面，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方面的标准，完全是采用国际标准，有的已用作国家标准，如IGES、STEP等，另外由于种种因素也跟不上国际标准的更新和发展，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。三、未来CAD目前存在的问题与其发展方向是一致的，一款系统的发展就是发现问题与解决问题的过程。纵观目前CAD系统，存在的问题是：1、标准化：目前，除了CAD支撑软件逐步实现ISO标准和工业标准外，还面向应用的标准零部件库、标准化设计方法已成为CAD系统中的必备内容，且向合理化工程设计的应用方向发展。2、操作性问题：要想使用好CAD软件需要一个比较长的学习过程，还需要一定的知识技能基础，所以，其发展趋势注定要朝着操作的简便性、易学性方向发展；3、CAD系统的智能化：目前CAD系统的智能化程度不是很高，对于人除了计算机辅助外，还需要另外做相当大量的数据处理与评估，因此，智能CAD不仅是简单地将现有的智能技术与CAD技术相结合，更重要的是深入研究人类设计的思维模型，最终用信息技术来表达和模拟它，才会产生高效的CAD系统，为人工智能领域提供新的理论和方法。所以日后的CAD发展，还要求其与人工智能技术结合，形成CAD专家系统；CAD的这个发展趋势，将对信息科学的发展产生深刻的影响。4、实体造型与仿真：在日常CAD软件在应用过程中，仿真程度不够高，所以，以后的CAD系统要做到通过静态和动态实体造型，更真实地描述三维物体的几何信息；5、CAD系统的集成化：集成化是很多系统的发展方向，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,是实现各种制造系统自动化的基础。CAD系统也不例外。.CAD技术的发展一直是跟着实际应用的需求而发展的，随着CAD技术的广泛应用，新的需求又不断出现。在未来几十年里，CAD技术将在集成化、智能化等方面进一步发展，因而也必将在设计的各个领域发挥越来越重要的作用参考文献：[1]雷毅．CAD软件发展，观念、环境、机制是关键[J]．机械产业信息与网络，2008(6)[2]蔡汉明,陈清贵等.机械CAD/CAM技术,机械工业出版社，2005.[3]唐承统,阎艳等.计算机辅助设计与制造,北京理工大学出版社,2008.[4]杨燕萍，曹丽君，王刚．CAD技术在企业中的应用与发展的研究[J]．商场现代化，2008(10)．[5]董代进等.机械CAD,重庆大学出版社,2007.[6]周冰．未来CAD发展趋势[J]．微型机与应用，2008