CAD技術(shù)的發(fā)展歷史回顧
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ComputerAidedDesign，CAD）是用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)協(xié)助產(chǎn)生、修改、分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)的技術(shù)。以下是YJBYS小編搜索整理的關(guān)于CAD技術(shù)的發(fā)展歷史回顧，供參考閱讀，希望對(duì)大家有所幫助！想了解更多相關(guān)信息請(qǐng)持續(xù)關(guān)注我們應(yīng)屆畢業(yè)生培訓(xùn)網(wǎng)！
隨著Internet/Intranet網(wǎng)絡(luò)和并行、高性能計(jì)算及事務(wù)處理的普及，異地、協(xié)同、虛擬設(shè)計(jì)及實(shí)時(shí)仿真也得到了廣泛應(yīng)用。CAD作為信息技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，將計(jì)算機(jī)高速、海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理和挖掘能力與人的綜合分析及創(chuàng)造性思維能力結(jié)合起來(lái)，對(duì)加速工程和產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、縮短設(shè)計(jì)制造周期、提高質(zhì)量、降低成本、增強(qiáng)企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力與創(chuàng)新能力發(fā)揮著重要作用。如果從美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）旋風(fēng)I號(hào)所配的圖形系統(tǒng)算起，CAD迄今已有50年歷史;若以MIT林肯實(shí)驗(yàn)室的I。E。Sutherland發(fā)表的人機(jī)通信的圖形系統(tǒng)博士論文為開(kāi)始，也有36年的歷史了。
第一次CAD技術(shù)革命──貴族化的曲面造型系統(tǒng)
60年代出現(xiàn)的三維CAD系統(tǒng)只是極為簡(jiǎn)單的線框式系統(tǒng)，它只能表達(dá)基本的幾何信息，不能有效表達(dá)幾何數(shù)據(jù)間的拓?fù)潢P(guān)系。進(jìn)入70年代，正值飛機(jī)和汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展時(shí)期。而當(dāng)時(shí)只能采用多截面視圖、特征緯線的方式來(lái)近似表達(dá)所設(shè)計(jì)的自由曲面。既慢且繁的制作過(guò)程大大拖延產(chǎn)了產(chǎn)品的研發(fā)時(shí)間，要求更新設(shè)計(jì)手段的呼聲越來(lái)越高。
此時(shí)法國(guó)人提出了貝賽爾算法，使得人們?cè)谟糜?jì)算機(jī)處理曲線及曲面問(wèn)題時(shí)變得可以操作，同時(shí)也使得法國(guó)的達(dá)索飛機(jī)制造公司的開(kāi)發(fā)者們，能在二維繪圖系統(tǒng)CADAM的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出以表面模型為特點(diǎn)的自由曲面建模方法，推出了三維曲面造型系統(tǒng)CATIA。它的出現(xiàn)，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)從單純模仿工程圖紙的三視圖模式中解放出來(lái)，首次實(shí)現(xiàn)以計(jì)算機(jī)完整描述產(chǎn)品零件的主要信息。為人類帶來(lái)了第一次CAD技術(shù)革命，改變了以往只能借助油泥模型來(lái)近似準(zhǔn)確表達(dá)曲面的落后的工作方式。
此時(shí)的CAD技術(shù)價(jià)格極其昂貴（也許還有人記得，曾幾何時(shí)，在國(guó)內(nèi)租用一套CATIA的年租金即需15～20萬(wàn)美元），而且軟件商品化程度低，開(kāi)發(fā)者本身就是CAD大用戶，彼此之間技術(shù)保密。只有少數(shù)幾家受到國(guó)家財(cái)政支持的商，在70年代冷戰(zhàn)時(shí)期才有條件獨(dú)立開(kāi)發(fā)或依托某廠商發(fā)展CAD技術(shù)，主要應(yīng)用在軍用工業(yè)。但受此項(xiàng)技術(shù)也吸引了一些民用主干工業(yè)，如汽車業(yè)的巨人也開(kāi)始摸索開(kāi)發(fā)一些曲面系統(tǒng)為自己服務(wù)。曲面造型系統(tǒng)帶來(lái)的技術(shù)革新，使汽車開(kāi)發(fā)手段比舊的模式有了質(zhì)的飛躍，汽車工業(yè)開(kāi)始大量采用CAD技術(shù)。
第二次CAD技術(shù)革命──生不逢時(shí)的實(shí)體造型技術(shù)
70年代末到80年代初，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的大跨步前進(jìn)，CAE、CAM技術(shù)也開(kāi)始有了較大發(fā)展。SDRC公司在當(dāng)時(shí)星球大戰(zhàn)計(jì)劃的背景下，由美國(guó)宇航局支持及合作，開(kāi)發(fā)出了許多專用分析模塊，用以降低巨大的太空實(shí)驗(yàn)費(fèi)用，同時(shí)在CAD技術(shù)方面也進(jìn)行了許多開(kāi)拓;UG則著重在曲面技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展CAM技術(shù)，用以滿足麥道飛機(jī)零部件的加工需求;CV和CALMA則將主要精力都放在CAD市場(chǎng)份額的爭(zhēng)奪上。
有了表面模型，CAM的問(wèn)題可以基本解決。但由于表面模型技術(shù)只能表達(dá)形體的表面信息，難以準(zhǔn)確表達(dá)零件的其它特性，如質(zhì)量、重心、慣性矩等，對(duì)CAE十分不利，最大的問(wèn)題在于分析的前處理特別困難�；趯�(duì)于CAD/CAE一體化技術(shù)發(fā)展的探索，SDRC公司于1979年發(fā)布了世界上第一個(gè)完全基于實(shí)體造型技術(shù)的大型CAD/CAE軟件──I—DEAS。由于實(shí)體造型技術(shù)能夠精確表達(dá)零件的全部屬性，在理論上有助于統(tǒng)一CAD、CAE、CAM的模型表達(dá)，給設(shè)計(jì)帶來(lái)了驚人的方便性。它代表著未來(lái)CAD技術(shù)的發(fā)展方向。
但是新技術(shù)的發(fā)展往往是曲折和不平衡的。實(shí)體造型技術(shù)既帶來(lái)了算法的改進(jìn)和未來(lái)發(fā)展的希望，也帶來(lái)了數(shù)據(jù)計(jì)算量的極度膨脹。在當(dāng)時(shí)的硬件條件下，實(shí)體造型的計(jì)算及顯示速度很慢，在實(shí)際應(yīng)用中做設(shè)計(jì)顯得比較勉強(qiáng)。由于以實(shí)體模型為前提的CAE本來(lái)就屬于較高層次技術(shù)，普及面較窄，反映還不強(qiáng)烈;另外，在算法和系統(tǒng)效率的矛盾面前，許多贊成實(shí)體造型技術(shù)的公司并沒(méi)有下大力量去開(kāi)發(fā)它，而是轉(zhuǎn)去攻克相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)的表面模型技術(shù)。實(shí)體造型技術(shù)也就此沒(méi)能迅速在整個(gè)行業(yè)全面推廣開(kāi)。在以后的10年里，隨著硬件性能的提高，實(shí)體造型技術(shù)又逐漸為眾多CAD系統(tǒng)所采用。
第三次CAD技術(shù)革命 ——一鳴驚人的參數(shù)化技術(shù)
正當(dāng)實(shí)體造型技術(shù)逐漸普及之時(shí)，CAD技術(shù)的研究又有了重大進(jìn)展。進(jìn)入80年代中期，CV公司內(nèi)部以高級(jí)副總裁為首的一批人提出了參數(shù)化實(shí)體造型方法。由于參數(shù)化技術(shù)核心算法與以往的系統(tǒng)有本質(zhì)差別，若采用參數(shù)化技術(shù)，必須將全部軟件重新改寫。當(dāng)時(shí)CAD技術(shù)主要應(yīng)用在航空和汽車工業(yè)，這些工業(yè)中自由曲面的需求量非常大，參數(shù)化技術(shù)還不能提供解決自由曲面的有效工具（如實(shí)體曲面問(wèn)題等），更何況當(dāng)時(shí)CV的軟件在市場(chǎng)上幾乎呈供不應(yīng)求之勢(shì)，于是，CV公司內(nèi)部否決了參數(shù)化技術(shù)方案。
策劃參數(shù)化技術(shù)的這些人在新思想無(wú)法實(shí)現(xiàn)時(shí)，集體離開(kāi)了CV公司，另成立了一個(gè)參數(shù)技術(shù)公司（Parametric Technology Corp。），開(kāi)始研制命名為Pro/E的'參數(shù)化軟件。早期的Pro/E軟件性能很低，只能完成簡(jiǎn)單的工作，但由于第一次實(shí)現(xiàn)了尺寸驅(qū)動(dòng)零件設(shè)計(jì)修改，使人們看到了它今后將給設(shè)計(jì)者帶來(lái)的方便性。
80年代末，計(jì)算機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展，硬件成本大幅度下降，CAD技術(shù)的硬件平臺(tái)成本從二十幾萬(wàn)美元一下子降到只需幾萬(wàn)美元。一個(gè)更加廣闊的CAD市場(chǎng)完全展開(kāi)，很多中小型企業(yè)也開(kāi)始有能力使用CAD技術(shù)。由于他們?cè)O(shè)計(jì)的工作量并不大，零件形狀也不復(fù)雜，更重要的是他們無(wú)錢投資大型高檔軟件，因此他們很自然地把目光投向了中低檔的Pro/E軟件。進(jìn)入90年代，參數(shù)化技術(shù)變得比較成熟起來(lái)，充分體現(xiàn)出其在許多通用件、零部件設(shè)計(jì)上存在的簡(jiǎn)便易行的優(yōu)勢(shì)。
第四次CAD技術(shù)革命─更上層樓的變量化技術(shù)
參數(shù)化技術(shù)的成功應(yīng)用，使得它在90年前后幾乎成為CAD業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)，許多軟件廠商紛紛起步追趕。但是技術(shù)理論上的認(rèn)可并非意味著實(shí)踐上的可行性。由于CATIA、CV、UG、EUCLID 都在原來(lái)的非參數(shù)化模型基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)或集成了許多其它應(yīng)用包括 CAMPIPING和CAE 接口等，在CAD方面也做了許多應(yīng)用模塊開(kāi)發(fā)。重新開(kāi)發(fā)一套完全參數(shù)化的造型系統(tǒng)困難很大，因?yàn)檫@樣做意味著必須將軟件全部重新改寫。積數(shù)年對(duì)參數(shù)化技術(shù)的研究經(jīng)驗(yàn)以及對(duì)工程設(shè)計(jì)過(guò)程的深刻理解，SDRC的開(kāi)發(fā)人員發(fā)現(xiàn)了參數(shù)化技術(shù)尚有許多不足之處，并以參數(shù)化技術(shù)為藍(lán)本，提出了一種更為先進(jìn)的實(shí)體造型技術(shù)──變量化技術(shù)，作為今后的開(kāi)發(fā)方向。于是，SDRC公司從1990開(kāi)始，歷經(jīng)3年時(shí)間，投資一億多美元，將軟件全部重新改寫，于1993年推出全新體系結(jié)構(gòu)的I—DEAS Master Series軟件。
由于微機(jī)加視窗95/98/NT操作系統(tǒng)與工作站加Unix操作系統(tǒng)在以太網(wǎng)的環(huán)境下構(gòu)成了CAD系統(tǒng)的主流工作平臺(tái)，因此現(xiàn)在的CAD技術(shù)和系統(tǒng)都具有良好的開(kāi)放性。圖形接口、圖形功能日趨標(biāo)準(zhǔn)化。在CAD系統(tǒng)中，綜合應(yīng)用正文、圖形、圖像、語(yǔ)音等多媒體技術(shù)和人工智能、專家系統(tǒng)等技術(shù)大大提高了自動(dòng)化設(shè)計(jì)的程度，出現(xiàn)了智能CAD新學(xué)科。智能CAD把工程數(shù)據(jù)庫(kù)及其管理系統(tǒng)、知識(shí)庫(kù)及其專家系統(tǒng)、擬人化用戶接口管理系統(tǒng)集于一體。CAD技術(shù)一直處于不斷的發(fā)展與探索之中，正是這種此消彼長(zhǎng)的互動(dòng)與交替，造就了今天CAD技術(shù)的興旺與繁榮，促進(jìn)了工業(yè)的高速發(fā)展。
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