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CAD技術(shù)的發(fā)展回顧

（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)。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，對(duì)加速工程和產(chǎn)品的開發(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)市場競爭能力與創(chuàng)新能力發(fā)揮著重要作用。如果從美國麻省理工學(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、特征緯線的方式來近似表達(dá)所設(shè)計(jì)的自由曲面。既慢且繁的制作過程大大拖延產(chǎn)了產(chǎn)品的研發(fā)時(shí)間，要求更新設(shè)計(jì)手段的呼聲越來越高。 此時(shí)法國人提出了貝賽爾算法，使得人們?cè)谟糜?jì)算機(jī)處理曲線及曲面問題時(shí)變得可以操作，同時(shí)也使得法國的達(dá)索飛機(jī)制造公司的開發(fā)者們，能在二維繪圖系統(tǒng)CADAM的基礎(chǔ)上，開發(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，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。為人類帶來了第一次CAD技術(shù)革命，改變了以往只能借助油泥模型來近似準(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)，在國內(nèi)租用一套CATIA的年租金即需15～20萬美元)，而且軟件商品化程度低，開發(fā)者本身就是CAD大用戶，彼此之間技術(shù)保密。只有少數(shù)幾家受到國家財(cái)政支持的軍火商，在70年代冷戰(zhàn)時(shí)期才有條件獨(dú)立開發(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)的巨人也開始摸索開發(fā)一些曲面系統(tǒng)為自己服務(wù)。曲面造型系統(tǒng)帶來的技術(shù)革新，使汽車開發(fā)手段比舊的模式有了質(zhì)的飛躍，汽車工業(yè)開始大量采用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，由美國宇航局支持及合作，開發(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市場份額的爭奪上。 有了表面模型，CAM的問題可以基本解決。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，最大的問題在于分析的前處理特別困難�；�于對(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)帶來了驚人的方便性。它代表著未來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)既帶來了算法的改進(jìn)和未來發(fā)展的希望，也帶來了數(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)的公司并沒有下大力量去開發(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)也就此沒能迅速在整個(gè)行業(yè)全面推廣開。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