計算機輔助設計的簡要歷史

tags:    時間:2014-03-06 09:38:40
計算機輔助設計的簡要歷史簡介
CAD是計算機時代的產品.它從早期的計算機繪圖系統發展到現在的互動式計算機圖形學.兩個這樣的系統包括:麻省理工學院的Sage Project及Sketchpad。Sage&nbs……
計算機輔助設計的簡要歷史正文

CAD是計算機時代的產品.它從早期的計算機繪圖系統發展到現在的互動式計算機圖形學.兩個這樣的系統包括:麻省理工學院的Sage ProjectSketchpadSage Project旨在開發CRT顯示器及操作系統. Sketchpad是在Sage Project下發展起來的.CRT顯示和光筆輸入用於與系統進行交互操作.CAD與初次出現的NCAPT(自動編程工具)碰巧同時出世.後來,X-Y繪圖儀作為計算機繪圖的標準硬拷貝輸出裝置使用,一個有趣的現象是X-Y繪圖儀與NC鑽床具有相同的基本機構,除了繪圖筆NC機床上的主軸刀具替代之外。

  開始,CAD系統僅僅是一個帶有內置設計符號的繪圖編輯器,供用戶使用的幾何元素只有直線、圓弧、以及兩者的組合。自由曲線及其曲面的發展,如昆氏嵌面、貝塞爾嵌面以及B-樣條曲線,使CAD系統可用於複雜曲線與曲面設計。三維CAD系統允許設計者步入三維設計空間。由於一個三維設計模型包含了NC刀具路徑編程所需的足夠信息,所以能夠開發CADNC之間聯繫的系統。所謂交鑰匙的CAD/CAM系統便是根據這一概念開發的,並從20世紀70年代至80年代流行起來。

  20世紀70年代,三維實體建模的發明標誌著CAD一個新時代的開始。過去的三維線框模型僅用其邊界來表達一個物體。這在某種意義上是模糊的,一個簡單的模型可能有幾種解釋。同時也無法獲得一個模型的體積信息。實體模型包含完整的信息,因此,它們不僅可用於生成工程圖,而且也可在同一模型上完成工程分析。後來,開發了許多商業系統和研究系統。這些系統中相當多的是基於PADLBUILD系統。儘管它們在表達上是強有力的,但仍然存在許多缺陷。例如,這種系統要有極強的計算能力和內存需求,非常規的物體建模方式以及標註公差能力的缺乏,這一切已阻礙了CAD應用。直到20世紀80年代中期,實體建模開始介入設計環境。今天實體建模的應用如同繪圖和線框模型應用一樣普遍。

  在個人計算機上,CAD已走向大眾化。這種發展使CAD應用面廣並且很經濟。CAD原本作為一種工具僅被航空和其它主要工業企業使用。諸如AutoCADVersaCADCADKEY等個人機CAD軟體包的引入,使小型公司乃至個人可以擁有並使用CAD系統。到1988年為止已銷售10萬個以上的PC CAD軟體包。今天,基於個人計算機的實體建摸的PC CAD易於獲得,並且銷售變得更為普及。由於微型計算機的迅速發展使得個人計算機能夠承受實體模型需要的大量計算負荷,所以如今許多實體模型在PC機上運行,並且作為平台 已不成為一個問題。隨著標準圖形用戶界面的發展,CAD系統可以很容易地從一台計算機傳送,大多數CAD系統都能在不同平台上運行。在大型計算機、工作台和基於個人計算機的CAD系統之間幾乎沒有區別。

計算機輔助設計的結構

一個CAD系統包含三個主要部分:

1)硬體   計算機及輸入/輸出裝置。

2)操作系統軟體。

3)應用軟體   CAD軟體包。

硬體主要用於支持軟體功能。在CAD系統中使用著種類繁多的硬體。操作系統軟體是CAD應用軟體與硬體之間的界面。操作系統軟體管理著硬體運行並提供許多諸如創建 和取消操作任務、控制任務的進程、在任務間分配硬體資源、提供通向軟體資源,如文件、編輯器、編譯和應用程序的通道等基本功能。這不僅對CAD軟體很重要,而且對非CAD軟體也很重要。

 

 應用軟體是CAD系統的核心。它由二維和三維建摸、繪圖、工程分析等程序組成。一個CAD系統的功能便建立在應用軟體中。正是應用軟體使一種CAD軟體包區別於另一種,通常應用軟體是依賴於操作系統的。要把在一個操作系統上運行的CAD系統移到另一個操作系統上,並不像編譯軟體那樣微不足道。因此也必須注意操作系統。

計算機輔助設計

計算機輔助設計給了設計者去嘗試幾個可行的解決方案的能力。通常還需要某些形式的設計分析計算,而為了這一任務已經編寫了許多程序。計算機為設計者對所建議的各種結構設計的分析和為最終設計準備正式繪圖提供了強有力的工具。

在二維繪圖領域中,計算機方法能夠提供比傳統的紙和筆的方法更有意義、更大成本節約的優點,但是一個CAD系統並不僅是一個電子繪圖板。計算機繪圖系統可使設計者設計出既快又準確的圖形,並且很容易修改。在涉及到重複性工作時,會戲劇性產生複製產品,因為標準圖形只要一次構建成功,就可以從圖庫中取出。剪切和粘貼技術作為節約勞動力的輔助工具被使用。當幾個分項目設計人員從事同一個工程時,要建立中心資料庫,使得由某一個人繪的細節圖可以很容易地合併到其它不同的裝配圖中。中心資料庫也可作為標準參考零件庫使用。

有限元是一項成熟的應力分析技術,它多被土木工程和機械工程所採用。它由將結構劃分成有限個的小單元所組成,並計算每一個單元之間的作用力。如果被分割的單元足夠小,就能對一個結構或實體的內部應力獲得一個好的估計。這些計算機設計慣用於大型結構物的設計,諸如船體、橋樑、飛機機身和海面油井平台。汽車工業也使用類似的方法來設計和製造車身。

二維繪圖

CAD使多視圖的二維繪圖成為可能,視圖空間可以從微米到米的比例範圍內無限變化。它提供給機械設計師放大的功能,即使在恰當配合的裝配零件中最小的零件也能看清楚,設計程序甚至能自動辨認CAD裝配圖中的潛在問題。針對具有不同特徵的零件,如運動的或靜止的,在顯示時可以被指定成不同的顏色。為了有利於工程設計的變化,可使用帶有自動尺寸變化的系統對零件進行尺寸標註。

三維繪圖

隨著三維建模的出現,設計者具有了更多的自由度。他們可以生成三維零件圖並且可以無限制地修改以獲得所需的結果。通過有限元分析,應力加到計算機模型上,並且以圖形化的方式顯示其結果,在產品物理模型真正產生之前,對設計中的任何內在問題給設計者一個快速的反饋。

  三維模型可用線框、曲線或實體方式生成。在線框模型中,直線和圓弧構成了模型邊界。結果是一個可以從任何位置觀察的三維模型,但仍只是一個框架形式。創建曲面猶如在骨架上包上皮。一旦這樣生成后,模型就可以被渲染,使得圖形看上去更逼真。曲面模型普遍用於構建板金的展開和重疊以用於製造。

實體模型是最複雜的建模層次,並且用於建立實體模型的程序在一段時期內只用在大型計算機上。只有近年來微型計算機才達到這個能力水平,也可以運行複雜的演算法,生成實體模型。計算機“認為”實體模型是一種具有實體質量的模型,所以它可被“鑽孔”“加工”“焊接”,好象它是一個實際的零件。它能夠由任何材料構成並呈現其材料特性,因此,能夠進行質量計算。

 

計算機輔助繪圖的好處

用計算機完成繪圖及設計任務的好處是令人難忘的:提高速度、提高準確性、減少硬拷貝存儲空間及易於恢複信息、加強信息傳輸能力、改善傳輸質量和便於修改。

速度

工業用計算機能以平均每秒3300萬次完成一項任務;更新的計算機其速度更快。用計算機計算零件的變形量是一個重要功績。當理論上的載荷力加到零件上時、通過計算機進行有限元分析或者在監視器上顯示一個城市的整體規劃時,這兩者都是既費時又計算量大的任務。AutoCAD軟體可根據需要多次複製所需模型的形狀和幾何尺寸,快速自動地進行剖面填充及尺寸標註。

準確

AutoCAD程序依靠操作系統及計算機平台每點具有14位的精度。這在用數學計算諸如一個圓的線段數、程序必須圓整線段時是十分重要的。

存儲

計算機能夠在物理空間中存儲上千幅圖,這空間能夠存儲上百幅手工圖。而且計算機能夠很容易地搜索和找到一幅圖,只要操作者擁有正確的文件名。

傳輸

由於計算機的數據是以電子形式存儲,它能被送到各種位置。最明顯的位置是監視器。計算機可以在屏幕上以不同的方式顯示數據,如圖形,並能方便地將數據轉換成可讀圖形。這些數據也可被傳送給繪圖機,列印出常見的圖紙,通過直接連接到計算機輔助製造機床或由電話線傳到地球的任何地方。你可以不再冒損失或丟失的危險去郵寄圖紙,現在圖紙可以通過電信網立即發送到目的地。

 

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