CAD技术史上的五次革命

Yomi · 发表于 2013-6-20 09:31:31

第一次CAD技术革命——曲面造型系统

60年代出现的三维CAD系统只是简单的线框式系统，它只能表达基本的几何信息，不能有效地表达几何数据间的拓扑关系。由于缺乏形体的表面信息，CAE及CAM均无法实现。

进入70年代，一些以贝赛尔算法使用计算机处理曲线及曲面问题的三维造型系统的出现，标志着计算机辅助设计技术从单纯模仿工程图纸的三视图模式中解放出来，首次实现以计算机完整描述产品零件的主要信息，同时也使得CAM技术的开发有了实现的基础。曲面造型系统为人类带来了第一次CAD技术革命。

第二次CAD技术革命——曲面造型技术

70年代末到80年代初，由于计算机技术的大跨步前进，CAD、CAM技术也开始有了较大发展。但由于表面模型只能表达形体的表面信息，难以准确表达零件的其它特性，如质量、重心、惯性矩等，对CAE十分不利，最大的问题在于分析的前处理特别困难。

基于对于CAD/CAE一体化技术发展的探索，实体化造型技术诞生。由于实体造型技术能够精确表达零件的全部属性，在理论上有助于统一CAD、CAE、CAM的模型表达，给设计带来了惊人的方便性。它代表着未来CAD技术的发展方向。可以说，实体造型技术的普及应用标志着CAD发展史上的第二次技术革命。

第三次CAD技术革命——参数化技术

80年代中期，基于之前无约束自由造型的技术基础，一种更新颖、更好的算法——参数化实体造型方法被提出。这种算法主要有以下特点：基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。

进入90年代，参数化技术变得比较成熟起来，充分体现出其在许多通用件、零部件设计上存在的、简便易行的优势。可以说，参数化技术的应用主导了CAD发展史上的第三次技术革命。

第四次CAD技术革命——变量化技术

由于一些主流CAD系统都在原来的非参数化模型的基础上开发集成了许多其它应用软件，包括CAM、CAE接口等，在CAD方面也做了许多应用模块开发；重新开发一套完全参数化的造型系统将花费很大的人力财力。因此他们采用的参数化系统基本上是在原有模型基础上进行局部、小块的修改。这个阶段一些企业推出符合建模技术。这种复合建模技术，并非完全基于实体，难以全面应用参数化技术。由于参数化技术和非参数化技术内核有本质不同，用参数化技术造型后进入非参数化系统后还要进行内部卷转换，才能被系统接受，而大量的转换极易导致数据丢失或其它不利条件。

参数化技术的成功应用，使它几乎成为CAD业界的标准。但是技术理论上的认可并非意味着实践上的可行性。开发人员累积数年的参数化研究经验，发现参数化技术有许多不足。首先，全尺寸约束的硬性规定干扰和制约着设计者创造力和想象力的发挥；其次，如在设计中关键的拓扑关系发生改变，失去了某些约束特征也会造成系统数据混乱。基于以上的原因，一些CAD开发人员大胆地提出了一种更为先进的实体造型技术——变量化技术，作为今后的开发方向。

变量化技术既保持了参数化技术的原有优点，同时又克服了它的许多不足之处。它的成功应用，为CAD技术的发展提供了更大得空间和机遇，也驱动了CAD发展史上的第四次技术革命。

第五次CAD技术革命——同步建模技术

同步建模技术把约束驱动技术与直接建模完美地结合在一起，可谓是数字化开发领域的一项重大突破，一时被称之为CAD领域的又一次革命。

同步建模技术的最大创新在于成就了对基于特征的参数建模和基于特征的非参数建模的完美兼容。实际上，每种建模方式都有各自的优缺点，传统的参数化建模按序列把规则应用于几何图形，虽然可以自动完成设计意图的变更，但却无法解决计划之外的工程变更，设计人员必须重新计算在构造历史记录模块的情况下创建一致的特征；无参数建模则以一种不受约束的方式集中处理几何图形，但由于技术的限制，往往牺牲了系统智能和设计意图。而同步建模技术则融合了基于特征的参数建模和基于特征的非参数建模，兼具八大建模优势：

Ø特征树型结构变为特征集

Ø在无约束模型上进行受控编辑

Ø在参数约束模型上进行编辑

Ø父/子结构

Ø尺寸方向控制

Ø程序特征

Ø模型创建

Ø快速进行“假设”变更

同步建模技术兼具的几大优点：

同步建模技术突破了基于历史的建模系统所固有的系统架构所产生的障碍。该技术具有识别当前几何体状态的功能，实时分析确认定位依属关系，不必从编辑的角度对模型进行传统的完全重建，即可实现模型的变更。根据模型的不同复杂程度和编辑历史的长短，用户就能获得显著的性能提升。