第1章CAD技术发展史VIP免费

第1章CAD技术发展史CAD（ComputerAidedDesign）——计算机辅助设计，也就是使用计算机和信息技术来辅助工程师进行产品或工程的设计。CAD技术是一项综合性、迅速发展和广泛应用的高新技术。但是，在CAD软件发展初期，CAD的含义仅仅是图板的替代品，被称为计算机辅助出图——ComputerAidedDrawing（orDrafting）。计算机辅助设计（CAD）在其近50年的演变历史中，经历了巨大发展，其技术发展进程如图1-1所示。20世纪60年代70年代80年代90年代21世纪图1-1CAD技术演变1．第一次CAD技术革命——贵族化的曲面造型系统CAD技术起步于20世纪50年代后期。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，这就是典型的二维计算机绘图技术。20世纪60年代出现的三维CAD系统只是极为简单的线框式系统，只能表达基本的几何信息，不能有效表达几何数据间的拓扑关系。由于缺乏形体的表面信息，计算机辅助制造（CAM）及计算机辅助工程（CAE）均无法实现。这时，法国人提出了贝塞尔算法，使得人们在使用计算机处理曲线及曲面问题时变为可能，同时也使得法国的达索飞机制造公司的开发者能在二维绘图系统CADAM的基础上，开发出以表面模型为特点的自由曲面建模法，推出了三维曲面造型系统CATIA。它的出现，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，同时也使得CAM技术的开发有了实现的基础。曲面造型系统CATIA为人类带来了第一次CAD技术革命，改变了以往只能借助油泥模型来近似准确表达曲面的落后的工作方式。此时的CAD技术价格极其昂贵，而且软件商品化程度低，开发者本身就是CAD大用户，彼此之间技术保密。只有少数几家受到国家财政支持的军火商，在20世纪70年代冷战时期才有条件独立开发或者依托某厂商发展CAD技术，如表1-1所示。表1-1CAD软件的早期应用软件开发及支持公司UG美国麦道（MD）公司开发I-DEAS美国国家航空及宇航局（NASA）支持CV美国波音（Boeing）公司支持CALMA美国通用电气（GE）公司开发CADAM美国洛克希德（Lochheed）公司支持CATIA法国达索（Dassault）公司开发2．第二次CAD技术革命——生不逢时的实体造型技术20世纪80年代初，CAD系统价格依然令一般企业望而却步，这使得CAD技术无法拥有更广阔的市场。为了使自己的产品更具特色，在有限市场中获得更大的市场份额，以UG、CV、SDRC为代表的系统开始朝各自的发展方向前进。20世纪80年代末到90年代初，由于计算机技术的大跨步前进，CAE、CAM技术也开始有了较大发展。SDRC（StructuralDynamicsResearchCorporation）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则着重在曲面技术的基础上发展CAM技术，以满足麦道飞机零部件的设计、加工需求；CV和CALMA则将主要精力都放在CAD市场份额的争夺上。有了表面模型，CAM的问题可以基本解决。但是由于表面模型技术只能表达形体的表面信息，难以准确地表达零件的其他特性，例如质量、重心、惯性矩等，对CAE十分不利，最大的问题在于分析的前处理特别困难。基于对CAD/CAE一体化技术发展的探索，SDRC公司于1979年发布了世界上第一个完全基于实体造型技术的大型CAD/CAE软件——I-DEAS。由于实体造型技术能够精确表达零件的全部属性，在理论上有助于统一CAD、CAE、CAM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。基于这样的共识，各软件纷纷仿效，一时间，实体造型技术呼声满天下。可以说，实体造型技术的普及应用标志着CAD发展史上的第二次技术革命。但是新技术的发展往往是曲折和不平衡的。实体造型技术既带来了算法的改进和未来发展的希望，也带来了数据计算量的极度膨胀。在当时的硬件条件下，实体造型的计算及显示速度很慢，在实际应用中做设计显得较为勉强。由于以实体模型为前提的CAE本来就属于较高层次技术，普及面比较窄，反映还不强烈；另外，在算法和系统效率的矛盾面前，许多赞成实体造型技术的公司并没有大力去开发它，而是转去攻克相对容易...