CAD的发展历程及其发展趋势

CAD的发展历程及其发展趋势

摘要：介绍计算机辅助设计系统的发展历程及发展趋势，介绍其发展历史，分析其在开当今社会产业中的应用和存在的问题，以及分析计算机辅助设计系统的发展方向及趋势。

关键词：计算机辅助设计；历史；现状，应用；问题；发展方向；趋势；

1、计算机辅助设计系统的基本情况介绍

1.1 CAD的基本情况

CAD即计算机辅助设计(CAD-Computer Aided Design) 利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。它是综合了计算机科学与工程设计方法的最新发展而形成的一门新兴学科。计算机辅助设计技术的水平成了衡量一个国家工业技术水平的重要标志。

CAD的系统组成：通常以具有图形功能的交互计算机系统为基础，主要设备有：计算机主机，图形显示终端，图形输入板，绘图仪，扫描仪，打印机，磁带机，以及各类软件。

CAD的功能主要包括系统功能和基本功能，A.系统功能：(1)设计组件重用；(2)简易的设计修改和版本控制功能；(3)设计的标准组件的自动产生；(4)设计是否满足要求和实际规则的检验；(5)无需建立物理原型的设计模拟；(6)装配件(一堆零件或者其它装配件)的自动设计；(7)工程文档的输出，例如制造图纸，材料明细表；(8)设计到生产设备的直接输出；

(9)到快速原型或快速制造工业原型的机器的直接输出；B.基本功能：(1)编辑图形;(2)标注尺寸;(3)书写文字;(4)图层管理功能;(5)三维绘图;(6)网络功能;(7)数据交换;

1.2 CAD的发展历史

CAD技术的发展和形成至今有50多年的历史了，自20世纪50年代在美国诞生了第一台计算机绘图系统，开始出现具有简单绘图输出功能的被动式的计算机辅助设计技术，即CAD技术。到目前，CAD的发展经历了四次技术革命。

第一次CAD技术革命──曲面造型系统，随着计算机的发展，当三维曲面造型系统出现时，标志着计算机辅助设计技术从单纯模仿工程图纸的三视图模式中解放出来，首次实现以计算机完整描述产品零件的主要信息的方式。第二次CAD技术革命──实体造型技术，由于实体造型技术能够精确表达零件的全部属性，在理论上有助于CAD的模型表达，给设计带来了惊人的方便性。它代表着未来CAD技术的发展方向。第三次CAD技术革命─—参数化技术，在实体造型技术逐渐普及时，CAD技术的研究又有了重大进展。第四次CAD 技术革命──变量化技术，由于计算机技术的不断成熟，使得现在的CAD技术和系统都具有良好的开放性。图形接口、图形功能日趋标准化。综合应用多媒体技术和人工智能、专家系统等技术大大提高了自动化设计的程度，出现了智能CAD新学科。目前CAD技术仍在不断发展，未来的CAD技术将为新产品设计提供一个综合性的环境支持系统，它能全面支持异地的，数字化的，采用不同的设计哲理与方法来设计工作。

综合四次革命的发展历程，我们可以看出CAD发展的具体情况。(1)准备和诞生时期，(2)蓬勃发展和进入应用时期，作为CAD技术的基础，计算机图形学在这一时期得到了很快的发展。20世纪60年代中期出现了商品化的CAD设备，CAD技术开始进入了发展和应用阶段。(3)广泛应用时期，20世纪70年代推出了以小型机为平台的CAD系统。同时，图形软件和CAD应用支撑软件也不断充实提高。图形设备相继推出和完善。(4)突飞猛进时期，

由于大规模和超大规模集成电路、工作站等的出现使CAD系统的性能大大提高了一步。与此同时，图形软件更趋成熟，科学计算可视化等方面都已进入实用阶段。(5)日趋成熟的时期，这一时期的发展主要体现在以下几个方面：CAD标准化体系进一步完善；系统智能化成为又一个技术热点；集成化成为CAD技术发展的一大趋势；科学计算可视化、虚拟设计、虚拟制造技术。

2、计算机辅助设计系统的现状

2.1 CAD的现状

CAD技术在工程设计中有着很广泛的应用，对于建筑设计这一领域，有着包括方案设计、三维造型、建筑渲染图设计、平面布景、建筑构造设计、小区规划、日照分析、室内装潢等各类应用软件。对于结构设计，计算机辅助设计软件可以做到包括有限元分析、结构平面设计、结构计算和分析、高层结构分析、地基及基础设计、钢结构设计与加工等方面。此外计算机辅助设计软件还能应用于包括水、电、暖以及及管道等各种设备设计。在城市规划、城市交通设计，市政管线设计，交通工程设计，水利工程设计以及其他工程设计和管理等方面，计算机辅助设计软件也有着很广泛的应用。

2.2 CAD软件介绍

关于计算机辅助设计，不得不提到Auto CAD这款软件，AutoCAD是美国Autodesk公司开发的一个交互式绘图软件，是用于二维及三维设计、绘图的系统工具，用户可以使用它来创建、浏览、管理、打印、输出、共享及准确复用富含信息的设计图形。AutoCAD已经成为一个功能强大、性能稳定、市场占有率位居世界第一的CAD系统，在城市规划、建筑、测绘、机械、电子、造船、汽车等许多行业得到了广泛的应用。统计资料表明，目前世界上有75%的设计部门、500多万的用户应用此软件，大约有50万套AutoCAD软件安装在各企业中运行。Auto CAD软件有如下基本功能：(1) 绘制图形；(2) 编辑图形；(3) 图形标注；

(4) 精确绘图；(5) 图形输出。由于Auto CAD软件有着很好的操作性和延展性，能处理很多图形设计问题，因此在社会生产过程中，市场占有率很高，有着很广泛的应用。

关于Auto CAD这款软件，现做粗略介绍，打开软件后，界面显示包括：(1)标题栏；(2)菜单栏：菜单是调用命令的一种方式。(3)工具栏：工具栏是调用命令的另一种方式，通过工具栏可以直观、快捷的访问一些常用的命令;(4)状态栏;(5)绘图窗口：绘图窗口是AutoCAD 中显示、绘制图形的主要场所;(6)命令行：命令行提供了调用命令的第三种方式，即用键盘直接输入命令;(7)工具选项板。

3、计算机辅助设计系统存在的问题及发展方向与趋势

3.1 CAD存在的问题与其发展方向与趋势

计算机辅助设计系统是一款人机交互的，用来解决图形问题的很好的系统，而CAD目前存在的问题与其发展方向本身是一致的，一款系统的发展就是发现问题与解决问题的过程。纵观目前CAD系统，存在的问题首先是:(1)操作性问题，要想使用好CAD软件需要一个比较长的学习过程，还需要一定的知识技能基础，所以，其发展趋势注定要朝着操作的简便性、易学性方向发展；(2) CAD系统的智能化，目前CAD系统的智能化程度不是很高，对于人除了计算机辅助外，还需要另外做相当大量的数据处理与评估，所以日后的CAD发展，还要求其与人工智能技术结合，形成CAD专家系统；(3) 实体造型与仿真，在实体造型与仿真方面，CAD系统做的也不是很好，日常CAD软件在应用过程中，仿真程度不够高，所以，以后的CAD系统要做到通过静态和动态实体造型，更真实地描述三维物体的几何信息；在实体造型和计算机图形学的基础上，在计算机上建立工程设计的实际系统的计算机模