CAD技术的发展现状及未来前景

山东大学课程论文题目CAD技术的发展现状及未来前景政治学与公共管理院（系）公共管理专业课程名称先进技术制造及其发展学号201300032027学生姓名梁允昀邮箱[e-mail]日期2014/5/26CAD技术的发展现状及未来前景梁允昀（山东大学政治学与公共管理学院公共管理专业）摘要：CAD即计算机辅助设计(CAD-ComputerAidedDesign)利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。简称CAD。它的普及应用将使产品设计制造生产的传统模式发生深刻的变化，从而带动制造业技术的快速发展，是当前国际科技领域的前沿课题。CAD技术深入到许许多多的领域，制造业、工程设计、电器和电子电路、仿真模拟和动画制作、轻工、纺织、家电、服装、医疗和医药还有体育方面都应用到CAD技术。本文主要介绍了CAD技术的发展现状与未来前景。关键词：CAD技术；发展现状；未来前景CAD是计算机辅助设计，它是COMPUTERAIDEDDESIGN的缩写，也就是使用计算机和信息技术来辅助工程师和设计师进行产品或工程的设计。CAD技术是一项综合性的、正在迅速发展和应用的高新技术，已经成为企业提高创新能力。提高产品开发能力。增强企业竞争力的一项关键技术。[11]CAD的组成系统。CAD是一个综合的、集成了各种技术在内的系统，它将信息技术与应用领域技术紧密集成在一起。它所涉及的信息技术有：计算技术，包括计算机硬件和软件；图形学，包括图形学算法及其实现、图形软件、图形设备；数据管理，工程数据库管理系统、能处理文本、标准、规范等各种工程数据：数值分析，包括有限元分析、模拟、仿真等技术；智能技术，包括知识工程、专家系统、人工智能化接口等：人机界面。如图形用户界面、多媒体等：网络通信，包括局域网、因特网、内联网等。CAD的硬件是由计算机或工作站、大容量存储器、图形设备及其他外转设备、通信与网络设备。CAD的软件系统是由系统软件、数据管理软件、计算分析软件、文字处理软件、图形软件、专业应用软件、网络通信软件等组成的。CAD技术的发展对我国经济、文化、科技等领域的发展具有至关重要的作用，CAD技术的发展有利于促进我国在诸多领域的建设性发展，CAD技术作为最有前景的技术之一，将给我国带来不可估量的发展。因此，必须不留余力的发展CAD技术。[13]在上世纪末，美国曾将CAD，CAM技术评为当时最具影响的十大科技成就之一。目前CAD技术的发展趋势主要围绕在标准化、开放式、集成化、智能化四方面。CAD技术具有广阔的应用前景。一、CAD技术的应用1、CAD技术在制造业中的应用2、CAD技术在工程设计中的应用3、CAD技术在计算机绘图技术中的应用4、CAD技术在其他领域的应用，CAD技术的应用范围十分广泛二、我国CAD技术的现状我国CAD系统的开发和应用取得了一些成绩，国内已初步形成了二维CAD商品化软件市场，一些企业也引进了CAD系统，并运用CAD技术取得一些效益。但与国外相比差距仍然很大，存在许多问题。1、目前我国CAD系统仅仅作为绘图工具，缺乏系统的设计方法和设计理论的指导我国CAD软件开发虽然已形成了几个系统，但基本上都是二维绘图软件，开发者在技术上没有什么创新，缺乏设计方法和设计理论上的研究，因此所开发出的软件稳定性和可靠性差，自然在市场上就无竞争力。另外，图形CAD系统只能将设计过程的最后阶段——绘图阶段搬到计算机上，而设计过程仍然在设计师头脑中完成，这样设计效率并没有太大的提高。在应用方面，很多企业也只是把CAD作为一个绘图工具，企业应用中也缺乏对产品设计理论和设计方法的研究，因此企业产品和创新产品少，在市场上缺乏竞争力。[14]2、我国三维CAD系统还不成熟，必须加快开发真正解决产品设计问题的是三维CAD系统，而目前我国自主开发的三维CAD系统还未真正形成商品软件。在今年8月份国家863/CIMS项目“基于线框、曲面、实体和特征表示的产品造型和设计系统”的招标中，有五家参加了投标，都开发了原型系统，但其功能、成熟性都不理想。而这类CAD系统国外软件早已占领中国市场，除了三维工作站CAD系统外，近几年来PC机和Windows/95/98/NT环境下的三维CAD系统也进入了中国市场。一些原来工作站系统的三维CAD软件系统也推出了PC机Windows平台的版本。[14]3、我国CAD技术开发创新少、仿制多没有创新就没有竞争力，只仿制就不能开发出有竞争力的产品。从我国二维CAD到目前研制的三维CAD都存在这一问题。早在“七五”攻关时用户就提出了“参数设计问题”、“数据管理问题”及数控编程中的有关要求即现在的“特征造型问题”这些技术，我国CAD研究开发者也都知道，但都没有引起注意。而国外的CAD后起之秀PTC公司抓住了用户需求的时机，快速推出了参数化特征造型CAD系统——Pro/Engineer，一举占领了国际市场，至今仍在国际年销售额方面名列第一。[14]4、我国CAD软件的开发缺乏理论研究和算法的研究CAD技术是一项综合性的高新技术，涉及面广而复杂，技术变化快，竞争激烈。就建模技术而言会涉及很多模型建立的理论和算法，这些都是为解决用户需求而研究开发的，每种理论和算法用于CAD系统中，会产生新的CAD软件。如有名的CSG、B-rep、NURBS等等。而我国CAD软件开发者缺乏这方面的研究，多年来也未见过有名的理论和算法用于CAD中。[14]5、信息集成技术落后信息技术的广泛集成是以产品数据管理（PDM）和过程管理（PM）为基础，实现CAD/CAPP/CAM和ERP的有机集成，在并行工程中PDM也是重要的基础。而我国在这方面的研究仅仅开始，至今也没有一个在国内市场上成熟的数据库管理系统（DBMS）。因此，这类基础性软件也被国外的系统占领了市场，我们的CAD/CAPP/CAM集成技术又建立在国外基础系统上。[14]6、CAD中的数据交换格式和标准化落后在CAD技术的标准化方面，我国由于技术落后，资金投入不足，对此重视不够，至今未提出一个有关CAD方面的标准，完全是采用国际标准，有的已用作国家标准，如IGES、STEP等，另外由于种种因素也跟不上国际标准的更新和发展，因此造成国内CAD软件系统在数据交换、标准化等方面存在不少问题。[14]三、CAD技术的未来1、标准化CAD软件一般应集成在一个异构的工作平台之上，只有依靠标准化技术才能解决CAD系统支持异构跨平台的环境问题。目前，除了CAD支撑软件逐步实现ISO标准和工业标准外，面向应用的标准零部件库、标准化设计方法已成为CAD系统中的必备内容，且向合理化工程设计的应用方向发展。如果没有CAD标准化的实现就不能推动CAD集成的发展。[14]2、智能化设计是一个含有高度智能的人类创造性活动领域，智能CAD是CAD发展的必然方向。现有的人工智能技术模拟人类的思维活动明显不足。智能CAD深入研究人类设计的思维模型，最终用信息技术来表达和模拟它，产生高效的CAD系统，为人工智能领域提供新的理论和方法。CAD的这个发展趋势，将对信息科学的发展产生深刻的影响。[14]3、网络技术的应用网络技术包括硬件与软件的集成实现,各种通讯协议及制造自动化协议,信息通讯接口,系统操作控制策略等,是实现各种制造系统自动化的基础。[14]4、多学科多功能综合产品设计技术未来产品的开发设计不仅用到机械科学的理论与知识,而且还用到电磁学、光学、控制理论等知识。产品的开发要进行多目标全性能的优化设计,以追求模具产品效率、精度、使用寿命、可靠性、动静态特性、制造成本与制造周期的最佳组合。[14]5、逆向工程技术的应用通过实物的测量,然后利用测量数据进行实物的CAD几何模型的重新构造,这种过程就是逆向工程RE。逆向工程能够缩短从设计到制造的周期,是帮助设计者实现并行工程等现代设计概念的一种强有力的工具,目前在工程上正得到越来越广泛的应用。[14]6、快速成形技术快速成形制造技术RPM是基于制造原理,迅速制造出产品原型,而与零件的几何复杂程度丝毫无关,尤其在具有复杂曲面形状的产品制造中更能显示其优越性。它不仅能够迅速制造出原型供设计评估、装配校验、功能试验,而且还可以通过形状复制快速经济地制造出产品模具,从而避免了传统模具制造的费时、高成本的NC加工,因而RPM技术在模具制造中日益发挥着重要的作用。[14]7、开放性开放性CAD系统目前广泛建立在开放式操作系统窗口95／98／NT和UNIX平台上，在JavaLINUX平台上也有CAD产品，此外CAD系统都为最终用户提供二次开发环境，甚至这类环境可开发其内核源码，使用户可定制自已的CAD系统。[13]8、集成化集成化CAD技术的集成化体现在三个层次上：其一是广义CAD功能CAD／CAE／CAPP／CAM／CAQ／PDM／ERP经过多种集成形式成为企业一体化解决方案，推动企业信息化进程。其二，是将CAD技术能采用的算法，甚至功能模块或系统，做成专用芯片，以提高CAD系统的效率；其三是CAD基于网络计算环境实现异地、异构系统在企业间的集成。CAD集成技术以提高产品设计和制造的自动化程度为主要目标。[13].9、参数化随着全社会计算机软技术的发展，CAD技术也从传统的一维平面绘图发展到二维建模，现在应用比较多的是三维CAD软件，但是三维软件的使用成本比较昂贵，国内很多企业仍旧使用二维CAD软件来节省成本，二维软件的功能远远没有三维软件丰富。参数化是CAD技术的发展趋势之一，参数化的过程能够有效地减少不必要的重复劳动，减轻设计工作者的劳动量，进一步的为企业节省人工成本。[11]国际CAD商品系统开发的另一个趋势是在全球范围内优选最成功的功能构件，进行集成。至今最成熟的几何造型平台有两家：Parasolid和ACIS；几何约束求解构件有一家，它的主要产品是2D和3DDCM。CAD技术的发展对我国经济、文化、科技等领域的发展具有至关重要的作用，CAD技术的发展有利于促进我国在诸多领域的建设性发展，CAD技术作为最有前景的技术之一，将给我国带来不可估量的发展。因此，必须不留余力的发展CAD技术。作为当代大学生，我们要努力学习先进的科学技术和成果，及时了解最新科技成果，努力掌握先进科学技术，为祖国事业的发展贡献自己的力量。任何技术的发展都离不开科技人员的努力和他们在现实生活中的发现和创造，作为一个学生，要努力用自己的一双眼睛来发现现实生活中的机遇，努力抓住机遇，发展自己的未来。参考文献：[1]魏军英，丁淑辉．浅谈先进制造技术环境下现代CAD技术的发展[J]．现代制造技术，2007(3)．[2]周冰．未来CAD发展趋势[J]．微型机与应用，2008(3)．[3]雷毅．CAD软件发展，观念、环境、机制是关键[J]．机械产业信息与网络，2008(6)．[4]商信．我国软件发展思路[J]．企业技术开发，1999(5)．[5]杨燕萍，曹丽君，王刚．CAD技术在企业中的应用与发展的研究[J]．商场现代化，2008(10)．[6]陈定方，李文锋.CAD/CAM的起源与发展[J]机械工人(冷加工),2001,(4);11—12.[7]徐光裙，史元春，谢伟凯．普适计算．计算机学报。2003。26(9)：1042—1050．[8]崔俊芝，计算机辅助工程(CAE)的现在和未来[J].计算机辅助设计与制造.2000.(3);45-48.[9]源清，肖文，CAD技术发展历程览[J].计算机助设计与制造1981．1．[10]EditorialBoardofAnnualReportofChinaCAD.AnnualReportofChinaCAD2001[M].Beijing:ChinaMachinePress,2001[11]百度百科计算机辅助技术[12]《计算机辅助设计--AutoCAD2009实用教程》孙江宏[13]方奋奇《浅谈CAD技术的发展现状与趋势》[14]《CAD技术的历史、现状与未来》郑州大学现代远程教育《土木工程CAD》课程论文