CAD技术的发展回顾

1、CAD技技术的发发展回顾顾计算机辅辅助设计计（CAAD：CCompputeer AAideed DDesiign）技术是是以计算算机、外外围设备备及其系系统软件件为基础础，包括括二维绘绘图设计计、三维维几何造造型设计计、有限限元分析析（FEEA）及及优化设设计、数数控加工工编程（NCPP）、仿仿真模拟拟及产品品数据管管理等内内容。随随着Innterrnett/Inntraanett网络和和并行、高性能能计算及及事务处处理的普普及，异异地、协协同、虚虚拟设计计及实时时仿真也也得到广广泛应用用。 一、CADD技术的的产生及及发展过过程 准准备和酝酝酿时期期（500600年代初初）CAAD技术术处于

2、被被动式的的图形处处理阶段段。1蓬勃发发展和进进入应用用时期（60年年代） 提出出了计算算机图形形学、交交互技术术、分层层存储符符号的数数据结构构等新思思想，从从而为CCAD技技术的发发展和应应用打下下了理论论基础。60年年代中期期出现了了许多商商品化的的CADD设备，60年年代末，美国安安装的CCAD工工作站已已达2000多台台，可供供几百人人使用。2广广泛使用用的时期期（700年代） 19970年年美国AAppllicoon公司司第一个个推出完完整的CCAD系系统。出出现了面面向中小小企业的的CADDCAAM商品品化系统统。700年代末末，美国国CADD工作站站安装数数量超过过120000

3、台台，使用用人数超超过25万。3突突飞猛进进的时期期（800年代） 在这这个时期期，图形形系统和和CADDCAAM工作作站的销销售量与与日俱增增，美国国实际安安装CAAD系统统至19988年年发展到到630000套套。CAADCCAM技技术从大大中企业业向小企企业扩展展；从发发达国家家向发展展中国家家扩展；从用于于产吕设设计发展展到用于于工程设设计和工工艺设计计。4开放式式、标准准化、集集成化和和智能化化的发展展时期（90年年代） 由于于微机加加视窗995998NNT操作作系统与与工作站站加Unnix操操作系统统在以太太网的环环境下构构成了CCAD系系统的主主流工作作平台，因此现现在的CCAD

4、技技术和系系统都具具有良好好的开放放性。图图形接口口、图形形功能日日趋标准准化。 在CAAD系统统中，综综合应用用正文、图形、图像、语音等等多媒体体技术和和人工智智能、专专家系统统等技术术大大提提高了自自动化设设计的程程度，出出现了智智能CAAD新学学科。智智能CAAD把工工程数据据库及其其管理系系统、知知识库及及其专家家系统、拟人化化用户接接口管理理系统集集于一体体，形成成如图11示所示示的结构构。图1 智能CAAD系统统 二、CADD系统的的构成及及分类 CCAD技技术集中中体现在在CADD系统上上，CAAD系统统是最终终用户用用来实现现设计思思想、加加速产品品和工程程设计的的信息化化工具

5、。 1CADD系统的的构成 CAAD系统统硬件构构成如图图2所示示，从其其体系结结构讲可可分为三三个层次次，如图图3所示示。基础础由计算算机、外外围设备备和系统统软件组组成。系系统软件件在工作作站上流流行Unnix加加Mottif操操作系统统，在微微机上流流行Wiin955/988/NTT操作系系统。系系统软件件还包括括支撑软软件、系系统开发发和维护护的工具具软件。支撑层层包含了了图3中中部所示示内容，随着网网络的广广泛使用用，异地地协同虚虚拟CAAD环境境将是CCAD支支撑层的的重要发发展趋势势。应用用层针对对不同应应用领域域的需求求有各自自的CAAD专用用软件来来支持相相应的CCAD工工作

6、。图2 CADD系统的的硬件基基本组成成图3 CCAD系系统的三三层结构构 2CCAD系系统的分分类 CAAD系统统作为计计算机应应用系统统的一个个重要分分支，经经历了三三个发展展阶段，即：多多用户共共享一台台计算机机；一个个用户使使用一台台计算机机；一个个用户共共享多台台计算机机。从系系统结构构上看，CADD系统大大致可分分为两类类，即集集中式系系统和网网络系统统。集中中式系统统要求有有功能较较强的计计算机，一次投投资大，使用起起来不灵灵活，在在80年年代中期期以前应应用比较较广泛。从工作作站和高高性能微微机问世世以后，大多数数用户采采用工作作站和微微机网络络系统来来代替这这类集中中式CAA

7、D系统统，形成成网络化化的系统统。 三、CAAD支撑撑软件 CAAD支撑撑软件主主要包括括： 11设备备驱动程程序，如如Winndowws操作作系统支支持的设设备驱动动程序集集，ISSO通过过的标准准程序库库CGII(Coompuuterr Grraphhicss Innterrfacce)，又如HHP 公公司提供供的绘图图仪、打打印机设设备驱动动程序等等； 22窗口口管理系系统，工工作站上上流行MMotiif窗口口系统；微机上上Winn95、Winn98、WinnNT 窗口系系统，微微机上的的窗口系系统已代代替了过过去的DDOS操操作系统统，成为为最大众众化的操操作系统统。窗口口系统中中包含

8、了了丰富的的图形用用户接口口（GUUI）程程序，多多媒体用用户接口口程序（MUII）和网网络用户户接口程程序（NNOI）； 33汉字字输入输输出程序序，除了了中文之之星专用用汉字处处理程序序外，中中文Wiindoows操操作系统统也已广广泛应用用； 44二维维计算机机辅助设设计绘图图系统； 5三维线线框、曲曲面、实实体和特特征统一一表示的的数字化化建模系系统； 6三三维真实实图形实实时显示示系统； 7产品数数据管理理系统PPDM（Prooducct DDataa Maanaggemeent Sysstemm）； 8异异地协同同虚拟设设计系统统； 99智能能CADD系统；CAD外外延系统统技术的

9、的发展回回顾一、计算算机辅助助工艺设设计（CCAPPP） 工艺艺设计是是连接产产品设计计和产品品制造的的桥梁，是制造造系统的的重要环环节，对对产品质质量和制制造成本本具有重重要影响响。600年代末末，人们们开始计计算机辅辅助工艺艺设计（CAPPP：CCompputeer AAideed PProccesss Pllannningg）的研研究开发发，但由由于工艺艺设计对对千差万万别的实实际生产产环境具具有很强强的依赖赖性和技技术复杂杂性，CCAPPP仍然是是计算机机辅助技技术中的的薄弱环环节。 从600年代末末到目前前的三十十年间，先后出出现了在在设计方方式上不不同的两两类系统统，即派派生式系系

10、统和创创成式系系统。派派生式（Varriannt）系系统已从从单纯的的检索式式发展成成为今天天具有不不同程序序的修改改、编辑辑和自动动筛选功功能的系系统，融融合了部部分创成成式的原原则和方方法。创创成式（Genneraativve）系系统的研研究与开开发始于于70年年代中期期，而且且很快得得到普遍遍重视，被认为为是有前前途的方方法，但但实践的的结果并并不理想想。近年年来，这这两类系系统都在在发展中中不断改改进提高高和互相相渗透，从800年代开开始探索索将人工工智能（AI）、专家家系统技技术等应应用于CCAPPP系统的的研究和和开发，研制成成功了基基于知识识（Knnowlledgge-bbase

11、ed）的的创成式式CAPPP系统统或CAAPP专专家系统统。近几几年来，有人将将人工神神经元网网络技术术、模糊糊推理以以及基于于实例的的推理等等用于CCAPPP之中，也有人人提出了了CAPPP系统统构造工工具的思思路，并并进行了了卓有成成效的实实践。还还有人将将传统派派生法、传统创创成法与与人工智智能结合合在一起起，综合合它们的的优点，构造了了混合式式CAPPP系统统。 CCAPPP系统功功能包括括： （1）零零件信息息的输入入：零件件信息是是系统进进行工艺艺设计的的对象和和依据，计算机机目前还还不能象象人一样样识别零零件图上上的所有有信息，所以在在计算机机内部必必须有一一个专门门的数据据结构

12、来来对零件件信息进进行描述述，如何何输入和和描述零零件信息息是CAAPP能能否实用用化的关关键问题题之一。 （22）工艺艺决策：工艺决决策是系系统的控控制指挥挥中心，它的作作用是；以零件件信息为为依据，按预先先规定的的顺序或或逻辑，调用有有关工艺艺数据或或规则，进行必必要的比比较、计计算和决决策，生生成零件件的工艺艺规程。 （33）工艺艺数据知识库库：工艺艺数据知识库库是系统统的支撑撑工具，它包含含了工艺艺设计所所要求的的所有工工艺数据据（如加加工方法法、余量量、切削削用量、机床、刀具、夹具、量具、辅具以以及材料料、工时时、成本本核算等等多方面面的信息息）和规规则（包包括工艺艺决策逻逻辑、决决

13、策习惯惯、经验验等众多多内容，如加工工方法选选择、排排序规则则等）。 （44）人机机界面：人机界界面是用用户的工工作平台台，包括括系统菜菜单、工工艺设计计的界面面、工艺艺数据知识的的输入和和管理界界面，以以及工艺艺文件的的显示、编辑与与管理界界面等。 （55）工艺艺文件管管理与输输出：一一个系统统可能有有成百上上千个工工艺文件件，如何何管理和和维护这这些文件件，既是是CAPPP系统统的重要要内容，也是整整个CAADCCAPPPCAAM集成成系统的的重要组组成部分分。输出出部分包包括工艺艺文件格格式化显显示、存存储、打打印等。二、计计算机辅辅助制造造（CAAM） 计算算机辅助助制造（CAMM：C

14、oompuuterr Aiidedd Maanuffactturiing）是利用用CADD、CAAPP的的信息在在数控加加工设备备上实现现制造自自动化。CAMM的主要要任务是是选择加加工工具具、生成成加工路路径、消消除加工工干涉、配置加加工驱动动、仿真真加工过过程等，以满足足小批量量、高精精度、短短周期和和加工一一致性要要求高的的产品制制造的需需要，进进而实现现CADDCAAPPCAMM的集成成。计算算机辅助助制造中中最核心心的技术术是数控控技术。 400年代末末，美国国开始研研究数控控加工技技术，并并于19952年年生产出出第一台台数控机机床，119577年第一一批数控控机床投投入使用用。我

15、国国在19958年年试制成成功第一一台配有有电子管管数控系系统的数数控机床床，19965年年开始成成批生产产配有晶晶体管数数控系统统的三坐坐标数控控铣床。90年年代国内内外已有有数百种种先进的的数控机机床，并并得到广广泛应用用。 数数控加工工主要分分下述两两个步骤骤：* 程序序编制根据据图纸，按数控控机床控控制系统统要求确确定加工工指令，完成零零件数控控程序编编制；* 加工工过程将得得到的数数控程序序传输给给数控机机床，控控制机床床各坐标标的伺服服系统，驱动机机床，使使刀具和和工件严严格执行行程序规规定的相相对运动动，加工工出符合合图纸的的零件。 （11）数控控自动编编程技术术 编制制零件加加

16、工程序序是数控控应用的的重要环环节，靠靠手工编编程无法法满足数数控加工工（特别别是复杂杂零件）的需求求，在550年代代初期，美国开开始了数数控自动动编程技技术APTT语言的的研究，形成了了早期的的CADD系统。此后在在数控技技术的发发展和生生产应用用需求拉拉动下，CAMM技术不不断发展展，从语语言编程程发展为为图形交交互编程程，进而而实现了了CADDCAAM一体体化。现现代的CCAM技技术已经经成为CCAX体体系的重重要组成成部分，与CAAD系统统集成在在一起，直接在在CADD建立起起来的参参数化、全相关关的三维维几何模模型（实实体曲曲面）上上进行加加工编程程，生成成正确的的加工轨轨迹。 （2

17、）数控加加工过程程的仿真真模拟 数控控加工过过程仿真真模拟的的意义在在于利用用计算机机图形的的手段，对实际际加工过过程进行行快速有有效的模模拟。随随着高速速计算机机和图形形显示设设备及算算法的不不断研究究发展，仿真模模拟的技技术逐渐渐广泛地地应用在在生产中中，虚拟拟加工的的实际过过程，通通过控制制加工过过程的进进行，不不断改变变观察方方向和位位置，并并利用其其它一些些必要的的图形手手段，在在虚拟的的加工环环境中及及早地发发现问题题，以求求替代或或大幅度度地减少少试切加加工，从从而达到到降低生生产成本本、提高高产品质质量的目目的。三三、计算算机辅助助工程分分析（CCAE） 有限限元法（或称有有限

18、单元元法、有有限元素素法）是是求解复复杂工程程和产品品的结构构强度、刚度、屈曲稳稳定性、动力响响应、热热传导、三维形形体接触触、弹塑塑性等力力学性能能的分析析计算，以及结结构性能能的优化化设计等等问题的的一种近近似数值值分析方方法。 有限元元法从660年代代初开始始在工程程上应用用到今天天，已经经历了三三十多年年的发展展历史，其理论论和算法法都经历历了从蓬蓬勃发展展到日趋趋成熟的的过程，现已成成为工程程和产品品结构分分析中（如航空空、航天天、机械械、土木木结构等等领域）必不可可少的数数值计算算工具，同时也也是分析析连续力力学各类类问题的的一种重重要手段段。随着着计算机机技术的的普及和和不断提提

19、高，有有限元分分析系统统的功能能和计算算精度都都在很大大提高，各种基基于几何何造型系系统的有有限元分分析系统统应运而而生，计计算机辅辅助有限限元分析析（CAAEFAA：Coompuuterr Aiidedd Fiinitte EElemmentt Annalyysiss）已成成为计算算机辅助助工程（CAEE）的重重要组成成部分，是结构构分析和和结构优优化的重重要工具具，同时时也是计计算机辅辅助4CC系统（CADDCAAECCAPPPCAAM）的的重要环环节。 有限元元法的核核心思想想是结构构的离散散化，就就是将实实际结构构假想地地离散为为有限数数目的规规则单元元组合体体，实际际结构的的物理性性

20、能可以以通过对对离散体体进行分分析，得得出满足足工程精精度的近近似结果果来替代代对实际际结构的的分析，这样可可以解决决很多实实际工程程需要解解决而理理论分析析又无法法解决的的复杂问问题。根根据经验验，有限限元分析析各阶段段所用的的时间为为：40045用于模模型的建建立和数数据输入入，50055用于分分析结果果的判读读和评定定，而分分析计算算只占55左右右。针对对这种情情况采用用计算机机辅助设设计技术术来建立立有限元元分析的的几何模模型和物物理模型型，完成成分析数数据的输输入，通通常称这这一过程程为有限限元分析析的前处处理。同同样，对对有限元元分析的的结果也也需要用用CADD技术生生成形象象的图

21、形形输出，如生成成位移图图、应力力、温度度、压力力分布的的等值线线图，表表示应力力、温度度、压力力分布的的彩色明明暗图，以及随随机械载载荷和温温度载荷荷变化生生成位移移、应力力、温度度、应力力等分布布的动态态显示图图。我们们称这一一过程为为有限元元的后处处理。在在计算机机辅助有有限元分分析的过过程中，前、后后处理是是最主要要的工作作。 四四、CAAD技术术的集成成 传统统意义上上的CAAD系统统只能产产生工程程图纸及及其有关关的技术术说明，只有通通过工程程数据库库，STTEP、IGEES以及及有关应应用接口口，实现现CADDCAAPPCAMM的集成成，把CCAD和和生产制制造结合合成一体体，才

22、能能进一步步提高生生产力和和加工精精度，才才能实现现设计生生产的自自动化，进一步步发展的的趋势是是现代集集成制造造系统（CIMMS），用以真真正实现现企业信信息化。 1信息集集成 从发发展的过过程来看看，CAADCCAECAPPPCCAM系系统的数数据交换换和集成成方式有有以下三三种： （1）松散集集成方式式 各系系统建立立的产品品模型各各不相同同，相互互间的数数据交换换需要在在每两个个系统间间进行数数据格式式转换，因此系系统间模模型存在在无法转转换部分分，造成成产品数数据的不不完整性性。一般般只能提提供批量量数据的的传输。 （22）中性性文件集集成方式式 存在在一个与与各系统统无关的的中性文

23、文件格式式，各系系统的数数据均转转变成标标准格式式的中性性文件，每个系系统只与与标准格格式文件件打交道道,无需需知道别别的系统统的细节节。这种种方式为为系统开开发者和和使用者者提供了了较大的的便利，但仍需需要解决决各系统统间模型型统一的的问题，只有这这样才能能保证数数据交换换顺利进进行。数数据交换换的功能能也主要要提供批批量数据据的传输输。 （3）共共享数据据库方式式 各个个系统在在一个统统一的产产品数据据模型指指导下，通过数数据库存存取接口口在集成成的产品品数据库库内存取取各种产产品数据据，同一一对象的的数据在在数据库库中只存存在一份份，各系系统对它它操作的的一致性性由数据据库保证证。在这这

24、种方式式下，各各系统间间的数据据交换和和共享达达到很高高的程度度，数据据库提供供各系统统存取产产品数据据的并发发控制，能够使使产品开开发的各各阶段工工作在共共享数据据库上并并发进行行，实现现数据驱驱动的并并行工程程。这种种集成方方式的优优点是在在统一的的产品数数据模型型指导下下集成，数据库库提供了了强有力力的数据据建模、存贮、查询、控制等等管理功功能。 CADDCAAECCAPPPCAAM系统统的集成成技术是是随着产产品数据据交换技技术的发发展而发发展的。在产品品数据交交换出现现以前，CADD系统只只能采用用松散的的集成方方式。随随着数据据交换标标准的出出现，中中性文件件交换数数据逐渐渐得到应

25、应用。SSTEPP标准的的提出，第一步步是要解解决以文文件交换换为基础础的集成成方式，第二步步则是以以共享数数据库的的集成方方式作为为目标。STEEP是由由国际标标准化组组织ISSO制定定的产品品数据与与交换标标准，编编号为IISO1103003。 2过过程集成成 包括括以并行行工程哲哲理推动动的CAADCCAPPPCAAM交叉叉并行设设计，以以及DFFX（DDFM、DFAA）的的研究与与实施，其中DDFM位位在设计计阶段，充分进进行可制制造性分分析、性性能价价格比的的成本分分析等。CAD技技术的发发展趋势势展望一、CAAD技术术的发展展趋势 CADD技术作作为成熟熟的普及及技术已已在企业业中

26、广泛泛应用，并已成成为企业业的现实实生产力力。围绕绕企业创创新设计计能力的的提高和和网络计计算环境境的普及及，CAAD技术术的发展展趋势主主要围绕绕在标准准化、开开放式、集成化、智智能化四四方面。1标标准化 除了了CADD支撑软软件逐步步实现IISO标标准和工工业标准准外，面面向应用用的标准准构件（零部件件库）、标准化化方法也也已成为为CADD系统中中的必备备内容，且向着着合理化化工程设设计的应应用方向向发展。 传统统形式的的手画工工程图已已经有了了成熟的的国际标标准，相相互都能能理解。而存储储在磁盘盘、光盘盘上的形形形色色色的CAAD二进进制数字字记录，要想实实现标准准化就复复杂、困困难得多

27、多。从880年代代中期起起，ISSO国际际标准化化组织着着手酝酿酿制订这这类标准准，称作作ISOO103303产品数数据表达达与交换换标准，简称称STEEP。它它要涵盖盖所有人人工设计计的产品品，采用用统一的的数字化化定义方方法。由由于STTEP标标准涉及及的面非非常宽，众口难难调，标标准的制制定过程程十分缓缓慢，存存在问题题很多。而在我我国，CCAD应应用工程程的实施施具有更更加严密密的组织织领导体体系，而而且实际际从事CCAD应应用软件件开发的的单位相相对比较较集中，起步比比国外晚晚，不存存在要与与过去开开发的老老系统保保持兼容容问题。如果我我国采取取主动贯贯彻STTEP积积极思想想的方针

28、针，不纠纠缠于过过分繁琐琐的技术术细节，针对我我国的现现实需要要和技术术发展前前景，及及早统一一协调自自主开发发软件的的数据模模型，这这将有助助于推动动国内CCAD界界的学术术研究风风气，促促进CAAD软件件开发水水平的大大幅度提提高。这这种主动动出击的的策略要要比单纯纯等待SSTEPP标准草草案一版版一版更更新有利利得多。回顾历历史，CCAD和和计算机机图形学学的国际际标准制制定总是是滞后于于市场上上的工业业标准。CADD产品更更新频繁繁。谁家家产品的的技术思思想领先先，性能能最好，用户最最多，主主导了市市场，谁谁就是事事实上的的工业标标准。CCAD技技术的发发展不是是一种纯学术行行为，它它

29、是在高高技术产产品所固固有的激激烈市场场竞争中中不断向向前推进进，永无无止境。 CAAD软件件一般应应集成在在一个异异构的工工作平台台之上，为了支支持异构构跨平台台的环境境，就要要求它应应是一个开放放的系统统，这里里主要是是靠标准准化技术术来解决决这个问问题。 目前标标准有两两大类：一是公公用标准准，主要要来自国国家或国国际标准准制定单单位；另另一是市市场标准准，或行行业标准准，属私私有性质质。前者者注重标标准的开开放性和和所采用用技术的的先进性性，而后后者以市市场为导导向，注注重考虑虑有效性性和经济济利益。后者容容易导致致垄断和和无谓的的标准战战。通过过总结这这个领域域几十年年标准化化工作的

30、的经验，不少标标准化专专家已认认识到存存在的问问题，这这已经成成为进一一步制定定标准的的障碍。因此提提出应对对传统的的标准化化工作进进行革新新。有专专家建议议标准革革新的目目标是公公用标准准应变成成工业标标准，也也就是说说革新后后仍应以以公用标标准为基基础，不不过要从从工业标标准中吸吸收其注注重经济济利益和和效率的的优点。另外，也有人人提出现现在制定定标准的的单位很很多，但但是标准准制定过过程却没没有标准准，这也也是标准准革新过程中中值得考考虑的问问题。这这些观点点对我国国制定CCAD标标准也许许有所启启迪。22开放放性 CAAD系统统目前广广泛建立立在开放放式操作作系统窗窗口955988NT

31、T和UNNIX平平台上，在Jaava LINNUX平平台上也也有CAAD产品品，此外外CADD系统都都为最终终用户提提供二次次开发环环境，甚甚至这类类环境可可开发其内核核源码，使用户户可定制制自已的的CADD系统。3集集成化 CAAD技术术的集成成化体现现在三个个层次上上：其一一是广义义CADD功能CCAD/CAEE/CAAPP/CAMM/CAAQ/PPDM/ERPP经过多多种集成成形式成成为企业业一体化化解决方方案，推推动企业业信息化化进程。目前创创新设计计能力（CADD）与现现代企业业管理能能力（EERP、PDMM）的集集成，已已成为企企业信息息化的重重点；其其二，是是将CAAD技术术能采

32、用用的算法法，甚至至功能模模块或系系统，做做成专用用芯片，以提高高CADD系统的的效率；其三是是CADD基于网网络计算算环境实实现异地地、异构构系统在在企业间间的集成成。应运运而生的的虚拟设设计、虚虚拟制造造、虚拟拟企业就就是该集集成层次次上的应应用。 国际CCAD商商品系统统开发的的另一个个趋势是是在全球球范围内内优选最最成功的的功能构构件，进进行集成成。至今今最成熟熟的几何何造型平平台有两两家：PParaasollid和和ACIIS；几几何约束束求解构构件有一一家，它它的主要要产品是是2D和和3D DCCM。我我国开发发的机械械CADD应用系系统已经经部分采采用ACCIS和和Parraso

33、olidd平台，这是合合理的。但是国国际上近近来又有有一种思思潮，要要求软件件开发自自由化，以免受受制于一一、二家家公司垄垄断性产产品的束束缚。这这就是选选用Liinuxx操作系系统以及及在它基基础上开开发各种种共享软软件，开开放源程程序。我我国也在在酝酿自自主开发发因特网网、操作作系统、以及各各种办公公的国产产化系统统。这时时，自研研制几何何造型通通用平台台和各种种功能构构件也将将提上议议事日程程，我们们要及早早做好准准备。44智能能化 设计计是一个个含有高高度智能能的人类类创造性性活动领领域，智智能CAAD是CCAD发发展的必必然方向向。从人人类认识识和思维维的模型型来看，现有的的人工智智

34、能技术术对模拟拟人类的的思维活活动（包包括形象象思维、抽象思思维和创创造性思思维等多多种形式式）往往往是束手手无策的的。因此此，智能能CADD不仅仅仅是简单单地将现现有的智智能技术术与CAAD技术术相结合合，更要要深入研研究人类类设计的的思维模模型，并并用信息息技术来来表达和和模拟它它。这样样不仅会会产生高高效的CCAD系系统，而而且必将将为人工工智能领领域提供供新的理理论和方方法。CCAD的的这个发发展趋势势，将对对信息科科学的发发展产生生深刻的的影响。二、CCAD技技术研究究开发热热点1计算机机辅助概概念设计计 一方方面，根根据有关关的统计计资料表表明，产产品工本本费的770是是在产品品设

35、计阶阶段决定定的。同同时，一一旦概念念设计被被确定下下来，产产品设计计的600770也也就被确确定下来来。尤其其需要提提及的是是，即使使详细设设计再好好，也难难以弥补补概念设设计阶段段所出现现的缺陷陷。还有有产品的的创新及及其所具具有的竞竞争能力力基本上上也是在在概念设设计阶段段就被确确定下的的。故概概念设计计是设计计过程中中一个非非常重要要的阶段段，它已已成为企企业竞争争的一个个制高点点。因此此计算机机辅助概概念设计计愈来愈愈受到重重视。但但另一方方面，在在概念设设计期间间，所涉涉及的设设计需求求和约束束的种种种知识，往往是是不精确确的、近近似的或未知的的，也就就是说复复杂性很很高，这这给C

36、AAD技术术带来很很大的难难度。 概念设设计的过过程主要要是评价价和决策策的过程程，它涉涉及到产产品功能能、动作作和结构构等因素素，它对对产品的的价格性性能、可可靠性、安全性性等等起起决定性性的影响响作用。正因为为应考虑虑的因素素和目标标是多方方面的。因此评评价和决决策过程程是一个个很复杂杂的，难难度很大大的过程程。目前前计算机机辅助概概念设计计的方法法可分为为两大类：即自动动生成方方案和交交互生成成方案。当然，应用时时这两种种方法可可以混合合使用。 （11）自动动生成方方案 目前前主要采采用人工工智能技技术。为为了使计计算机有有效地支支持概念念设计活活动，需需要解决决两大难难题。即即建模问问

37、题和推推理问题题：A前者是是对产品品的功能能、动作作和结构构诸因素素之间相相互影响响的复杂杂关系进进行建模模或表达达。例如如汽锅的的蒸汽阀阀门，基基功能是是防止汽汽锅爆炸炸，它的的动作是是当检测测到一定定的压力力差时，它会自自动打开开，而其其结构是是所用的的实际构构件的布布局及其其连接关关系，建模的结结果提供供推理用用；B而推理理问题实实际上就就是生成成和选择择合适的的方案。 建模模问题主主要是建建模的表表示法，目前已已提出各各种各样样的表示示法。如如语言、几何模模型、图图形、对对象、知知识模型型和图象象法等等等，语言言表示法法属于一一种形式式描述方方法，它它能保证证计算机机有效地地进行推推理

38、，称称为面向向机器的的表示法法。而图图象表示示法是一一种高可可视化的的表示法法（即可可视化思思维模型型），它它侧重于于提供一一种有助助于辅助助设计人人员创新新工作的的建模环环境，称称它为面面向人的的表示法法，而上上列其它它表示法依依次界于于这两者者之间。 尽管管已有很很多不同同的建模模表示法法，但它它们往往往只支持持描述概概念设计计的某一一方面，缺少一一种能描描述概念设设计各种种因素的的统一表表示法，这正是是下一步步的目标标。 推推理问题题的重点点是在转转换过程程，即把把用户需需求映射射到实现现所给需需求集合合的一些些实际的的结构上上。难点在于于产生和和选择合合适的映映射方法法。 同同样也有有

39、很多推推理方法法支持概概念设计计活动，如神经经网络、基于实实例的推推理法、基于知知识的推推理技术术、优化化、价值值工程和和定性推推理等等等。但目目前也只只能设计计一些特特定领域域的例子子，离全全面应用用还有差差距。但但从长远远来看，这方面面的许多多工作还还应继续续进行。例如知知识获取取是人工工智能领领域中一一个大难难题，为为了解决决这一问问题，可可以采用用数据挖挖掘技术术从已有有的设计计库中自自动获取取感兴趣趣的领域域知识。 （2）交交互技术术生成方方案 由于于概念设设计的复复杂性，自动地地生成合合适的方方案是很很困难的的。在自自动生成成和选比比方案尚尚未成熟熟之前，交互技技术是重重要手段段。

40、在概概念设计计阶段可可充分利利用多媒媒体技术术，如包包括有效效的信息息搜索技技术，以以便在网网上可查查到大量量对概念念设计有有用的设设计例子子。又如如研究协协同概念设计计技术，使群体体成员易易于参与与概念设设计，并并作出积积极的贡贡献。22、计算算机支持持的协同同设计 设计计工作是是一个典典型的群群体工作作。群体体成员既既有分工工，又有有合作。因此群群体的工工作由两两个部分分组成：一是个个体工作作，群体体成员应应完成的的各自分分工的任任务；另另一是协协同工作作，因为为群体工工作不可可能分解解为互相相独立的的个体工工作，群群体成员员之间存存在相互互关联的的问题。一般称称为接口口问题，接口难难免会

41、出出现矛盾盾和冲突突，如不不及时发发现和协协调解决决，就会会造成返返工和损损失。传传统的CCAD系系统只支支持分工工后各自自应完成成的具体体任务，至于成成员间接接口问题题，计算算机不能能支持，主要靠靠面谈或或某种通通讯工具具进行讨讨论并加加以解决决。但这这些方式式很难做做到及时时并充分分地协商商和讲讨讨论。因因而一项项大的设设计任务务接口问问题难免免要出差差错，这这正是为为什么设设计工作作会出现现不断反复、不不断修改改这一过过程的主主要原因因。 计计算机支支持的协协同设计计是计算算机支持持的协同同工作（CSCCW）技技术在设设计领域域的一种种应用。用于支支持设计计群体成成员交流流设计思思想、讲

42、讲讨论设设计结果果、发现现成员间间接口的的矛盾和和冲突，及时地地加以协协调和解决决，减少少以至避避免设计计的反复复，从而而进一步步提高设设计工作作的效率率和质量量。 协协同设计计倍受人人们的关关注，已已有不少少原型系系统，也也有一些些产品已已在市场场上出售售了。已已有工作作中，有有些属基基础性工工作，如如建模、系统结结构、适适用于CCSCWW的支撑撑环境等等等。但但从建立立实用协协同设计计系统的角角度来说说，主要要面临如如下三大大问题： （11）群体体成员间间多媒体体信息传传输 目前前在局域域网上通通讯方法法已较成成熟，但但在远程程网上，交换数数据时，异步传传输，现现有网络络平台问问题不大大，

43、但实实时交换换数据问问题较多多。首要要的是传传输媒体体的选择择问题，即基于于公用网网（如WWWW）还是基基于专用用网（如如语音传传输可借借用电话话专线，又如租租用ISSDN总总线）。目前多多数研究究是集中中在公用用网Innterrnett和Inntraanett上。但但商品开开发上更更多考虑虑专用线线。从实用效效果来说说，公用用网效果果较差，而专用用线虽然然效果好好些，但但价格太太高。 （2）异构平平台 参与与协同设设计的成成员是分分散在各各地，且且设备条条件多种种多样。因此，实用的的协同设设计系统统必须能能在异构构环境中中运行，包括数数据传输输、工具具集成，还有跨跨平台的的交互界界面，这这主

44、要依依靠标准准化工作作来解决决异构环环境问题题，目前前普通采采用的是是CORRBA，JAVVA技术术和通信信领域的的标准等等。不过过这类技技术目前前对CSSCW的的支持还还有不足足之处，有待增增强功能能。至于于跨平台台的交互互界面的的研制，虽虽有不少少进展，但是至至今尚未未见到支支持它的的工业标标准。 （3）人人交互互 应该该说支持持设计群群体人员员间的人人人人交互是是协同设设计的核核心问题题之一，特别是是目前自自动发现现矛盾和和冲突，并进行行自动协协同和解解决的技技术还不不成熟，因此人人人人交互的的手段尢尢为重要要。当前前，最为为普遍的的是利用用电子会会议（包包括白板板、语音音、视频频等等工

45、工具）支支持成员员间进行行讨论，它比较较适用于于交流设设计思想想，不过过用它来来讨论设设计结果果就很费费劲，共共同修改改设计结结果就更更不可能能了。目目前讨论论设计结结果主要要是依靠靠应用共共享这一一工具，这一工工具能够够达到一一人对一一个CAAD工具具进行操操作，其其它成员员均能在在自已的的终端上上看到操操作过程程和结果果。这个个工具也也可以和和电子会会议系统统集成，用语音音等工具具进行讨讨论，但但应用共共享最大大的问题题在于对对于没有有源程序序的CAAD工具具，一个个时刻只只允许一一个人操操作，其其它人希希望操作作必须事事先申请请，获准准并在当当前操作作者退出出后方可操作，故很不不方便，成

46、员间间不能直直接互操操作，这这是需要要进一步步解决的的问题。 总而而言之，协同设设计系统统的现状状是局域域网已达达到实用用阶段，在异步步工作方方式下，远程协协同设计计问题也也较小，但远程程实时工工作方式式下，特特别是基基于公用用网，尚尚处实验验阶段，当然整整个协同同设计系系统离成熟熟阶段尚尚有一定定距离，很多问问题有待待解决。3、海海量信息息存储、管理和和检索 CAAD系统统处理的的信息愈愈来愈多多，而且且是多媒媒体信息息。尽管管磁盘容容量增长长速度很很快，但但仍远不不能满足足信息量量快速增增长的需需求。海海量信息息的存储储、管理理和快速速检索已已成为世世人瞩目目的问题题。这除除了依靠靠硬件来

47、来解决问问题外，DBMMS是一一重要技技术，实实践证明明，传统统的关系系数据库库管理系系统EDDBMSS已难已已适应要要求而采采用面向向对象和和关系相相结合的的模型可可能是个个过渡的解决决方案。4、设设计法研研究及其其相关问问题 设计计工作是是项复杂杂的且知知识密集集的群体体活动，为了提提高效率率必须遵遵循某种种正确的的设计方方法，虽虽然设计计方法学学的研究究已有半半个多世世纪了，但针对对CADD的设计计法却是是最近才才有的，称为正正规设计计流程法法，它不不仅让我我们知道道设计是是一种流流程，还还为开发发CADD工具提提供了依依据，因因此了解解和识别别设计过过程的不不同方面面（即不不同的设设计

48、活动动），是是开发新新一代CCAD系系统的关键键。 现现在已出出现许多多设计流流程法。过去常常用的是是自顶向向下、自自底向上上的自然然可行方方法，但但这种方方法只适适用于详详细设计计阶段。现在为为了支持持整个设设计工作作，设计计法的研研究重点点应在支支持概念念设计方方法和协协同设计计方法之之上。例例如，新新的CAAD系统统可消除除许多由由于距离离和时间间所造成成对工作作方法和和组织的的限制，协同设设计面临临的不但但有人机交交互、还还有人人交交互，因因而CAAD的过过程更复复杂了，尽管人人们都在在期望提提供一种种灵活的的，可移移动的、安全可可靠的远远程协同同设计环环境，但但如果没没有正确确的方法来来指导，将很难难达到预预期的效效果。 目前企企业的组组织基本本上是一一种很严严谨的层层次结构构组织，在这种种组织内内民主有有限，虽虽然它可可防止出出现人多多嘴杂和和无休止止争论的的现象，但它又又束缚着着人们聪聪明才智智的充分分发挥。按目前前情况，采用这这种组织织结构是是必要的的。但随随着工作作方法