CAD技術的歷史、現(xiàn)狀與未來.doc

鄭州大學現(xiàn)代遠程教育土木工程CAD課程論文CAD技術的歷史、現(xiàn)狀與未來學 號：姓 名：云中飛鶴完成時間：2014年04月15日CAD技術的歷史、現(xiàn)狀與未來摘要： CAD即計算機輔助設計(CAD-Computer Aided Design) 是利用計算機軟件及其圖形設備幫助設計人員進行設計工作 。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用CAD技術而開發(fā)的繪圖程序軟件包，經過不斷的完美，現(xiàn)已經成為國際上廣為流行的繪圖工具。它的普及應用將使產品設計制造生產的傳統(tǒng)模式發(fā)生深刻的變化，從而帶動制造業(yè)技術的快速發(fā)展，是當前國際科技領域的前沿課題。本文主要介紹了CAD技術的歷史、現(xiàn)狀與未來。關鍵詞： 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 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 FutureCAD技術的歷史CAD(Computer Aided Design) -計算機輔助設計，是利用計算機軟件及其相關的硬件設備，通過強大的圖形處理能力和數值計算能力，幫助工程設計人員進行計算分析、信息存儲、圖形繪制、實物模擬等各項工作的一種技術和方法。 CAD誕生于20世紀60年代，美國麻省理工學院于1963年首次提出了計算機圖形學、交互技術、分層存儲符號的數據結構等新的思想，到了60年代中后期，專用CAD系統(tǒng)開始問世，標志著CAD技術已經進入初步應用階段，但由于當時硬件設施的昂貴，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)。隨著時間的推移，計算機技術不斷發(fā)展和普及，CAD歷經了五次重大技術革命。第一次CAD技術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據間的拓撲關系。進入70年代，計算機先后出現(xiàn)了鼠標和光柵掃描圖形顯示器，使繪圖更便于操作，圖形顯示分辨率不斷提高，給CAD技術的發(fā)展創(chuàng)造了平臺。此間飛機及汽車制造中遇到了大量的自由曲面問題，當時只能采用多截面視圖、特征緯線的方式來近似表達所設計的自由曲面。由于三視圖方法表達的不完整性，經常發(fā)生設計完成后，制作出來的樣品與設計者所想象的有很大差異甚至完全不同的情況。這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計技術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品零件的主要信息，同時也使得具有繪圖、二維線框模型建立、三維結構分析和數據加工功能的CAM技術的開發(fā)有了現(xiàn)實的基礎。曲面造型系統(tǒng)CATIA為人類帶來了第一次CAD技術革命，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。第二次CAD技術革命生不逢時的實體造型技術 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技術無法擁有更廣闊的市場。為使自己的產品更具特色，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公司在當時美國的星球大戰(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。有了表面模型，CAM的問題可以基本解決。但由于表面模型技術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的大型CAD/CAE軟件IDEAS。由于實體造型技術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，給設計帶來了驚人的方便性。實體造型技術的普及應用標志CAD發(fā)展史上的第二次技術革命。第三次CAD技術革命：一鳴驚人的參數化技術 進入20世紀80年代中期，CV公司內部以高級副總裁為首的一批人提出了參數化實體造型方法。從算法上來說，這是一種很好的設想，它的主要特點是：基于特征、全尺寸約束、全數據相關、尺寸驅動設計修改。但可惜的是：最終在CV公司內部否決了參數化技術方案。策劃參數化技術的這些人在新思想無法實現(xiàn)時，集體離開了CV公司，自行成立了“參數技術公司”，開始研制命名為Pro/E的參數化軟件。早期的Pro/E軟件性能很低，只能完成簡單的工作，但是由于第一次實現(xiàn)了尺寸驅動零件設計修改，使人們看到了它今后給設計者帶來的方便性。進入90年代，參數化技術變得比較成熟起來，充分體現(xiàn)出其在許多通用件、零部件設計上存在的簡便易行的優(yōu)勢。參數化技術的應用主導了CAD發(fā)展史上的第三次技術革命。第四次CAD技術革命：更上一層樓的變量化技術參數化技術的成功應用，使得它在90年代前后幾乎成為CAD業(yè)界的標準，但是其存在的缺陷導致重新開發(fā)一套完全參數化的造型系統(tǒng)困難很大，只能是在原有模型技術的基礎上進行局部、小塊的修補。這種把線框模型、曲面模型及實體模型疊加在一起的復合建模技術，并非完全基于實體，只是主模型技術的雛形，難以全面應用參數化技術。SDRC的決策者們權衡利弊，以參數化技術為藍本，提出了一種更為先進的實體造型技術變量化技術，作為開發(fā)方向。 從1990至1993年，歷經3年時間，投資一億多美元，將軟件全部重新改寫， 推出全新體系結構的IDEASMasterSeries軟件。 90年代后期，隨著PC機硬件設備的快速發(fā)展以及Windows操作系統(tǒng)的日益壟斷，以Windows為平臺的CAD軟件快速發(fā)展。與Windows無縫連接、價格低廉、易學易用的中、低端CAD軟件不斷涌現(xiàn)。SolidEdge、SolidWorks等一系列三維CAD軟件基本上全盤繼承變量化技術，并在此基礎上繼續(xù)發(fā)展。變量化技術已經成為CAD軟件公認的發(fā)展方向。第五次CAD技術革命同步技術，建模技術發(fā)展的巨大突破 進入21世紀以后，Siemens PLM Software推出的創(chuàng)新的同步建模技術交互式三維實體建模隨著計算機網絡化的普及，可視化、虛擬現(xiàn)實化技術的應用使同步化，交互式建模技術進入一個成熟的、突破性的飛躍期。 同步建模技術在參數化、基于歷史記錄建模的基礎上前進了一大步，同時與先前技術共存。同步建模技術實時檢查產品模型當前的幾何條件，并且將它們與設計人員添加的參數和幾何約束合并在一起，以便評估、構建新的幾何模型并且編輯模型，無需重復全部歷史記錄。 利用其智能模型交互操作，同步建模技術用戶變得輕松自如，將降低他們對嵌入在模型中的永久幾何約束的依賴。設計人員可以選擇不用這類嵌入式約束來編輯初始模型，因為他們知道同步建模技術將識別明顯的幾何約束并且對其進行智能管理。該演變的影響將帶來產品開發(fā)過程的根本變化。CAD技術的現(xiàn)狀 目前，CAD技術在工程設計中有著很廣泛的應用，對于建筑設計這一領域，有著包括方案設計、三維造型、建筑渲染圖設計、平面布景、建筑構造設計、小區(qū)規(guī)劃、日照分析、室內裝潢等各類應用軟件。對于結構設計，計算機輔助設計軟件可以做到包括有限元分析、結構平面設計、結構計算和分析、高層結構分析、地基及基礎設計、鋼結構設計與加工等方面。此外計算機輔助設計軟件還能應用于包括水、電、暖以及及管道等各種設備設計。在城市規(guī)劃、城市交通設計，市政管線設計，交通工程設計，水利工程設計以及其他工程設計和造價、管理等方面，計算機輔助設計軟件也有著很廣泛的應用。計算機輔助設計系統(tǒng)是一款人機交互的，用來解決圖形問題的很好的系統(tǒng)，而CAD目前存在的問題與其發(fā)展方向本身是一致的，一款系統(tǒng)的發(fā)展就是發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的過程?？v觀目前CAD系統(tǒng)，存在的問題主要是: (1)操作性問題，要想使用好CAD軟件需要一個比較長的學習過程，還需要一定的知識技能基礎，所以，其發(fā)展趨勢注定要朝著操作的簡便性、易學性方向發(fā)展；（2）CAD系統(tǒng)的智能化，目前CAD系統(tǒng)的智能化程度不是很高， 除了計算機輔助外，還需要人工另外做相當大量的數據處理與評估；（3）實體造型與仿真，在實體造型與仿真方面，CAD系統(tǒng)做的也不是很好，日常CAD軟件在應用過程中，仿真程度不夠高，（4） CAD系統(tǒng)的集成化，集成化是許多系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。CAD的發(fā)展也是一樣的，就目前來說，CAD系統(tǒng)的集成化發(fā)展方向可以用一下內容表示：CAD+CAM=CAD/CAM；CAD/CAM+CAPP+CAT+PDM=CAE，集成化后的最高層次是計算機集成生產系統(tǒng)-CIMS，這一系統(tǒng)在建筑領域目前廣聯(lián)達開發(fā)的軟件已經開始進入應用階段。CAD技術的未來1、標準化CAD軟件一般應集成在一個異構的工作平臺之上，只有依靠標準化技術才能解決CAD系統(tǒng)支持異構跨平臺的環(huán)境問題。只有解決了標準化問題，協(xié)同設計才有了可能。2、智能化設計是一個含有高度智能的人類創(chuàng)造性活動領域，智能CAD是CAD發(fā)展的必然方向。這里的智能CAD不僅是簡單地將現(xiàn)有的智能技術與CAD技術相結合，更重要的是深入研究人類設計的思維模型，最終用信息技術來表達和模擬它，才會產生高效的CAD系統(tǒng)，為人工智能領域提供新的理論和方法。CAD的這個發(fā)展趨勢，將對信息科學的發(fā)展產生深刻的影響。3、網絡技術的應用網絡技術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。網絡技術的應用也為協(xié)同設計、制造提供了廣闊的前景。4、多學科多功能綜合產品設計技術未來產品的開發(fā)設計不僅用到機械科學的理論與知識,而且還用到電磁學、光學、控制理論等知識。產品的開發(fā)要進行多目標全性能的優(yōu)化設計,以追求模具產品動靜態(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。云存儲，云計算等的普及為次提供了硬件、軟件和信息保障。5、逆向工程技術的應用在只有產品原型或實物模型,而沒有產品圖樣的條件下通過實物的測量,然后利用測量數據進行實物的CAD幾何模型的設計和制造這種過程就是逆向工程。逆向工程能夠縮短從設計到制造的周期,是幫助設計者實現(xiàn)并行工程等現(xiàn)代設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用。6、快速成形技術快速成形制造技術RPM是基于制造原理,迅速制造出產品原型,而與零件的幾何復雜程度絲毫無關,尤其在具有復雜曲面形狀的產品制造中更能顯示其優(yōu)越性。它不僅能夠迅速制造出原型供設計評估、裝配校驗、功能試驗,而且還可以通過形狀復制快速經濟地制造出產品模具。3D打印技術的日漸成熟，為快速成形技術提供了必要的發(fā)展條件。結 語 科技發(fā)展，永無止境，沒有一種技術是“常青樹”。CAD技術一直處于不斷地