| 大香山 |
2006-05-05 11:08 |
CAD技術(shù)發(fā)展過程
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，代表了CAD技術(shù)的研究、發(fā)展和應(yīng)用水平。 NtqFnxm/
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1. 二維CAD技術(shù)的發(fā)展 jmSt?M0.xV
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CAD技術(shù)起步于50年代后期。進(jìn)入60年代后，CAD技術(shù)隨著在計(jì)算機(jī)屏幕上繪圖成為可能而開始迅速發(fā)展。人們希望借助此項(xiàng)技術(shù)來擺脫繁瑣、費(fèi)時(shí)和低精度的傳統(tǒng)手工繪圖。當(dāng)時(shí)，CAD技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)是用傳統(tǒng)的三視圖方法來表達(dá)零件，以圖紙為媒介進(jìn)行技術(shù)交流，這就是二維計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)，CAD的含義僅僅是圖板的替代品，即Computer Aided Drawing的縮寫。以二維繪圖為主要目標(biāo)的算法一直持續(xù)到70年代末期。隨著技術(shù)的發(fā)展，CAD系統(tǒng)介入產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的程度越來越深，系統(tǒng)功能越來越強(qiáng)，逐步發(fā)展成為真正的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design）。 &{BBxv)y
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2. 曲面造型技術(shù)與三維CAD系統(tǒng)的發(fā)展 zUJx&5/
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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。由于缺乏形體的表面信息，CAM及CAE均無法實(shí)現(xiàn)。 |^ ?`Q.|c$
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70年代飛機(jī)和汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展給三維CAD帶來了良好的機(jī)遇。為了解決飛機(jī)和汽車設(shè)計(jì)制造中遇到的大量自由曲面問題，法國人提出了貝賽爾算法，使得人們用計(jì)算機(jī)處理曲線及曲面問題變得可以操作，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，提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。CATIA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)了在計(jì)算機(jī)內(nèi)較完整地描述產(chǎn)品零件的主要信息，同時(shí)也為CAM技術(shù)的開發(fā)打下了基礎(chǔ)。曲面造型系統(tǒng)帶來了第一次CAD技術(shù)革命，它改變了以往只能借助油泥模型來近似表達(dá)曲面的落后的工作方式。 7:z>+AM[r
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曲面造型系統(tǒng)帶來的技術(shù)革新，使汽車開發(fā)手段有了質(zhì)的飛躍，新車型開發(fā)速度也大幅度提高，許多車型的開發(fā)周期由原來的6年縮短到約3年。汽車工業(yè)對CAD系統(tǒng)的大量采用，反過來也大大促進(jìn)了CAD技術(shù)本身的發(fā)展。 uL
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3. 實(shí)體造型技術(shù)與三維CAD系統(tǒng)的發(fā)展 b/z'`?[
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80年代初，CAD系統(tǒng)價(jià)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份額，以CV、SDRC和UG為代表的系統(tǒng)開始朝各自的發(fā)展方向前進(jìn)。70年代末到80年代初，CAE和CAM技術(shù)也有了較大發(fā)展。表面模型使CAM問題基本得到解決。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、重心和慣性矩等，對CAE十分不利。在當(dāng)時(shí)星球大戰(zhàn)計(jì)劃的背景下，為降低巨大的太空實(shí)驗(yàn)費(fèi)用，許多專用分析模塊得到開發(fā)�；趯AD/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。實(shí)體造型技術(shù)能夠精確地表達(dá)零件的全部屬性，有助于統(tǒng)一CAD、CAE和CAM的模型表達(dá)，給設(shè)計(jì)帶來了方便，代表著未來CAD技術(shù)的發(fā)展方向。但實(shí)體造型技術(shù)在帶來了算法的改進(jìn)和未來發(fā)展希望的同時(shí)，也帶來了數(shù)據(jù)計(jì)算量的極度膨脹。在當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)硬件條件下，實(shí)體造型的計(jì)算及顯示速度很慢，離實(shí)際應(yīng)用還有較大的差距。另外，面對算法和系統(tǒng)效率的矛盾，許多贊成采用實(shí)體造型技術(shù)的公司并沒有下大力氣進(jìn)行開發(fā)，而是轉(zhuǎn)向攻克相對容易實(shí)現(xiàn)的表面模型技術(shù)。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。 !;TR2Zcn
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4. 參數(shù)化技術(shù)與三維CAD系統(tǒng)的發(fā)展 3x P~~j;7
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進(jìn)入80年代中期，CV公司提出了一種比無約束自由造型更加新穎的算法——“參數(shù)化實(shí)體造型方法”。這種方法的特點(diǎn)是，基于特征、全尺寸約束、全數(shù)據(jù)相關(guān)和尺寸驅(qū)動設(shè)計(jì)修改。由于在參數(shù)化技術(shù)發(fā)展初期，很多技術(shù)難點(diǎn)有待于攻克，又因?yàn)閰?shù)化技術(shù)的核心算法與以往的系統(tǒng)有本質(zhì)差別，采用參數(shù)化技術(shù)，必須將全部軟件重新改寫，因而需要大量的開發(fā)工作量和投資。同時(shí)，由于當(dāng)時(shí)CAD技術(shù)應(yīng)用的重點(diǎn)是自由曲面需求量非常大的航空和汽車工業(yè)，參數(shù)化技術(shù)還不能提供解決自由曲面問題的有效工具，所以這項(xiàng)技術(shù)當(dāng)時(shí)被CV公司所否決。 E1#H{ )G
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參數(shù)技術(shù)公司（Parametric Technology Corp.，PTC）就在這樣的環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生。PTC推出的Pro/E是世界上第一個(gè)采用參數(shù)化技術(shù)的CAD軟件，它第一次實(shí)現(xiàn)了尺寸驅(qū)動的零件設(shè)計(jì)。80年代末，計(jì)算機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展，硬件成本大幅度下降，很多中小型企業(yè)也開始有能力使用CAD技術(shù)。處于中低檔的Pro/E軟件獲得了發(fā)展機(jī)遇，它符合眾多中小型企業(yè)CAD的需求，從而獲得了巨大的成功。進(jìn)入90年代后，參數(shù)化技術(shù)變得越來越成熟，充分體現(xiàn)出其在許多通用件、零部件設(shè)計(jì)時(shí)的簡便易行等方面的優(yōu)勢。 #]k0Z~Bl
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5. 變量化技術(shù)與三維CAD系統(tǒng)的發(fā)展 GI}4,!^N
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參數(shù)化技術(shù)在90年前后幾乎成為CAD業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)，許多軟件廠商紛紛起步追趕。由于CATIA、CV、UG、EUCLID等都已經(jīng)在原來的非參數(shù)化模型基礎(chǔ)上開發(fā)或集成了很多其它應(yīng)用，開發(fā)了許多應(yīng)用模塊，所以，重新開發(fā)一套完全參數(shù)化的造型系統(tǒng)困難很大，因?yàn)檫@樣做意味著必須將軟件全部重新改寫。因此這些公司采用的參數(shù)化系統(tǒng)基本上都是在原有模型技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行局部的、小規(guī)模的修補(bǔ)。這樣，CV、CATIA和UG在推出自己的參數(shù)化技術(shù)時(shí)，均宣傳其采用了復(fù)合建模技術(shù)。 ,|6Y \L
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復(fù)合建模技術(shù)把線框模型、曲面模型及實(shí)體模型疊加在一起，難以全面應(yīng)用參數(shù)化技術(shù)。由于參數(shù)化技術(shù)和非參數(shù)化技術(shù)內(nèi)核本質(zhì)不同，用參數(shù)化技術(shù)造型后進(jìn)入非參數(shù)化系統(tǒng)，還要進(jìn)行內(nèi)部轉(zhuǎn)換才能被系統(tǒng)接受，而大量的轉(zhuǎn)換極易導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或產(chǎn)生其它的不利情況。 ?Y%}(3y
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90年代初，SDRC公司的開發(fā)人員以參數(shù)化技術(shù)為藍(lán)本，提出了“變量化技術(shù)”。1990至1993年，SDRC投資一億多美元，將軟件全部重新改寫，推出了全新體系結(jié)構(gòu)的I-DEAS Master Series。 3(MoXA*
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CAD技術(shù)基礎(chǔ)理論的每一次重大進(jìn)展，無一不帶動了CAD/CAM/CAE整體技術(shù)的提高以及制造手段的更新。技術(shù)發(fā)展，永無止境。沒有一種技術(shù)是常青樹，CAD技術(shù)一直處于不斷的發(fā)展與探索之中。
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