淺談CAD技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

晁陽

(楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 陜西 楊凌 712100)

摘要：CAD技術(shù)是21世紀(jì)最重要的三大工業(yè)技術(shù)之一，本文回顧了CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢和我國目前CAD技術(shù)的普及的現(xiàn)狀，展望了CAD技術(shù)的未來。

關(guān)鍵詞：CAD技術(shù)； 現(xiàn)狀； 發(fā)展趨勢

收稿日期：2015-03-11

作者簡介：晁 陽(1984-)，男，陜西興平人，講師，主要從事電氣自動化技術(shù)專業(yè)的教學(xué)與研究。

中圖分類號：TP391.72

Application Status and Development Trend of CAD Technology

CHAO Yang

(Yangling Vocational and Technical College, Yangling, Shaanxi 712100, China)

Abstract:CAD technology is one of the three most important industrial technologies in the 21st century. This paper reviews the development trend of CAD technology and its present situation of popularization in our country, and describes the prospect of CAD technology in the future.

Key words: CAD technology; present situation; development trend

在全球經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的大背景下，電子技術(shù)日新月異，計(jì)算機(jī)也成為日常不可獲取的工具。在此基礎(chǔ)上計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(簡稱CAD)技術(shù)有了大規(guī)模的發(fā)展。CAD技術(shù)是專門從事工程和設(shè)計(jì)的科研和技術(shù)人員，使用在CAD系統(tǒng)依照產(chǎn)品的設(shè)計(jì)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)的一項(xiàng)技術(shù)，該技術(shù)可以對工程和產(chǎn)品進(jìn)行分析計(jì)算、幾何建模、圖形繪制、仿真、工程數(shù)據(jù)庫管理，它是人類大腦的智慧和技術(shù)創(chuàng)新及與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物。目前CAD技術(shù)在機(jī)械工業(yè)、化工輕工、汽車電子、飛機(jī)船舶、建筑路橋等多個領(lǐng)域和行業(yè)已經(jīng)有了廣泛的使用，這使傳統(tǒng)行業(yè)的設(shè)計(jì)和制造無論在形式上還是思想上都發(fā)生了根本變化。CAD技術(shù)的使用在生產(chǎn)業(yè)中帶來了巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，在制造業(yè)和信息化產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)揮出十分重要的作用。

1世界CAD技術(shù)發(fā)展的歷程

{STCAD技術(shù)萌發(fā)于上世紀(jì)50年代后半段，1959年12月，在MIT召開的一次計(jì)劃會議上，CAD的概念被明確提出。通過這次會議，研制CAD試驗(yàn)的基礎(chǔ)準(zhǔn)備條件逐漸具備，硬、軟件的準(zhǔn)備工作也基本完善。1963年，美國IE·Sutherland博士在他的論文中提出了“人機(jī)對話圖形系統(tǒng)”和“SKETCHPAD系統(tǒng)”的觀點(diǎn)，首次提出了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、交互技術(shù)、分層儲存的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等新思想，極具創(chuàng)造性，開辟了人機(jī)交互的設(shè)計(jì)方法，為CAD的廣泛應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。美國通用汽車公司為了使其產(chǎn)品更具有市場競爭力，在1964年成功開發(fā)了DAC-I系統(tǒng)，將其應(yīng)用于汽車玻璃線性設(shè)計(jì)并取得良好效果，這是最早的將 CAD運(yùn)用到具體生產(chǎn)中的系統(tǒng)。此后，隨著計(jì)算機(jī)、繪圖機(jī)等硬件設(shè)備的研制日益成熟和使用更加廣泛，加上技術(shù)人員和對圖形數(shù)據(jù)處理方法的研究進(jìn)一步深入，CAD技術(shù)逐漸形成，從二維電路設(shè)計(jì)應(yīng)用到三維造型設(shè)計(jì)， CAD技術(shù)越來越實(shí)用化，并且在全世界范圍內(nèi)得到迅猛發(fā)展。20世紀(jì)70年代，CAD技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到許多工程和產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域，隨著計(jì)算機(jī)硬件性能不斷提高、價格不斷下降，運(yùn)用在小型和超小型計(jì)算機(jī)上的CAD系統(tǒng)進(jìn)入市場并成為主流。此時CAD的主要功能仍然為二維繪圖，三維集合造型開始被研究。20 世紀(jì)80年代，科技出現(xiàn)了迅猛的發(fā)展，計(jì)算機(jī)使用超大規(guī)模集成電路后生產(chǎn)成本極大下降，此時的計(jì)算機(jī)硬、軟件的功能也都達(dá)到了新的水平，較高的性能和低廉的價格使CAD的硬件配置和軟件使用成本能夠被中、小型企業(yè)接受，CAD技術(shù)不再被大型企業(yè)所壟斷，進(jìn)一步被普及和推廣，進(jìn)入高速發(fā)展階段。Autodesk公司自1982年推出計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與繪圖軟件糸統(tǒng)(AutoCAD)以來，多次更新版本，改善功能，市場占有率和影響力有了較大的提高。20世紀(jì)90年代后，隨著CPU速度及內(nèi)存、硬盤容量的增加，在微型計(jì)算機(jī)平臺下運(yùn)行的CAD系統(tǒng)也就成為主流了，隨著制作方不斷提升系統(tǒng)性能和降低生產(chǎn)成本，系統(tǒng)的出售價格逐漸降低， CAD技術(shù)更加普及，開始在工程設(shè)計(jì)和施工領(lǐng)域全面普及并成為必不可少的設(shè)計(jì)工具。

2我國CAD技術(shù)的現(xiàn)狀

2.1　我國CAD技術(shù)發(fā)展歷程

20世紀(jì)70年代，我國開始對CAD技術(shù)進(jìn)行研究，主要是針對應(yīng)用在航空和造船領(lǐng)域的二維繪圖軟件。70年代初，設(shè)計(jì)人員借助計(jì)算機(jī)對一些復(fù)雜的工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、科學(xué)計(jì)算、曲線擬合數(shù)值等進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，速度、精確性和工作效率得到大幅提高。在此過程中也培養(yǎng)了一批質(zhì)量較高的計(jì)算機(jī)應(yīng)用隊(duì)伍，他們成為CAD技術(shù)研究開發(fā)的骨干力量。隨著我國工業(yè)發(fā)展的需要，大量數(shù)控機(jī)床被引進(jìn)，數(shù)控自動編程系統(tǒng)的研究開發(fā)已經(jīng)成為工作重點(diǎn)，70年代中期，國內(nèi)一些科研實(shí)力較強(qiáng)的單位和高校開始開發(fā)和研究了數(shù)控自動編程語言并將其應(yīng)用于生產(chǎn)。航空工業(yè)和機(jī)械工業(yè)等相關(guān)部門還開發(fā)出了針對數(shù)控銑床、車床、加工中心、線切割機(jī)、火花切割機(jī)等機(jī)床的系統(tǒng)，類似于國標(biāo)APT數(shù)控語言。在此過程中成長起來的技術(shù)人員成為日后我國CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展和推廣應(yīng)用的核心力量。

20世紀(jì)80年代，部分大型設(shè)計(jì)院和企業(yè)引進(jìn)CAD系統(tǒng)，在國家“七五”計(jì)劃期間，我國CAD技術(shù)快速發(fā)展并普及開來。在《重點(diǎn)機(jī)械產(chǎn)品計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD )系統(tǒng)開發(fā)》這個國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目中，共設(shè)三大課題40個專題集，全國高校、科研單位、工廠等共計(jì)30多個單位的2 500多科研和工作人員參與項(xiàng)目攻關(guān)。與此同時，各工業(yè)領(lǐng)域和部門也開展了針對具有本行業(yè)特點(diǎn)的CAD/CAM 技術(shù)攻關(guān)。上世紀(jì)90年代以來，國內(nèi)許多科研單位、大型企業(yè)、高校都致力于CAD系統(tǒng)的開發(fā)和科研工作，相繼開發(fā)了用于繪圖、分析、計(jì)算和圖紙檔案管理的CAD軟件。Autodesk公司開發(fā)生產(chǎn)的的AutoCAD軟件是目前國際上使用最多的CAD軟件，國產(chǎn)的CAD類軟件有華正CAXA電子圖版、浙大2DDS, 華中理工大學(xué)的IUTECAD和中科院開發(fā)的DICAD。

自20世紀(jì)90年代后，我國在CAD技術(shù)的開發(fā)、研究和推廣上有較大進(jìn)展，但相較于發(fā)達(dá)國家仍有很大差距。國內(nèi)CAD軟件功能相對比較單一、集成度低、穩(wěn)定性差、缺乏競爭力，對于工程設(shè)計(jì)和施工人員來說，CAD系統(tǒng)僅僅只是擺脫傳統(tǒng)手工制圖的工具，很多CAD系統(tǒng)深層次的功能沒有得到充分應(yīng)用，使用CAD技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、仿真和計(jì)算的比例還需進(jìn)一步提高。對CAD系統(tǒng)二次開發(fā)的力度不夠，這些都極大的制約了CAD技術(shù)在制造產(chǎn)業(yè)發(fā)回更大的作用。

2.2　我國CAD技術(shù)應(yīng)用中的不足

過去20年里，我國CAD技術(shù)發(fā)展成果顯著，也研發(fā)了許多自主版權(quán)的CAD產(chǎn)品，但與發(fā)達(dá)國家相比，還存在一定差距，主要體現(xiàn)在以下方面。

①后續(xù)資金不足，商品化程度較低，營銷手段落后。產(chǎn)品過分追求“填補(bǔ)空白”等技術(shù)指標(biāo)，對市場不夠充分重視，無法滿足市場的需求。產(chǎn)品研發(fā)和推廣的后續(xù)資金不足，難以繼續(xù)推廣，CAD軟件產(chǎn)品化的過程十分困難。加之營銷手段比較原始，營銷工作十分滯后，售后服務(wù)也不完善。

②國家對標(biāo)準(zhǔn)的制定有待提高，企業(yè)缺乏認(rèn)識和重視。自主研發(fā)的CAD產(chǎn)品質(zhì)量問題過多，穩(wěn)定性和可靠性都比較差，這主要依賴于國家對軟件標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)制定和執(zhí)行，促使研發(fā)和生產(chǎn)環(huán)節(jié)首先面向市場，其次建立穩(wěn)定的質(zhì)量保證關(guān)系。 企業(yè)對CAD/CAM技術(shù)的認(rèn)識不夠，簡單的認(rèn)為這就是一個由手工繪圖到計(jì)算機(jī)繪圖的轉(zhuǎn)變，而不是一次企業(yè)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)經(jīng)營的革命，這也使得CAD技術(shù)的推廣變得艱難。

③專業(yè)技術(shù)人員缺乏。研究表明，在我國從事CAD技術(shù)基礎(chǔ)研究、標(biāo)準(zhǔn)化制定的研究型人才，從事科研成果轉(zhuǎn)化的開發(fā)型人才，能夠熟練應(yīng)用CAD技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的應(yīng)用型人才等都相對比較缺乏，已經(jīng)在職的工程技術(shù)人員對CAD技術(shù)的認(rèn)識和掌握也不是十分充分，這也是制約我國CAD技術(shù)發(fā)展的一個重要原因。

2.3　對我國CAD技術(shù)發(fā)展的幾點(diǎn)建議

①注重專業(yè)CAD技術(shù)人員的培養(yǎng)。發(fā)達(dá)國家的企業(yè)高度重視對專業(yè)技術(shù)人員的培養(yǎng)和培訓(xùn)，并且不斷加大投入力度，其中對于人才的培養(yǎng)經(jīng)費(fèi)占到經(jīng)費(fèi)的70%。致力于培養(yǎng)各領(lǐng)域、各行業(yè)的CAD基礎(chǔ)開發(fā)人才和專業(yè)技術(shù)人才，是我國未來很長時期需要借鑒和學(xué)習(xí)的方向。

②重視二次開發(fā)，保證CAD技術(shù)先進(jìn)性。為了加快CAD技術(shù)開發(fā)的步伐，應(yīng)該利用現(xiàn)有的技術(shù)，對其進(jìn)行二次開發(fā)，形成自己的技術(shù)成果，并且保持成果的先進(jìn)性、前沿性、實(shí)用性，盡量避免重復(fù)開發(fā)，以便提高效率和節(jié)約人力和資金。

③著眼市場，重視營銷。堅(jiān)持以市場為導(dǎo)向，提前明確市場定位，以市場和用戶為宗旨，弱化技術(shù)指標(biāo)，開發(fā)和生產(chǎn)出符合市場需求，使用戶滿意的產(chǎn)品。同時要加強(qiáng)營銷管理工作，加大宣傳、產(chǎn)品發(fā)布、售后等工作的力度。

3CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢

我國工業(yè)正面臨著經(jīng)濟(jì)全球化的大環(huán)境，市場全球化和品種多樣化的需求必將使新技術(shù)、新工藝圍繞CAD系統(tǒng)展開研發(fā)與革新。所以集成化、智能化、參數(shù)化、網(wǎng)絡(luò)化也必將成為CAD系統(tǒng)發(fā)展趨勢的主要方向。

3.1　集成化

集成化的目標(biāo)是提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)的自動化程度，是目前CAD技術(shù)發(fā)展的主要趨勢之一。要求CAD系統(tǒng)的硬件和軟件功能齊全，生產(chǎn)的每一個階段都有效的使用CAD技術(shù)，要求CAD系統(tǒng)內(nèi)部各模塊之間有集成，或多種CAD系統(tǒng)之間有集成。

3.2　智能化

設(shè)計(jì)工作是一個反復(fù)修改的過程，設(shè)計(jì)者應(yīng)將多門專業(yè)知識融會貫通并在CAD中實(shí)現(xiàn)，這樣才能得到較好的設(shè)計(jì)結(jié)果。然而，目前的CAD系統(tǒng)無法解決此類問題。隨著人工智能的發(fā)展，可將人工智能技術(shù)引入CAD系統(tǒng)中，使CAD可以模擬人的思維，模擬專家解決問題的過程，利用已有的數(shù)據(jù)，通過分析和運(yùn)算，得到令人滿意的設(shè)計(jì)效果。這也是CAD技術(shù)發(fā)展的主要趨勢之一。

3.3　參數(shù)化

伴隨著計(jì)算機(jī)的硬件技術(shù)的發(fā)展日益先進(jìn)，CAD技術(shù)也逐漸從一維繪圖發(fā)展到二維繪圖再發(fā)展到到三維建模。參數(shù)化、變量化的設(shè)計(jì)思想和特征造型似的工作效率極大提高，有效地減少了設(shè)計(jì)工作量和重復(fù)勞動，這也是CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢之一。用參數(shù)來約束設(shè)計(jì)對象，能夠使形狀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)結(jié)果更精確和完整的表達(dá)，從而為建立產(chǎn)品的集成信息模型服務(wù)。

3.4　網(wǎng)絡(luò)化

當(dāng)今世界互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和電子商務(wù)突飛猛進(jìn)，基于互聯(lián)網(wǎng)的CAD產(chǎn)品,能使二維圖紙以電子形式更加高效的傳播，設(shè)計(jì)人員可以通過互聯(lián)網(wǎng)快速傳輸文件，實(shí)時進(jìn)行交流和協(xié)作，生產(chǎn)企業(yè)通過這種網(wǎng)絡(luò)協(xié)作的模式，降低設(shè)計(jì)與制造成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量，加快新品上市速度。

參考文獻(xiàn)：

[1] 董興仁.淺談機(jī)械CAD發(fā)展趨勢[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2001,(1):41.

[2] 程 洋.機(jī)械CAD的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2006,(4):76.

[3] 葛 飛.機(jī)械CAD在工業(yè)設(shè)計(jì)中的現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].電腦知識與技術(shù)，2005，(27):52.

聲明

本刊已許可中國學(xué)術(shù)期刊(光盤版)電子雜志社在中國知網(wǎng)及其系列數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品中以數(shù)字化方式復(fù)制、匯編、發(fā)行、信息網(wǎng)絡(luò)傳播本刊全文。該社著作權(quán)使用費(fèi)與本刊稿酬一并支付。作者向本刊提交文章發(fā)表的行為即視為同意我社上述聲明。