CAD的研究现状及发展趋势

1、CAD 的研究现状及发展趋势转化、实现设计自动化、加快国民经济发展和国防现代化期、大幅度提高劳动生产率的重要手段；是科研单位提高自主研发能力和管理水平、参与国际竞争的重要条件；也是进一步向计算机辅助制造、计算机集成制造系统发展的重要基础。CAD 要标志之一，它使产品设计工作的内容和方式发生了高了设计精度。这一新技术的应用将人类的聪明才智和创造能力与计算机高速而精确的计算能力、大容量的存储和数据处理功能结合起来， 使两者相得益彰。早期的 CAD 也就是计算机绘图，以完成图形的设计与绘制工作为主。经过40 多年的研究与应用，CAD 的概念已发生了本质飞跃，它不仅包括图形处理，还包括概念设计、造型设

2、计和原理样机设计等内容。它吸收和运用了更多的与设计技术相关联的科学技术和理论，以及优化设计、可靠性设计、有限元分析 出了新的设计理念，把设计人员从繁琐、机械的设计工作中解脱出来缩短了产品设计周期，降低了产品的成本。1、CAD 建模技术的研究和发展建模技术是 CAD 的核心技术，建模技术的研究、发展和应用，就代表了CAD 技术的研究、发展和应用。下图给出了建模技术的发展情况。图中明确显示了从50 年代至今建模技术的发展经历了二维建模、三维几何建模（包括线框建模、曲面建模、实体建模）、特征建模（包括参数化和变量化建模）及产品集成建模的发展过程。CAD 三维物体，其主要算法是自由曲面或雕塑曲面的生成

3、算法等，其算法较为复杂。实体建模是构成真实的实体，其算法比较复杂。在实体建模技术研究中提出了很多算法，常用的有边界表示法 B-rep 和几何构造法 CSG。为了统一几何建模的表示，还研究开发了新的算法即非均匀有理B 样条算法。这种算法在几何建模中起了重要的作用。随80 年代后期又出现了参数化和变量化的结果的修改受尺寸驱动。这种CAD PTC Pro/Engineer。变量化SDRC 公司的VGXSDRC 产品I-DEAS Master Series VGX CAD CAD 建模方法品模型更容易为人理解和组织生产。产品集成建模是面向产品生命周期的关系型产品模型的概念。这一概念的提出， 较好地解决

4、了信息在设计、制造、检验和装配等环节的共享问题，完整地描述了产品在概念设计装配设计零件设计全过程中的各种属性和相互关系，实现了产品生命周期中的内部描述信息（如产品设计、计划、加工、检验等信息）和外部过程信息（如内部描述信息所依赖的环境、知识和规则等）的集成。这种产品集成建模技术仍在研究中。2、数据管理技术的研究和发展CAD 技术的研究和应用中，数据管理技术是其又一重要的技术，特别是在CAD 集（PDM）三个阶段。在70 年代之前，主要靠文件系统对数据进行管理；到1968 年美国IBM 公司研制了第一代数据库管理系统层次型数据库管理系统年美国的CODASYL DBTG 70 年代，第三代数据库技

5、术的研究和开发集中在关系型数据库技术上，70 80 80 开发。尽管在数据管理方面作了大量的工作，但仍然满足不了企业对数据管理的实际要80 年代后期，在企业计算机制造环境中数据管理及设计过程自动化的需求的驱管理PDM 技术在国外已取得了突飞猛进的发展M D 系统集成、 MRP/ERP 的集成方面进行研究开发。3、标准化技术的研究和发展CAD CAD PHIGS、GKSISO/IEC 推出的图形信息系统标准。目PEX OPEN GL 等也很受重视。IGES 是国际上最早、最成熟的数据交换标准，它主要是用于不同的CAD 系统之间1980 1992 IGES 目前还在广泛描述工业环境所需要的产品定义

6、数据的全部信息。90 STEPSTEP 是一个系列的国际标STEP CAD 领域中最完整的标准，该系列标准还未全部完成，已公布了一部分。国内外差距CAD CAD CAD 1、目前我国 CAD 系统仅仅作为绘图工具， 缺乏设计方法和设计理论的指导CAD 软件开发虽然已形成了几个系统，但基本上都是二维绘图软件，开发者CAD 系统只能将设计过程的最后阶段绘图阶段搬到计算机上，而设计过程仍然在设计师头脑中完成，这样设计效率并没有太大的提高。在应用方面，很多企业也只是把 CAD 作为一个绘图工具，企业应用中也缺乏对产品设计理论和设计方法的研究，因此企业产品和创新产品少，在市场上缺乏竞争力。2、我国三维

7、CAD 系统还不成熟，必须加快开发CAD CAD 系统8 863/CIMS 项目“基于线框、曲面、实体和CAD CAD PC Windows/95/98/NT CAD 系统也进入SolidworksAutodesk MDTCimatron 等。一些原来工作站系统CAD PC Windows 平台的版本。3、我国 CAD 技术开发创新少、仿制多没有创新就没有竞争力，只仿制就不能开发出有竞争力的产品。从我国二维CAD CAD 出了“参数设计问题”、“数据管理问题”及数控编程中的有关要求即现在的“特征造CAD CAD PTC 公司抓住了用户需求的时机，快速推出了参数化特征造型CAD 系统 Pro/E

8、ngineer，一举占领了国际市场，至今仍在国际年销售额方面名列第一。4、我国 CAD 软件的开发缺乏理论研究和算法的研究CAD 技术是一项综合性的高新技术，涉及面广而复杂，技术变化快，竞争激烈。CAD CAD B-rep、NURBS CAD 软件开发者缺乏这方面的研究，多年来也未见过有名的理论CAD 中。只能引用别人的，当然也只能跟在人家的后面走。5、信息集成技术落后信息技术的广泛集成是以产品数据管理和过程管理CAD/CAPP/CAM ERP PDM 也是重要的基础。而我国在这。CAD/CAPP/CAM 集成技术又建立在国外基础系统上。6、CAD 中的数据交换格式和标准化落后CAD CAD

9、STEP CAD 软件系统在数据交换、标准化等方面存在不少问题。CAD 未来动向CAD 技术的发展一直是跟着实际应用的需求而发展的CAD 新的需求又不断出现。1、模型理论的研究：由于传统的几何模型、特征模型已不能满足现代制造技术的要求。从而提出了面向产品生命周期的关系型产品模型的概念。这一概念的提出，是为了解决信息在设计、制造和检验及装配等环节的共享问题，完整地描述产品在概念设计装配设计零件设计全过程中的各种属性和相互关系，实现产品生命周期中的内部描述信息和外部过程信息的集成。在产品模型的研究上，当前拉出的非流形模型的研究就是一个典型，目前我国也在研究非流形模型用于CAD 系统中。另外，基于 STEP 的CAD 技术的研究也是为了建立较好的产品模型。2CAD CAD 向下（Top-down）的设计方法，并且也可混合使用这两种设计方法。3、客户机/服务器及网络环境下的 CAD 技术：随着客户机/服务器系统在企业的应用，企业大都建立了网络环境。因此，