CAD技術(shù)的發(fā)展至今已有30多年的歷史。在CAD發(fā)展中，新的技術(shù)和新的算法不斷涌現(xiàn)，它主要表現(xiàn)在建模、數(shù)據(jù)管理、標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)的研究和發(fā)展方面。我國CAD系統(tǒng)開發(fā)、應(yīng)用已取得初步成果，但還存在一些問題……

CAD新發(fā)展

CAD技術(shù)產(chǎn)生于本世紀(jì)50年代后期。CAD技術(shù)的發(fā)展與工業(yè)實(shí)際應(yīng)用和需求密切相關(guān)，隨著實(shí)際應(yīng)用的需要,一些計(jì)算機(jī)應(yīng)用的新技術(shù)和一些新的算法在CAD中不斷出現(xiàn)和發(fā)展，主要表現(xiàn)在：建模技術(shù)的研究和發(fā)展；數(shù)據(jù)管理技術(shù)的研究和發(fā)展；標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)的研究和發(fā)展三個(gè)方面。

1、CAD建模技術(shù)的研究和發(fā)展

建模技術(shù)是CAD的核心技術(shù)，建模技術(shù)的研究、發(fā)展和應(yīng)用，就代表了CAD技術(shù)的研究、發(fā)展和應(yīng)用。下圖給出了建模技術(shù)的發(fā)展情況。圖中明確顯示了從50年代至今建模技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了二維建模、三維幾何建模（包括線框建模、曲面建模、實(shí)體建模）、特征建模（包括參數(shù)化和變量化建模）及產(chǎn)品集成建模的發(fā)展過程。

二維建模是最初的CAD技術(shù)用來解決二維繪圖問題的，后來發(fā)展為三維的幾何建模技術(shù)。三維幾何建模又分為線框建模、曲面建模和實(shí)體建模。線框建模是以線來構(gòu)造三維物體，其主要算法是空間自由曲線的擬合和表達(dá)相對簡單。曲面建模是由曲面來構(gòu)造三維物體，其主要算法是自由曲面或雕塑曲面的生成算法等，其算法較為復(fù)雜。實(shí)體建模是構(gòu)成真實(shí)的實(shí)體，其算法比較復(fù)雜。在實(shí)體建模技術(shù)研究中提出了很多算法，常用的有邊界表示法B-rep和幾何構(gòu)造法CSG。為了統(tǒng)一幾何建模的表示，還研究開發(fā)了新的算法即非均勻有理B樣條（NURBS）算法。這種算法在幾何建模中起了重要的作用。隨著幾何建模技術(shù)的發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用的要求，到80年代后期又出現(xiàn)了參數(shù)化和變量化的建模技術(shù)。參數(shù)化建模技術(shù)一般是指設(shè)計(jì)對象的結(jié)構(gòu)形狀比較定型，可以用一組參數(shù)來約定尺寸關(guān)系，參數(shù)的求解較簡單，參數(shù)與設(shè)計(jì)對象的控制尺寸有顯示對應(yīng)關(guān)系，設(shè)計(jì)結(jié)果的修改受尺寸驅(qū)動。這種CAD系統(tǒng)最早推出的是PTC公司的Pro/Engineer。變量化建模技術(shù)是指設(shè)計(jì)對象的修改需要更大的自由度，通過求解一組約束方程來確定產(chǎn)品的尺寸和形狀。約束方程可以是幾何關(guān)系，也可以是工程計(jì)算條件，設(shè)計(jì)結(jié)果的修改受約束方程的驅(qū)動。變量化建模的代表是SDRC公司的VGX。這一技術(shù)應(yīng)用到SDRC產(chǎn)品I-DEAS Master Series系統(tǒng)中。VGX為CAD軟件帶來了空前的易用性。特征建模是CAD建模方法的一個(gè)新發(fā)展。特征建模是著眼于更好地表達(dá)產(chǎn)品完整的功能和生產(chǎn)管理信息，為建立產(chǎn)品的集成信息模型服務(wù)。特征包含了產(chǎn)品的特定幾何形狀、拓?fù)潢P(guān)系、典型功能、繪圖表示方法、制造技術(shù)和公差要求等。特征的引用直接體現(xiàn)了設(shè)計(jì)意圖，使得建立的產(chǎn)品模型更容易為人理解和組織生產(chǎn)。

產(chǎn)品集成建模是面向產(chǎn)品生命周期的關(guān)系型產(chǎn)品模型的概念。這一概念的提出，較好地解決了信息在設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和裝配等環(huán)節(jié)的共享問題，完整地描述了產(chǎn)品在概念設(shè)計(jì)——裝配設(shè)計(jì)——零件設(shè)計(jì)全過程中的各種屬性和相互關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品生命周期中的內(nèi)部描述信息（如產(chǎn)品設(shè)計(jì)、計(jì)劃、加工、檢驗(yàn)等信息）和外部過程信息（如內(nèi)部描述信息所依賴的環(huán)境、知識和規(guī)則等）的集成。這種產(chǎn)品集成建模技術(shù)仍在研究中。

2、數(shù)據(jù)管理技術(shù)的研究和發(fā)展

CAD技術(shù)的研究和應(yīng)用中，數(shù)據(jù)管理技術(shù)是其又一重要的技術(shù)，特別是在CAD集成系統(tǒng)中更為重要。數(shù)據(jù)管理的研究開發(fā)經(jīng)歷了文件管理、數(shù)據(jù)庫管理和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）三個(gè)階段。在70年代之前，主要靠文件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理；到1968年美國IBM公司研制了第一代數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)——層次型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)IMS；1969年美國的數(shù)據(jù)庫研究小組CODASYL發(fā)表了DBTG報(bào)告，建立了第二代數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)——網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。到70年代，第三代數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究和開發(fā)集中在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫技術(shù)上，70年代末80年代初，出現(xiàn)了商品化的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，目前仍很流行。80年代后期，開始了第四代數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究，即工程數(shù)據(jù)庫和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫的研究和開發(fā)。

盡管在數(shù)據(jù)管理方面作了大量的工作，但仍然滿足不了企業(yè)對數(shù)據(jù)管理的實(shí)際要求。到80年代后期，在企業(yè)計(jì)算機(jī)制造環(huán)境中數(shù)據(jù)管理及設(shè)計(jì)過程自動化的需求的驅(qū)動下，人們開始尋求一種嶄新的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)，它能夠提供一個(gè)產(chǎn)品開發(fā)的協(xié)作環(huán)境，在該環(huán)境下，能夠?qū)崿F(xiàn)過程控制下的信息傳遞并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有序管理，即產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）系統(tǒng)。PDM系統(tǒng)一出現(xiàn)，就成為企業(yè)關(guān)注和應(yīng)用的熱點(diǎn)，近幾年來，PDM技術(shù)在國外已取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。目前，PDM技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用、CAD系統(tǒng)集成、MRP/ERP的集成方面進(jìn)行研究開發(fā)。

3、標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)的研究和發(fā)展

由于CAD技術(shù)的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，數(shù)據(jù)交換的格式和標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)也發(fā)展起來，并且越來越重要。在CAD領(lǐng)域出現(xiàn)了圖形級的標(biāo)準(zhǔn)、圖形交換級的標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品級的數(shù)據(jù)表達(dá)和交換標(biāo)準(zhǔn)等。

圖形級最早的標(biāo)準(zhǔn)有PHIGS、GKS，它們是ISO/IEC推出的圖形信息系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。目前還有一些其它的三維圖形支持標(biāo)準(zhǔn)，如PEX和OPEN GL等也很受重視。

IGES是國際上最早、最成熟的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，它主要是用于不同的CAD系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的標(biāo)準(zhǔn)。從1980年到1992年已先后發(fā)布了五個(gè)版本。IGES目前還在廣泛應(yīng)用，其目的只是傳輸幾何圖形及相應(yīng)的尺寸標(biāo)準(zhǔn)、說明等，即只是傳輸工程圖。無法描述工業(yè)環(huán)境所需要的產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)的全部信息。

90年代初，ISO公布了產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達(dá)與交換標(biāo)準(zhǔn)STEP。STEP是一個(gè)系列的國際標(biāo)準(zhǔn)，它提供了必要的機(jī)制和定義，使得產(chǎn)品的數(shù)據(jù)表達(dá)能夠在不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及與產(chǎn)品定義和制造有關(guān)的環(huán)境中進(jìn)行通信。它可用于產(chǎn)品數(shù)據(jù)的傳輸、共享和存檔。STEP標(biāo)準(zhǔn)是目前CAD領(lǐng)域中最完整的標(biāo)準(zhǔn)，該系列標(biāo)準(zhǔn)還未全部完成，已公布了一部分。

差距仍然很大

近幾年來，我國CAD系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用取得了一些成績，國內(nèi)已初步形成了二維CAD商品化軟件市場，在一些企業(yè)也引進(jìn)了CAD系統(tǒng)，并取得一些效益。但與國外相比差距仍然很大。

1、目前我國CAD系統(tǒng)僅僅作為繪圖工具，缺乏設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)理論的指導(dǎo)

我國CAD軟件開發(fā)雖然已形成了幾個(gè)系統(tǒng)，但基本上都是二維繪圖軟件，開發(fā)者在技術(shù)上沒有什么創(chuàng)新，缺乏設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)理論上的研究，因此所開發(fā)出的軟件穩(wěn)定性和可靠性差，自然在市場上就無競爭力。另外，圖形CAD系統(tǒng)只能將設(shè)計(jì)過程的最后階段——繪圖階段搬到計(jì)算機(jī)上，而設(shè)計(jì)過程仍然在設(shè)計(jì)師頭腦中完成，這樣設(shè)計(jì)效率并沒有太大的提高。

在應(yīng)用方面，很多企業(yè)也只是把CAD作為一個(gè)繪圖工具，企業(yè)應(yīng)用中也缺乏對產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法的研究，因此企業(yè)產(chǎn)品和創(chuàng)新產(chǎn)品少，在市場上缺乏競爭力。