CAD技術發展歷史

tags:    時間:2014-03-06 13:56:33
CAD技術發展歷史簡介
 CAD技術起源於美國,它經歷了一個由二維設計技術向三維設計技術發展的過程。早期的二維機械CAD技術實際上是計算機輔助繪圖(Computer Aided Drafting),它只……
CAD技術發展歷史正文

 CAD技術起源於美國,它經歷了一個由二維設計技術向三維設計技術發展的過程。早期的二維機械CAD技術實際上是計算機輔助繪圖(Computer Aided Drafting),它只是起到一個電子圖板的作用,因為二維機械CAD技術沒能很好的解決設計中最困難的幾個問題,如複雜的投影線生成問題、尺寸漏標問題、漏畫圖線問題、機構幾何關係和運動關係的分析討論問題、設計的更新與修改問題、設計工程管理問題,所以二維機械CAD沒有起到真正的計算機輔助設計的作用。其實,人在設計零件時的思維活動是三維的,是與顏色、材料、硬度、形狀、尺寸、位置、相關零件、製造工藝等概念相關聯的,甚至帶有相當複雜的運動關係,只是由於以前的手段有限,人們不得不共同約定了在第一象限平行正投影的二維視圖表達規則,用有限個相關聯的二維投影圖表達自己的三維設想。通常,二維圖表達信息是極不完整的,而且繪圖、讀圖要經過專門訓練的人來進行,以便“糾正”人類頭腦中原始的、關於幾何形體表達的“錯誤”,於是人們迫切渴望三維CAD技術的出現。
 三維CAD技術發展到現在已經經歷了四次技術革命。第一次技術革命是曲面造型系統。60年代出現的三維CAD系統只是極為簡單的線框式系統,只能表達零件的基本幾何信息,不能有效表達零件幾何數據間的拓撲關係。由於缺乏形體的表面信息,CAM及CAE均無法實現。70進入年代,發達國家的汽車及飛機工業飛速發展,此時在飛機和汽車製造中遇到了大量的自由曲面問題,由於當時設計師只能採用多截面視圖、特徵緯線的方式來近似表達所設計的自由曲面,往往出現製作出來的樣品與設計者所想象的形狀有很大的差異,於是要求更新設計手段的呼聲越來越高,此時出現的曲面造型系統CATIA為人類帶來了第一次CAD技術革命,CATIA改變了以往只能藉助油泥模型來近似表達曲面的工作方式,使人們可以用計算機進行曲線、曲面的處理操作。它的出現,首次實現了計算機完整描述產品零件的主要信息,同時也使得CAM技術的開發有了現實的基礎。
 但是曲面造型技術只能描述零件形體的表面,難以準確表達零件的其他特性,如質量、重心、轉動慣量等,對CAE技術十分不利,於是1979年美國的SDRC公司推出了世界上第一個基於實體造型技術的大型CAD、CAM軟體?I-DEAS,實體造型技術是CAD技術上的第二次技術革命。由於實體造型技術能夠精確表達零件 的全部屬性,在理論上有助於統一CAD、CAE、CAM的模型表達。因而給設計帶來了驚人的方便。實體造型技術代表著未來CAD技術的發展方向,基於這樣的認識,各CAD軟體廠商積極仿效。然而實體造型技術既帶來了演算法的改進和未來發展的希望,也帶來了數據計算量的極度膨脹。在當時的硬體條件下,實體造型的計算及顯示速度很慢,在實際應用中進行設計顯得比較勉強,實體造型技術因此沒能迅速在整個行業中全面推廣。在以後的10年間,隨著硬體性能的提高,實體造型技術又逐漸為眾多CAD系統所採用。美國的CV公司最先在曲面演算法上取得突破,計算速度提高較大,另外由於CV公司提出了集成各種軟體,為企業提供全方位解決方案的思路,並採取了將軟體的運行平台向價格較低的小型機轉移等有利措施,一躍成為CAD領域的領導者。
 80進入年代中期,CV公司內部以高級副總裁為首的一批人提出了參數化實體造型方法,這是一種很好的設想,它的主要特點是:基於特徵、全尺寸約束、全數據相關、尺寸驅動設計修改。由於各種原因,CV公司內部否決了參數化技術方案,於是策劃參數化技術的這些人集體離開了CV公司,成立了參數技術公司PTC(Parametic Technology Corp),開始研製命名為Pro/ENGINEER的參數化軟體。參數化技術的成功應用,引起了CAD技術的第三次技術革命,Pro/ENGINEER也於1990年前後幾乎成為CAD業界的標準,許多軟體廠商紛紛起步追趕。SDRC公司的開發人員以參數化技術為藍本,提出了一種比參數化技術更為先進的實體造型技術??變數化技術,作為今後的開發方向。變數化技術既保持了參數化技術的原有優點,同時又克服了它的許多不利之處,它的成功應用,將為CAD技術的發展提供更大的空間和機遇,目前被視為CAD技術的第四次技術革命。
 目前流行的CAD技術基礎理論主要有以Pro/ENGINEER為代表的參數化造型理論和以I-DEAS為代表的變數化造型理論兩大流派,它們都屬於基於約束的實體造型技術。近10多年來,只產生了這兩種理論,並贏得了廣泛的認同。在這兩種理論之前,基本上是以曲面及線框造型技術為代表的無約束自由造型技術。CAD/CAM技術發展到現在,目前在國際市場上最有影響的機械CAD/CAM軟體有Pro/ENGINEER、I-DEAS、UGII、Eulid、CADDS5和AutoCAD。這六大軟體約佔全世界CAD軟體市場的70%以上,除了AutoCAD是二維設計軟體外,其他五種軟體都是三維CAD/CAM軟體。前幾年,PTC公司兼并了CV公司,已成為當今世界上最大的機械CAD/CAM軟體供應商,在國內擁有龐大的用戶群。
 三維CAD技術符合人的設計思維習慣,整個設計過程可以完全在三維模型上討論,直觀形象。另外,應用三維CAD能建立充分而完整的設計資料庫,並以此為基礎,進一步進行應力/應變、質量屬性分析、空間運動分析、裝配干涉分析、模具設計與NC可加工性分析、高效率、高正確率的二維工程圖生成、外觀效果和造型效果評價等工作,因而三維CAD技術才是真正意義上的計算機輔助設計技術(Computer Aided Design)。

 

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