CAD的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

1、CAD 的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)轉(zhuǎn)化、實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)自動(dòng)化、加快國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防現(xiàn)代化期、大幅度提高勞動(dòng)生產(chǎn)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(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的重要條件；也是進(jìn)一步向計(jì)算機(jī)輔助制造、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。CAD 要標(biāo)志之一，它使產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作的內(nèi)容和方式發(fā)生了高了設(shè)計(jì)精度。這一新技術(shù)的應(yīng)用將人類(lèi)的聰明才智和創(chuàng)造能力與計(jì)算機(jī)高速而精確的計(jì)算能力、大容量的存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理功能結(jié)合起來(lái)， 使兩者相得益彰。早期的 CAD 也就是計(jì)算機(jī)繪圖，以完成圖形的設(shè)計(jì)與繪制工作為主。經(jīng)過(guò)40 多年的研究與應(yīng)用，CAD 的概念已發(fā)生了本質(zhì)飛躍，它不僅包括圖形處理，還包括概念設(shè)計(jì)、造型設(shè)

2、計(jì)和原理樣機(jī)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。它吸收和運(yùn)用了更多的與設(shè)計(jì)技術(shù)相關(guān)聯(lián)的科學(xué)技術(shù)和理論，以及優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、有限元分析 出了新的設(shè)計(jì)理念，把設(shè)計(jì)人員從繁瑣、機(jī)械的設(shè)計(jì)工作中解脫出來(lái)縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，降低了產(chǎn)品的成本。1、CAD 建模技術(shù)的研究和發(fā)展建模技術(shù)是 CAD 的核心技術(shù)，建模技術(shù)的研究、發(fā)展和應(yīng)用，就代表了CAD 技術(shù)的研究、發(fā)展和應(yīng)用。下圖給出了建模技術(shù)的發(fā)展情況。圖中明確顯示了從50 年代至今建模技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了二維建模、三維幾何建模（包括線框建模、曲面建模、實(shí)體建模）、特征建模（包括參數(shù)化和變量化建模）及產(chǎn)品集成建模的發(fā)展過(guò)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(fù)雜。實(shí)體建模是構(gòu)成真實(shí)的實(shí)體，其算法比較復(fù)雜。在實(shí)體建模技術(shù)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(gòu)造法 CSG。為了統(tǒng)一幾何建模的表示，還研究開(kāi)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(jié)果的修改受尺寸驅(qū)動(dòng)。這種CAD PTC Pro/Engineer。變量化SDRC 公司的VGXSDRC 產(chǎn)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(chǎn)。產(chǎn)品集成建模是面向產(chǎn)品生命周期的關(guān)系型產(chǎn)品模型的概念。這一概念的提出， 較好地解決

4、了信息在設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和裝配等環(huán)節(jié)的共享問(wèn)題，完整地描述了產(chǎn)品在概念設(shè)計(jì)裝配設(shè)計(jì)零件設(shè)計(jì)全過(guò)程中的各種屬性和相互關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品生命周期中的內(nèi)部描述信息（如產(chǎn)品設(shè)計(jì)、計(jì)劃、加工、檢驗(yàn)等信息）和外部過(guò)程信息（如內(nèi)部描述信息所依賴(lài)的環(huán)境、知識(shí)和規(guī)則等）的集成。這種產(chǎn)品集成建模技術(shù)仍在研究中。2、數(shù)據(jù)管理技術(shù)的研究和發(fā)展CAD 技術(shù)的研究和應(yīng)用中，數(shù)據(jù)管理技術(shù)是其又一重要的技術(shù)，特別是在CAD 集（PDM）三個(gè)階段。在70 年代之前，主要靠文件系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理；到1968 年美國(guó)IBM 公司研制了第一代數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)層次型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)年美國(guó)的CODASYL DBTG 70 年代，第三代數(shù)據(jù)庫(kù)技

5、術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)集中在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)上，70 80 80 開(kāi)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(duì)數(shù)據(jù)管理的實(shí)際要80 年代后期，在企業(yè)計(jì)算機(jī)制造環(huán)境中數(shù)據(jù)管理及設(shè)計(jì)過(guò)程自動(dòng)化的需求的驅(qū)管理PDM 技術(shù)在國(guó)外已取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展M D 系統(tǒng)集成、 MRP/ERP 的集成方面進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)。3、標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)的研究和發(fā)展CAD CAD PHIGS、GKSISO/IEC 推出的圖形信息系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。目PEX OPEN GL 等也很受重視。IGES 是國(guó)際上最早、最成熟的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，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(chǎn)品定義

6、數(shù)據(jù)的全部信息。90 STEPSTEP 是一個(gè)系列的國(guó)際標(biāo)STEP CAD 領(lǐng)域中最完整的標(biāo)準(zhǔn)，該系列標(biāo)準(zhǔn)還未全部完成，已公布了一部分。國(guó)內(nèi)外差距CAD CAD CAD 1、目前我國(guó) CAD 系統(tǒng)僅僅作為繪圖工具， 缺乏設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)理論的指導(dǎo)CAD 軟件開(kāi)發(fā)雖然已形成了幾個(gè)系統(tǒng)，但基本上都是二維繪圖軟件，開(kāi)發(fā)者CAD 系統(tǒng)只能將設(shè)計(jì)過(guò)程的最后階段繪圖階段搬到計(jì)算機(jī)上，而設(shè)計(jì)過(guò)程仍然在設(shè)計(jì)師頭腦中完成，這樣設(shè)計(jì)效率并沒(méi)有太大的提高。在應(yīng)用方面，很多企業(yè)也只是把 CAD 作為一個(gè)繪圖工具，企業(yè)應(yīng)用中也缺乏對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法的研究，因此企業(yè)產(chǎn)品和創(chuàng)新產(chǎn)品少，在市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。2、我國(guó)三維

7、CAD 系統(tǒng)還不成熟，必須加快開(kāi)發(fā)CAD CAD 系統(tǒng)8 863/CIMS 項(xiàng)目“基于線框、曲面、實(shí)體和CAD CAD PC Windows/95/98/NT CAD 系統(tǒng)也進(jìn)入SolidworksAutodesk MDTCimatron 等。一些原來(lái)工作站系統(tǒng)CAD PC Windows 平臺(tái)的版本。3、我國(guó) CAD 技術(shù)開(kāi)發(fā)創(chuàng)新少、仿制多沒(méi)有創(chuàng)新就沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力，只仿制就不能開(kāi)發(fā)出有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。從我國(guó)二維CAD CAD 出了“參數(shù)設(shè)計(jì)問(wèn)題”、“數(shù)據(jù)管理問(wèn)題”及數(shù)控編程中的有關(guān)要求即現(xiàn)在的“特征造CAD CAD PTC 公司抓住了用戶需求的時(shí)機(jī)，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(lǐng)了國(guó)際市場(chǎng)，至今仍在國(guó)際年銷(xiāo)售額方面名列第一。4、我國(guó) CAD 軟件的開(kāi)發(fā)缺乏理論研究和算法的研究CAD 技術(shù)是一項(xiàng)綜合性的高新技術(shù)，涉及面廣而復(fù)雜，技術(shù)變化快，競(jìng)爭(zhēng)激烈。CAD CAD B-rep、NURBS CAD 軟件開(kāi)發(fā)者缺乏這方面的研究，多年來(lái)也未見(jiàn)過(guò)有名的理論CAD 中。只能引用別人的，當(dāng)然也只能跟在人家的后面走。5、信息集成技術(shù)落后信息技術(shù)的廣泛集成是以產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理和過(guò)程管理CAD/CAPP/CAM ERP PDM 也是重要的基礎(chǔ)。而我國(guó)在這。CAD/CAPP/CAM 集成技術(shù)又建立在國(guó)外基礎(chǔ)系統(tǒng)上。6、CAD 中的數(shù)據(jù)交換格式和標(biāo)準(zhǔn)化落后CAD CAD

9、STEP CAD 軟件系統(tǒng)在數(shù)據(jù)交換、標(biāo)準(zhǔn)化等方面存在不少問(wèn)題。CAD 未來(lái)動(dòng)向CAD 技術(shù)的發(fā)展一直是跟著實(shí)際應(yīng)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(shù)的要求。從而提出了面向產(chǎn)品生命周期的關(guān)系型產(chǎn)品模型的概念。這一概念的提出，是為了解決信息在設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)及裝配等環(huán)節(jié)的共享問(wèn)題，完整地描述產(chǎn)品在概念設(shè)計(jì)裝配設(shè)計(jì)零件設(shè)計(jì)全過(guò)程中的各種屬性和相互關(guān)系，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期中的內(nèi)部描述信息和外部過(guò)程信息的集成。在產(chǎn)品模型的研究上，當(dāng)前拉出的非流形模型的研究就是一個(gè)典型，目前我國(guó)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(shù)的研究也是為了建立較好的產(chǎn)品模型。2CAD CAD 向下（Top-down）的設(shè)計(jì)方法，并且也可混合使用這兩種設(shè)計(jì)方法。3、客戶機(jī)/服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的 CAD 技術(shù)：隨著客戶機(jī)/服務(wù)器系統(tǒng)在企業(yè)的應(yīng)用，企業(yè)大都建立了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。因此，