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)所包含的全部內(nèi)容。CAD技術(shù)以二維繪圖為主要目標的算法一直持續(xù)到70年代末期，以后作為CAD技術(shù)的一個分支而相對單獨、平穩(wěn)地發(fā)展。早期應(yīng)用較為廣泛的是CADAM軟件，近十年來占據(jù)繪圖市場主導(dǎo)地位的是Autodesk公司的AutoCAD軟件。在今天中國的CAD用戶特別是初期CAD用戶中

2、，二維繪圖仍然占有相當大的比重。    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(shù)據(jù)間的拓撲關(guān)系。由于缺乏形體的表面信息，CAM及CAE均無法實現(xiàn)。    進入70年代，正值飛機和汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展時期。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(shè)計的自由曲面。由于三視圖方法表達的不完整性，經(jīng)常發(fā)

3、生設(shè)計完成后，制作出來的樣品與設(shè)計者所想象的有很大差異甚至完全不同的情況。設(shè)計者對自己設(shè)計的曲面形狀能否滿足要求也無法保證，所以還經(jīng)常按比例制作油泥模型，作為設(shè)計評審或方案比較的依據(jù)。既慢且繁的制作過程大大拖延產(chǎn)了產(chǎn)品的研發(fā)時間，要求更新設(shè)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(fā)者們，能在二維繪圖系統(tǒng)CADAM的基礎(chǔ)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(shè)計技術(shù)從單純模仿工程圖紙的

4、三視圖模式中解放出來，首次實現(xiàn)以計算機完整描述產(chǎn)品零件的主要信息，同時也使得CAM技術(shù)的開發(fā)有了現(xiàn)實的基礎(chǔ)。曲面造型系統(tǒng)CATIA為人類帶來了第一次CAD技術(shù)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(shù)價格極其昂貴(也許還有人記得，曾幾何時，在國內(nèi)租用一套CATIA的年租金即需1520萬美元)，而且軟件商品化程度低，開發(fā)者本身就是CAD大用戶，彼此之間技術(shù)保密。只有少數(shù)幾家受到國家財政支持的軍火商，在70年代冷戰(zhàn)時期才有條件獨立開發(fā)或依托某廠商發(fā)展CAD技術(shù)。例如：   

5、60;CADAM由美國洛克希德(Lochheed)公司支持    CALMA由美國通用電氣(GE)公司開發(fā)    CV由美國波音(Boeing)公司支持    IDEAS由美國國家航空及宇航局(NASA)支持    UG由美國麥道(MD)公司開發(fā)    CATIA由法國達索(Dassault)公司開發(fā)    這時的CAD技術(shù)主要應(yīng)用在軍用工業(yè)。但受此項技術(shù)的

6、吸引，一些民用主干工業(yè)，如汽車業(yè)的巨人也開始摸索開發(fā)一些曲面系統(tǒng)為自己服務(wù)，如：    大眾汽車公司SURF    福特汽車公司PDGS    雷諾汽車公司EUCLID    另外還有豐田、通用汽車公司等都開發(fā)了自己的CAD系統(tǒng)。由于無軍方支持，開發(fā)經(jīng)費及經(jīng)驗不足，其開發(fā)出來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)帶來的技術(shù)革新，使汽車開發(fā)手段比

7、舊的模式有了質(zhì)的飛躍，新車型開發(fā)速度也大幅度提高，許多車型的開發(fā)周期由原來的6年縮短到只需約3年。CAD技術(shù)給使用者帶來了巨大的好處及頗豐的收益，汽車工業(yè)開始大量采用CAD技術(shù)。80年代初，幾乎全世界所有的汽車工業(yè)和航空工業(yè)都購買過相當數(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，從造型理論上來說，CATIA并沒有突破性的進展，CAD技術(shù)本身已相對落后。達索公司公布的96年營業(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)革命生不逢時的實體造型技術(shù)    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(shù)無法擁有更廣闊的市場。為使自己的產(chǎn)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。70年代末到80年代初，由于計算機技術(shù)的大跨步前進，CAE、CAM技術(shù)也開始有了較大發(fā)展。SDRC公司在當時星球大戰(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，用以降低巨大的太空實驗費用，同時在CAD技術(shù)方面也進行了許多開拓；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(shù)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(zhì)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(shù)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(shù)的大型CAD/CAE軟件IDEAS。由于實體造型技術(shù)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(shè)計帶

10、來了驚人的方便性。它代表著未來CAD技術(shù)的發(fā)展方向。基于這樣的共識，各軟件紛紛仿效。一時間，實體造型技術(shù)呼聲滿天下。可以說，實體造型技術(shù)的普及應(yīng)用標志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。實體造型技術(shù)既帶來了算法的改進和未來發(fā)展的希望，也帶來了數(shù)據(jù)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(yīng)用中做設(shè)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(shù)，普及面較窄，反映還不強烈；另外，在算法和系統(tǒng)效率的矛盾面前，許多贊成實體造型技術(shù)的公司并沒有下大力量去開發(fā)它，而是轉(zhuǎn)去攻克相對容易實現(xiàn)的表面模型技術(shù)。各公司的技術(shù)取向再度分道揚鑣。實體造型技術(shù)也就此沒能迅速在整個行業(yè)全面推廣開。推動了此次技術(shù)革命的SDRC公司與幸運之神擦肩而過，失去了一次大飛躍的機會。在以后的10年里，隨著硬件性能的提高，實體造型技術(shù)又逐漸為眾多CAD系統(tǒng)所采用。