CAD技術的發(fā)展至今已有30多年的歷史。在CAD發(fā)展中，新的技術和新的算法不斷涌現，它主要表現在建模、數據管理、標準化技術的研究和發(fā)展方面。我國CAD系統(tǒng)開發(fā)、應用已取得初步成果，但還存在一些問題……

CAD新發(fā)展

CAD技術產生于本世紀50年代后期。CAD技術的發(fā)展與工業(yè)實際應用和需求密切相關，隨著實際應用的需要,一些計算機應用的新技術和一些新的算法在CAD中不斷出現和發(fā)展，主要表現在：建模技術的研究和發(fā)展；數據管理技術的研究和發(fā)展；標準化技術的研究和發(fā)展三個方面。

1、CAD建模技術的研究和發(fā)展

建模技術是CAD的核心技術，建模技術的研究、發(fā)展和應用，就代表了CAD技術的研究、發(fā)展和應用。下圖給出了建模技術的發(fā)展情況。圖中明確顯示了從50年代至今建模技術的發(fā)展經歷了二維建模、三維幾何建模（包括線框建模、曲面建模、實體建模）、特征建模（包括參數化和變量化建模）及產品集成建模的發(fā)展過程。

二維建模是最初的CAD技術用來解決二維繪圖問題的，后來發(fā)展為三維的幾何建模技術。三維幾何建模又分為線框建模、曲面建模和實體建模。線框建模是以線來構造三維物體，其主要算法是空間自由曲線的擬合和表達相對簡單。曲面建模是由曲面來構造三維物體，其主要算法是自由曲面或雕塑曲面的生成算法等，其算法較為復雜。實體建模是構成真實的實體，其算法比較復雜。在實體建模技術研究中提出了很多算法，常用的有邊界表示法B-rep和幾何構造法CSG。為了統(tǒng)一幾何建模的表示，還研究開發(fā)了新的算法即非均勻有理B樣條（NURBS）算法。這種算法在幾何建模中起了重要的作用。隨著幾何建模技術的發(fā)展和實際應用的要求，到80年代后期又出現了參數化和變量化的建模技術。參數化建模技術一般是指設計對象的結構形狀比較定型，可以用一組參數來約定尺寸關系，參數的求解較簡單，參數與設計對象的控制尺寸有顯示對應關系，設計結果的修改受尺寸驅動。這種CAD系統(tǒng)最早推出的是PTC公司的Pro/Engineer。變量化建模技術是指設計對象的修改需要更大的自由度，通過求解一組約束方程來確定產品的尺寸和形狀。約束方程可以是幾何關系，也可以是工程計算條件，設計結果的修改受約束方程的驅動。變量化建模的代表是SDRC公司的VGX。這一技術應用到SDRC產品I-DEAS Master Series系統(tǒng)中。VGX為CAD軟件帶來了空前的易用性。特征建模是CAD建模方法的一個新發(fā)展。特征建模是著眼于更好地表達產品完整的功能和生產管理信息，為建立產品的集成信息模型服務。特征包含了產品的特定幾何形狀、拓撲關系、典型功能、繪圖表示方法、制造技術和公差要求等。特征的引用直接體現了設計意圖，使得建立的產品模型更容易為人理解和組織生產。

產品集成建模是面向產品生命周期的關系型產品模型的概念。這一概念的提出，較好地解決了信息在設計、制造、檢驗和裝配等環(huán)節(jié)的共享問題，完整地描述了產品在概念設計——裝配設計——零件設計全過程中的各種屬性和相互關系，實現了產品生命周期中的內部描述信息（如產品設計、計劃、加工、檢驗等信息）和外部過程信息（如內部描述信息所依賴的環(huán)境、知識和規(guī)則等）的集成。這種產品集成建模技術仍在研究中。

2、數據管理技術的研究和發(fā)展

CAD技術的研究和應用中，數據管理技術是其又一重要的技術，特別是在CAD集成系統(tǒng)中更為重要。數據管理的研究開發(fā)經歷了文件管理、數據庫管理和產品數據管理（PDM）三個階段。在70年代之前，主要靠文件系統(tǒng)對數據進行管理；到1968年美國IBM公司研制了第一代數據庫管理系統(tǒng)——層次型數據庫管理系統(tǒng)IMS；1969年美國的數據庫研究小組CODASYL發(fā)表了DBTG報告，建立了第二代數據庫管理系統(tǒng)——網狀數據庫管理系統(tǒng)。到70年代，第三代數據庫技術的研究和開發(fā)集中在關系型數據庫技術上，70年代末80年代初，出現了商品化的關系型數據庫管理系統(tǒng)，目前仍很流行。80年代后期，開始了第四代數據庫技術的研究，即工程數據庫和面向對象數據庫的研究和開發(fā)。

盡管在數據管理方面作了大量的工作，但仍然滿足不了企業(yè)對數據管理的實際要求。到80年代后期，在企業(yè)計算機制造環(huán)境中數據管理及設計過程自動化的需求的驅動下，人們開始尋求一種嶄新的產品數據管理技術，它能夠提供一個產品開發(fā)的協(xié)作環(huán)境，在該環(huán)境下，能夠實現過程控制下的信息傳遞并實現數據的有序管理，即產品數據管理（PDM）系統(tǒng)。PDM系統(tǒng)一出現，就成為企業(yè)關注和應用的熱點，近幾年來，PDM技術在國外已取得了突飛猛進的發(fā)展。目前，PDM技術在網絡上的應用、CAD系統(tǒng)集成、MRP/ERP的集成方面進行研究開發(fā)。

3、標準化技術的研究和發(fā)展

由于CAD技術的發(fā)展和廣泛的應用，數據交換的格式和標準化技術也發(fā)展起來，并且越來越重要。在CAD領域出現了圖形級的標準、圖形交換級的標準、產品級的數據表達和交換標準等。

圖形級最早的標準有PHIGS、GKS，它們是ISO/IEC推出的圖形信息系統(tǒng)標準。目前還有一些其它的三維圖形支持標準，如PEX和OPEN GL等也很受重視。

IGES是國際上最早、最成熟的數據交換標準，它主要是用于不同的CAD系統(tǒng)之間進行數據交換的標準。從1980年到1992年已先后發(fā)布了五個版本。IGES目前還在廣泛應用，其目的只是傳輸幾何圖形及相應的尺寸標準、說明等，即只是傳輸工程圖。無法描述工業(yè)環(huán)境所需要的產品定義數據的全部信息。

90年代初，ISO公布了產品數據表達與交換標準STEP。STEP是一個系列的國際標準，它提供了必要的機制和定義，使得產品的數據表達能夠在不同的計算機系統(tǒng)及與產品定義和制造有關的環(huán)境中進行通信。它可用于產品數據的傳輸、共享和存檔。STEP標準是目前CAD領域中最完整的標準，該系列標準還未全部完成，已公布了一部分。

差距仍然很大

近幾年來，我國CAD系統(tǒng)的開發(fā)和應用取得了一些成績，國內已初步形成了二維CAD商品化軟件市場，在一些企業(yè)也引進了CAD系統(tǒng)，并取得一些效益。但與國外相比差距仍然很大。

1、目前我國CAD系統(tǒng)僅僅作為繪圖工具，缺乏設計方法和設計理論的指導

我國CAD軟件開發(fā)雖然已形成了幾個系統(tǒng)，但基本上都是二維繪圖軟件，開發(fā)者在技術上沒有什么創(chuàng)新，缺乏設計方法和設計理論上的研究，因此所開發(fā)出的軟件穩(wěn)定性和可靠性差，自然在市場上就無競爭力。另外，圖形CAD系統(tǒng)只能將設計過程的最后階段——繪圖階段搬到計算機上，而設計過程仍然在設計師頭腦中完成，這樣設計效率并沒有太大的提高。

在應用方面，很多企業(yè)也只是把CAD作為一個繪圖工具，企業(yè)應用中也缺乏對產品設計理論和設計方法的研究，因此企業(yè)產品和創(chuàng)新產品少，在市場上缺乏競爭力。