CAD技術(shù)的發(fā)展回顧

1、CAD 技術(shù)的發(fā)展回顧運算機輔助設(shè)計（CAD： Computer Aided Design）技術(shù)是以運算機、 外圍設(shè)備及其系統(tǒng)軟件為基礎(chǔ)，包括二維繪圖設(shè)計、三維幾何造型設(shè)計、 有限元分析（FEA）及優(yōu)化設(shè)計、數(shù)控加工編程（NCP）、仿真模擬及產(chǎn)品 數(shù)據(jù)治理等內(nèi)容。隨著In ternet/I ntranet網(wǎng)絡(luò)和并行、高性能運算及事務(wù)處 理的普及，異地、協(xié)同、虛擬設(shè)計及實時仿真也得到廣泛應(yīng)用。一、CAD 技術(shù)的產(chǎn)生及進(jìn)展過程預(yù)備和醞釀時期（ 5060 年代初） CAD 技術(shù)處于被動式的圖形處 理時期。1蓬勃進(jìn)展和進(jìn)入應(yīng)用時期 （60 年代） 提出了運算機圖形學(xué)、 交互技術(shù)、分層儲備符號的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

2、等新思想，從而為 CAD 技術(shù)的進(jìn)展和 應(yīng)用打下了理論基礎(chǔ)。 60年代中期顯現(xiàn)了許多商品化的 CAD 設(shè)備， 60年 代末，美國安裝的 CAD 工作站已達(dá) 200 多臺，可供幾百人使用。2廣泛使用的時期（ 70 年代） 1970年美國 Applicon 公司第一 個推出完整的CAD系統(tǒng)。顯現(xiàn)了面向中小企業(yè)的CAD/CAM商品化系統(tǒng)。 70 年代末，美國 CAD 工作站安裝數(shù)量超過 12000臺，使用人數(shù)超過 25 萬。3突飛猛進(jìn)的時期（ 80 年代）在那個時期，圖形系統(tǒng)和 CADCAM 工作站的銷售量與日俱增， 美國實際安裝 CAD 系統(tǒng)至 1988年進(jìn)展 到 63000套。 CADCAM 技

3、術(shù)從大中企業(yè)向小企業(yè)擴(kuò)展；從發(fā)達(dá)國家向進(jìn) 展中國家擴(kuò)展；從用于產(chǎn)呂設(shè)計進(jìn)展到用于工程設(shè)計和工藝設(shè)計。4開放式、標(biāo)準(zhǔn)化、集成化和智能化的進(jìn)展時期（ 90 年代） 由于微機加視窗 9598NT 操作系統(tǒng)與工作站加 Unix 操作系統(tǒng)在以太網(wǎng) 的環(huán)境下構(gòu)成了 CAD 系統(tǒng)的主流工作平臺，因此現(xiàn)在的 CAD 技術(shù)和系統(tǒng) 都具有良好的開放性。圖形接口、圖形功能日趨標(biāo)準(zhǔn)化。在 CAD 系統(tǒng)中，綜合應(yīng)用正文、圖形、圖像、語音等多媒體技術(shù) 和人工智能、 專家系統(tǒng)等技術(shù)大大提升了自動化設(shè)計的程度， 顯現(xiàn)了智能 C AD 新學(xué)科。 智能 CAD 把工程數(shù)據(jù)庫及其治理系統(tǒng)、 知識庫及其專家系統(tǒng)、 擬人化用戶接口治理

4、系統(tǒng)集于一體，形成如圖 1 示所示的結(jié)構(gòu)。圖1 智能CAD系統(tǒng)CADI二、CAD系統(tǒng)的構(gòu)成及分類技術(shù)集中體現(xiàn)在穽AD系統(tǒng)上，CADI勺信息化工具設(shè)計思想、加速產(chǎn)品和工程設(shè)計稅具CAD。系統(tǒng)CADCAD厲用層1. CAD系統(tǒng)的構(gòu)成CAD系統(tǒng)硬件構(gòu)成如圖2所示，從其體系如圖3所示?；A(chǔ)由運算機、外圍設(shè)備和系統(tǒng)軟 作站上流SE加Motif 二操作系統(tǒng)，在微機上流行 括支撐軟件、系統(tǒng)開發(fā)和愛護(hù)的工具 八I當(dāng)瀧著網(wǎng)絡(luò)的廣泛使用，異地協(xié)同 匕二二維、三維參數(shù)化特征幾何造型 環(huán)境將是QAD支撐層的重要進(jìn)展趨勢。應(yīng)用 一真實感圖形顯示一一二；ADV結(jié)構(gòu)講可分為三個層次， 件組成。系統(tǒng)軟件在工Win95/98/

5、NT操作系統(tǒng)二系 軟件。支撐層包含了圖3 虛擬CAD骯輸入板仆-7十、域的需求有建各自的 Cad專用軟件來支持相應(yīng)的件還包所示內(nèi)容同應(yīng)一一工作?；A(chǔ)層計國機磴件及系統(tǒng)軟件瀘畐妄維管理CAD系統(tǒng)的硬件差不多組成intern&Wntranet 應(yīng)用交擇圖3 CAD系統(tǒng)的三層結(jié)構(gòu)2. CAD系統(tǒng)的分類 CAD系統(tǒng)作為運算機應(yīng)用系統(tǒng)的一 個重要分支，經(jīng)歷了三個進(jìn)展時期，即：多用戶共享一臺運算機；一個用 戶使用一臺運算機；一個用戶共享多臺運算機。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上看，CAD系統(tǒng)大致可分為兩類，即集中式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。集中式系統(tǒng)要求有功能較 強的運算機，一次投資大，使用起來不靈活，在 80年代中期往常應(yīng)用比較

6、廣泛。從工作站和高性能微機咨詢世以后，大多數(shù)用戶采納工作站和微機 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來代替這類集中式 CAD系統(tǒng)，形成網(wǎng)絡(luò)化的系統(tǒng)。三、CAD支撐軟件CAD 支撐軟件要緊包括：1設(shè)備驅(qū)動程序，如 Windows 操作系統(tǒng)支持的設(shè)備驅(qū)動程序集， I SO通過的標(biāo)準(zhǔn)程序庫 CGI（Computer Graphics In terface）,又如HP公司提 供的繪圖儀、打印機設(shè)備驅(qū)動程序等；2窗口治理系統(tǒng),工作站上流行 Motif 窗口系統(tǒng)；微機上 Win95、 Win98、WinNT窗口系統(tǒng)，微機上的窗口系統(tǒng)已代替了過去的 DOS操作系 統(tǒng),成為最大眾化的操作系統(tǒng)。窗口系統(tǒng)中包含了豐富的圖形用戶接口（ G

7、UI）程序，多媒體用戶接口程序（MUI ）和網(wǎng)絡(luò)用戶接口程序（NOI）;3漢字輸入輸出程序,除了中文之星專用漢字處理程序外,中文 Windows 操作系統(tǒng)也已廣泛應(yīng)用;4二維運算機輔助設(shè)計繪圖系統(tǒng); 5三維線框、曲面、實體和特點統(tǒng)一表示的數(shù)字化建模系統(tǒng); 6三維真實圖形實時顯示系統(tǒng);7產(chǎn)品數(shù)據(jù)治理系統(tǒng) PDM （Product Data Management System）;8異地協(xié)同虛擬設(shè)計系統(tǒng);9智能 CAD 系統(tǒng);CAD 外延系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)展回憶一、運算機輔助工藝設(shè)計（ CAPP） 工藝設(shè)計是連接產(chǎn)品設(shè)計和產(chǎn)品制造的橋梁,是制造系統(tǒng)的重要環(huán) 節(jié),對產(chǎn)品質(zhì)量和制造成本具有重要阻礙。 60 年

8、代末,人們開始運算機輔 助工藝設(shè)計（CAPP： Computer Aided Process Planning）的研究開發(fā)，但 由于工藝設(shè)計對千差萬不的實際生產(chǎn)環(huán)境具有專門強的依靠性和技術(shù)復(fù)雜 性, CAPP 仍舊是運算機輔助技術(shù)中的薄弱環(huán)節(jié)。從 60 年代末到目前的三十年間,先后顯現(xiàn)了在設(shè)計方式上不同的 兩類系統(tǒng)，即派生式系統(tǒng)和創(chuàng)成式系統(tǒng)。派生式 （Variant）系統(tǒng)已從單純的 檢索式進(jìn)展成為今天具有不同程序的修改、編輯和自動選擇功能的系統(tǒng), 融合了部分創(chuàng)成式的原則和方法。創(chuàng)成式（Generative）系統(tǒng)的研究與開發(fā) 始于 70 年代中期,而且專門快得到普遍重視,被認(rèn)為是有前途的方法,但

9、 實踐的結(jié)果并不理想。近年來，這兩類系統(tǒng)都在進(jìn)展中持續(xù)改進(jìn)提升和互 相滲透，從 80 年代開始探究將人工智能（ AI ）、專家系統(tǒng)技術(shù)等應(yīng)用于 CAPP系統(tǒng)的研究和開發(fā)，研制成功了基于知識（Knowledge-base 6的創(chuàng)成式CAPP 系統(tǒng)或 CAPP 專家系統(tǒng)。 近幾年來，有人將人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、模 糊推理以及基于實例的推理等用于 CAPP之中，也有人提出了 CAPP系統(tǒng) 構(gòu)造工具的思路，并開展了卓有成效的實踐。還有人將傳統(tǒng)派生法、傳統(tǒng) 創(chuàng)成法與人工智能結(jié)合在一起，綜合它們的優(yōu)點，構(gòu)造了混合式CAPP系統(tǒng)。CAPP系統(tǒng)功能包括：（1）零件信息的輸入：零件信息是系統(tǒng)進(jìn)行工藝設(shè)計的對象和依

10、 據(jù)，運算機目前還不能象人一樣識不零件圖上的所有信息，因此在運算機 內(nèi)部必須有一個專門的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來對零件信息進(jìn)行描述，如何輸入和描述 零件信息是 CAPP 能否有用化的關(guān)鍵咨詢題之一。（2）工藝決策：工藝決策是系統(tǒng)的操縱指揮中心，它的作用是； 以零件信息為依據(jù)，按預(yù)先規(guī)定的順序或邏輯，調(diào)用有關(guān)工藝數(shù)據(jù)或規(guī)則， 進(jìn)行必要的比較、運算和決策，生成零件的工藝規(guī)程。（3）工藝數(shù)據(jù)知識庫：工藝數(shù)據(jù)知識庫是系統(tǒng)的支撐工具， 它包含了工藝設(shè)計所要求的所有工藝數(shù)據(jù)（如加工方法、余量、切削用量、 機床、刀具、夾具、量具、輔具以及材料、工時、成本核算等多方面的信 息）和規(guī)則（包括工藝決策邏輯、決策適應(yīng)、體會等眾多

11、內(nèi)容，如加工方 法選擇、排序規(guī)則等） 。（4）人機界面：人機界面是用戶的工作平臺，包括系統(tǒng)菜單、工 藝設(shè)計的界面、工藝數(shù)據(jù)知識的輸入和治理界面，以及工藝文件的顯示、 編輯與治理界面等。（5）工藝文件治理與輸出：一個系統(tǒng)可能有成百上千個工藝文件， 如何治理和愛護(hù)這些文件，既是 CAPP 系統(tǒng)的重要內(nèi)容，也是整個 CAD CAPPCAM 集成系統(tǒng)的重要組成部分。輸出部分包括工藝文件格式化顯 示、儲備、打印等。二、運算機輔助制造（ CAM ）運算機輔助制造(CAM : Computer Aided Manufacturing)是利用CAD、CAPP 的信息在數(shù)控加工設(shè)備上實現(xiàn)制造自動化。 CAM 的

12、要緊任務(wù) 是選擇加工工具、生成加工路徑、排除加工干涉、配置加工驅(qū)動、仿真加 工過程等，以滿足小批量、高精度、短周期和加工一致性要求高的產(chǎn)品制 造的需要，進(jìn)而實現(xiàn) CAD CAPPCAM 的集成。運算機輔助制造中最核 心的技術(shù)是數(shù)控技術(shù)。40 年代末，美國開始研究數(shù)控加工技術(shù)，并于 1952年生產(chǎn)出第一 臺數(shù)控機床， 1957年第一批數(shù)控機床投入使用。 我國在 1958年試制成功第 一臺配有電子管數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機床， 1965 年開始成批生產(chǎn)配有晶體管數(shù) 控系統(tǒng)的三坐標(biāo)數(shù)控銑床。 90 年代國內(nèi)外已有數(shù)百種先進(jìn)的數(shù)控機床，并 得到廣泛應(yīng)用。數(shù)控加工要緊分下述兩個步驟:* 程序編制按照圖紙，按數(shù)控

13、機床操縱系統(tǒng)要求確定加工 指令，完成零件數(shù)控程序編制；* 加工過程將得到的數(shù)控程序傳輸給數(shù)控機床，操縱機床 各坐標(biāo)的伺服系統(tǒng)，驅(qū)動機床，使刀具和工件嚴(yán)格執(zhí)行程序規(guī)定的相對運 動，加工出符合圖紙的零件。（ 1）數(shù)控自動編程技術(shù)編制零件加工程序是數(shù)控應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)，靠手工編程無法滿足數(shù)控加工（專門是復(fù)雜零件）的需求，在 50 年 代初期，美國開始了數(shù)控自動編程技術(shù) APT 語言的研究，形成了早期 的 CAD 系統(tǒng)。此后在數(shù)控技術(shù)的進(jìn)展和生產(chǎn)應(yīng)用需求拉動下， CAM 技術(shù) 持續(xù)進(jìn)展，從語言編程進(jìn)展為圖形交互編程， 進(jìn)而實現(xiàn)了 CAD CAM 一體 化?，F(xiàn)代的 CAM 技術(shù)差不多成為 CAX 體系的重

14、要組成部分，與 CAD 系 統(tǒng)集成在一起，直截了當(dāng)在 CAD 建立起來的參數(shù)化、全有關(guān)的三維幾何模 型（實體曲面）上進(jìn)行加工編程，生成正確的加工軌跡。（ 2 ）數(shù)控加工過程的仿真模擬數(shù)控加工過程仿真模擬的意義在于利用運算機圖形的手段，對實際加工過程進(jìn)行快速有效的模擬。隨著 高速運算機和圖形顯示設(shè)備及算法的持續(xù)研究進(jìn)展，仿真模擬的技術(shù)逐步 廣泛地應(yīng)用在生產(chǎn)中，虛擬加工的實際過程，通過操縱加工過程的進(jìn)行， 持續(xù)改變觀看方向和位置，并利用其它一些必要的圖形手段，在虛擬的加 工環(huán)境中及早地發(fā)覺咨詢題，以求替代或大幅度地減少試切加工，從而達(dá) 到降低生產(chǎn)成本、提升產(chǎn)品質(zhì)量的目的。三、運算機輔助工程分析（

15、CAE ） 有限元法（或稱有限單元法、有限元素法）是求解復(fù)雜工程和產(chǎn)品 的結(jié)構(gòu)強度、剛度、屈曲穩(wěn)固性、動力響應(yīng)、熱傳導(dǎo)、三維形體接觸、彈 塑性等力學(xué)性能的分析運算，以及結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化設(shè)計等咨詢題的一種近 似數(shù)值分析方法。有限元法從 60 年代初開始在工程上應(yīng)用到今天，差不多歷了三十 多年的進(jìn)展歷史，其理論和算法都經(jīng)歷了從蓬勃進(jìn)展到日趨成熟的過程， 現(xiàn)已成為工程和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析中（如航空、航天、機械、土木結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域） 必不可少的數(shù)值運算工具，同時也是分析連續(xù)力學(xué)各類咨詢題的一種重要 手段。隨著運算機技術(shù)的普及和持續(xù)提升，有限元分析系統(tǒng)的功能和運算 精度都在專門大提升，各種基于幾何造型系統(tǒng)的有限元分

16、析系統(tǒng)應(yīng)運而生， 運算機輔助有限元分析（ CAEFA ：Computer Aided Finite Element Analysi s）已成為運算機輔助工程（CAE ）的重要組成部分，是結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu) 化的重要工具，同時也是運算機輔助4C系統(tǒng)（CAD/ CAE/CAPP/CAM ） 的重要環(huán)節(jié)。有限元法的核心思想是結(jié)構(gòu)的離散化，確實是將實際結(jié)構(gòu)假想地離 散為有限數(shù)目的規(guī)則單元組合體，實際結(jié)構(gòu)的物理性能能夠通過對離散體 進(jìn)行分析，得出滿足工程精度的近似結(jié)果來替代對實際結(jié)構(gòu)的分析，如此 能夠解決專門多實際工程需要解決而理論分析又無法解決的復(fù)雜咨詢題。 按照體會，有限元分析各時期所用的時刻為： 4

17、0 45用于模型的建 立和數(shù)據(jù)輸入， 50 55用于分析結(jié)果的判讀和評定，而分析運算只 占 5左右。針對這種情形采納運算機輔助設(shè)計技術(shù)來建立有限元分析的幾 何模型和物理模型，完成分析數(shù)據(jù)的輸入，通常稱這一過程為有限元分析 的前處理。同樣，對有限元分析的結(jié)果也需要用 CAD 技術(shù)生成形象的圖形 輸出，如生成位移圖、應(yīng)力、溫度、壓力分布的等值線圖，表示應(yīng)力、溫 度、壓力分布的彩色明暗圖，以及隨機械載荷和溫度載荷變化生成位移、 應(yīng)力、溫度、應(yīng)力等分布的動態(tài)顯示圖。我們稱這一過程為有限元的后處 理。在運算機輔助有限元分析的過程中，前、后處理是最要緊的工作。四、CAD技術(shù)的集成傳統(tǒng)意義上的 CAD 系統(tǒng)

18、只能產(chǎn)生工程圖紙及其有關(guān)的技術(shù)講明， 只有通過工程數(shù)據(jù)庫， STEP、 IGES 以及有關(guān)應(yīng)用接口，實現(xiàn) CADCAPP CAM 的集成，把 CAD 和生產(chǎn)制造結(jié)合成一體，才能進(jìn)一步提升生產(chǎn)力 和加工精度，才能實現(xiàn)設(shè)計生產(chǎn)的自動化，進(jìn)一步進(jìn)展的趨勢是現(xiàn)代集成 制造系統(tǒng)（ CIMS ），用以真正實現(xiàn)企業(yè)信息化。1信息集成從進(jìn)展的過程來看， CADCAECAPPCAM 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換和集成方式有以下三種：（1） 松散集成方式各系統(tǒng)建立的產(chǎn)品模型各不相同，相互間 的數(shù)據(jù)交換需要在每兩個系統(tǒng)間進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，因此系統(tǒng)間模型存在 無法轉(zhuǎn)換部分，造成產(chǎn)品數(shù)據(jù)的不完整性。一樣只能提供批量數(shù)據(jù)的傳輸。（2）

19、 中性文件集成方式存在一個與各系統(tǒng)無關(guān)的中性文件格 式，各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)均轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)格式的中性文件，每個系統(tǒng)只與標(biāo)準(zhǔn)格式 文件打交道 ,無需明白不的系統(tǒng)的細(xì)節(jié)。這種方式為系統(tǒng)開發(fā)者和使用者提 供了較大的便利，但仍需要解決各系統(tǒng)間模型統(tǒng)一的咨詢題，只有如此才 能保證數(shù)據(jù)交換順利進(jìn)行。數(shù)據(jù)交換的功能也要緊提供批量數(shù)據(jù)的傳輸。（3） 共享數(shù)據(jù)庫方式各個系統(tǒng)在一個統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型指 導(dǎo)下，通過數(shù)據(jù)庫存取接口在集成的產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫內(nèi)存取各種產(chǎn)品數(shù)據(jù)，同 一對象的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中只存在一份，各系統(tǒng)對它操作的一致性由數(shù)據(jù)庫 保證。在這種方式下，各系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換和共享達(dá)到專門高的程度，數(shù) 據(jù)庫提供各系統(tǒng)存取產(chǎn)品數(shù)據(jù)

20、的并發(fā)操縱，能夠使產(chǎn)品開發(fā)的各時期工作 在共享數(shù)據(jù)庫上并發(fā)進(jìn)行，實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動的并行工程。這種集成方式的優(yōu) 點是在統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型指導(dǎo)下集成，數(shù)據(jù)庫提供了強有力的數(shù)據(jù)建模、 存貯、查詢、操縱等治理功能。CADCAECAPPCAM 系統(tǒng)的集成技術(shù)是隨著產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換 技術(shù)的進(jìn)展而進(jìn)展的。在產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換顯現(xiàn)往常， CAD 系統(tǒng)只能采納松散 的集成方式。隨著數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)的顯現(xiàn)，中性文件交換數(shù)據(jù)逐步得到應(yīng)用。STEP標(biāo)準(zhǔn)的提出，第一步是要解決以文件交換為基礎(chǔ)的集成方式，第二步 則是以共享數(shù)據(jù)庫的集成方式作為目標(biāo)。STEP是由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO制 定的產(chǎn)品數(shù)據(jù)與交換標(biāo)準(zhǔn)，編號為 ISO10303。2過程

21、集成 包括以并行工程哲理推動的 CADCAPPCAM 交 叉并行設(shè)計，以及 DFX (DFM、DFA)的研究與實施，其中 DFM位 在設(shè)計時期，充分進(jìn)行可制造性分析、性能價格比的成本分析等。CAD 技術(shù)的進(jìn)展趨勢展望一、 CAD 技術(shù)的進(jìn)展趨勢CAD 技術(shù)作為成熟的普及技術(shù)已在企業(yè)中廣泛應(yīng)用， 并已成為企業(yè) 的現(xiàn)實生產(chǎn)力。圍繞企業(yè)創(chuàng)新設(shè)計能力的提升和網(wǎng)絡(luò)運算環(huán)境的普及， CA D 技術(shù)的進(jìn)展趨勢要緊圍繞在標(biāo)準(zhǔn)化、開放式、集成化、智能化四方面。1標(biāo)準(zhǔn)化 除了 CAD 支撐軟件逐步實現(xiàn) ISO 標(biāo)準(zhǔn)和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)外， 面向應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(零部件庫) 、標(biāo)準(zhǔn)化方法也已成為 CAD 系統(tǒng)中的必 備內(nèi)容，且

22、向著合理化工程設(shè)計的應(yīng)用方向進(jìn)展。傳統(tǒng)形式的手畫工程圖差不多有了成熟的國際標(biāo)準(zhǔn)，相互都能明白 得。而儲備在磁盤、光盤上的形形色色的 CAD 二進(jìn)制數(shù)字記錄，要想實現(xiàn) 標(biāo)準(zhǔn)化就復(fù)雜、困難得多。從 80年代中期起，ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化組織著手醞 釀制訂這類標(biāo)準(zhǔn)，稱作IS010303產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達(dá)與交換標(biāo)準(zhǔn)，簡稱STEP。 它要涵蓋所有人工設(shè)計的產(chǎn)品，采納統(tǒng)一的數(shù)字化定義方法。由于 STEP 標(biāo)準(zhǔn)涉及的面專門寬，眾口難調(diào)，標(biāo)準(zhǔn)的制定過程十分緩慢，存在咨詢題 專門多。而在我國， CAD 應(yīng)用工程的實施具有更加嚴(yán)密的組織領(lǐng)導(dǎo)體系， 而且實際從事 CAD 應(yīng)用軟件開發(fā)的單位相對比較集中，起步比國外晚，不 存在要

23、與過去開發(fā)的老系統(tǒng)保持兼容咨詢題。 如果我國采取主動貫徹 STEP 主動思想的方針，不蠻纏于過分繁瑣的技術(shù)細(xì)節(jié)，針對我國的現(xiàn)實需要和 技術(shù)進(jìn)展前景，及早統(tǒng)一和諧自主開發(fā)軟件的數(shù)據(jù)模型，這將有助于推動 國內(nèi) CAD 界的學(xué)術(shù)研究風(fēng)氣，促進(jìn) CAD 軟件開發(fā)水平的大幅度提升。這 種主動出擊的策略要比單純等待 STEP標(biāo)準(zhǔn)草案一版一版更新有利得多。回 憶歷史， CAD 和運算機圖形學(xué)的國際標(biāo)準(zhǔn)制定總是滯后于市場上的工業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)。CAD產(chǎn)品更新頻繁。誰家產(chǎn)品的技術(shù)思想領(lǐng)先，性能最好，用戶最多， 主導(dǎo)了市場，誰確實是事實上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 CAD 技術(shù)的進(jìn)展不是一種 純學(xué)術(shù)行為，它是在高技術(shù)產(chǎn)品所固有的猛烈市

24、場競爭中持續(xù)向前推 進(jìn)，永無止境。CAD 軟件一樣應(yīng)集成在一個異構(gòu)的工作平臺之上， 為了支持異構(gòu)跨 平臺的環(huán)境，就要求它應(yīng)是一個開放的系統(tǒng)，那個地點要緊是靠標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)來解決那個咨詢題。 目前標(biāo)準(zhǔn)有兩大類：一是公用標(biāo)準(zhǔn)，要緊來自國家或國際標(biāo)準(zhǔn)制定 單位；另一是市場標(biāo)準(zhǔn)，或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，屬私有性質(zhì)。前者注重標(biāo)準(zhǔn)的開放 性和所采納技術(shù)的先進(jìn)性，而后者以市場為導(dǎo)向，注重考慮有效性和經(jīng)濟(jì) 利益。后者容易導(dǎo)致壟斷和無謂的標(biāo)準(zhǔn)戰(zhàn)。通過總結(jié)那個領(lǐng)域幾十年標(biāo)準(zhǔn) 化工作的體會，許多標(biāo)準(zhǔn)化專家已認(rèn)識到存在的咨詢題，這差不多成為進(jìn) 一步制定標(biāo)準(zhǔn)的障礙。因此提出應(yīng)對傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作進(jìn)行革新。有專家 建議標(biāo)準(zhǔn)革新的目標(biāo)是公用

25、標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變成工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也確實是講革新后仍應(yīng) 以公用標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，只是要從工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中吸取其注重經(jīng)濟(jì)利益和效率的優(yōu) 點。另外，也有人提顯現(xiàn)在制定標(biāo)準(zhǔn)的單位專門多，然而標(biāo)準(zhǔn)制定過程卻 沒有標(biāo)準(zhǔn)，這也是標(biāo)準(zhǔn)革新過程中值得考慮的咨詢題。 這些觀點對我國制定 CAD 標(biāo)準(zhǔn)也許有所 啟發(fā)。2開放性 CAD 系統(tǒng)目前廣泛建立在開放式操作系統(tǒng)窗口 95 9 8NT 和 UNIX 平臺上，在 Java LINUX 平臺上也有 CAD 產(chǎn)品，此外 CA D 系統(tǒng)都為最終用戶提供二次開發(fā)環(huán)境，甚至這類環(huán)境可開發(fā)其內(nèi)核源碼，使用戶可定制自已的 CAD 系統(tǒng)。3集成化 CAD 技術(shù)的集成化體現(xiàn)在三個層次上： 其一是廣義 C

26、AD 功能 CAD/CAE/CAPP/CAM/CAQ/PDM/ERP 通過多種集成形式成為企 業(yè)一體化解決方案，推動企業(yè)信息化進(jìn)程。目前創(chuàng)新設(shè)計能力（CAD ）與現(xiàn)代企業(yè)治理能力（ERP、PDM）的集成，已成為企業(yè)信息化的重點；其 二，是將 CAD 技術(shù)能采納的算法，甚至功能模塊或系統(tǒng)，做成專用芯片， 以提升 CAD 系統(tǒng)的效率；其三是 CAD 基于網(wǎng)絡(luò)運算環(huán)境實現(xiàn)異地、異構(gòu) 系統(tǒng)在企業(yè)間的集成。應(yīng)運而生的虛擬設(shè)計、虛擬制造、虛擬企業(yè)確實是 該集成層次上的應(yīng)用。國際 CAD 商品系統(tǒng)開發(fā)的另一個趨勢是在全球范疇內(nèi)優(yōu)選最成功 的功能構(gòu)件，進(jìn)行集成。至今最成熟的幾何造型平臺有兩家：Parasoli

27、d和A CIS;幾何約束求解構(gòu)件有一家，它的要緊產(chǎn)品是2D和3D DCM。我國開發(fā)的機械CAD應(yīng)用系統(tǒng)差不多部分采納 ACIS和Parasolid平臺，這是 合理的。然而國際上近來又有一種思潮，要求軟件開發(fā)自由化，以免受制 于一、二家公司壟斷性產(chǎn)品的束縛。 這確實是選用 Linux 操作系統(tǒng)以及在它 基礎(chǔ)上開發(fā)各種共享軟件，開放源程序。我國也在醞釀自主開發(fā)因特網(wǎng)、 操作系統(tǒng)、以及各種辦公的國產(chǎn)化系統(tǒng)。這時，自研制幾何造型通用平臺 和各種功能構(gòu)件也將提上議事日程，我們要及早做好預(yù)備。4智能化設(shè)計是一個含有高度智能的人類制造性活動領(lǐng)域，智能 CAD 是 CAD 進(jìn)展的必定方向。從人類認(rèn)識和思維的模

28、型來看，現(xiàn)有 的人工智能技術(shù)對模擬人類的思維活動（包括形象思維、抽象思維和制造 性思維等多種形式）往往是束手無策的。因此，智能 CAD 不僅僅是簡單地 將現(xiàn)有的智能技術(shù)與 CAD 技術(shù)相結(jié)合，更要深入研究人類設(shè)計的思維模型， 并用信息技術(shù)來表達(dá)和模擬它。如此不僅會產(chǎn)生高效的 CAD 系統(tǒng)，而且必 將為人工智能領(lǐng)域提供新的理論和方法。 CAD 的那個進(jìn)展趨勢，將對信息 科學(xué)的進(jìn)展產(chǎn)生深刻的阻礙。二、 CAD 技術(shù)研究開發(fā)熱點1運算機輔助概念設(shè)計一方面，按照有關(guān)的統(tǒng)計資料表明，產(chǎn)品工本費的 70是在產(chǎn)品設(shè)計時期決定的。同時，一旦概念設(shè)計被確定 下來，產(chǎn)品設(shè)計的 6070也就被確定下來。專門需要提及

29、的是，即使 詳細(xì)設(shè)計再好，也難以補償概念設(shè)計時期所顯現(xiàn)的缺陷。還有產(chǎn)品的創(chuàng)新 及其所具有的競爭能力差不多上也是在概念設(shè)計時期就被確定下的。故概 念設(shè)計是設(shè)計過程中一個專門重要的時期，它已成為企業(yè)競爭的一個制高 點。因此運算機輔助概念設(shè)計愈來愈受到重視。但另一方面，在概念設(shè)計 期間，所涉及的設(shè)計需求和約束的種種知識，往往是不精確的、近似的或未知的，也確實是講復(fù)雜性專門高，這給 CAD 技術(shù)帶來專門大的難 度。概念設(shè)計的過程要緊是評判和決策的過程，它涉及到產(chǎn)品功能、動 作和結(jié)構(gòu)等因素，它對產(chǎn)品的價格性能、可靠性、安全性等等起決定性的 阻礙作用。正因為應(yīng)考慮的因素和目標(biāo)是多方面的。因此評判和決策過程

30、 是一個專門復(fù)雜的，難度專門大的過程。目前運算機輔助概念設(shè)計的方法 可分為兩大類：即自動生成方案和交互生成方案。因此，應(yīng)用時這兩種方法 能夠混合使用。（1）自動生成方案目前要緊采納人工智能技術(shù)。為了使運算機有效地支持概念設(shè)計活動，需要解決兩大難題。即建模咨詢題和推理咨 詢題： A 前者是對產(chǎn)品的功能、動作和結(jié)構(gòu)諸因素之間相互阻礙的復(fù)雜關(guān) 系進(jìn)行建?；虮磉_(dá)。例如汽鍋的蒸汽閥門，基功能是防止汽鍋爆炸，它的 動作是當(dāng)檢測到一定的壓力差時，它會自動打開，而其結(jié)構(gòu)是所用的實際 構(gòu)件的布局及其連接關(guān)系，建模的結(jié)果提供推理用；B.而推理咨詢題實際上確實是生成和選擇合 適的方案。建模咨詢題要緊是建模的表示法，

31、目前已提出各種各樣的表示法。 如語言、幾何模型、圖形、對象、知識模型和圖象法等等，語言表示法屬 于一種形式描述方法，它能保證運算機有效地進(jìn)行推理，稱為面向機器的 表示法。而圖象表示法是一種高可視化的表示法（即可視化思維模型） ，它 側(cè)重于提供一種有助于輔助設(shè)計人員創(chuàng)新工作的建模環(huán)境，稱它為面向人 的表示法，而上列其它表示法依次界于這兩者之間。盡管已有專門多不同的建模表示法，但它們往往只支持描述概念設(shè) 計的某一方面，缺少一種能描述概念設(shè)計各種因素的統(tǒng)一表示法，這正是下一步的目標(biāo)。推理咨詢題的重點是在轉(zhuǎn)換過程，即把用戶需求映射到實現(xiàn)所給需 求集合的一些實際的結(jié)構(gòu)上。難點在于產(chǎn)生和選擇合適的映射方法

32、。 同樣也有專門多推理方法支持概念設(shè)計活動，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、基于實 例的推理法、基于知識的推理技術(shù)、優(yōu)化、價值工程和定性推理等等。但 目前也只能設(shè)計一些特定領(lǐng)域的例子，離全面應(yīng)用還有差距。但從長遠(yuǎn)來 看，這方面的許多工作還應(yīng)連續(xù)進(jìn)行。例如知識獵取是人工智能領(lǐng)域中一 個大難題，為了解決這一咨詢題，能夠采納數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)從已有的設(shè)計庫 中自動獵取感愛好的領(lǐng)域知識。（2）交互技術(shù)生成方案由于概念設(shè)計的復(fù)雜性，自動地生成合適的方案是專門困難的。在自動生成和選比方案尚未成熟之前，交互技 術(shù)是重要手段。在概念設(shè)計時期可充分利用多媒體技術(shù)，如包括有效的信 息搜索技術(shù)，以便在網(wǎng)上可查到大量對概念設(shè)計有用的設(shè)計例子。

33、又如研 究協(xié)同概念設(shè)計技術(shù)，使群體成員易于參與概念設(shè)計，并作出主動的奉獻(xiàn)。2、運算機支持的協(xié)同設(shè)計設(shè)計工作是一個典型的群體工作。群體成員既有分工，又有合作。因此群體的工作由兩個部分組成：一是個 體工作，群體成員應(yīng)完成的各自分工的任務(wù)；另一是協(xié)同工作，因為群體 工作不可能分解為互相獨立的個體工作，群體成員之間存在相互關(guān)聯(lián)的咨 詢題。一樣稱為接口咨詢題，接口難免會顯現(xiàn)矛盾和沖突，如不及時發(fā)覺 和和諧解決，就會造成返工和缺失。傳統(tǒng)的 CAD 系統(tǒng)只支持分工后各自應(yīng) 完成的具體任務(wù)，至于成員間接口咨詢題，運算機不能支持，要緊靠面談 或某種通訊工具進(jìn)行討論并加以解決。但這些方式專門難做到及時并充分 地協(xié)

34、商和講討論。因而一項大的設(shè)計任務(wù)接口咨詢題難免要出差錯，這正 是什么緣故設(shè)計工作會顯現(xiàn)持續(xù)反復(fù)、持續(xù)修改這一過程的要緊緣故。運算機支持的協(xié)同設(shè)計是運算機支持的協(xié)同工作（CSCW）技術(shù)在 設(shè)計領(lǐng)域的一種應(yīng)用。用于支持設(shè)計群體成員交流設(shè)計思想、講討論設(shè)計 結(jié)果、發(fā)覺成員間接口的矛盾和沖突，及時地加以協(xié)調(diào)和解決，減少以至幸免設(shè)計的反復(fù)，從而進(jìn)一步提升設(shè)計工作的效 率和質(zhì)量。協(xié)同設(shè)計倍受人們的關(guān)注，已有許多原型系統(tǒng)，也有一些產(chǎn)品已在 市場上出售了。已有工作中，有些屬基礎(chǔ)性工作，如建模、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、適 用于 CSCW 的支撐環(huán)境等等。但從建立有用協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)的角度來講，要緊面臨如下三大咨詢題： （1）群體

35、成員間多媒體信息傳輸目前在局域網(wǎng)上通訊方法已較成熟，但在遠(yuǎn)程網(wǎng)上，交換數(shù)據(jù)時，異步傳輸，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)平臺咨詢題不 大，但實時交換數(shù)據(jù)咨詢題較多。首要的是傳輸媒體的選擇咨詢題，即基 于公用網(wǎng)（如 WWW ）依舊基于專用網(wǎng)（如語音傳輸可借用電話專線，又 如租用 ISDN 總線）。目前多數(shù)研究是集中在公用網(wǎng) Internet 和 Intranet 上。 但商品開發(fā)上更多考慮專用線。從有用成效來講，公用網(wǎng)成效較差，而專用線盡管成效好些，但價格 太高。（2）異構(gòu)平臺參與協(xié)同設(shè)計的成員是分散在各地，且設(shè)備條件多種多樣。因此，有用的協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)必須能在異構(gòu)環(huán)境中運行，包括 數(shù)據(jù)傳輸、工具集成，還有跨平臺的交互界

36、面，這要緊依靠標(biāo)準(zhǔn)化工作來 解決異構(gòu)環(huán)境咨詢題，目前一般采納的是 CORBA， JAVA 技術(shù)和通信領(lǐng)域 的標(biāo)準(zhǔn)等。只是這類技術(shù)目前對 CSCW 的支持還有不足之處，有待增強功 能。至于跨平臺的交互界面的研制，雖有許多進(jìn)展，然而至今尚未見到支持它的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。（3）人人交互應(yīng)該講支持設(shè)計群體人員間的人人交互是協(xié)同設(shè)計的核心咨詢題之一，專門是目前自動發(fā)覺矛盾和沖突，并進(jìn) 行自動協(xié)同和解決的技術(shù)還不成熟，因此人人交互的手段尢為重要。 當(dāng)前，最為普遍的是利用電子會議（包括白板、語音、視頻等等工具）支 持成員間進(jìn)行討論，它比較適用于交流設(shè)計思想，只是用它來討論設(shè)計結(jié) 果就專門費勁，共同修改設(shè)計結(jié)果就更不

37、可能了。目前討論設(shè)計結(jié)果要緊 是依靠應(yīng)用共享這一工具， 這一工具能夠達(dá)到一人對一個 CAD 工具進(jìn)行操 作，其它成員均能在自已的終端上看到操作過程和結(jié)果。那個工具也能夠 和電子會議系統(tǒng)集成，用語音等工具進(jìn)行討論，但應(yīng)用共享最大的咨詢題 在于關(guān)于沒有源程序的 CAD 工具，一個時刻只承諾一個人操作，其它人期 望操作必須事先申請，獲準(zhǔn)并在當(dāng)前操作者退出后方可操作，故專門不方便，成員間不能直截了當(dāng)互操作，這是需要進(jìn)一 步解決的咨詢題?？偠灾?，協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)的現(xiàn)狀是局域網(wǎng)已達(dá)到有用時期，在異步 工作方式下，遠(yuǎn)程協(xié)同設(shè)計咨詢題也較小，但遠(yuǎn)程實時工作方式下，專門 是基于公用網(wǎng)，尚處實驗時期，因此整個協(xié)同設(shè)

38、計系統(tǒng)離成熟時期尚有一定距離，專門多咨詢題有待解決。3、海量信息儲備、治理和檢索CAD 系統(tǒng)處理的信息愈來愈多，而且是多媒體信息。盡管磁盤容量增長速度專門快，但仍遠(yuǎn)不能滿足信息 量快速增長的需求。海量信息的儲備、治理和快速檢索已成為世人矚目的 咨詢題。這除了依靠硬件來解決咨詢題外， DBMS 是一重要技術(shù)，實踐證 明，傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫治理系統(tǒng) EDBMS 已難已適應(yīng)要求而采納面向?qū)ο?和關(guān)系相結(jié)合的模型可能是個過渡的解決方案。4、設(shè)計法研究及其有關(guān)咨詢題設(shè)計工作是項復(fù)雜的且知識密集的群體活動，為了提升效率必須遵循某種正確的設(shè)計方法，盡管設(shè)計方 法學(xué)的研究已有半個多世紀(jì)了，但針對 CAD 的設(shè)計

39、法卻是最近才有的，稱 為正規(guī)設(shè)計流程法，它不僅讓我們明白設(shè)計是一種流程，還為開發(fā) CAD 工 具提供了依據(jù)，因此了解和識不設(shè)計過程的不同方面 （即不同的設(shè)計活動） ， 是開發(fā)新一代 CAD 系統(tǒng)的關(guān)鍵?，F(xiàn)在已顯現(xiàn)許多設(shè)計流程法。過去常用的是自頂向下、自底向上的 自然可行方法，但這種方法只適用于詳細(xì)設(shè)計時期?，F(xiàn)在為了支持整個設(shè) 計工作，設(shè)計法的研究重點應(yīng)在支持概念設(shè)計方法和協(xié)同設(shè)計方法之上。 例如，新的 CAD 系統(tǒng)可排除許多由于距離和時刻所造成對工作方法和組織 的限制，協(xié)同設(shè)計面臨的不但有人機交互、 還有人人交互， 因而 CAD 的過程更復(fù)雜了，盡管人們都在期望提供一種靈活的，可移動的、安全 可靠的遠(yuǎn)程協(xié)同設(shè)計環(huán)境，但如果沒有正確的方法來指導(dǎo)，將專門難達(dá)到預(yù)期的成效。 目前企業(yè)的組織差不多上是一種專門嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶哟谓Y(jié)構(gòu)組織，在這種 組織內(nèi)民主有限，盡管它可防止顯現(xiàn)人多嘴雜和無休止?fàn)庌q的現(xiàn)象，但它 又束縛著人們聰慧才智的充分發(fā)揮。按目前情形，采納這種組織結(jié)構(gòu)是必 要的。但隨著工作方法和方式的改變