CAD技術的發展歷史回顧

時間：2020-09-08 11:15:39 計算機輔助設計我要投稿

CAD技術的發展歷史回顧

　　計算機輔助設計（ComputerAidedDesign，CAD）是用計算機系統協助產生、修改、分析和優化設計的技術。以下是YJBYS小編搜索整理的關于CAD技術的發展歷史回顧，供參考閱讀，希望對大家有所幫助！想了解更多相關信息請持續關注我們應屆畢業生培訓網！

CAD技術的發展歷史回顧

　　隨著Internet/Intranet網絡和并行、高性能計算及事務處理的普及，異地、協同、虛擬設計及實時仿真也得到了廣泛應用。CAD作為信息技術的一個重要組成部分，將計算機高速、海量數據存儲及處理和挖掘能力與人的綜合分析及創造性思維能力結合起來，對加速工程和產品的開發、縮短設計制造周期、提高質量、降低成本、增強企業市場競爭能力與創新能力發揮著重要作用。如果從美國麻省理工學院（MIT）旋風I號所配的圖形系統算起，CAD迄今已有50年歷史;若以MIT林肯實驗室的I。E。Sutherland發表的人機通信的圖形系統博士論文為開始，也有36年的歷史了。

　　第一次CAD技術革命──貴族化的曲面造型系統

　　60年代出現的三維CAD系統只是極為簡單的線框式系統，它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，正值飛機和汽車工業的蓬勃發展時期。而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。既慢且繁的制作過程大大拖延產了產品的研發時間，要求更新設計手段的呼聲越來越高。

　　此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者們，能在二維繪圖系統CADAM的基礎上，開發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CATIA。它的出現，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，首次實現以計算機完整描述產品零件的主要信息。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。

　　此時的CAD技術價格極其昂貴（也許還有人記得，曾幾何時，在國內租用一套CATIA的年租金即需15～20萬美元），而且軟件商品化程度低，開發者本身就是CAD大用戶，彼此之間技術保密。只有少數幾家受到國家財政支持的商，在70年代冷戰時期才有條件獨立開發或依托某廠商發展CAD技術，主要應用在軍用工業。但受此項技術也吸引了一些民用主干工業，如汽車業的巨人也開始摸索開發一些曲面系統為自己服務。曲面造型系統帶來的技術革新，使汽車開發手段比舊的模式有了質的飛躍，汽車工業開始大量采用CAD技術。

　　第二次CAD技術革命──生不逢時的實體造型技術

　　70年代末到80年代初，由于計算機技術的大跨步前進，CAE、CAM技術也開始有了較大發展。SDRC公司在當時星球大戰計劃的背景下，由美國宇航局支持及合作，開發出了許多專用分析模塊，用以降低巨大的太空實驗費用，同時在CAD技術方面也進行了許多開拓;UG則著重在曲面技術的基礎上發展CAM技術，用以滿足麥道飛機零部件的加工需求;CV和CALMA則將主要精力都放在CAD市場份額的爭奪上。

　　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，如質量、重心、慣性矩等，對CAE十分不利，最大的問題在于分析的前處理特別困難。基于對于CAD/CAE一體化技術發展的探索，SDRC公司于1979年發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──I—DEAS。由于實體造型技術能夠精確表達零件的全部屬性，在理論上有助于統一CAD、CAE、CAM的模型表達，給設計帶來了驚人的方便性。它代表著未來CAD技術的發展方向。

　　但是新技術的發展往往是曲折和不平衡的。實體造型技術既帶來了算法的改進和未來發展的希望，也帶來了數據計算量的極度膨脹。在當時的硬件條件下，實體造型的計算及顯示速度很慢，在實際應用中做設計顯得比較勉強。由于以實體模型為前提的CAE本來就屬于較高層次技術，普及面較窄，反映還不強烈;另外，在算法和系統效率的矛盾面前，許多贊成實體造型技術的公司并沒有下大力量去開發它，而是轉去攻克相對容易實現的表面模型技術。實體造型技術也就此沒能迅速在整個行業全面推廣開。在以后的10年里，隨著硬件性能的提高，實體造型技術又逐漸為眾多CAD系統所采用。

　　第三次CAD技術革命 ——一鳴驚人的參數化技術

　　正當實體造型技術逐漸普及之時，CAD技術的研究又有了重大進展。進入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。由于參數化技術核心算法與以往的系統有本質差別，若采用參數化技術，必須將全部軟件重新改寫。當時CAD技術主要應用在航空和汽車工業，這些工業中自由曲面的需求量非常大，參數化技術還不能提供解決自由曲面的有效工具（如實體曲面問題等），更何況當時CV的軟件在市場上幾乎呈供不應求之勢，于是，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時，集體離開了CV公司，另成立了一個參數技術公司（Parametric Technology Corp。），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，但由于第一次實現了尺寸驅動零件設計修改，使人們看到了它今后將給設計者帶來的方便性。

　　80年代末，計算機技術迅猛發展，硬件成本大幅度下降，CAD技術的硬件平臺成本從二十幾萬美元一下子降到只需幾萬美元。一個更加廣闊的CAD市場完全展開，很多中小型企業也開始有能力使用CAD技術。由于他們設計的工作量并不大，零件形狀也不復雜，更重要的是他們無錢投資大型高檔軟件，因此他們很自然地把目光投向了中低檔的Pro/E軟件。進入90年代，參數化技術變得比較成熟起來，充分體現出其在許多通用件、零部件設計上存在的簡便易行的優勢。

　　第四次CAD技術革命─更上層樓的變量化技術

　　參數化技術的成功應用，使得它在90年前后幾乎成為CAD業界的標準，許多軟件廠商紛紛起步追趕。但是技術理論上的認可并非意味著實踐上的可行性。由于CATIA、CV、UG、EUCLID 都在原來的非參數化模型基礎上開發或集成了許多其它應用包括 CAMPIPING和CAE 接口等，在CAD方面也做了許多應用模塊開發。重新開發一套完全參數化的造型系統困難很大，因為這樣做意味著必須將軟件全部重新改寫。積數年對參數化技術的研究經驗以及對工程設計過程的深刻理解，SDRC的開發人員發現了參數化技術尚有許多不足之處，并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，作為今后的開發方向。于是，SDRC公司從1990開始，歷經3年時間，投資一億多美元，將軟件全部重新改寫，于1993年推出全新體系結構的I—DEAS Master Series軟件。

　　由于微機加視窗95/98/NT操作系統與工作站加Unix操作系統在以太網的環境下構成了CAD系統的主流工作平臺，因此現在的CAD技術和系統都具有良好的開放性。圖形接口、圖形功能日趨標準化。在CAD系統中，綜合應用正文、圖形、圖像、語音等多媒體技術和人工智能、專家系統等技術大大提高了自動化設計的程度，出現了智能CAD新學科。智能CAD把工程數據庫及其管理系統、知識庫及其專家系統、擬人化用戶接口管理系統集于一體。CAD技術一直處于不斷的發展與探索之中，正是這種此消彼長的互動與交替，造就了今天CAD技術的興旺與繁榮，促進了工業的高速發展。

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