产品设计CAD基本理论
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8.1 CAD技术的发展历史
70年代
正值飞机和汽车工业的蓬勃发展时期。此间飞机 及汽车制造中遇到了大量的自由曲面问题，当时只 能采用多截面视图、特征纬线的方式来近似表达所 设计的自由曲面。设计者对自己设计的曲面形状能 否满足功能要求也心中无底，所以经常需要按比例
制作油泥模型，作为设计评审或方案比较的依据。
）发展，以满足当今制造业对新产品快速开发、缩短开发周期
、面对激烈市场竞争的要求
另一方面，CAD应用系统更加重视对用户新产品开发流程的
支持，在这一变化中，新产品设计知识的表达和应用成为最核
心的技术。
小结：CAD历史：
曲面造型技术—实体造型技术—参数化技术—变量化技术—协同
一体化技术
10
8.2 CAD三维表达基础
8.2.1 三维表达中曲线曲面构建技术
自从1946年Schoenberg提出样条函数到现在已经半 个多世纪了，曲线曲面的构建技术也伴随着计算机技术 和空间几何运算学等技术的发展取得了长足的进步。它 先后经历了参数样条方法、Coons曲面、Beizer曲线曲面 和B样条方法。其中最能标志曲线曲面发展的有Hermite 曲线、Bezier曲线曲面、B样条曲线曲面、非均匀有理B 样条（NURBS）曲线曲面
攀枝花学院 产品设计2
主讲人：曾富洪
第八章 产品设计中的计算机辅助设计（CAD）技术
8.1 CAD技术的发展历史
从计算机产生以来，人们就开始探讨并试图利 用计算机来辅助工程设计。1956年到1959年间，以 美 国 麻 省 理 工 学 院 （ MIT ） D.T.ROSS 为 首 的 学 者 开 发 了 用 于 数 控 机 床 的 编 程 系 统 APT （ Automatically Programmed Tool），它的出现更加 刺激了对CAD的需求。
3
8.1 CAD技术的发展历史
60年代
1960年初，美国的麻省理工学院史凯屈佩特 教授，依1955年林肯实验室的SAGE系统所开发 出的全世界第一支光笔为基础，提出了所谓“交 谈式图学”的研究计划。这个计划就是将一阴极 射线管接到一台电脑上，再利用一手持的光笔来 输入资料，使电脑透过在光笔上的感应物来感应 出屏幕上的位置，并获取其座标值以将之存于内 存内。
此时法国人提出了贝赛尔算法，使得人们在用计算 机处理曲线及曲面问题时变得可以操作，同时也使得 法国的达索飞机制造公司的开发者们，能在二维绘图 系统CADAM的基础上，开发出以表面模型为特点的 自由曲面建模方法，推出了三维曲面造型系统CATIA
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8.1 CAD技术的发展历史
70年代（军方支持）
CADAM：由美国洛克希德（Lochheed）公司支持； CALMA：由美国通用电气（GE）公司开发； CV：由美国波音（Boeing）公司支持 I-DEAS：由美国国家航空及宇航局（NASA）支持 UG：由美国麦道（MD）公司开发 CATIA：由法国达索（Dassault）公司开发
9
8.1 CAD技术的发展历史
21世纪
20世纪末21世纪初期，CAD系统厂商之间的竞争逐渐向两个
方向发展，一个方向是将CAD技术的应用从单一的几何建模和
零件级应用向整机的虚拟装配、干涉检查、用户自定义特征、
主模型技术和各种专业应用技术集成（如KBE、工业设计、人
机工程、网络化异地协同设计、数字样机的可视化浏览技术等
1) Hermite曲线、coons曲面
2-2 1 1
Q(t)TMhGh
t3
t2
t1-33 0 0
-12-01P0
P1
R0 R1 T
1 0 0 0
Fh1(t)Fh2(t)Fh3(t)Fh4(t)P0 P1 R0 R1 T
（民用）
大众汽车公司：SURF 福特汽车公司：PDGS 雷诺汽车公司：EUCLID
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8.1 CAD技术的发展历史
80年代（公司发展）
SDRC公司在当时星球大战计划的背景下，由美国宇航 局支持及合作，开发出了许多专用分析模块，用以降低巨大 的太空实验费用，同时在CAD技术方面也进行了许多开拓；
UG公司则着重在曲面技术的基础上发展CAM技术，用以 满足麦道飞机零部件的加工需求；
8Baidu Nhomakorabea
8.1 CAD技术的发展历史
90年代
进入90年代中后期，CAD技术经过几十年的发展 ，在几何表达方法和手段上日趋完善，同时应用领 域不断扩展。同时原有的众多大大小小的CAD软件 厂商经过收购、兼并和淘汰，逐渐形成以CATIA、 PRO/E、UG为主要流派的代表当今CAD技术发展 主流的应用系统。
11
8.2.1 三维表达中曲线曲面构建技术
1) Hermite曲线、coons曲面
Hermite曲线是通过给定曲线的两个端点的位置矢量P0 ，P1以及两个端点处的切线矢量R0，R1 来描述曲线，三 维空间中的自由曲线可以用三次方程以下面的形式表述。
R0
R1
P1
P0
12
8.2.1 三维表达中曲线曲面构建技术
CV和CALMA则将主要精力都放在CAD市场份额的争夺上。
技术状况
SDRC公司实体造型技术
CV公司在曲面算法上取得突破
参数化技术（PTC）
CV、CATIA、UG在推出自己的参数技术以后，均宣称
自己是采用复合建模技术
7
8.1 CAD技术的发展历史
90年代
90年代以后，SDRC经过多年的探索和研究，推出 了一种新的基于变量化技术的I-DEAS Master Series软 件。变量化技术继承了参数化技术的许多优点，同时 克服了参数化技术本身的一些缺点，如全尺寸约束的 硬性规定干扰和制约着设计者的创造力和想象力的发 挥，以及设计中关键的拓扑关系发生改变会引起某些 约束特征的丢失从而造成系统数据的混乱。变量化技 术既保持了参数化技术的原有优点，同时又克服了它 的许多不足之处。
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8.1 CAD技术的发展历史
60年代
此时CAD技术的出发点是用传统的三视图方 法来表达零件，以图纸为媒介进行技术交流， 这就是二维计算机绘图技术
CAD的含义仅仅是图板的替代品，即：意指 Computer Aided Drafting（or Drawing），而非 现在我们经常讨论的CAD（Computer Aided Design）所包含的全部内容。
8.1 CAD技术的发展历史
70年代
正值飞机和汽车工业的蓬勃发展时期。此间飞机 及汽车制造中遇到了大量的自由曲面问题，当时只 能采用多截面视图、特征纬线的方式来近似表达所 设计的自由曲面。设计者对自己设计的曲面形状能 否满足功能要求也心中无底，所以经常需要按比例
制作油泥模型，作为设计评审或方案比较的依据。
）发展，以满足当今制造业对新产品快速开发、缩短开发周期
、面对激烈市场竞争的要求
另一方面，CAD应用系统更加重视对用户新产品开发流程的
支持，在这一变化中，新产品设计知识的表达和应用成为最核
心的技术。
小结：CAD历史：
曲面造型技术—实体造型技术—参数化技术—变量化技术—协同
一体化技术
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8.2 CAD三维表达基础
8.2.1 三维表达中曲线曲面构建技术
自从1946年Schoenberg提出样条函数到现在已经半 个多世纪了，曲线曲面的构建技术也伴随着计算机技术 和空间几何运算学等技术的发展取得了长足的进步。它 先后经历了参数样条方法、Coons曲面、Beizer曲线曲面 和B样条方法。其中最能标志曲线曲面发展的有Hermite 曲线、Bezier曲线曲面、B样条曲线曲面、非均匀有理B 样条（NURBS）曲线曲面
攀枝花学院 产品设计2
主讲人：曾富洪
第八章 产品设计中的计算机辅助设计（CAD）技术
8.1 CAD技术的发展历史
从计算机产生以来，人们就开始探讨并试图利 用计算机来辅助工程设计。1956年到1959年间，以 美 国 麻 省 理 工 学 院 （ MIT ） D.T.ROSS 为 首 的 学 者 开 发 了 用 于 数 控 机 床 的 编 程 系 统 APT （ Automatically Programmed Tool），它的出现更加 刺激了对CAD的需求。
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8.1 CAD技术的发展历史
60年代
1960年初，美国的麻省理工学院史凯屈佩特 教授，依1955年林肯实验室的SAGE系统所开发 出的全世界第一支光笔为基础，提出了所谓“交 谈式图学”的研究计划。这个计划就是将一阴极 射线管接到一台电脑上，再利用一手持的光笔来 输入资料，使电脑透过在光笔上的感应物来感应 出屏幕上的位置，并获取其座标值以将之存于内 存内。
此时法国人提出了贝赛尔算法，使得人们在用计算 机处理曲线及曲面问题时变得可以操作，同时也使得 法国的达索飞机制造公司的开发者们，能在二维绘图 系统CADAM的基础上，开发出以表面模型为特点的 自由曲面建模方法，推出了三维曲面造型系统CATIA
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8.1 CAD技术的发展历史
70年代（军方支持）
CADAM：由美国洛克希德（Lochheed）公司支持； CALMA：由美国通用电气（GE）公司开发； CV：由美国波音（Boeing）公司支持 I-DEAS：由美国国家航空及宇航局（NASA）支持 UG：由美国麦道（MD）公司开发 CATIA：由法国达索（Dassault）公司开发
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8.1 CAD技术的发展历史
21世纪
20世纪末21世纪初期，CAD系统厂商之间的竞争逐渐向两个
方向发展，一个方向是将CAD技术的应用从单一的几何建模和
零件级应用向整机的虚拟装配、干涉检查、用户自定义特征、
主模型技术和各种专业应用技术集成（如KBE、工业设计、人
机工程、网络化异地协同设计、数字样机的可视化浏览技术等
1) Hermite曲线、coons曲面
2-2 1 1
Q(t)TMhGh
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t1-33 0 0
-12-01P0
P1
R0 R1 T
1 0 0 0
Fh1(t)Fh2(t)Fh3(t)Fh4(t)P0 P1 R0 R1 T
（民用）
大众汽车公司：SURF 福特汽车公司：PDGS 雷诺汽车公司：EUCLID
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8.1 CAD技术的发展历史
80年代（公司发展）
SDRC公司在当时星球大战计划的背景下，由美国宇航 局支持及合作，开发出了许多专用分析模块，用以降低巨大 的太空实验费用，同时在CAD技术方面也进行了许多开拓；
UG公司则着重在曲面技术的基础上发展CAM技术，用以 满足麦道飞机零部件的加工需求；
8Baidu Nhomakorabea
8.1 CAD技术的发展历史
90年代
进入90年代中后期，CAD技术经过几十年的发展 ，在几何表达方法和手段上日趋完善，同时应用领 域不断扩展。同时原有的众多大大小小的CAD软件 厂商经过收购、兼并和淘汰，逐渐形成以CATIA、 PRO/E、UG为主要流派的代表当今CAD技术发展 主流的应用系统。
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8.2.1 三维表达中曲线曲面构建技术
1) Hermite曲线、coons曲面
Hermite曲线是通过给定曲线的两个端点的位置矢量P0 ，P1以及两个端点处的切线矢量R0，R1 来描述曲线，三 维空间中的自由曲线可以用三次方程以下面的形式表述。
R0
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P1
P0
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8.2.1 三维表达中曲线曲面构建技术
CV和CALMA则将主要精力都放在CAD市场份额的争夺上。
技术状况
SDRC公司实体造型技术
CV公司在曲面算法上取得突破
参数化技术（PTC）
CV、CATIA、UG在推出自己的参数技术以后，均宣称
自己是采用复合建模技术
7
8.1 CAD技术的发展历史
90年代
90年代以后，SDRC经过多年的探索和研究，推出 了一种新的基于变量化技术的I-DEAS Master Series软 件。变量化技术继承了参数化技术的许多优点，同时 克服了参数化技术本身的一些缺点，如全尺寸约束的 硬性规定干扰和制约着设计者的创造力和想象力的发 挥，以及设计中关键的拓扑关系发生改变会引起某些 约束特征的丢失从而造成系统数据的混乱。变量化技 术既保持了参数化技术的原有优点，同时又克服了它 的许多不足之处。
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8.1 CAD技术的发展历史
60年代
此时CAD技术的出发点是用传统的三视图方 法来表达零件，以图纸为媒介进行技术交流， 这就是二维计算机绘图技术
CAD的含义仅仅是图板的替代品，即：意指 Computer Aided Drafting（or Drawing），而非 现在我们经常讨论的CAD（Computer Aided Design）所包含的全部内容。