CAD技術(shù)發(fā)展歷程概覽

1、CAD技術(shù)發(fā)展歷程概覽         在CAD軟件發(fā)展初期，CAD的含義僅僅是圖板的替代品，即：意指ComputerAidedDrawing(orDrafting)而非現(xiàn)在我們經(jīng)常討論的CAD(ComputerAidedDesign)所包含的全部?jī)?nèi)容。CAD技術(shù)以二維繪圖為主要目標(biāo)的算法一直持續(xù)到70年代末期，以后作為CAD技術(shù)的一個(gè)分支而相對(duì)單獨(dú)、平穩(wěn)地發(fā)展。早期應(yīng)用較為廣泛的是CADAM軟件，近十年來(lái)占據(jù)繪圖市場(chǎng)主導(dǎo)地位的是Autodesk公司的AutoCAD軟件。在今天中國(guó)的CAD用戶特別是初期CAD用戶中

2、，二維繪圖仍然占有相當(dāng)大的比重。    1.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(jiǎn)單的線框式系統(tǒng)。這種初期的線框造型系統(tǒng)只能表達(dá)基本的幾何信息，不能有效表達(dá)幾何數(shù)據(jù)間的拓?fù)潢P(guān)系。由于缺乏形體的表面信息，CAM及CAE均無(wú)法實(shí)現(xiàn)。    進(jìn)入70年代，正值飛機(jī)和汽車(chē)工業(yè)的蓬勃發(fā)展時(shí)期。此間飛機(jī)及汽車(chē)制造中遇到了大量的自由曲面問(wèn)題，當(dāng)時(shí)只能采用多截面視圖、特征緯線的方式來(lái)近似表達(dá)所設(shè)計(jì)的自由曲面。由于三視圖方法表達(dá)的不完整性，經(jīng)常發(fā)

3、生設(shè)計(jì)完成后，制作出來(lái)的樣品與設(shè)計(jì)者所想象的有很大差異甚至完全不同的情況。設(shè)計(jì)者對(duì)自己設(shè)計(jì)的曲面形狀能否滿足要求也無(wú)法保證，所以還經(jīng)常按比例制作油泥模型，作為設(shè)計(jì)評(píng)審或方案比較的依據(jù)。既慢且繁的制作過(guò)程大大拖延產(chǎn)了產(chǎn)品的研發(fā)時(shí)間，要求更新設(shè)計(jì)手段的呼聲越來(lái)越高。    此時(shí)法國(guó)人提出了貝賽爾算法，使得人們?cè)谟糜?jì)算機(jī)處理曲線及曲面問(wèn)題時(shí)變得可以操作，同時(shí)也使得法國(guó)的達(dá)索飛機(jī)制造公司的開(kāi)發(fā)者們，能在二維繪圖系統(tǒng)CADAM的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出以表面模型為特點(diǎn)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(biāo)志著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)從單純模仿工程圖紙的

4、三視圖模式中解放出來(lái)，首次實(shí)現(xiàn)以計(jì)算機(jī)完整描述產(chǎn)品零件的主要信息，同時(shí)也使得CAM技術(shù)的開(kāi)發(fā)有了現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)。曲面造型系統(tǒng)CATIA為人類(lèi)帶來(lái)了第一次CAD技術(shù)革命，改變了以往只能借助油泥模型來(lái)近似準(zhǔn)確表達(dá)曲面的落后的工作方式。    此時(shí)的CAD技術(shù)價(jià)格極其昂貴(也許還有人記得，曾幾何時(shí)，在國(guó)內(nèi)租用一套CATIA的年租金即需1520萬(wàn)美元)，而且軟件商品化程度低，開(kāi)發(fā)者本身就是CAD大用戶，彼此之間技術(shù)保密。只有少數(shù)幾家受到國(guó)家財(cái)政支持的軍火商，在70年代冷戰(zhàn)時(shí)期才有條件獨(dú)立開(kāi)發(fā)或依托某廠商發(fā)展CAD技術(shù)。例如：   

5、60;CADAM由美國(guó)洛克希德(Lochheed)公司支持    CALMA由美國(guó)通用電氣(GE)公司開(kāi)發(fā)    CV由美國(guó)波音(Boeing)公司支持    IDEAS由美國(guó)國(guó)家航空及宇航局(NASA)支持    UG由美國(guó)麥道(MD)公司開(kāi)發(fā)    CATIA由法國(guó)達(dá)索(Dassault)公司開(kāi)發(fā)    這時(shí)的CAD技術(shù)主要應(yīng)用在軍用工業(yè)。但受此項(xiàng)技術(shù)的

6、吸引，一些民用主干工業(yè)，如汽車(chē)業(yè)的巨人也開(kāi)始摸索開(kāi)發(fā)一些曲面系統(tǒng)為自己服務(wù)，如：    大眾汽車(chē)公司SURF    福特汽車(chē)公司PDGS    雷諾汽車(chē)公司EUCLID    另外還有豐田、通用汽車(chē)公司等都開(kāi)發(fā)了自己的CAD系統(tǒng)。由于無(wú)軍方支持，開(kāi)發(fā)經(jīng)費(fèi)及經(jīng)驗(yàn)不足，其開(kāi)發(fā)出來(lái)的軟件商品化程度都較軍方支持的系統(tǒng)要低，功能覆蓋面和軟件水平亦相差較大。    曲面造型系統(tǒng)帶來(lái)的技術(shù)革新，使汽車(chē)開(kāi)發(fā)手段比

7、舊的模式有了質(zhì)的飛躍，新車(chē)型開(kāi)發(fā)速度也大幅度提高，許多車(chē)型的開(kāi)發(fā)周期由原來(lái)的6年縮短到只需約3年。CAD技術(shù)給使用者帶來(lái)了巨大的好處及頗豐的收益，汽車(chē)工業(yè)開(kāi)始大量采用CAD技術(shù)。80年代初，幾乎全世界所有的汽車(chē)工業(yè)和航空工業(yè)都購(gòu)買(mǎi)過(guò)相當(dāng)數(shù)量的CATIA，其結(jié)果是CATIA躍居制造業(yè)CAD軟件榜首，并且保持了許多年。最近幾年，從造型理論上來(lái)說(shuō)，CATIA并沒(méi)有突破性的進(jìn)展，CAD技術(shù)本身已相對(duì)落后。達(dá)索公司公布的96年?duì)I業(yè)額只有2.68億美元，這并不足以使其穩(wěn)據(jù)世界排名第二的位置。但其龐大用戶群的巨大慣性以及由IBM提供的約3億美元的強(qiáng)有力系統(tǒng)集成支持，使得它依然排在CAD行業(yè)前列。 

8、   2.第二次CAD技術(shù)革命生不逢時(shí)的實(shí)體造型技術(shù)    80年代初，CAD系統(tǒng)價(jià)格依然令一般企業(yè)望而卻步，這使得CAD技術(shù)無(wú)法擁有更廣闊的市場(chǎng)。為使自己的產(chǎn)品更具特色，在有限的市場(chǎng)中獲得更大的市場(chǎng)份額，以CV、SDRC、UG為代表的系統(tǒng)開(kāi)始朝各自的發(fā)展方向前進(jìn)。70年代末到80年代初，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的大跨步前進(jìn)，CAE、CAM技術(shù)也開(kāi)始有了較大發(fā)展。SDRC公司在當(dāng)時(shí)星球大戰(zhàn)計(jì)劃的背景下，由美國(guó)宇航局支持及合作，開(kāi)發(fā)出了許多專用分析模塊，用以降低巨大的太空實(shí)驗(yàn)費(fèi)用，同時(shí)在CAD技術(shù)方面也進(jìn)行了許多開(kāi)拓；UG則著重在曲面技

9、術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展CAM技術(shù)，用以滿足麥道飛機(jī)零部件的加工需求；CV和CALMA則將主要精力都放在CAD市場(chǎng)份額的爭(zhēng)奪上。    有了表面模型，CAM的問(wèn)題可以基本解決。但由于表面模型技術(shù)只能表達(dá)形體的表面信息，難以準(zhǔn)確表達(dá)零件的其它特性，如質(zhì)量、重心、慣性矩等，對(duì)CAE十分不利，最大的問(wèn)題在于分析的前處理特別困難?；趯?duì)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(gè)完全基于實(shí)體造型技術(shù)的大型CAD/CAE軟件IDEAS。由于實(shí)體造型技術(shù)能夠精確表達(dá)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(dá)，給設(shè)計(jì)帶

10、來(lái)了驚人的方便性。它代表著未來(lái)CAD技術(shù)的發(fā)展方向。基于這樣的共識(shí)，各軟件紛紛仿效。一時(shí)間，實(shí)體造型技術(shù)呼聲滿天下。可以說(shuō)，實(shí)體造型技術(shù)的普及應(yīng)用標(biāo)志CAD發(fā)展史上的第二次技術(shù)革命。    但是新技術(shù)的發(fā)展往往是曲折和不平衡的。實(shí)體造型技術(shù)既帶來(lái)了算法的改進(jìn)和未來(lái)發(fā)展的希望，也帶來(lái)了數(shù)據(jù)計(jì)算量的極度膨脹。在當(dāng)時(shí)的硬件條件下，實(shí)體造型的計(jì)算及顯示速度很慢，在實(shí)際應(yīng)用中做設(shè)計(jì)顯得比較勉強(qiáng)。由于以實(shí)體模型為前提的CAE本來(lái)就屬于較高層次技術(shù)，普及面較窄，反映還不強(qiáng)烈；另外，在算法和系統(tǒng)效率的矛盾面前，許多贊成實(shí)體造型技術(shù)的公司并沒(méi)有下大力量去開(kāi)發(fā)它，而是轉(zhuǎn)去攻克相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)的表面模型技術(shù)。各公司的技術(shù)取向再度分道揚(yáng)鑣。實(shí)體造型技術(shù)也就此沒(méi)能迅速在整個(gè)行業(yè)全面推廣開(kāi)。推動(dòng)了此次技術(shù)革命的SDRC公司與幸運(yùn)之神擦肩而過(guò)，失去了一次大飛躍的機(jī)會(huì)。在以后的10年里，隨著硬件性能的提高，實(shí)體造型技術(shù)又逐漸為眾多CAD系統(tǒng)所采用。