CAD的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

1、CAD 的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢轉化、實現(xiàn)設計自動化、加快國民經濟發(fā)展和國防現(xiàn)代化期、大幅度提高勞動生產率的重要手段；是科研單位提高自主研發(fā)能力和管理水平、參與國際競爭的重要條件；也是進一步向計算機輔助制造、計算機集成制造系統(tǒng)發(fā)展的重要基礎。CAD 要標志之一，它使產品設計工作的內容和方式發(fā)生了高了設計精度。這一新技術的應用將人類的聰明才智和創(chuàng)造能力與計算機高速而精確的計算能力、大容量的存儲和數(shù)據(jù)處理功能結合起來， 使兩者相得益彰。早期的 CAD 也就是計算機繪圖，以完成圖形的設計與繪制工作為主。經過40 多年的研究與應用，CAD 的概念已發(fā)生了本質飛躍，它不僅包括圖形處理，還包括概念設計、造型設

2、計和原理樣機設計等內容。它吸收和運用了更多的與設計技術相關聯(lián)的科學技術和理論，以及優(yōu)化設計、可靠性設計、有限元分析 出了新的設計理念，把設計人員從繁瑣、機械的設計工作中解脫出來縮短了產品設計周期，降低了產品的成本。1、CAD 建模技術的研究和發(fā)展建模技術是 CAD 的核心技術，建模技術的研究、發(fā)展和應用，就代表了CAD 技術的研究、發(fā)展和應用。下圖給出了建模技術的發(fā)展情況。圖中明確顯示了從50 年代至今建模技術的發(fā)展經歷了二維建模、三維幾何建模（包括線框建模、曲面建模、實體建模）、特征建模（包括參數(shù)化和變量化建模）及產品集成建模的發(fā)展過程。CAD 三維物體，其主要算法是自由曲面或雕塑曲面的生成

3、算法等，其算法較為復雜。實體建模是構成真實的實體，其算法比較復雜。在實體建模技術研究中提出了很多算法，常用的有邊界表示法 B-rep 和幾何構造法 CSG。為了統(tǒng)一幾何建模的表示，還研究開發(fā)了新的算法即非均勻有理B 樣條算法。這種算法在幾何建模中起了重要的作用。隨80 年代后期又出現(xiàn)了參數(shù)化和變量化的結果的修改受尺寸驅動。這種CAD PTC Pro/Engineer。變量化SDRC 公司的VGXSDRC 產品I-DEAS Master Series VGX CAD CAD 建模方法品模型更容易為人理解和組織生產。產品集成建模是面向產品生命周期的關系型產品模型的概念。這一概念的提出， 較好地解決

4、了信息在設計、制造、檢驗和裝配等環(huán)節(jié)的共享問題，完整地描述了產品在概念設計裝配設計零件設計全過程中的各種屬性和相互關系，實現(xiàn)了產品生命周期中的內部描述信息（如產品設計、計劃、加工、檢驗等信息）和外部過程信息（如內部描述信息所依賴的環(huán)境、知識和規(guī)則等）的集成。這種產品集成建模技術仍在研究中。2、數(shù)據(jù)管理技術的研究和發(fā)展CAD 技術的研究和應用中，數(shù)據(jù)管理技術是其又一重要的技術，特別是在CAD 集（PDM）三個階段。在70 年代之前，主要靠文件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行管理；到1968 年美國IBM 公司研制了第一代數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)層次型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)年美國的CODASYL DBTG 70 年代，第三代數(shù)據(jù)庫技

5、術的研究和開發(fā)集中在關系型數(shù)據(jù)庫技術上，70 80 80 開發(fā)。盡管在數(shù)據(jù)管理方面作了大量的工作，但仍然滿足不了企業(yè)對數(shù)據(jù)管理的實際要80 年代后期，在企業(yè)計算機制造環(huán)境中數(shù)據(jù)管理及設計過程自動化的需求的驅管理PDM 技術在國外已取得了突飛猛進的發(fā)展M D 系統(tǒng)集成、 MRP/ERP 的集成方面進行研究開發(fā)。3、標準化技術的研究和發(fā)展CAD CAD PHIGS、GKSISO/IEC 推出的圖形信息系統(tǒng)標準。目PEX OPEN GL 等也很受重視。IGES 是國際上最早、最成熟的數(shù)據(jù)交換標準，它主要是用于不同的CAD 系統(tǒng)之間1980 1992 IGES 目前還在廣泛描述工業(yè)環(huán)境所需要的產品定義

6、數(shù)據(jù)的全部信息。90 STEPSTEP 是一個系列的國際標STEP CAD 領域中最完整的標準，該系列標準還未全部完成，已公布了一部分。國內外差距CAD CAD CAD 1、目前我國 CAD 系統(tǒng)僅僅作為繪圖工具， 缺乏設計方法和設計理論的指導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CAD 系統(tǒng)只能將設計過程的最后階段繪圖階段搬到計算機上，而設計過程仍然在設計師頭腦中完成，這樣設計效率并沒有太大的提高。在應用方面，很多企業(yè)也只是把 CAD 作為一個繪圖工具，企業(yè)應用中也缺乏對產品設計理論和設計方法的研究，因此企業(yè)產品和創(chuàng)新產品少，在市場上缺乏競爭力。2、我國三維

7、CAD 系統(tǒng)還不成熟，必須加快開發(fā)CAD CAD 系統(tǒng)8 863/CIMS 項目“基于線框、曲面、實體和CAD CAD PC Windows/95/98/NT CAD 系統(tǒng)也進入SolidworksAutodesk MDTCimatron 等。一些原來工作站系統(tǒng)CAD PC Windows 平臺的版本。3、我國 CAD 技術開發(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)出有競爭力的產品。從我國二維CAD CAD 出了“參數(shù)設計問題”、“數(shù)據(jù)管理問題”及數(shù)控編程中的有關要求即現(xiàn)在的“特征造CAD CAD 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/E

8、ngineer，一舉占領了國際市場，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 技術是一項綜合性的高新技術，涉及面廣而復雜，技術變化快，競爭激烈。CAD CAD B-rep、NURBS 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CAD 中。只能引用別人的，當然也只能跟在人家的后面走。5、信息集成技術落后信息技術的廣泛集成是以產品數(shù)據(jù)管理和過程管理CAD/CAPP/CAM ERP PDM 也是重要的基礎。而我國在這。CAD/CAPP/CAM 集成技術又建立在國外基礎系統(tǒng)上。6、CAD 中的數(shù)據(jù)交換格式和標準化落后CAD CAD

9、STEP 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 未來動向CAD 技術的發(fā)展一直是跟著實際應用的需求而發(fā)展的CAD 新的需求又不斷出現(xiàn)。1、模型理論的研究：由于傳統(tǒng)的幾何模型、特征模型已不能滿足現(xiàn)代制造技術的要求。從而提出了面向產品生命周期的關系型產品模型的概念。這一概念的提出，是為了解決信息在設計、制造和檢驗及裝配等環(huán)節(jié)的共享問題，完整地描述產品在概念設計裝配設計零件設計全過程中的各種屬性和相互關系，實現(xiàn)產品生命周期中的內部描述信息和外部過程信息的集成。在產品模型的研究上，當前拉出的非流形模型的研究就是一個典型，目前我國也在研究非流形模型用于CAD 系統(tǒng)中。另外，基于 STEP 的CAD 技術的研究也是為了建立較好的產品模型。2CAD CAD 向下（Top-down）的設計方法，并且也可混合使用這兩種設計方法。3、客戶機/服務器及網絡環(huán)境下的 CAD 技術：隨著客戶機/服務器系統(tǒng)在企業(yè)的應用，企業(yè)大都建立了網絡環(huán)境。因此，