CAD（Computer Aided Design）——計算機輔助設(shè)計，是利用計算機軟件及其相關(guān)的硬件設(shè)備，通過強大的圖形處理能力和數(shù)值計算能力，幫助工程設(shè)計人員進(jìn)行計算分析、信息存儲、圖形繪制、實物模擬等各項工作的一種技術(shù)和方法。

    CAD誕生于20世紀(jì)60年代，美國麻省理工學(xué)院于1963年首次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)等新的思想，到了60年代中后期，專用CAD系統(tǒng)開始問世，標(biāo)志著CAD技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入初步應(yīng)用階段，但由于當(dāng)時硬件設(shè)施的昂貴，只有美國通用汽車公司和美國波音航空公司使用自行開發(fā)的交互式繪圖系統(tǒng)。

    隨著時間的推移，計算機技術(shù)不斷發(fā)展和普及，CAD歷經(jīng)了五次重大技術(shù)革命。

第一次CAD技術(shù)革命——曲面造型

    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)。這種初期的線框造型系統(tǒng)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，計算機先后出現(xiàn)了鼠標(biāo)和光柵掃描圖形顯示器，使繪圖更便于操作，圖形顯示分辨率不斷提高，給CAD技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了平臺。此間飛機及汽車制造中遇到了大量的自由曲面問題，當(dāng)時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)計的自由曲面。由于三視圖方法表達(dá)的不完整性，經(jīng)常發(fā)生設(shè)計完成后，制作出來的樣品與設(shè)計者所想象的有很大差異甚至完全不同的情況。

    這時法國人提出了貝賽爾算法，使得人們在用計算機處理曲線及曲面問題時變得可以操作，同時也使得法國的達(dá)索飛機制造公司的開發(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)志著計算機輔助設(shè)計技術(shù)從單純模仿工程圖紙的三視圖模式中解放出來，首次實現(xiàn)以計算機完整描述產(chǎn)品零件的主要信息，同時也使得具有繪圖、二維線框模型建立、三維結(jié)構(gòu)分析和數(shù)據(jù)加工功能的CAM技術(shù)的開發(fā)有了現(xiàn)實的基礎(chǔ)。曲面造型系統(tǒng)CATIA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。

第二次CAD技術(shù)革命——實體造型

    80年代初，CAD系統(tǒng)價格依然令一般企業(yè)望而卻步，這使得CAD技術(shù)無法擁有更廣闊的市場。為使自己的產(chǎn)品更具特色，在有限的市場中獲得更大的市場份額，以CV、SDRC、UG為代表的系統(tǒng)開始朝各自的發(fā)展方向前進(jìn)。SDRC公司在當(dāng)時美國的星球大戰(zhàn)計劃的背景下，由美國宇航局支持及合作，開發(fā)出了許多專用分析模塊。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，基于對于CAD/CAE一體化技術(shù)發(fā)展的探索，SDRC公司于1979年發(fā)布了世界上第一個完全基于實體造型技術(shù)的大型CAD/CAE軟件──IDEAS。由于實體造型技術(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)計帶來了驚人的方便性。實體造型技術(shù)的普及應(yīng)用標(biāo)志CAD發(fā)展史上的第二次技術(shù)革命。

第三次CAD技術(shù)革命——參數(shù)化技術(shù)

    進(jìn)入20世紀(jì)80年代中期，CV公司內(nèi)部以高級副總裁為首的一批人提出了參數(shù)化實體造型方法。從算法上來說，這是一種很好的設(shè)想，它的主要特點是：基于特征、全尺寸約束、全數(shù)據(jù)相關(guān)、尺寸驅(qū)動設(shè)計修改。但可惜的是：最終在CV公司內(nèi)部否決了參數(shù)化技術(shù)方案。策劃參數(shù)化技術(shù)的這些人在新思想無法實現(xiàn)時，集體離開了CV公司，自行成立了“參數(shù)技術(shù)公司”，開始研制命名為Pro/E的參數(shù)化軟件。早期的Pro/E軟件性能很低，只能完成簡單的工作，但是由于第一次實現(xiàn)了尺寸驅(qū)動零件設(shè)計修改，使人們看到了它今后給設(shè)計者帶來的方便性。

    進(jìn)入90年代，參數(shù)化技術(shù)變得比較成熟起來，充分體現(xiàn)出其在許多通用件、零部件設(shè)計上存在的簡便易行的優(yōu)勢。參數(shù)化技術(shù)的應(yīng)用主導(dǎo)了CAD發(fā)展史上的第三次技術(shù)革命。

第四次CAD技術(shù)革命——變量化技術(shù)

    參數(shù)化技術(shù)的成功應(yīng)用，使得它在90年代前后幾乎成為CAD業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)，但是其存在的缺陷導(dǎo)致重新開發(fā)一套完全參數(shù)化的造型系統(tǒng)困難很大，只能是在原有模型技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行局部、小塊的修補。這種把線框模型、曲面模型及實體模型疊加在一起的復(fù)合建模技術(shù)，并非完全基于實體，只是主模型技術(shù)的雛形，難以全面應(yīng)用參數(shù)化技術(shù)。

    SDRC的決策者們權(quán)衡利弊，以參數(shù)化技術(shù)為藍(lán)本，提出了一種更為先進(jìn)的實體造型技術(shù)——變量化技術(shù)，作為開發(fā)方向。從1990至1993年，歷經(jīng)3年時間，投資一億多美元，將軟件全部重新改寫，推出全新體系結(jié)構(gòu)的IDEAS Master Series軟件。

    90年代后期，隨著PC機硬件設(shè)備的快速發(fā)展以及Windows操作系統(tǒng)的日益壟斷，以Windows為平臺的CAD軟件快速發(fā)展。與Windows無縫連接、價格低廉、易學(xué)易用的中、低端CAD軟件不斷涌現(xiàn)。Solid Edge、SolidWorks等一系列三維CAD軟件基本上全盤繼承變量化技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上繼續(xù)發(fā)展。變量化技術(shù)已經(jīng)成為CAD軟件公認(rèn)的發(fā)展方向。

第五次CAD技術(shù)革命——同步建模技術(shù)

    進(jìn)入21世紀(jì)以后，Siemens PLM Software推出的創(chuàng)新的同步建模技術(shù)——交互式三維實體建模隨著計算機網(wǎng)絡(luò)化的普及，可視化、虛擬現(xiàn)實化技術(shù)的應(yīng)用使同步化，交互式建模技術(shù)進(jìn)入一個成熟的、突破性的飛躍期。

    同步建模技術(shù)在參數(shù)化、基于歷史記錄建模的基礎(chǔ)上前進(jìn)了一大步，同時與先前技術(shù)共存。同步建模技術(shù)實時檢查產(chǎn)品模型當(dāng)前的幾何條件，并且將它們與設(shè)計人員添加的參數(shù)和幾何約束合并在一起，以便評估、構(gòu)建新的幾何模型并且編輯模型，無需重復(fù)全部歷史記錄。

    利用其智能模型交互操作，同步建模技術(shù)用戶變得輕松自如，將降低他們對嵌入在模型中的永久幾何約束的依賴。設(shè)計人員可以選擇不用這類嵌入式約束來編輯初始模型，因為他們知道同步建模技術(shù)將識別明顯的幾何約束并且對其進(jìn)行智能管理。該演變的影響將帶來產(chǎn)品開發(fā)過程的根本變化。

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本文標(biāo)題：CAD技術(shù)的五次重大革命

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