CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展和展望

張 強，秦禎研

（安徽建筑大學(xué)，安徽 合肥 230022）

CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展和展望

張 強，秦禎研

（安徽建筑大學(xué)，安徽 合肥 230022）

隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展和普及，計算機已經(jīng)走進社會各個領(lǐng)域，社會需求的日益增長使得計算機軟、硬件的成本都大幅度下降，這就加速了軟件技術(shù)的更新和推廣，CAD軟件技術(shù)的市場也被充分打開，有了市場就有需求，CAD技術(shù)也在此過程中發(fā)生了革命性變化.

CAD/CAM；發(fā)展；融合

CAD技術(shù)起步于二十世紀五十年代后期，進入六十年代，隨著在計算機屏幕上繪圖變?yōu)榭尚卸_始了迅速發(fā)展.人們希望借助此項技術(shù)擺脫繁瑣、費時、繪制精度低的傳統(tǒng)手工繪圖.這時候CAD技術(shù)的出發(fā)點是用傳統(tǒng)的三視圖方法來表達三維空間，以圖紙為媒介進行技術(shù)交流，這就是二維計算機繪圖技術(shù).CAD技術(shù)經(jīng)過六、七十年代的發(fā)展，在八十年代開始從航天軍事等專業(yè)領(lǐng)域逐漸向民用化發(fā)展.下面我們一起來了解一下當前CAD及CAM（計算機輔助制造）技術(shù)的發(fā)展.

早期的CAD主要應(yīng)用于航天和武器的設(shè)計工作，因為航天和武器設(shè)計制造的高要求，為了更精確的實現(xiàn)自己的設(shè)計意圖并進行模擬，計算機專家發(fā)明了各種圖形技術(shù)來描述三維圖形空間，隨著計算機圖形學(xué)中曲面描述技術(shù)和參數(shù)化技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)逐漸發(fā)展成型.（注：我國八十年代早期設(shè)計的銀河億次機關(guān)鍵用途之一也是進行火箭和導(dǎo)彈設(shè)計）

八十年代末，計算機技術(shù)迅猛發(fā)展，硬件成本大幅下降，一個更加廣闊的CAD市場被打開了，很多中小型企業(yè)也開始使用CAD技術(shù)，這項技術(shù)在建筑設(shè)計、工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計、家具設(shè)計等領(lǐng)域發(fā)揮了越來越重要的作用.

僅管當時一些民用CAD系統(tǒng)不但價格高而且必須依賴昂貴的UNIX平臺來運行，但是已經(jīng)比原先只有少數(shù)公司可以用的起的巨型機節(jié)約了大量的經(jīng)費和時間精力.后來隨著MACOS平臺特別是WINDOWS平臺等圖形操作系統(tǒng)的發(fā)展，加上AUTODESK等公司在WINDOWS平臺上的不斷發(fā)展進步，再加上ALIAS、UG、CATIA等公司不斷的把一些原來UNIX平臺上的優(yōu)秀CAD軟件移植到WINDOWS平臺上，CAD軟件徹底平民化.

CAD軟件隨著軟硬件和精密加工設(shè)備的進步而迅速發(fā)展，設(shè)計師用PRO/E、masterCAM等專業(yè)CAD/CAM軟件設(shè)計好一個產(chǎn)品后，就可以直接導(dǎo)入加工設(shè)備進行模具加工，然后立刻就可以生產(chǎn)出新產(chǎn)品.隨著數(shù)年來的發(fā)展，現(xiàn)在CAD軟件的發(fā)展已經(jīng)比較成熟穩(wěn)定.

當前CAD技術(shù)一直處于不斷的發(fā)展之中，由于應(yīng)用CAD技術(shù)可以提高企業(yè)的設(shè)計效率，優(yōu)化設(shè)計方案，減輕技術(shù)人員的勞動強度，縮短設(shè)計周期，越來越多的人不斷加入到CAD用戶行列之中.目前很多CAD軟件集成了PDM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）能力，PDM管理的是產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)的全部數(shù)據(jù).工程技術(shù)人員根據(jù)市場需求設(shè)計的產(chǎn)品圖紙和編寫的工藝文檔僅僅是產(chǎn)品數(shù)據(jù)的一部分.PDM系統(tǒng)除了要管理上述數(shù)據(jù)外，還要對相關(guān)市場需求、分析、設(shè)計與制造過程中的全部更改歷程、用戶使用說明及售后服務(wù)等數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一有效的管理.以ARCHICAD為例，在ARCHICAD中墻不僅僅只是平行線，還能包含有關(guān)其組成、材料、高度、價格等有價值的信息.這樣使用該軟件的設(shè)計師可以讓很多設(shè)計上的沖突在發(fā)生前被解決，從而節(jié)省出大量的資金和時間.另外以AUTOCAD為例，現(xiàn)在它不僅可以精確表現(xiàn)出設(shè)計者的設(shè)計意圖，很多廠商還以它為基礎(chǔ)開發(fā)了大量的輔助模塊，利用這些模塊在建設(shè)設(shè)計中不但可以統(tǒng)計出需要多少鋼材和混凝土，還可以計算出各個部件的受力情況來調(diào)整自己的設(shè)計，并可以自動根據(jù)定額做出概算.

隨著生產(chǎn)力的發(fā)展、科技的發(fā)展、軟件技術(shù)的發(fā)展以及三維CAD的興起，在CAD系統(tǒng)中引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行設(shè)計是當前CAD系統(tǒng)的發(fā)展趨勢之一，設(shè)計師能在電腦中看到虛擬的三維物體，這些虛擬物體非常逼真、自然，產(chǎn)品的可視性更強；但要將這些東西用木頭、金屬、塑料、石頭等制作出來則非常的費時費力，因此伴隨著三維CAD軟件的發(fā)展(如:CATIA、UG、中望3D等)，3D打印技術(shù)也從80年代僅僅應(yīng)用于航天、醫(yī)療和汽車工業(yè)領(lǐng)域，逐步走入到人們的生活當中來.

3D打印實際上是快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀可粘合材料（可以是金屬、不銹鋼、塑料、碎木或者石材等等），通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù).這種技術(shù)使得不必再花費額外成本進行鑄造或建模的制作及后續(xù)修改.CAD和CAM技術(shù)的結(jié)合在當代設(shè)計制造中發(fā)揮了巨大作用，由于現(xiàn)在精密加工機床的精度已經(jīng)很高，大部分的設(shè)計通過CAM軟件可以輕松的表現(xiàn)出來.在CAD/CAM這兩種技術(shù)共同的影響下，在設(shè)計階段即能發(fā)現(xiàn)各種產(chǎn)品的性能問題，通過3D打印技術(shù)特點，利用較少成本就可以進行樣品制作，同時可以使生產(chǎn)速度至少提升十余倍，并且?guī)缀鯖]有出錯率，避免了不要的損失.

隨著并行設(shè)計、協(xié)同設(shè)計、智能設(shè)計、虛擬設(shè)計、全生命周期設(shè)計等設(shè)計方法的發(fā)展，并隨著人工智能、多媒體、虛擬現(xiàn)實、信息技術(shù)的進步，CAD技術(shù)也朝著集成化、智能化、協(xié)同化的方向發(fā)展.

越來越多的CAD軟件集成了全面的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理功能，CAD軟件生成的工程文件已經(jīng)不單單只是圖紙上的數(shù)據(jù)，還包括了大量工程流程上需要的參數(shù)和數(shù)據(jù)，并可以自動的計算出需要的相關(guān)數(shù)據(jù)，這樣就把很多原來設(shè)計后端才開始的工作提前展現(xiàn)在設(shè)計師的眼前，從而大大減少了設(shè)計和施工、設(shè)計和制造出現(xiàn)沖突的可能.隨著PDM和CAD/CAM的不斷深入結(jié)合，3D打印和CAD三維的設(shè)計交互，在一個優(yōu)秀的設(shè)計流程中，不但設(shè)計沖突可以消滅在萌芽狀態(tài)，設(shè)計師的創(chuàng)造可以最終完美的表現(xiàn)出來，而且后端的工程或產(chǎn)品制造部門也可以根據(jù)前端CAD軟件的數(shù)據(jù)變化，自動動態(tài)的調(diào)整自己的工作.更為重要的趨勢是隨著CAD協(xié)同能力的提高，很多大的工程可以任意定制分割成很多小模塊讓不同能力不同風(fēng)格的設(shè)計師或工程師進行完美的協(xié)同設(shè)計，這樣不但提高了設(shè)計效率，還極大地縮短了生產(chǎn)及列裝時間，比如說飛機或者航母等重型工業(yè)的生產(chǎn)，在飛機或者航母還沒有生產(chǎn)出來之前，就可以模擬建立起對其的各種操控仿真訓(xùn)練系統(tǒng)，而無需等到飛機或航母實際建造出來.

虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)的發(fā)展也很值得關(guān)注，隨著計算機硬件和渲染技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在通過CAD軟件在電腦中漫游虛擬建筑或者操作設(shè)計中的虛擬設(shè)備已經(jīng)十分普遍.隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，脫離電腦的大型虛擬感應(yīng)現(xiàn)實技術(shù)也開始逐漸浮出水面.

進入21世紀以來，在國內(nèi)占據(jù)CAD繪圖市場主導(dǎo)地位的是Autodesk公司的Autocad軟件，而Autocad軟件在目前主要還只是作為一個二維軟件來使用.在目前中國的CAD用戶特別是初期CAD用戶中，二維繪圖仍然占有相當大的比重，大部分人只是把CAD軟件當作繪圖板的替代品.

目前在設(shè)計教學(xué)中也有這種傾向，大部分設(shè)計教學(xué)知識滿足學(xué)生用Autocad軟件繪制設(shè)計圖紙，加上用3dmax等軟件進行設(shè)計效果圖的渲染，材料和施工問題另外通過一些專用軟件來計算.這種條塊分割的方式不但效率不高，而且在實際工作中很容易產(chǎn)生設(shè)計沖突，然后再回頭修改設(shè)計，這樣也就容易造成大量的時間和金錢的浪費.

根據(jù)這些情況加上當前CAD的發(fā)展趨勢，為了更好的和未來實際工作結(jié)合，現(xiàn)在應(yīng)該在教學(xué)中多研究探討具有能與建模技術(shù)、渲染技術(shù)、材料技術(shù)、造價技術(shù)乃至3D打印技術(shù)相貫通的類似軟件，從而加強學(xué)生在完整的工作流程中完成CAD設(shè)計的理念，這樣可以全面考慮自己的設(shè)計作品.同時可以利用網(wǎng)絡(luò)條件讓學(xué)生學(xué)會以協(xié)同設(shè)計的方式來開展自己的工作和創(chuàng)作.

〔1〕曾旭東,陳利立.建筑數(shù)字技術(shù)系列教材：ARCHICAD虛擬建筑設(shè)計教程[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2007.

〔2〕彭嵩.CAD技術(shù)應(yīng)用狀況與發(fā)展趨勢淺析[J].礦山機械,2005.

〔3〕王佩坤,唐方臺.CAD技術(shù)、方法與建設(shè)機械應(yīng)用[J].建設(shè)機械技術(shù)與管理，1997.

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