淺析CAD技術(shù)的歷史、現(xiàn)狀與未來(lái)發(fā)展

李東 孔凡龍 劉曉俊 史寧

中國(guó)機(jī)械工業(yè)機(jī)械工程有限公司 河南 鄭州 450051

正文：

CAD的全稱(chēng)是Computer Aided Design，CAD技術(shù)即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)。CAD的功能強(qiáng)大，其主要功能有編輯圖形，尺寸標(biāo)注，文字和圖層管理，數(shù)據(jù)交換和三維制圖，利用系統(tǒng)組件進(jìn)行設(shè)計(jì)重組，利用軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)模擬，并輸出文檔等功能。

CAD技術(shù)應(yīng)用廣泛，并且一直處在不斷的發(fā)展和革新的過(guò)程中。在全世界范圍內(nèi)的機(jī)械工程、電子工程、航天工程、化工行業(yè)、建筑工程等行業(yè)，都有CAD技術(shù)的應(yīng)用范例。從工程的設(shè)計(jì)、實(shí)施、過(guò)程監(jiān)控、竣工驗(yàn)收等全過(guò)程，全生命周期都離不開(kāi)CAD技術(shù)。當(dāng)前社會(huì)，人工智能技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，CAD技術(shù)與人工智能技術(shù)的結(jié)合發(fā)展成為CAD技術(shù)未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1 CAD技術(shù)發(fā)展的歷史背景

CAD技術(shù)的產(chǎn)生，CAD技術(shù)誕生于美國(guó)，最早在1950年，麻省理工學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)研制出“圖形顯示器”，它只是 WHIRLWIND1計(jì)算機(jī)的一個(gè)配件，但這是CAD技術(shù)誕生的雛形。至20世紀(jì)50年代，計(jì)算機(jī)得到大力發(fā)展，已經(jīng)開(kāi)始使用機(jī)器語(yǔ)言來(lái)編程，而圖形設(shè)備僅僅具有輸出功能。有了具有編程功能的計(jì)算機(jī)，加上圖形輸出設(shè)備，CAD技術(shù)才正式誕生。CAD技術(shù)的蓬勃發(fā)展時(shí)期出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代中期； CAD技術(shù)的廣泛應(yīng)用出現(xiàn)在20 世紀(jì)70年代； CAD技術(shù)的日趨成熟始于20 世紀(jì)80年代。CAD軟件自1982年由美國(guó)的Autodesk公司推出AutoCADV1.0版本之后，至1999年推出 AutoCADR15.0版本，即AutoCAD2000；自此之后的Autodesk公司每年會(huì)發(fā)行以第二年命名的AutoCAD版本?，F(xiàn)在的版本為AutoCAD2016版，在眾多版本中廣為用戶(hù)熟知的經(jīng)典版本就是AutoCAD2004和AutoCAD2008兩個(gè)版本。

2 CAD軟件和CAD技術(shù)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

2.1 CAD軟件現(xiàn)狀

CAD軟件是一個(gè)可視化繪圖軟件，且具有豐富的繪圖和其它輔助功能，其二維繪圖可以完全滿(mǎn)足平面設(shè)計(jì)的需要，軟件界面設(shè)計(jì)合理，各種功能鍵健全，使用鍵盤(pán)配合鼠標(biāo)進(jìn)行繪圖操作，操作感覺(jué)流暢、簡(jiǎn)單。CAD軟件的三維制圖也很方便，在顯示多維度圖形的同時(shí)，點(diǎn)、線(xiàn)、面的數(shù)字信息同時(shí)顯示，極大滿(mǎn)足設(shè)計(jì)師們的操作需求。CAD軟件目前在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用都十分廣泛，因?yàn)樗粌H在二維繪圖處理更加成熟，三維功能也更加完善，可方便地進(jìn)行建模和渲染。

2.2 CAD技術(shù)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

CAD技術(shù)在國(guó)外應(yīng)用廣泛，除美國(guó)之外，日本、法國(guó)、德國(guó)也相繼在機(jī)械工程、電子工程、航天工程、化工行業(yè)、建筑工程等行業(yè)中廣泛使用CAD技術(shù)。我國(guó)CAD技術(shù)起步較晚，于20世紀(jì)60年代末起步。我國(guó)CAD技術(shù)應(yīng)用范圍較窄，主要應(yīng)用在二維繪圖、三維造型、裝配造型、有限元分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)等，其中CAD二維繪圖技術(shù)在企業(yè)應(yīng)用情況更好。

3 CAD技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向和趨勢(shì)

CAD技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在CAD技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化、CAD軟件開(kāi)放集成化技術(shù)、CAD技術(shù)的智能化這三個(gè)方面。

3.1 CAD技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化

CAD技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，CAD技術(shù)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接軌，形成圖樣標(biāo)準(zhǔn)化，構(gòu)配件標(biāo)準(zhǔn)化?，F(xiàn)實(shí)中的標(biāo)準(zhǔn)零件和構(gòu)配件可以在CAD中任意調(diào)用，非標(biāo)準(zhǔn)零件和構(gòu)配件也可以利用CAD技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

我國(guó)的CAD技術(shù)起步較晚，從事CAD技術(shù)研發(fā)的單位不多，可以說(shuō)基礎(chǔ)力量很薄弱，各個(gè)單位研究水平參差不齊，CAD技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，能夠很好的解決不同版本的兼容問(wèn)題，能夠讓不同的開(kāi)發(fā)單位共同提高。

有關(guān)CAD現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)有兩種。（1）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，主要是有關(guān)國(guó)家制定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，此標(biāo)準(zhǔn)在大范圍內(nèi)普遍適用，屬于公用標(biāo)準(zhǔn)；（2）市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)，即行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，主要是一些行業(yè)研究后制定的，在小范圍內(nèi)遵循的標(biāo)準(zhǔn)，屬私有標(biāo)準(zhǔn)。有專(zhuān)家提出現(xiàn)在制定標(biāo)準(zhǔn)的單位很多，但卻沒(méi)有制定標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)不能夠統(tǒng)一，這些觀點(diǎn)對(duì)我國(guó)制定CAD標(biāo)準(zhǔn)也許有所啟迪[3]。

3.2 CAD開(kāi)放集成化技術(shù)

現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)不僅僅是技術(shù)的集成,更是人、信息、管理的集成。 現(xiàn)行的CAD軟件系統(tǒng)都提供了二次開(kāi)發(fā)環(huán)境，用戶(hù)們可以根據(jù)自己的實(shí)際需要可開(kāi)發(fā)CAD軟件的內(nèi)核源碼，從而開(kāi)發(fā)定制出符合自已要求的CAD操作系統(tǒng)。

CAD技術(shù)的開(kāi)放集成化主要體現(xiàn)在三個(gè)方面。首先，CAD多種功能經(jīng)過(guò)集成化之后，形式一套成一體化解決方案，為企業(yè)解決問(wèn)題，同時(shí)推動(dòng)企業(yè)信息化進(jìn)程。其次，利用芯片加工技術(shù)，將CAD技術(shù)所用的計(jì)算方法，CAD軟件的功能模塊、CAD軟件的處理系統(tǒng)，做成芯片，從而大大提高CAD軟件系統(tǒng)的效率。最后，利用現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)CAD在不同地方，不同機(jī)構(gòu)，不同系統(tǒng)之間的集成化。

3.3 CAD技術(shù)的智能化

CAD技術(shù)的智能化是CAD技術(shù)未來(lái)發(fā)展的方向和必然趨勢(shì)。CAD技術(shù)的智能化并不是將人工智能技術(shù)簡(jiǎn)單地與CAD技術(shù)相結(jié)合，而是通過(guò)研究人的思維模型，將其數(shù)字化，然后用CAD數(shù)字技術(shù)來(lái)表達(dá)和模擬出來(lái)，從而完成CAD技術(shù)的智能化。

4 總結(jié)

CAD技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)必然是高度集成化的智能CAD技術(shù)。通過(guò)其開(kāi)放的源代碼設(shè)計(jì)平臺(tái)，越來(lái)越多的國(guó)家，人員去研究，去貢獻(xiàn)自己的源代碼，最終使得CAD集成智能技術(shù)越來(lái)越豐富。通過(guò)用戶(hù)的反饋信息，CAD研發(fā)團(tuán)隊(duì)為各種用戶(hù)提供多目標(biāo)全性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品精度、效率、可靠性、時(shí)間成本與經(jīng)濟(jì)成本的最佳組合，為用戶(hù)帶來(lái)最大化利益。