CAD技術(shù)的發(fā)展回顧

1、CAD技術(shù)的發(fā)展回顧計算機輔助設(shè)計（CAD Computer Aided Design）技術(shù)是以計算機、外圍設(shè)備及其系統(tǒng)軟件 為基礎(chǔ)，包括二維繪圖設(shè)計、三維幾何造型設(shè)計、有限元分析（ FEA及優(yōu)化設(shè)計、數(shù)控加工編 程（NCP、仿真模擬及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等內(nèi)容。隨著 Internet/Intranet網(wǎng)絡(luò)和并行、高性能計算及事務(wù)處理的普及，異地、協(xié)同、虛擬設(shè)計及實時仿真也得到廣泛應(yīng)用。一、CAEK術(shù)的產(chǎn)生及發(fā)展過程準(zhǔn)備和醞釀時期（5060年代初）CA叱術(shù)處于被動式的圖形處理階段。.蓬勃發(fā)展和進入應(yīng)用時期（60年代）提出了計算機圖形學(xué)、交互技術(shù)、分層存儲符號的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等新思想， 從而為CAD&術(shù)的發(fā)展

2、和應(yīng)用打下了理論基礎(chǔ)。60年代中期出現(xiàn)了許多商品化的CA彼備，60年代末，美國安裝的 CAD工作站已達(dá)200多臺，可供幾百人使用。.廣泛使用的時期（70年代） 1970年美國Applicon公司第一個推出完整的 CAD系 統(tǒng)。出現(xiàn)了面向中小企業(yè)的 CACA喇品化系統(tǒng)。70年代末，美國CADX作站安裝數(shù)量超過12000 臺，使用人數(shù)超過2. 5萬。,突飛猛進的時期（80年代） 在這個時期，圖形系統(tǒng)和 CA*CAME作站的銷售量 與日俱增，美國實際安裝 CAD系統(tǒng)至1988年發(fā)展到63000套。CA*CAMfe術(shù)從大中企業(yè)向小企 業(yè)擴展；從發(fā)達(dá)國家向發(fā)展中國家擴展；從用于產(chǎn)呂設(shè)計發(fā)展到用于工程設(shè)計

3、和工藝設(shè)計。.開放式、標(biāo)準(zhǔn)化、集成化和智能化的發(fā)展時期（90年代）由于微機加視窗95/98/NT操作系統(tǒng)與工作站加 Unix操作系統(tǒng)在以太網(wǎng)白環(huán)境下構(gòu)成了CAD系統(tǒng)的主流工作平臺，因此現(xiàn)在的CAW術(shù)和系統(tǒng)都具有良好的開放性。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)大大提高了自動化設(shè)計的程度，出現(xiàn)了智能CA的學(xué)科。智能CADK工程數(shù)據(jù)庫及其管理系統(tǒng)、知識庫及其專家系統(tǒng)、擬人化用戶接口管理系統(tǒng)集于一體，形成如圖1示所示的結(jié)構(gòu)。圖1 智能CA而統(tǒng)二、CA面統(tǒng)的構(gòu)成及分類CAD技術(shù)集中體現(xiàn)在CAD系統(tǒng)上，CAD系統(tǒng)是最終用戶用

4、來實現(xiàn)設(shè)計思想、加速產(chǎn)品和工 程設(shè)計的信息化工具。. CAD系統(tǒng)的構(gòu)成CAD系統(tǒng)硬件構(gòu)成如圖2所示，從其體系結(jié)構(gòu)講可分為三個層次，如圖3所示?；A(chǔ)由計算機、外圍設(shè)備和系統(tǒng)軟件組成。 系統(tǒng)軟件在工作站上流行 Unix加Motif 操作系統(tǒng)，在彳機上流行 Win95/98/NT操作系統(tǒng)。系統(tǒng)軟件還包括支撐軟件、系統(tǒng)開發(fā)和維護的 工具軟件。支撐層包含了圖 3中部所示內(nèi)容，隨著網(wǎng)絡(luò)的廣泛使用，異地協(xié)同虛擬CAM境將是CADS撐層的重要發(fā)展趨勢。應(yīng)用層針對不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求有各自的CAD用軟件來支持相應(yīng)的CAD工作。示弊端圖2 CAD系統(tǒng)的硬件基本組成機械CAD建筑CAD交逋CAD輕工C網(wǎng)口ms CAD

5、航空 航天 CAD船殖CAD汽車CAD福具CAD外走 CAD廣告CAD品規(guī) CAD * 龍用層面向應(yīng)用的一次開發(fā)環(huán)境 -,_二維 三維蓼數(shù)比特亞幾何造型支撐層一3單嗖房由形顯示j:異礴f虛擬設(shè)計一InterneUln&anet 應(yīng)用支撐j產(chǎn)品薊據(jù)菅理圖3 CAD系統(tǒng)的三層結(jié)構(gòu)2 . CA晾統(tǒng)的分類CAD系統(tǒng)作為計算機應(yīng)用系統(tǒng)的一個重要分支，經(jīng)歷了三個發(fā)展階段，即：多用戶共享一臺計算機；一個用戶使用一臺計算機；一個用戶共享多臺計算 機。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上看，CA晾統(tǒng)大致可分為兩類，即集中式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。集中式系統(tǒng)要求有 功能較強的計算機，一次投資大，使用起來不靈活，在 80年代中期以前應(yīng)用比較廣泛。

6、從工作 站和高性能微機問世以后，大多數(shù)用戶采用工作站和微機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來代替這類集中式CAD系統(tǒng),形成網(wǎng)絡(luò)化的系統(tǒng)。三、CADS撐軟件CAD支撐軟件主要包括：.設(shè)備驅(qū)動程序，如 Windows操作系統(tǒng)支持的設(shè)備驅(qū)動程序集，ISO通過的標(biāo)準(zhǔn)程序庫CGI(Computer Graphics Interface) ,又如HP公司提供的繪圖儀、打印機設(shè)備驅(qū)動程序等；,窗口管理系統(tǒng)，工作站上流行Motif窗口系統(tǒng)；微機上 Win95、Win98、WinNT窗口系統(tǒng)，微機上的窗口系統(tǒng)已代替了過去的DOSM乍系統(tǒng)，成為最大眾化的操作系統(tǒng)。窗口系統(tǒng)中包含了豐富的圖形用戶接口（GUI）程序，多媒體用戶接口程序（MU

7、I）和網(wǎng)絡(luò)用戶接口程序 （NOI）;.漢字輸入輸出程序，除了中文之星專用漢字處理程序外，中文Windows操作系統(tǒng)也已廣泛應(yīng)用；二維計算機輔助設(shè)計繪圖系統(tǒng)；三維線框、曲面、實體和特征統(tǒng)一表示的數(shù)字化建模系統(tǒng)；三維真實圖形實時顯示系統(tǒng)；產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)PDM（ Product Data Management System ） ；異地協(xié)同虛擬設(shè)計系統(tǒng)；.智能CAD系統(tǒng)；CAB卜延系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展回顧一、計算機輔助工藝設(shè)計（CAPP）工藝設(shè)計是連接產(chǎn)品設(shè)計和產(chǎn)品制造的橋梁，是制造系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，對產(chǎn)品質(zhì)量和制造成本具有重要影響。 60 年代末， 人們開始計算機輔助工藝設(shè)計（ CAPP： Compute

8、r Aided ProcessPlanning ） 的研究開發(fā)， 但由于工藝設(shè)計對千差萬別的實際生產(chǎn)環(huán)境具有很強的依賴性和技術(shù)復(fù)雜性，CAPP乃然是計算機輔助技術(shù)中的薄弱環(huán)節(jié)。從 60 年代末到目前的三十年間，先后出現(xiàn)了在設(shè)計方式上不同的兩類系統(tǒng)，即派生式系統(tǒng)和創(chuàng)成式系統(tǒng)。派生式（ Variant ）系統(tǒng)已從單純的檢索式發(fā)展成為今天具有不同程序的修改、編輯和自動篩選功能的系統(tǒng)，融合了部分創(chuàng)成式的原則和方法。創(chuàng)成式（ Generative ）系統(tǒng)的研究與開發(fā)始于70 年代中期，而且很快得到普遍重視，被認(rèn)為是有前途的方法，但實踐的結(jié)果并不理想。近年來，這兩類系統(tǒng)都在發(fā)展中不斷改進提高和互相滲透，從

9、80 年代開始探索將人工智能（AI）、專家系統(tǒng)技術(shù)等應(yīng)用于CAPPK統(tǒng)的研究和開發(fā)，研制成功了基于知識（Knowledge-based ）的創(chuàng)成式CAPPS統(tǒng)或CAP進家系統(tǒng)。近幾年來，有人將人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)、模糊推理以及基于實例的推理等用于CAP吃中，也有人提出了 CAPPK統(tǒng)構(gòu)造工具的思路，并進行了卓有成效的實踐。還有人將傳統(tǒng)派生法、傳統(tǒng)創(chuàng)成法與人工智能結(jié)合在一起，綜合它們的優(yōu)點，構(gòu)造了混合式CAPPK統(tǒng)。CAPP系統(tǒng)功能包括：（ 1）零件信息的輸入：零件信息是系統(tǒng)進行工藝設(shè)計的對象和依據(jù)，計算機目前還不能象人一樣識別零件圖上的所有信息， 所以在計算機內(nèi)部必須有一個專門的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來對零

10、件信息進行描述，如何輸入和描述零件信息是CAPPIM否實用化的關(guān)鍵問題之一。（ 2）工藝決策：工藝決策是系統(tǒng)的控制指揮中心，它的作用是；以零件信息為依據(jù)，按預(yù)先規(guī)定的順序或邏輯，調(diào)用有關(guān)工藝數(shù)據(jù)或規(guī)則，進行必要的比較、計算和決策，生成零件的 工藝規(guī)程。（ 3）工藝數(shù)據(jù)知識庫：工藝數(shù)據(jù)知識庫是系統(tǒng)的支撐工具，它包含了工藝設(shè)計所要求的所有工藝數(shù)據(jù)（如加工方法、余量、切削用量、機床、刀具、夾具、量具、輔具以及材料、工時、成本核算等多方面的信息）和規(guī)則（包括工藝決策邏輯、決策習(xí)慣、經(jīng)驗等眾多內(nèi)容，如加工方法選擇、排序規(guī)則等） 。（ 4）人機界面：人機界面是用戶的工作平臺，包括系統(tǒng)菜單、工藝設(shè)計的界面、

11、工藝數(shù)據(jù)知識的輸入和管理界面，以及工藝文件的顯示、編輯與管理界面等。（ 5）工藝文件管理與輸出：一個系統(tǒng)可能有成百上千個工藝文件，如何管理和維護這些文件，既是CAPPK統(tǒng)的重要內(nèi)容，也是整個CACAP+ CAM!1成系統(tǒng)的重要組成部分。輸出部分包括工藝文件格式化顯示、存儲、打印等。二、計算機輔助制造（CAM）計算機輔助制造（CAM Computer Aided Manufacturing ）是利用 CAD CAPP勺信息在數(shù) 控加工設(shè)備上實現(xiàn)制造自動化。CAM勺主要任務(wù)是選擇加工工具、生成加工路徑、消除加工干涉、配置加工驅(qū)動、仿真加工過程等，以滿足小批量、高精度、短周期和加工一致性要求高的產(chǎn)品

12、制 造的需要，進而實現(xiàn) CACAP+CAM勺集成。計算機輔助制造中最核心的技術(shù)是數(shù)控技術(shù)。40 年代末，美國開始研究數(shù)控加工技術(shù)，并于1952 年生產(chǎn)出第一臺數(shù)控機床，1957 年第一批數(shù)控機床投入使用。 我國在 1958 年試制成功第一臺配有電子管數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機床， 1965 年開始成批生產(chǎn)配有晶體管數(shù)控系統(tǒng)的三坐標(biāo)數(shù)控銑床。 90 年代國內(nèi)外已有數(shù)百種先進的數(shù)控機 床，并得到廣泛應(yīng)用。數(shù)控加工主要分下述兩個步驟：程序編制根據(jù)圖紙， 按數(shù)控機床控制系統(tǒng)要求確定加工指令， 完成零件數(shù)控程 序編制；加工過程將得到的數(shù)控程序傳輸給數(shù)控機床， 控制機床各坐標(biāo)的伺服系統(tǒng)， 驅(qū) 動機床，使刀具和工件嚴(yán)

13、格執(zhí)行程序規(guī)定的相對運動，加工出符合圖紙的零件。（ 1）數(shù)控自動編程技術(shù)編制零件加工程序是數(shù)控應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)，靠手工編程無法滿足數(shù)控加工（特別是復(fù)雜零件）的需求，在50 年代初期，美國開始了數(shù)控自動編程技術(shù)APT語言的研究，形成了早期的CAD系統(tǒng)。此后在數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)應(yīng)用需求拉動下，CAM技術(shù)不斷發(fā)展，從語言編程發(fā)展為圖形交互編程，進而實現(xiàn)了CA*CAM-體化?，F(xiàn)代的CAM支術(shù)已經(jīng)成為CAX體系的重要組成部分，與CAD系統(tǒng)集成在一起，直接在 CADt立起來的參數(shù)化、全相關(guān)的三維幾何模型（實體曲面）上進行加工編程，生成正確的加工軌跡。（ 2） 數(shù)控加工過程的仿真模擬 數(shù)控加工過程仿真模擬的

14、意義在于利用計算機圖形的手段， 對實際加工過程進行快速有效的模擬。 隨著高速計算機和圖形顯示設(shè)備及算法的不斷研究發(fā)展，仿真模擬的技術(shù)逐漸廣泛地應(yīng)用在生產(chǎn)中，虛擬加工的實際過程，通過控制加工過程的進行，不斷改變觀察方向和位置，并利用其它一些必要的圖形手段，在虛擬的加工環(huán)境中及早地發(fā)現(xiàn)問題，以求替代或大幅度地減少試切加工，從而達(dá)到降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。三、計算機輔助工程分析（CAE）有限元法（或稱有限單元法、有限元素法）是求解復(fù)雜工程和產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)強度、剛度、屈曲穩(wěn)定性、動力響應(yīng)、熱傳導(dǎo)、三維形體接觸、彈塑性等力學(xué)性能的分析計算，以及結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化設(shè)計等問題的一種近似數(shù)值分析方法。有限元

15、法從 60 年代初開始在工程上應(yīng)用到今天， 已經(jīng)歷了三十多年的發(fā)展歷史， 其理論和算法都經(jīng)歷了從蓬勃發(fā)展到日趨成熟的過程， 現(xiàn)已成為工程和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析中 （如航空、 航天、機械、土木結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域）必不可少的數(shù)值計算工具，同時也是分析連續(xù)力學(xué)各類問題的一種重要手段。隨著計算機技術(shù)的普及和不斷提高，有限元分析系統(tǒng)的功能和計算精度都在很大提高，各種基于幾何造型系統(tǒng)的有限元分析系統(tǒng)應(yīng)運而生， 計算機輔助有限元分析（ CAEFA： Computer AidedFinite Element Analysis ）已成為計算機輔助工程（CAa的重要組成部分，是結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu) 優(yōu)化的重要工具，同時也是計算機輔助

16、4c系統(tǒng)（CA CAE/ CAP% CAM的重要環(huán)節(jié)。有限元法的核心思想是結(jié)構(gòu)的離散化，就是將實際結(jié)構(gòu)假想地離散為有限數(shù)目的規(guī)則單元組合體， 實際結(jié)構(gòu)的物理性能可以通過對離散體進行分析，得出滿足工程精度的近似結(jié)果來替代對實際結(jié)構(gòu)的分析，這樣可以解決很多實際工程需要解決而理論分析又無法解決的復(fù)雜問題。根據(jù)經(jīng)驗，有限元分析各階段所用的時間為： 4045用于模型的建立和數(shù)據(jù)輸入，50 55用于分析結(jié)果的判讀和評定，而分析計算只占5左右。針對這種情況采用計算機輔助設(shè)計技術(shù)來建立有限元分析的幾何模型和物理模型， 完成分析數(shù)據(jù)的輸入，通常稱這一過程為有限元分析的前處理。同樣，對有限元分析的結(jié)果也需要用CA

17、限術(shù)生成形象的圖形輸出，如生成位移圖、應(yīng)力、溫度、壓力分布的等值線圖，表示應(yīng)力、溫度、壓力分布的彩色明暗圖，以及隨機 械載荷和溫度載荷變化生成位移、應(yīng)力、溫度、應(yīng)力等分布的動態(tài)顯示圖。我們稱這一過程為有 限元的后處理。在計算機輔助有限元分析的過程中，前、后處理是最主要的工作。四、CAW術(shù)的集成傳統(tǒng)意義上的CA晾統(tǒng)只能產(chǎn)生工程圖紙及其有關(guān)的技術(shù)說明，只有通過工程數(shù)據(jù)庫， STEP IGES以及有關(guān)應(yīng)用接口，實現(xiàn) CACAP%CAM勺集成，把CA蹄口生產(chǎn)制造結(jié)合成一體， 才能進一步提高生產(chǎn)力和加工精度， 才能實現(xiàn)設(shè)計生產(chǎn)的自動化，進一步發(fā)展的趨勢是現(xiàn)代集成 制造系統(tǒng)（CIMS） ，用以真正實現(xiàn)企業(yè)

18、信息化。1 .信息集成從發(fā)展的過程來看，CA CA& CAP% CA睇統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換和集成方式有以下三種：1）松散集成方式各系統(tǒng)建立的產(chǎn)品模型各不相同，相互間的數(shù)據(jù)交換需要在每兩個系統(tǒng)間進行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，因此系統(tǒng)間模型存在無法轉(zhuǎn)換部分，造成產(chǎn)品數(shù)據(jù)的不完整性。一 般只能提供批量數(shù)據(jù)的傳輸。2）中性文件集成方式存在一個與各系統(tǒng)無關(guān)的中性文件格式，各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)均轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)格式的中性文件，每個系統(tǒng)只與標(biāo)準(zhǔn)格式文件打交道, 無需知道別的系統(tǒng)的細(xì)節(jié)。這種方式為系統(tǒng)開發(fā)者和使用者提供了較大的便利，但仍需要解決各系統(tǒng)間模型統(tǒng)一的問題， 只有這 樣才能保證數(shù)據(jù)交換順利進行。數(shù)據(jù)交換的功能也主要提供批量數(shù)據(jù)的傳輸

19、。3）共享數(shù)據(jù)庫方式 各個系統(tǒng)在一個統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型指導(dǎo)下，通過數(shù)據(jù)庫存取接口在集成的產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫內(nèi)存取各種產(chǎn)品數(shù)據(jù)，同一對象的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中只存在一份， 各系統(tǒng) 對它操作的一致性由數(shù)據(jù)庫保證。在這種方式下，各系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換和共享達(dá)到很高的程度， 數(shù)據(jù)庫提供各系統(tǒng)存取產(chǎn)品數(shù)據(jù)的并發(fā)控制， 能夠使產(chǎn)品開發(fā)的各階段工作在共享數(shù)據(jù)庫上并發(fā) 進行，實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動的并行工程。這種集成方式的優(yōu)點是在統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型指導(dǎo)下集成，數(shù) 據(jù)庫提供了強有力的數(shù)據(jù)建模、存貯、查詢、控制等管理功能。CAD/ CA& CAPiy CA麻統(tǒng)的集成技術(shù)是隨著產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。在產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換出現(xiàn)以前，CAD系統(tǒng)

20、只能采用松散的集成方式。隨著數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)，中性文件交 換數(shù)據(jù)逐漸得到應(yīng)用。STE刖準(zhǔn)的提出，第一步是要解決以文件交換為基礎(chǔ)的集成方式，第二步則是以共享數(shù)據(jù)庫的集成方式作為目標(biāo)。STE明由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO制定的產(chǎn)品數(shù)據(jù)與交換標(biāo)準(zhǔn)，編號為ISO10303。2 .過程集成包括以并行工程哲理推動的CACAPP/CA幟叉并行設(shè)計，以及 DFX（DFM DFA）的研究與實施，其中DFM位在設(shè)計階段，充分進行可制造性分析、性能/價格比的成本分析等。CA/術(shù)的發(fā)展趨勢展望一、CA成術(shù)的發(fā)展趨勢CAD 技術(shù)作為成熟的普及技術(shù)已在企業(yè)中廣泛應(yīng)用， 并已成為企業(yè)的現(xiàn)實生產(chǎn)力。 圍繞企 業(yè)創(chuàng)新設(shè)計能力的提高

21、和網(wǎng)絡(luò)計算環(huán)境的普及，CAD&術(shù)的發(fā)展趨勢主要圍繞在標(biāo)準(zhǔn)化、開放式、集 成化、智能化四方面。.標(biāo)準(zhǔn)化 除了 CAD支撐軟件逐步實現(xiàn)ISO標(biāo)準(zhǔn)和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)外，面向應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件 （零部件庫）、標(biāo)準(zhǔn)化方法也已成為CAD系統(tǒng)中的必備內(nèi)容，且向著合理化工程設(shè)計的應(yīng)用方向發(fā)展。傳統(tǒng)形式的手畫工程圖已經(jīng)有了成熟的國際標(biāo)準(zhǔn)，相互都能理解。而存儲在磁盤、光盤上的形形色色的CAD二進制數(shù)字記錄，要想實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化就復(fù)雜、困難得多。從 80年代中期起， ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化組織著手醞釀制訂這類標(biāo)準(zhǔn)，稱作ISO10303產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達(dá)與交換標(biāo)準(zhǔn)，簡稱STEP它要涵蓋所有人工設(shè)計的產(chǎn)品，采用統(tǒng)一的數(shù)字化定義方法。由于STEP標(biāo)準(zhǔn)

22、涉及的面非常寬，眾口難調(diào)，標(biāo)準(zhǔn)的制定過程十分緩慢，存在問題很多。而在我國，CA而用工程的實施具有更加嚴(yán)密的組織領(lǐng)導(dǎo)體系，而且實際從事CAD應(yīng)用軟件開發(fā)的單位相對比較集中，起步比國外晚，不存在要與過去開發(fā)的老系統(tǒng)保持兼容問題。如果我國采取主動貫徹 STE時極思想的方針，不糾纏于過分繁瑣的技術(shù)細(xì)節(jié)， 針對我國的現(xiàn)實需要和技術(shù)發(fā)展前景， 及早統(tǒng)一協(xié)調(diào)自主開發(fā)軟 件的數(shù)據(jù)模型，這將有助于推動國內(nèi) CA型的學(xué)術(shù)研究風(fēng)氣，促進 CADC件開發(fā)水平的大幅度提 高。這種主動出擊的策略要比單純等待STEP 標(biāo)準(zhǔn)草案一版一版更新有利得多?；仡櫄v史， CAD和計算機圖形學(xué)的國際標(biāo)準(zhǔn)制定總是滯后于市場上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。C

23、AD產(chǎn)品更新頻繁。誰家產(chǎn)品的技術(shù)思想領(lǐng)先，性能最好，用戶最多，主導(dǎo)了市場，誰就是事實上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。CAD&術(shù)的發(fā)展不是一種 純學(xué)術(shù)行為，它是在高技術(shù)產(chǎn)品所固有的激烈市場競爭中不斷向前推進，永無止境。 CAD 軟件一般應(yīng)集成在一個異構(gòu)的工作平臺之上，為了支持異構(gòu)跨平臺的環(huán)境， 就要求它應(yīng)是 一個開放的系統(tǒng)，這里主要是靠標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)來解決這個問題。目前標(biāo)準(zhǔn)有兩大類：一是公用標(biāo)準(zhǔn)，主要來自國家或國際標(biāo)準(zhǔn)制定單位；另一是市場標(biāo)準(zhǔn)，或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，屬私有性質(zhì)。前者注重標(biāo)準(zhǔn)的開放性和所采用技術(shù)的先進性，而后者以市場為 導(dǎo)向，注重考慮有效性和經(jīng)濟利益。后者容易導(dǎo)致壟斷和無謂的標(biāo)準(zhǔn)戰(zhàn)。通過總結(jié)這個領(lǐng)域幾十 年標(biāo)準(zhǔn)化

24、工作的經(jīng)驗， 不少標(biāo)準(zhǔn)化專家已認(rèn)識到存在的問題， 這已經(jīng)成為進一步制定標(biāo)準(zhǔn)的障礙。 因此提出應(yīng)對傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作進行革新。 有專家建議標(biāo)準(zhǔn)革新的目標(biāo)是公用標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變成工業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)， 也就是說革新后仍應(yīng)以公用標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)， 不過要從工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中吸收其注重經(jīng)濟利益和效率的 優(yōu)點。另外，也有人提出現(xiàn)在制定標(biāo)準(zhǔn)的單位很多，但是標(biāo)準(zhǔn)制定過程卻沒有標(biāo)準(zhǔn)，這也是標(biāo)準(zhǔn) 革新過程中值得考慮的問題。這些觀點對我國制定CA麗準(zhǔn)也許有所啟迪。.開放性 CAD系統(tǒng)目前廣泛建立在開放式操作系統(tǒng)窗口95/98/NT和UNIX平臺上，在Java LINUX平臺上也有CADT品，此外CAD系統(tǒng)都為最終用戶提供二次開發(fā)環(huán)境，甚至這類 環(huán)

25、境可開 發(fā)其內(nèi)核源碼，使用戶可定制自已的CAD系統(tǒng)。 集 成 化 CAD 技 術(shù) 的 集 成 化 體 現(xiàn) 在 三 個 層 次 上 ： 其 一 是 廣 義 CAD 功 能 CAD/CAE/CAPP/CAM/CAQ/PDM/E RPi多種集成形式成為企業(yè)一體化解決方案，推動企業(yè)信息化進程。目前創(chuàng)新設(shè)計能力（CAD與現(xiàn)代企業(yè)管理能力（ERP PDM的集成，已成為企業(yè)信息化的 重點；其二，是將CADK術(shù)能采用的算法，甚至功能模塊或系統(tǒng)，做成專用芯片，以提高CAD系統(tǒng)的效率；其三是 CAD1于網(wǎng)絡(luò)計算環(huán)境實現(xiàn)異地、異構(gòu)系統(tǒng)在企業(yè)間的集成。應(yīng)運而生的虛擬 設(shè)計、虛擬制造、虛擬企業(yè)就是該集成層次上的應(yīng)用。國

26、際CA而品系統(tǒng)開發(fā)的另一個趨勢是在全球范圍內(nèi)優(yōu)選最成功的功能構(gòu)件，進行集成。至今最成熟的幾何造型平臺有兩家：Parasolid和ACIS;幾何約束求解構(gòu)件有一家，它的主要產(chǎn)品是2D和3D DCM我國開發(fā)的機械 CAD用系統(tǒng)已經(jīng)部分采用 ACIS和Parasolid 平臺，這 是合理的。但是國際上近來又有一種思潮，要求軟件開發(fā)自由化，以免受制于一、二家公司壟斷 性產(chǎn)品的束縛。這就是選用 Linux 操作系統(tǒng)以及在它基礎(chǔ)上開發(fā)各種共享軟件，開放源程序。我 國也在醞釀自主開發(fā)因特網(wǎng)、操作系統(tǒng)、以及各種辦公的國產(chǎn)化系統(tǒng)。這時，自研制幾何造型通 用平臺和各種功能構(gòu)件也將提上議事日程，我們要及早做好準(zhǔn)備。

27、.智能化設(shè)計是一個含有高度智能的人類創(chuàng)造性活動領(lǐng)域，智能CAD CAD發(fā)展的必然方向。從人類認(rèn)識和思維的模型來看，現(xiàn)有的人工智能技術(shù)對模擬人類的思維活動（包括形象思維、抽象思維和創(chuàng)造性思維等多種形式）往往是束手無策的。因此，智能CAX僅僅是簡單地將現(xiàn)有的智能技術(shù)與CAW術(shù)相結(jié)合，更要深入研究人類設(shè)計的思維模型，并用信息技術(shù)來表達(dá)和模擬它。這樣不僅會產(chǎn)生高效的CAD系統(tǒng)，而且必將為人工智能領(lǐng)域提供新的理論和方法。CAD勺這個發(fā)展趨勢，將對信息科學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生深刻的影響。二、CADU術(shù)研究開發(fā)熱點1 計算機輔助概念設(shè)計一方面， 根據(jù)有關(guān)的統(tǒng)計資料表明， 產(chǎn)品工本費的 70 是在產(chǎn)品設(shè)計階段決定的。

28、同時， 一旦概念設(shè)計被確定下來， 產(chǎn)品設(shè)計的 6070也就被確定下來。尤其需要提及的是，即使詳細(xì)設(shè)計再好，也難以彌補概念設(shè)計階段所出現(xiàn)的缺陷。還有產(chǎn)品的創(chuàng)新及其所具有的競爭能力基本上也是在概念設(shè)計階段就被確定下的。 故概念設(shè)計是設(shè)計過程中一個非常重要的階段， 它已成為企業(yè)競爭的一個制高點。因此計算機輔助概念設(shè)計愈來愈受到重視。但另一方面，在概念設(shè)計期間，所涉及的設(shè)計需求和約束的種種知識，往往是不精確的、近似的或未知的，也就是說復(fù)雜性很高，這給CAD技術(shù)帶來很大的難度。概念設(shè)計的過程主要是評價和決策的過程，它涉及到產(chǎn)品功能、動作和結(jié)構(gòu)等因素，它對產(chǎn)品的價格性能、可靠性、安全性等等起決定性的影響作

29、用。正因為應(yīng)考慮的因素和目標(biāo)是多方面的。因此評價和決策過程是一個很復(fù)雜的，難度很大的過程。目前計算機輔助概念設(shè)計的方法可分為兩大類：即自動生成方案和交互生成方案。當(dāng)然，應(yīng)用時這兩種方法可以混合使用。（ 1）自動生成方案 目前主要采用人工智能技術(shù)。為了使計算機有效地支持概念設(shè)計活動，需要解決兩大難題。即建模問題和推理問題：A.前者是對產(chǎn)品的功能、動作和結(jié)構(gòu)諸因素之間相互影響的復(fù)雜關(guān)系進行建?；虮磉_(dá)。例如汽鍋的蒸汽閥門，基功能是防止汽鍋爆炸，它的動作是當(dāng)檢測到一定的壓力差時， 它會自動打開，而其結(jié)構(gòu)是所用的實際構(gòu)件的布局及其連接關(guān)系，建模的結(jié)果提供推理用；B.而推理問題實際上就是生成和選擇合適的方

30、案。建模問題主要是建模的表示法，目前已提出各種各樣的表示法。如語言、幾何模型、圖形、對象、知識模型和圖象法等等，語言表示法屬于一種形式描述方法，它能保證計算機有效地進行推理， 稱為面向機器的表示法。 而圖象表示法是一種高可視化的表示法 （即可視化思維模型） ， 它側(cè)重于提供一種有助于輔助設(shè)計人員創(chuàng)新工作的建模環(huán)境，稱它為面向人的表示法，而上列其它表示法依次界于這兩者之間。盡管已有很多不同的建模表示法，但它們往往只支持描述概念設(shè)計的某一方面，缺少一種能描述概念設(shè)計各種因素的統(tǒng)一表示法，這正是下一步的目標(biāo)。推理問題的重點是在轉(zhuǎn)換過程，即把用戶需求映射到實現(xiàn)所給需求集合的一些實際的結(jié)構(gòu)上。難點在于產(chǎn)

31、生和選擇合適的映射方法。同樣也有很多推理方法支持概念設(shè)計活動，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、基于實例的推理法、基于知識的推理技術(shù)、優(yōu)化、價值工程和定性推理等等。但目前也只能設(shè)計一些特定領(lǐng)域的例子，離全面應(yīng)用還有差距。但從長遠(yuǎn)來看，這方面的許多工作還應(yīng)繼續(xù)進行。例如知識獲取是人工智能領(lǐng)域中一個大難題， 為了解活這一問題， 可以采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)從已有的設(shè)計庫中自動獲取感興趣的領(lǐng)域知識。交互技術(shù)生成方案 由于概念設(shè)計的復(fù)雜性， 自動地生成合適的方案是很困難的。在自動生成和選比方案尚未成熟之前， 交互技術(shù)是重要手段。在概念設(shè)計階段可充分利用多媒體技術(shù)，如包括有效的信息搜索技術(shù)，以便在網(wǎng)上可查到大量對概念設(shè)計有用的設(shè)計例

32、子。又如研究協(xié)同概念設(shè)計技術(shù)，使群體成員易于參與概念設(shè)計，并作出積極的貢獻(xiàn)。2 、計算機支持的協(xié)同設(shè)計設(shè)計工作是一個典型的群體工作。群體成員既有分工，又有合作。 因此群體的工作由兩個部分組成： 一是個體工作， 群體成員應(yīng)完成的各自分工的任務(wù)；另一是協(xié)同工作， 因為群體工作不可能分解為互相獨立的個體工作，群體成員之間存在相互關(guān)聯(lián)的問題。一般稱為接口問題，接口難免會出現(xiàn)矛盾和沖突，如不及時發(fā)現(xiàn)和協(xié)調(diào)解決，就會造成返工和損失。傳統(tǒng)的CAD系統(tǒng)只支持分工后各自應(yīng)完成的具體任務(wù)，至于成員間接口問題，計算機不能支持， 主要靠面談或某種通訊工具進行討論并加以解決。 但這些方式很難做到及時并充分地協(xié)商和講討論

33、。 因而一項大的設(shè)計任務(wù)接口問題難免要出差錯，這正是為什么設(shè)計工作會出現(xiàn)不斷反復(fù)、不斷修改這一過程的主要原因。計算機支持的協(xié)同設(shè)計是計算機支持的協(xié)同工作（CSCW技術(shù)在設(shè)計領(lǐng)域的一種應(yīng)用。用于支持設(shè)計群體成員交流設(shè)計思想、講討論設(shè)計結(jié)果、發(fā)現(xiàn)成員間接口的矛盾和沖突，及時地加以協(xié)調(diào)和解決，減少以至避免設(shè)計的反復(fù)，從而進一步提高設(shè)計工作的效率和質(zhì)量。協(xié)同設(shè)計倍受人們的關(guān)注，已有不少原型系統(tǒng)，也有一些產(chǎn)品已在市場上出售了。已有工作中，有些屬基礎(chǔ)性工作，如建模、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、適用于CSCW勺支撐環(huán)境等等。但從建立實用協(xié)同設(shè)計 系統(tǒng)的角度來說，主要面臨如下三大問題：群體成員間多媒體信息傳輸 目前在局域網(wǎng)上通

34、訊方法已較成熟， 但在遠(yuǎn)程網(wǎng)上，交換數(shù)據(jù)時，異步傳輸，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)平臺問題不大，但實時交換數(shù)據(jù)問題較多。首要的是傳輸媒體的選擇問題，即基于公用網(wǎng)（如WWW還是基于專用網(wǎng)（如語音傳輸可借用電話專線，又如租用ISDN總線）。目前多數(shù)研究是集中在公用網(wǎng)Internet和Intranet上。但商品開發(fā)上更多考慮專用線。從實用效果來說，公用網(wǎng)效果較差，而專用線雖然效果好些，但價格太高。（ 2）異構(gòu)平臺參與協(xié)同設(shè)計的成員是分散在各地，且設(shè)備條件多種多樣。因此，實用的協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)必須能在異構(gòu)環(huán)境中運行， 包括數(shù)據(jù)傳輸、 工具集成， 還有跨平臺的交互界面，這主要依靠標(biāo)準(zhǔn)化工作來解決異構(gòu)環(huán)境問題，目前普通采用的是C

35、ORBA JAVA技術(shù)和通信領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)等。不過這類技術(shù)目前對CSCW勺支持還有不足之處，有待增強功能。至于跨平臺的交互界面的 研制，雖有不少進展，但是至今尚未見到支持它的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。人人交互應(yīng)該說支持設(shè)計群體人員間的人人交互是協(xié)同設(shè)計的核心問題之一，特別是目前自動發(fā)現(xiàn)矛盾和沖突，并進行自動協(xié)同和解決的技術(shù)還不成熟，因此人人交互的手段尢為重要。當(dāng)前，最為普遍的是利用電子會議（包括白板、語音、視頻等等工具）支持成員間進行討論，它比較適用于交流設(shè)計思想，不過用它來討論設(shè)計結(jié)果就很費勁，共同修改設(shè)計結(jié)果就更不可能了。目前討論設(shè)計結(jié)果主要是依靠應(yīng)用共享這一工具，這一工具能夠達(dá)到一人對一個CADX具進行操作

36、，其它成員均能在自已的終端上看到操作過程和結(jié)果。這個工具也可以和電子會議系統(tǒng)集成，用語音等工具進行討論，但應(yīng)用共享最大的問題在于對于沒有源程序的CAD工具，一個時刻只允許一個人操作，其它人希望操作必須事先申請，獲準(zhǔn)并在當(dāng)前操作者退出后方可操作，故很不方便，成員間不能直接互操作，這是需要進一步解決的問題?？偠灾?，協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)的現(xiàn)狀是局域網(wǎng)已達(dá)到實用階段，在異步工作方式下，遠(yuǎn)程協(xié)同設(shè)計問題也較小，但遠(yuǎn)程實時工作方式下，特別是基于公用網(wǎng)，尚處實驗階段，當(dāng)然整個協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)離成熟階段尚有一定距離，很多問題有待解決。3、海量信息存儲、管理和檢索CAD系統(tǒng)處理的信息愈來愈多，而且是多媒體信息。盡管磁盤容

37、量增長速度很快，但仍遠(yuǎn)不能滿足信息量快速增長的需求。海量信息的存儲、管理和快速檢索已成為世人矚目的問題。這除了依靠硬件來解決問題外，DBM混一重要技術(shù)，實踐證明，傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)口8仙已難已適應(yīng)要求而采用面向?qū)ο蠛完P(guān)系相結(jié)合的模型可能是個過渡的解決方案。4、 設(shè)計法研究及其相關(guān)問題 設(shè)計工作是項復(fù)雜的且知識密集的群體活動， 為了提高效率必須遵循某種正確的設(shè)計方法，雖然設(shè)計方法學(xué)的研究已有半個多世紀(jì)了，但針對CAD勺設(shè)計法卻是最近才有的， 稱為正規(guī)設(shè)計流程法， 它不僅讓我們知道設(shè)計是一種流程， 還為開發(fā) CAD工具提供了依據(jù)， 因此了解和識別設(shè)計過程的不同方面 （即不同的設(shè)計活動） ，

38、是開發(fā)新一代 CAD 系統(tǒng)的關(guān)鍵。現(xiàn)在已出現(xiàn)許多設(shè)計流程法。過去常用的是自頂向下、自底向上的自然可行方法，但這種方法只適用于詳細(xì)設(shè)計階段。 現(xiàn)在為了支持整個設(shè)計工作，設(shè)計法的研究重點應(yīng)在支持概念設(shè)計方法和協(xié)同設(shè)計方法之上。例如，新的CAD系統(tǒng)可消除許多由于距離和時間所造成對工作方法和組織的限制，協(xié)同設(shè)計面臨的不但有人-機交互、還有人-人交互，因而CAD勺過程更復(fù)雜了，盡管人們都在期望提供一種靈活的，可移動的、安全可靠的遠(yuǎn)程協(xié)同設(shè)計環(huán)境，但如果沒有正確的方法來指導(dǎo)，將很難達(dá)到預(yù)期的效果。目前企業(yè)的組織基本上是一種很嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶哟谓Y(jié)構(gòu)組織，在這種組織內(nèi)民主有限，雖然它可防止出現(xiàn)人多嘴雜和無休止?fàn)幷摰默F(xiàn)象， 但它又束縛著人們聰明才智的充分發(fā)揮