CAD建模技术的发展及现状

CAD建模技术的发展及现状
1.CAD建模技术发展的历史
CAD技术起步于50年代后期，进入60年代，CAD技术发展迅速，其技术的出发点是以传统的三视图来表达零件。

汽车及飞机等制造业在70年代的时候进入了一个蓬勃发展的时期，但产品在制造中遇到了大量无法解决的自由曲面问题。

这时法国的雷洛公司的BEZIER提出了一种控制多边形的方法，即贝塞尔算法使人们用计算机解决曲面问题成为了可能。

进入 80 年代，CAD/CAM技术走向成熟。

80年代以后，个人计算机和工作站开始出现，如美国苹果公司的Macintosh、IBM公司的PC机以及Apollo、SUN 工作站等。

与大型机、中型机和小型机相比，PC机级工作站体积小、价格便宜、功能更加完善，极大的降低了CAD/CAM技术的硬件门槛，促进了CAD/CA技术的迅速普及，主要表现在：由军事工业向民用工业扩展，由大型企业向中小企业推广，有高技术领域向家电、其工业等普通产品中普及，由发达国家扩展到发展中国家。

CAD已超越了传统的计算机绘图范畴，有关复杂曲线、曲面描述的新的算法理论不断出现并迅速商品化。

80年代初提出并逐步发展、完善了实体建模技术（Solid Modeling）技术，目前实体建模技术以成为CAD中的主流建模方法。

实体建模技术能提供单一的、确定性的集合形体描述方法，并成为CAD/CAM软件系统的核心功能模块。

各种危机CAD 系统、工作站CAD系统不断涌现，CAD技术在航空、航天、船舶、核工程、模具等领域的得到广泛应用。

在90 年代时期CAD建模技术进入了微机化、标准化、集成化、智能化发展时期。

90年代后，随着计算机软硬件及网络技术的发展，PC机+Windows操作系统、工作站+Unix操作系统以及以太网（Ethernet）为主的网络黄静构成了CAX 系统的主流平台，CAX系统功能日益增强、接口趋于标准化。

参数化技术的成功应用，使得它在90年前后几乎成为CAD业界的标准，许多软件厂商纷纷起步追赶。

但是技术理论上的认可并非意味着实践上的可行性。

由于CATIA、CV、UG、EUCLID都在原来的非参数化模型基础上开发或集成了许多其它应用，包括CAM、PIPING和CAE接口等，在CAD方面也做了许多应用模块开发。

90年代中期，随着计算机、信息和网络技术的进步，制造业逐步向柔性化、集成化、智能化、网络化方向发展，企业内部、企业之间、区域之间乃至国家之间实现资源共享，异地、协同、虚拟设计和制造开始成为现实。

90年代末，以CAD为基础的数字化设计，以CAM为基础的数字化制造技术开始为人们接受，数字化设计与数字化制造技术开始做唉更广阔的领域、更深的层次上支持产品开发。

为了方便CAD的使用者，CAD也经历了一个标准化的过程。

由于CAD技术的发展和广泛的应用，数据交换的格式和标准化技术也发展起来，并且越来越重要。

在CAD领域出现了图形级的标准、图形交换级的标准、产品级的数据表达和交换标准等。

图形级最早的标准有PHIGS、GKS，它们是ISO/IEC推出的图形信息系统标准。

目前还有一些其它的三维图形支持标准，如PEX和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 系统之间进行数据交换的标准。

从1980年到1992年已先后发布了五个版本。

IGES目前还在广泛应用，其目的只是传输几何图形及相应的尺寸标准、说明等，即只是传输工程图。

无法描述工业环境所需要的产品定义数据的全部信息。

90年代初，ISO公布了产品数据表达与交换标准STEP。

STEP是一个系列的国际标准，它提供了必要的机制和定义，使得产品的数据表达能够在不同的计算机系统及与产品定义和制造有关的环境中进行通信。

它可用于产品数据的传输、共享和存档。

STEP标准是目前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。

2. CAD的现状
经过几十年的长足发展，CAD建模技术有了长足的进步。

现在CAD主要运行在工作站或微机平台上。

工作站虽然性能优越，图形处理速度快，但价格却十分昂贵，这在一定程度上限制了CAD/CAM技术的推广。

随着Pentium芯片和WindowsNT操作系统的出现并流行，以前只能运行在工作站上的CAD/CAM软件现在也可以运行在微机上。

由于微机的价格远远比工作站低，性能也不比中低档工作站逊色多少。

所以，微机平台为普及CAD应用创造了绝好的条件。

在此基础上，CAD/CAM软件厂商展开了新一轮的竞争。

一方面工作站上著名的CAD/CAM的软件（如UG、CATIA）全功能地移植到微机平台，使微机完全对等地实现了工作站环境的处理能力；另一方面CAD/CAM软件打破了原有Unix 环境的桎梏，在Windows平台上全面拓展。

Pentium以上处理器和NT环境已经或者正在成为CAD/CAM软件运行和应用的主流平台。

当今，CAD使用微机作为开发和应用平台。

其主要有以下几个特点：
1.采用WindowsNT操作系统是新一代推出的微机CAD/CAM软件的共同特点。

Windows平台上的新一代CAD/CAM软件基本上都采用典型的Windows界面和操作规范，同时由于DDE和OLE技术的广泛应用，这些CAD/CAM软件可以与Windows平台的其他软件进行动态数据交换，也可以在不退出CAD/CAM 软件的前提下嵌入（或链接）其他应用程序的对象。

2.采用COM技术，COM(ComponentObjectModel)是国际上为提高软件稳定性和开发效率而引入的重要技术。

通过使用现成的组件，软件开发商可以避免软件开发中许多烦琐和困难的基础部分，从而可以从极高的起点出发，大大缩短CAD软件上市周期，这样容易取得竞争优势。

同时，由于采用面向对象技术，使得微机CAD软件的可维护性和可扩展性得以增强。

3.吸收Unix平台软件的优点，新一代微机平台CAD软件充分吸取Unix工作站软件的精华。

诸如参数驱动、特征造型、动态导航、二维与三维双向相关、STEP标准和动态图形显示等这些比较好的特点已经被微机平台软件全部吸收。

随着CAD技术的推广，原有的技术管理系统面临着巨大的挑战。

在采用计算机辅助设计以前，产品的设计、工艺和经营管理过程中涉及到的各类图纸、技术文档、工艺卡片、生产单、更改单、采购单、成本核算单和材料清单等均由人工编写、审批、归类、分发和存档，所有的资料均通过技术资料室进行统一管理。

自从采用计算机技术之后，上述与产品有关的信息都变成了电子信息。

简单地采用计算机技术模拟原来人工管理资料的方法往往不能从根本上解决先进的设计制造手段与落后的资料管理之间的矛盾。

要解决这个矛盾，必须采用PDM 技术。

PDM（产品数据管理）是从管理CAD/CAM系统的高度上诞生的先进的计算机管理系统软件。

它管理的是产品整个生命周期内的全部数据。

工程技术人员根据市场需求设计的产品图纸和编写的工艺文档仅仅是产品数据中的一部分。

PDM系统除了要管理上述数据外，还要对相关的市场需求、分析、设计与制造过程中的全部更改历程、用户使用说明及售后服务等数据进行统一有效的管理。

由此可见，PDM系统管理的产品信息将涉及到企业的产品设计、工艺、制造、经营和服务等部门。

因此，PDM系统的实施具有涉及面广、信息工作量大等特点。

实施PDM技术可以实现并行工程，提高产品设计效率，支持全面质量管理，实现人、过程、技术三者的平衡。

因此它可以为企业带来巨大收益。

PDM技术实施与CAD/CAM技术的实施不一样，前者调整的是企业的管理模式。

将原来的人工管理方式转变为PDM的计算机管理模式，既要兼顾原有的管理习惯，又要考虑信息集成的要求。

由于企业技术环境、管理水平、企业文化等方面的差异，每个企业的PDM实施过程都不会相同。

只有对企业的计算机环境、企业过程以及PDM的总体目标有了充分的理解后，全面地分析企业对PDM产品的详细需求，才能选出最适合本企业发展的PDM产品和解决方案。

参考文献：
[1] 李健.<浅谈CAD／CAM> (天津工业大学，天津市)
[2] 百度文库. <CAD的研究现状及发展趋势>
[3]周卫东，钟振龙，粟亮．模具CAD/CAM的发展现状及技术展望．
[4]百度文库. <CAD发展现状以及发展史>。