CAD的研究现状及发展趋势

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1、CAD的研究现状及发展趋势计算机辅助设计技术是电子信息技术的一个重要组成部分；是促进科研成果开发和转化、实现设计自动化、加快国民经济发展和国防现代化的一项关键新技术；是提高产品和工程设计水平、降低消耗、缩短科研和新产品开发周期、大幅度提高劳动生产率的重要手段；是科研单位提高自主研发能力和管理水平、参与国际竞争的重要条件；也是进一步向计算机辅助制造、计算机集成制造系统发展的重要基础。CAD技术的发展与应用水平已经成为一个国家科学技术现代化和工业现代化的重要标志之一，它使产品设计工作的内容和方式发生了根本性变革，彻底改变了传统手工设计绘图的方式，极大地

2、提高了产品开发的速度，提高了设计精度。这一新技术的应用将人类的聪明才智和创造能力与计算机高速而精确的计算能力、大容量的存储和数据处理功能结合起来，使两者相得益彰。早期的CAD也就是计算机绘图，以完成图形的设计与绘制工作为主。经过40多年的研究与应用，CAD的概念已发生了本质飞跃，它不仅包括图形处理，还包括概念设计、造型设计和原理样机设计等内容。它吸收和运用了更多的与设计技术相关联的科学技术和理论，以及优化设计、可靠性设计、有限元分析、价值分析和系统工程等知识。与传统设计方法比较，cad彻底改变了设计的方式，提出了新的设计理念，把设计人员从繁琐、机械

3、的设计工作中解脱出来，将精力和聪明才智转移到创造性的设计过程中，大大提高了产品设计的精度和可靠新，缩短了产品设计周期，降低了产品的成本。　　1、CAD建模技术的研究和发展　　建模技术是CAD的核心技术，建模技术的研究、发展和应用，就代表了CAD技术的研究、发展和应用。下图给出了建模技术的发展情况。图中明确显示了从50年代至今建模技术的发展经历了二维建模、三维几何建模（包括线框建模、曲面建模、实体建模）、特征建模（包括参数化和变量化建模）及产品集成建模的发展过程。二维建模是最初的CAD技术用来解决二维绘图问题的，后来发展为三维的几何建模技术。三维几何

4、建模又分为线框建模、曲面建模和实体建模。线框建模是以线来构造三维物体，其主要算法是空间自由曲线的拟合和表达相对简单。曲面建模是由曲面来构造三维物体，其主要算法是自由曲面或雕塑曲面的生成算法等，其算法较为复杂。实体建模是构成真实的实体，其算法比较复杂。在实体建模技术研究中提出了很多算法，常用的有边界表示法B-rep和几何构造法CSG。为了统一几何建模的表示，还研究开发了新的算法即非均匀有理B样条（NURBS）算法。这种算法在几何建模中起了重要的作用。随着几何建模技术的发展和实际应用的要求，到80年代后期又出现了参数化和变量化的建模技术。参数化建模技术

5、一般是指设计对象的结构形状比较定型，可以用一组参数来约定尺寸关系，参数的求解较简单，参数与设计对象的控制尺寸有显示对应关系，设计结果的修改受尺寸驱动。这种CAD系统最早推出的是PTC公司的Pro/Engineer。变量化建模技术是指设计对象的修改需要更大的自由度，通过求解一组约束方程来确定产品的尺寸和形状。约束方程可以是几何关系，也可以是工程计算条件，设计结果的修改受约束方程的驱动。变量化建模的代表是SDRC公司的VGX。这一技术应用到SDRC产品I-DEASMasterSeries系统中。VGX为CAD软件带来了空前的易用性。特征建模是CAD建模

6、方法的一个新发展。特征建模是着眼于更好地表达产品完整的功能和生产管理信息，为建立产品的集成信息模型服务。特征包含了产品的特定几何形状、拓扑关系、典型功能、绘图表示方法、制造技术和公差要求等。特征的引用直接体现了设计意图，使得建立的产品模型更容易为人理解和组织生产。　　产品集成建模是面向产品生命周期的关系型产品模型的概念。这一概念的提出，较好地解决了信息在设计、制造、检验和装配等环节的共享问题，完整地描述了产品在概念设计——装配设计——零件设计全过程中的各种属性和相互关系，实现了产品生命周期中的内部描述信息（如产品设计、计划、加工、检验等信息）和外部

7、过程信息（如内部描述信息所依赖的环境、知识和规则等）的集成。这种产品集成建模技术仍在研究中。　　2、数据管理技术的研究和发展　　CAD技术的研究和应用中，数据管理技术是其又一重要的技术，特别是在CAD集成系统中更为重要。数据管理的研究开发经历了文件管理、数据库管理和产品数据管理（PDM）三个阶段。在70年代之前，主要靠文件系统对数据进行管理；到1968年美国IBM公司研制了第一代数据库管理系统——层次型数据库管理系统IMS；1969年美国的数据库研究小组CODASYL发表了DBTG报告，建立了第二代数据库管理系统——网状数据库管理系统。到70年代，

8、第三代数据库技术的研究和开发集中在关系型数据库技术上，70年代末80年代初，出现了商品化的关系型数据库管理系统，目前仍很流