CAD的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

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1、CAD的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢計算機輔助設(shè)計技術(shù)是電子信息技術(shù)的一個重要組成部分；是促進科研成果開發(fā)和轉(zhuǎn)化、實現(xiàn)設(shè)計自動化、加快國民經(jīng)濟發(fā)展和國防現(xiàn)代化的一項關(guān)鍵新技術(shù)；是提高產(chǎn)品和工程設(shè)計水平、降低消耗、縮短科研和新產(chǎn)品開發(fā)周期、大幅度提高勞動生產(chǎn)率的重要手段；是科研單位提高自主研發(fā)能力和管理水平、參與國際競爭的重要條件；也是進一步向計算機輔助制造、計算機集成制造系統(tǒng)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。CAD技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用水平已經(jīng)成為一個國家科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一，它使產(chǎn)品設(shè)計工作的內(nèi)容和方式發(fā)生了根本性變革，徹底改變了傳統(tǒng)手工設(shè)計繪圖的方式，極大地

2、提高了產(chǎn)品開發(fā)的速度，提高了設(shè)計精度。這一新技術(shù)的應(yīng)用將人類的聰明才智和創(chuàng)造能力與計算機高速而精確的計算能力、大容量的存儲和數(shù)據(jù)處理功能結(jié)合起來，使兩者相得益彰。早期的CAD也就是計算機繪圖，以完成圖形的設(shè)計與繪制工作為主。經(jīng)過40多年的研究與應(yīng)用，CAD的概念已發(fā)生了本質(zhì)飛躍，它不僅包括圖形處理，還包括概念設(shè)計、造型設(shè)計和原理樣機設(shè)計等內(nèi)容。它吸收和運用了更多的與設(shè)計技術(shù)相關(guān)聯(lián)的科學(xué)技術(shù)和理論，以及優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、有限元分析、價值分析和系統(tǒng)工程等知識。與傳統(tǒng)設(shè)計方法比較，cad徹底改變了設(shè)計的方式，提出了新的設(shè)計理念，把設(shè)計人員從繁瑣、機械

3、的設(shè)計工作中解脫出來，將精力和聰明才智轉(zhuǎn)移到創(chuàng)造性的設(shè)計過程中，大大提高了產(chǎn)品設(shè)計的精度和可靠新，縮短了產(chǎn)品設(shè)計周期，降低了產(chǎn)品的成本?！　?、CAD建模技術(shù)的研究和發(fā)展　　建模技術(shù)是CAD的核心技術(shù)，建模技術(shù)的研究、發(fā)展和應(yīng)用，就代表了CAD技術(shù)的研究、發(fā)展和應(yīng)用。下圖給出了建模技術(shù)的發(fā)展情況。圖中明確顯示了從50年代至今建模技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了二維建模、三維幾何建模（包括線框建模、曲面建模、實體建模）、特征建模（包括參數(shù)化和變量化建模）及產(chǎn)品集成建模的發(fā)展過程。二維建模是最初的CAD技術(shù)用來解決二維繪圖問題的，后來發(fā)展為三維的幾何建模技術(shù)。三維幾何

4、建模又分為線框建模、曲面建模和實體建模。線框建模是以線來構(gòu)造三維物體，其主要算法是空間自由曲線的擬合和表達相對簡單。曲面建模是由曲面來構(gòu)造三維物體，其主要算法是自由曲面或雕塑曲面的生成算法等，其算法較為復(fù)雜。實體建模是構(gòu)成真實的實體，其算法比較復(fù)雜。在實體建模技術(shù)研究中提出了很多算法，常用的有邊界表示法B-rep和幾何構(gòu)造法CSG。為了統(tǒng)一幾何建模的表示，還研究開發(fā)了新的算法即非均勻有理B樣條（NURBS）算法。這種算法在幾何建模中起了重要的作用。隨著幾何建模技術(shù)的發(fā)展和實際應(yīng)用的要求，到80年代后期又出現(xiàn)了參數(shù)化和變量化的建模技術(shù)。參數(shù)化建模技術(shù)

5、一般是指設(shè)計對象的結(jié)構(gòu)形狀比較定型，可以用一組參數(shù)來約定尺寸關(guān)系，參數(shù)的求解較簡單，參數(shù)與設(shè)計對象的控制尺寸有顯示對應(yīng)關(guān)系，設(shè)計結(jié)果的修改受尺寸驅(qū)動。這種CAD系統(tǒng)最早推出的是PTC公司的Pro/Engineer。變量化建模技術(shù)是指設(shè)計對象的修改需要更大的自由度，通過求解一組約束方程來確定產(chǎn)品的尺寸和形狀。約束方程可以是幾何關(guān)系，也可以是工程計算條件，設(shè)計結(jié)果的修改受約束方程的驅(qū)動。變量化建模的代表是SDRC公司的VGX。這一技術(shù)應(yīng)用到SDRC產(chǎn)品I-DEASMasterSeries系統(tǒng)中。VGX為CAD軟件帶來了空前的易用性。特征建模是CAD建模

6、方法的一個新發(fā)展。特征建模是著眼于更好地表達產(chǎn)品完整的功能和生產(chǎn)管理信息，為建立產(chǎn)品的集成信息模型服務(wù)。特征包含了產(chǎn)品的特定幾何形狀、拓?fù)潢P(guān)系、典型功能、繪圖表示方法、制造技術(shù)和公差要求等。特征的引用直接體現(xiàn)了設(shè)計意圖，使得建立的產(chǎn)品模型更容易為人理解和組織生產(chǎn)?！　‘a(chǎn)品集成建模是面向產(chǎn)品生命周期的關(guān)系型產(chǎn)品模型的概念。這一概念的提出，較好地解決了信息在設(shè)計、制造、檢驗和裝配等環(huán)節(jié)的共享問題，完整地描述了產(chǎn)品在概念設(shè)計——裝配設(shè)計——零件設(shè)計全過程中的各種屬性和相互關(guān)系，實現(xiàn)了產(chǎn)品生命周期中的內(nèi)部描述信息（如產(chǎn)品設(shè)計、計劃、加工、檢驗等信息）和外部

7、過程信息（如內(nèi)部描述信息所依賴的環(huán)境、知識和規(guī)則等）的集成。這種產(chǎn)品集成建模技術(shù)仍在研究中?！　?、數(shù)據(jù)管理技術(shù)的研究和發(fā)展　　CAD技術(shù)的研究和應(yīng)用中，數(shù)據(jù)管理技術(shù)是其又一重要的技術(shù)，特別是在CAD集成系統(tǒng)中更為重要。數(shù)據(jù)管理的研究開發(fā)經(jīng)歷了文件管理、數(shù)據(jù)庫管理和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）三個階段。在70年代之前，主要靠文件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行管理；到1968年美國IBM公司研制了第一代數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)——層次型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)IMS；1969年美國的數(shù)據(jù)庫研究小組CODASYL發(fā)表了DBTG報告，建立了第二代數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)——網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。到70年代，

8、第三代數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究和開發(fā)集中在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫技術(shù)上，70年代末80年代初，出現(xiàn)了商品化的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，目前仍很流