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1、郑州大学现代远程教育建筑 CAD课程论文浅谈浅谈 CADCAD 技术的应用与发展技术的应用与发展学 号： 12130281046姓 名： 张亮完成时间： 2013-10-23浅谈浅谈 CADCAD 技术的应用与发展技术的应用与发展摘要：海湾战争结束当年，美国评出的二十世纪最具影响的十大技术中，计算机辅助设计（Computer aided design，简称 CAD)技术便榜上有名。本文就此论述了目前 CAD 技术应用软件，分析了 CAD 技术的发展方向与 CAD 研究开发热点。关键词：关键词： CAD 软件，软件，CAD 技术，发展趋势，研究热点技术，发展趋势，研究热点The applicat
2、ion of CAD technology and the development Abstract: the end of the Gulf War in ten, the United States of Americas top technology of the twentieth Centurys most influential, computer aided design (Computer aided design, referred to as CAD) technology on the list. This paper discusses the application
3、of CAD technology software, analyzes the development direction of CAD technology and CAD research and development focus.Keywords: CAD software, CAD technology, development trends, research hotspot一、CAD 技术的内涵 CAD 技术是电子信息技术的一个重要组成部分；它是利用计算机硬、软件系统辅助人们对产品或工程进行设计的方法与技术，包括设计、绘图、工程分析与文档制作等设计活动。它是综合了计算机科学与工
4、程设计方法的最新发展而形成的一门新兴学科。从广义上说，CAD 技术包括二维工程绘图、三维几何设计、有限元分析、数控加工、仿真模拟、产品数据管理、网络数据库以及上述技术（CAD/CAE/CAM）的集成技术等。 目前，CAD 技术可以实现设计中的大多数活动，但也有一些活动还难用CAD 技术来实现，如设计的需求分析、设计的可行性研究等。将设计过程中能用 CAD 技术实现的活动集合在一起就构成了 CAD 过程，图 1 就说明了设计过程与 CAD 过程的关系。 二、目前的 CAD 主要软件 CAD 技术从最初的工业设计领域已渗透到人们日常生活的每个角落，从机械、电子、航空、航天、邮电、兵工、纺织、建筑、
5、船舶、地质、采矿，一直到艺术、装演、医疗、教学、旅游、管理等，可以说无数不包，以 CAD 技术为基础开发的各类商业专业软件已超过 10 万个。以下为目前市场上比较主流的CAD 软件：(1)AutoCAD 及 MDT AutoCAD 系统是美国 Autodesk 公司为微机开发的一个交互式绘图软件，它基本上是一个二维工程绘图软件，具有较强的绘图、编辑、剖面线和图案绘制、尺寸标注以及方便用户的二次开发功能，也具有部分的三维作图造型功能。它是目前世界上应用最广的 CAD 软件。MDT(MechanicalDesktop)是 Autodesk公司在机械行业推出的基于参数化特征实体造型和曲面造型的微机
6、CAD/CAM软件。(2)Pro/Engineer Pro/Engineer 系统是美国参数技术公司(ParametricTechnologyCorporation 简称 PTC)的产品，它刚一面世(1988 年)，就以其先进的参数化设计、基于特征设计的实体造型而深受用户的欢迎，随后各大 CAD/CAM 公司也纷纷推出了基于约束的参数化造型模块。此外，Pro/Engineer 一开始就建立在工作站上，使系统独立于硬件，便于移植；该系统用户界面简洁，概念清晰，符合工程人员的设计思想与习惯。Pro/Engineer 整个系统建立在统一的数据库上，具有完整而统一的模型，能将整个设计至生产过程集成在一
7、起，它一共有 20 多个模块供用户选择。基于以上原因，Pro/Engineer 在最近几年已成为三维机械设计领域里最富有魅力的系统，其销售额和用户群仍以最快的速度向前发展。(3)I-DEASMasterSeries5 I-DEASMasterSeries 是美国 SDRC(StructuralDynamicsResearchCorporation)公司自 1993 年推出的新一代机械设计自动化软件，也是 SDRC 公司在CAD/CAE/CAM 领域的旗舰产品，并以其高度一体化、功能强大、易学易用等特点而著称。I-DEASMasterSeries5 于今年 6 月 20 日在美国首次展示，其最大
8、的突破在于 VGX 技术的面市，极大地改进了交互操作的直观性和可靠性。另外，该版本还增强了复杂零件设计、高级曲面造型以及有限元建模和耐用性分析等模块的功能。SDRC 公司近期还集中了优势力量大力加强数控加工功能的开发。(4)CATIA CATIA 系统是法国达索(Dassault)飞机公司 DassaultSystems 工程部开发的产品。该系统是在 CADAM 系统(原由美国洛克希德公司开发，后并入美国IBM 公司)基础上扩充开发的，在 CAD 方面购买原 CADAM 系统的源程序，在加工方面则购买了有名的 APT 系统的源程序，并经过几年的努力，形成了商品化的系统。CATIA 系统如今已经
9、发展为集成化的 CAD/CAE/CAM 系统，它具有统一的用户界面、数据管理以及兼容的数据库和应用程序接口，并拥有 20 多个独立计价的模块。(5)EUCLID EUCLID 软件是法国 MATRA 公司信息部的产品，它是由法国国家科学研究中心为英法联合研制的协和号超音速客机而开发的软件。该软件具有统一的面向对象的分布式数据库，在三维实体、复杂曲面、二维图形及有限元分析模型间不需作任何数据的转换工作。由于数据是彼此引用，而不是简单的复制，所以用户在修改某部分设计时，其他相关数据会自行更新。 (6)Unigraphics(UG) UG 起源于美国麦道(MD)公司的产品，1991 年 11 月并入
10、美国通用汽车公司 EDS 分部。如今 EDS 是全世界最大的信息技术(IT)服务公司，UG 由其独立子公司 UnigraphicsSolutions 开发。UG 是一个集 CAD、CAE 和 CAM 于一体的机械工程辅助系统，适用于航空航天器、汽车、通用机械以及模具等的设计、分析及制造工程。(7)SolidWorks SolidWorks 是一套基于 Windows 的 CAD/CAE/CAM/PDM 桌面集成系统，是由美国 SolidWorks 公司于 1995 年 11 月研制开发的，其价格仅为工作站CAD 系统的四分之一。该软件采用自顶向下的设计方法，可动态模拟装配过程，它采用基于特征的
11、实体建模，自称 100%的参数化设计和 100%的可修改性，同时具有中英文两种界面可供选择其先进的特征树结构使操作更加简便和直观三CAD 技术的发展方向随着计算机硬件技术的发展，特别是图形处理设备的飞速发展，计算机辅助设计/制造(CAD/CAM)技术以惊人的速度快速发展，有专家评价:“如果把电子技术看作是工业的一次革命的话，那么 CAD/CAM 是工业的另一次革命，它是计算机对人类文明的巨大推动在工业方面的重要体现，其前景是不可限量的” 。 围绕企业创新设计能力的提高和网络计算环境的普及，CAD 技术的发展方向主要围绕在标准化、开放式、集成化、智能化四方面。1标准化 除了 CAD 支撑软件逐步
12、实现 ISO 标准和工业标准外，面向应用的标准构件（零部件库） 、标准化方法也已成为 CAD 系统中的必备内容，且向着合理化工程设计的应用方向发展。回顾历史，CAD 和计算机图形学的国际标准制定总是滞后于市场上的工业标准。CAD 产品更新频繁。谁家产品的技术思想领先，性能最好，用户最多，主导了市场，谁就是事实上的工业标准。CAD 技术的发展不是一种纯学术行为，它是在高技术产品所固有的激烈市场竞争中不断向前推进，永无止境。目前标准有两大类：一是公用标准，主要来自国家或国际标准制定单位；另一是市场标准，或行业标准，属私有性质。前者注重标准的开放性和所采用技术的先进性，而后者以市场为导向，注重考虑有
13、效性和经济利益。后者容易导致垄断和无谓的标准战。通过总结这个领域几十年标准化工作的经验，不少标准化专家已认识到存在的问题，并提出应对传统的标准化工作进行革新的相关观点。2开放性 CAD 系统目前广泛建立在开放式操作系统窗口 9598NT和 UNIX 平台上，在 Java LINUX 平台上也有 CAD 产品，此外 CAD 系统都为最终用户提供二次开发环境，甚至这类环境可开发其内核源码，使用户可定制自已的 CAD 系统。3集成化 CAD 技术的集成化体现在三个层次上：其一是广义 CAD 功能 CAD/CAE/CAPP/CAM/CAQ/PDM/ERP 经过多种集成形式成为企业一体化解决方案，推动企
14、业信息化进程。目前创新设计能力（CAD）与现代企业管理能力（ERP、PDM）的集成，已成为企业信息化的重点；其二，是将 CAD 技术能采用的算法，甚至功能模块或系统，做成专用芯片，以提高 CAD 系统的效率；其三是 CAD 基于网络计算环境实现异地、异构系统在企业间的集成。应运而生的虚拟设计、虚拟制造、虚拟企业就是该集成层次上的应用。4智能化 设计是一个含有高度智能的人类创造性活动领域，智能 CAD是 CAD 发展的必然方向。智能 CAD 不仅仅是简单地将现有的智能技术与 CAD技术相结合，更要深入研究人类设计的思维模型，并用信息技术来表达和模拟它。这样不仅会产生高效的 CAD 系统，而且必将
15、为人工智能领域提供新的理论和方法。CAD 的这个发展趋势，将对信息科学的发展产生深刻的影响。四、CAD 技术研究开发热点1计算机辅助概念设计 一方面，根据有关的统计资料表明，产品工本费的 70是在产品设计阶段决定的。同时，一旦概念设计被确定下来，产品设计的 6070也就被确定下来。尤其需要提及的是，即使详细设计再好，也难以弥补概念设计阶段所出现的缺陷。还有产品的创新及其所具有的竞争能力基本上也是在概念设计阶段就被确定下的。故概念设计是设计过程中一个非常重要的阶段，它已成为企业竞争的一个制高点。因此计算机辅助概念设计愈来愈受到重视。但另一方面，在概念设计期间，所涉及的设计需求和约束的种种知识，往
16、往是不精确的、近似的或未知的，也就是说复杂性很高，这给 CAD技术带来很大的难度。概念设计的过程主要是评价和决策的过程，它涉及到产品功能、动作和结构等因素，它对产品的价格性能、可靠性、安全性等等起决定性的影响作用。正因为应考虑的因素和目标是多方面的。因此评价和决策过程是一个很复杂的，难度很大的过程。目前计算机辅助概念设计的方法可分为两大类：即自动生成方案和交互生成方案。当然，应用时这两种方法可以混合使用。（1）自动生成方案 目前主要采用人工智能技术。为了使计算机有效地支持概念设计活动，需要解决两大难题。即建模问题和推理问题：A前者是对产品的功能、动作和结构诸因素之间相互影响的复杂关系进行建模或表达。例如汽锅的蒸汽阀门，基功能是防止汽锅爆炸，它的动作是当检测到一定的压力差时，它会自动打开，而其结构是所用的实际构件的布局及其连接关系，建模的结果提供推理用；B而推理问题实际上就是生成和选择合适的方案。建模问题主要是建模的表示法，目前已提出各种各样的表示法。如语言、几何模型、图形、对象、知识模型和图象法等等，语言表示法属于
