【正文】 層存儲符號的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等新思想 ,從而為 CAD 技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用打下了理論基礎(chǔ) ,同時也相繼出現(xiàn)了許多商品化的 CAD 設(shè)備。 1970 年美國 Applicon 公司第一個推出完整的 CAD 系統(tǒng) ,出現(xiàn)了全面向中小企業(yè)的 CAD/CAM 商品化系統(tǒng) ,同時也意味著 CAD 技術(shù)進(jìn) 入廣泛使用時期。 20 世紀(jì) 80 年代 ,CAD 技術(shù)進(jìn)入了突飛猛進(jìn)的發(fā)展時期 ,在這個時期 ,CAD/CAM 技術(shù)從大中企業(yè)向中小企業(yè)擴(kuò)展 ,從發(fā)達(dá)國家向發(fā)展中國家擴(kuò)展 ,從用于產(chǎn)品設(shè)計發(fā)展到用于工程設(shè)計和工藝設(shè)計。 到了 20 世紀(jì) 90 年代 ,CAD 技術(shù)進(jìn)入了開放式、標(biāo)準(zhǔn)化、集成化和智能化的發(fā)展時期 ,微機(jī)加視窗 95/98/2020/NT 操作系統(tǒng)與工作站加 LINIX 操作系統(tǒng) ,在以太網(wǎng)的環(huán)境下構(gòu)成了 CAD 系統(tǒng)的主流工作平臺。因此現(xiàn)在的 CAD 技術(shù)和系統(tǒng)都具有良好開放性 ,圖形接口、圖形功能日趨標(biāo)準(zhǔn)化 ,在 CAD 系統(tǒng)中 ,綜合運 用正文、圖形、圖像、語音等多媒體技術(shù)和人工智能、專家系統(tǒng)等技術(shù) ,從而大大提高了自動化設(shè)計程度 ,出現(xiàn)了智能 CAD 新學(xué)科。 目前各種機(jī)械 CAD 軟件開發(fā)和應(yīng)用層出不窮 ,顯示出強(qiáng)大的生命力和廣闊的發(fā)展前景。 眾多 CAD 廠商的成敗無一不與其技術(shù)發(fā)展密切相關(guān)。溫故而知新 ， CAD技術(shù)基礎(chǔ)理論的每次重大進(jìn)展，無一不帶動了 CAD/ CAM/CAE 整體技術(shù)的提高以及制造手段的更新。技術(shù)發(fā)展，永無止境。沒有一種技術(shù)是常青樹， CAD 技術(shù)一直處于不斷的發(fā)展與探索之中。正是這種此消彼長的互動與交替，造就了今天 CAD技術(shù)的興旺與繁榮，促進(jìn) 了工業(yè)的高速發(fā)展。今天，越來越多的人認(rèn)識到 CAD 是一種巨大的生產(chǎn)力，不斷加入到用戶行列之中。愿 CAD 技術(shù)的發(fā)展伴隨著人們對它認(rèn)識及應(yīng)用水平的提高，日新月異，更上層樓。 5 我國 CAD 技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 我國各企業(yè)之間 CAD 技術(shù)的應(yīng)用水平參差不齊。在中小型企業(yè)中， CAD 技術(shù)的應(yīng)用是建立在以 “甩掉圖板 ”為目標(biāo)的計算機(jī)輔助繪圖與設(shè)計系統(tǒng)之上，應(yīng)用國外或國內(nèi)開發(fā)的一些計算機(jī)繪圖軟件，用計算機(jī)繪圖來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工繪圖。而另一部分企業(yè)在實現(xiàn)了 “甩圖板 ”工程之后，建立以資源共享、權(quán)限控制為目標(biāo)的產(chǎn)品信息管理系 統(tǒng)。除了要 “甩圖板 ”，還要 “甩圖紙 ”，實現(xiàn)了設(shè)計生產(chǎn)和管理信息的集成。對于具有相當(dāng)實力的大型企業(yè)，引進(jìn)了先進(jìn)的計算機(jī)輔助設(shè)計、分析、模擬仿真、加工集成系統(tǒng)。 目前 CAD 技術(shù)在我國有三種基本形式： 1． 直接采用二維 CAD 軟件。達(dá)到了 “甩圖板 ”的目的，使產(chǎn)品設(shè)計的效率有一定程序的提高。 2． 二次開發(fā)。在二維 CAD 軟件的基礎(chǔ)上，采用編程的方法，為特定的產(chǎn)品專門開發(fā)具有參數(shù)化設(shè)計功能的軟件，雖然編程的工作量較大，但應(yīng)用起來十分方便，加快了特定產(chǎn)品的開發(fā)速度。 3． 參數(shù)化設(shè)計。隨著微機(jī)版三維 CAD 軟件的相繼推出，以三 維 CAD 軟件作為工作平臺，運用三維軟件的各種基本繪圖方式和三維造型功能生成所需的幾何模型，再直接利用參數(shù)化尺寸驅(qū)動和約束功能，建立產(chǎn)品及零部件的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)化模塊，較快地完成了 CAD 系統(tǒng)軟件的開發(fā)工作。 CAD 系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 1． CAD 系統(tǒng)應(yīng)用面向產(chǎn)品的整個生命周期 要求產(chǎn)品信息模型能夠容易地在產(chǎn)品生命周期的不同環(huán)節(jié)（從概念設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計，詳細(xì)設(shè)計到工藝設(shè)計和數(shù)控編程）間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。要求能支持集成地、并行地設(shè)計產(chǎn)品及其相關(guān)的各種過程（包括制造過程和支持過程），而以往的 CAD系統(tǒng)主要面向產(chǎn)品生命周期 中的某個環(huán)節(jié)。 2． CAD 系統(tǒng)應(yīng)充分考慮產(chǎn)品信息的繼承性 要求能方便地獲取全部歷史數(shù)據(jù)，最充分地利用已經(jīng)生產(chǎn)實踐考驗過的產(chǎn)品信息。在用 CAD 系統(tǒng)進(jìn)行新產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計時，只需對其中很少一部分零部件進(jìn)行重新設(shè)計和制造，而絕大部分零部件的設(shè)計都將繼承以往產(chǎn)品的信息。 CAD 系 6 統(tǒng)應(yīng)具有高度變型設(shè)計能力，能夠通過快速重構(gòu)，得到一種全新的產(chǎn)品。這不僅大大縮短了產(chǎn)品周期、還提高了產(chǎn)品的一次成熟性。 3． CAD 系統(tǒng)應(yīng)滿足并行設(shè)計的要求 產(chǎn)品可以容易地被分解為一些模塊，通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，組織分散在各地的產(chǎn)品設(shè)計人員分工進(jìn)行產(chǎn)品各 零部件的設(shè)計和制造，然后進(jìn)行組裝和集成。這種系統(tǒng)包括： （ 1） 提供以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的會議系統(tǒng)，使開發(fā)組成員易于實現(xiàn)半結(jié)構(gòu)化通信及在一個異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)分布計算； （ 2）建立及維持產(chǎn)品過程及源數(shù)據(jù)的統(tǒng)一模型，以使用戶能透明地提取及瀏覽分布在企業(yè)各個不同地方的數(shù)據(jù)庫內(nèi)的信息； （ 3） 對產(chǎn)品開發(fā)過程提供動態(tài)管理，使虛擬產(chǎn)品開發(fā)組容易討論和制訂決 （ 4）使工具和服務(wù)在并行工程中易于集成。 4． CAD 系統(tǒng)與產(chǎn)品信息標(biāo)準(zhǔn)化相結(jié)合 要求把產(chǎn)品信息標(biāo)準(zhǔn)化作為 CAD 系統(tǒng)應(yīng)用的基礎(chǔ)和前提。產(chǎn)品信息標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)果將為 CAD 系統(tǒng)提供配套的 、實用的產(chǎn)品信息基因庫（數(shù)據(jù)庫、知識庫），這樣才能使 CAD 系統(tǒng)發(fā)揮出巨大的作用。大容量存儲技術(shù)的發(fā)展已為產(chǎn)品信息基因庫的建設(shè)提供了較好的條件。產(chǎn)品信息基因庫的內(nèi)容包括各種標(biāo)準(zhǔn)化了的零件功能特征、典型零件、功能模塊和典型產(chǎn)品信息。 5． 產(chǎn)品模型的可轉(zhuǎn)換性特別是二維和三維產(chǎn)品模型間的互相轉(zhuǎn)換可滿足不同的需要 如在某種基于特征造型的 CAD系統(tǒng)中，當(dāng)采用特征建模法完成新零件設(shè)計后，并當(dāng)類似的零件變型不斷出現(xiàn)時，應(yīng)自動將零件功能特征模型轉(zhuǎn)為典型零件模型，利用變型設(shè)計功能較強(qiáng)的 CAD 系統(tǒng)軟件進(jìn)行設(shè)計。 6． 面向全國乃 至全球的產(chǎn)品信息編碼系統(tǒng) 產(chǎn)品信息代碼化可以方便地進(jìn)行產(chǎn)品信息檢索和利用，方便地進(jìn)行并行設(shè)計和變型設(shè)計，并為敏捷制造創(chuàng)造必要的條件。 7． 軟件系統(tǒng)要具有很好的可移植性和自組織性 在 CAD 系統(tǒng)中，用戶可以根據(jù)自己的需要隨時加入運行文件和模塊，還可重新裝配各個模塊中的子模塊，或者按照自己的要求修改系統(tǒng)中的不足之處。而這種修改不會影響這個 CAD 系統(tǒng)。 8． 增能化 7 未來的 CAD 系統(tǒng)將引入知識工程，從而產(chǎn)生智能 CAD 系統(tǒng)，這種智能具有推理能力，使不熟練的設(shè)計人員也能做出好的設(shè)計來。 9． 虛擬現(xiàn)實技術(shù) 設(shè)計人員在虛擬 世界中創(chuàng)造新產(chǎn)品，可以從人機(jī)工程學(xué)角度檢查設(shè)計效果、設(shè)計人員可直接參與操作模擬，移動部件和進(jìn)行各種試驗，以確保設(shè)計的準(zhǔn)確性，這種技術(shù)的特點是：及早看到新產(chǎn)品的外形，以便從多方面觀察和評審所設(shè)計的產(chǎn)品；可以使用不同的虛擬工具來扭曲、擠壓和拉伸物體；可以虛擬地切削或擠壓材料，無需耗費材料或占用寶貴的加工設(shè)備；及早發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)空間布局中的干涉和運動機(jī)構(gòu)的碰撞等問題；直接觀察數(shù)控加工中刀具的運動軌跡是否正確。 8 第 3 章 CAD 常用的設(shè)計軟件 國外軟件 1． AutoCAD AutoCAD 系列軟件是 Autodesk 公司的產(chǎn)品，也是最早進(jìn)入國內(nèi)市場的 CAD軟件之一，從最早的 版到以后的 R1 R1 2020 直到如今的 2020 版， AutoCAD的產(chǎn)品在國內(nèi)的市場上走過了十幾年的歷程了，從最早期的 DOS 操作命令到現(xiàn)在的 Windows 窗口式的操作界面，是大家所最熟悉的 CAD 軟件。 AutoCAD 軟件最早是針對二維設(shè)計繪圖而開發(fā)的，隨著其產(chǎn)品的日益成熟，在二維繪圖領(lǐng)域該軟件已經(jīng)比較的完善，而且隨著產(chǎn)品設(shè)計的發(fā)展需要，越來越多的產(chǎn)品設(shè)計已經(jīng)不在停留在二維的設(shè)計領(lǐng)域，正 在越來越多的朝著三維的產(chǎn)品設(shè)計發(fā)展。 Autodesk公司在 2020 年發(fā)布的 AutoCAD2020 中的主要強(qiáng)化和改進(jìn)之處是提高了二維制圖功能的易用性。具體而言，新增功能有 ： （ 1）顯示線條的長度和角度等制圖和編輯中各要素的相關(guān)信息，可實現(xiàn)更直觀的制圖功能； （ 2）當(dāng)移動鼠標(biāo)、以矩形框選擇要素時，可以動態(tài)地高亮度顯示所選要素、以便確認(rèn)目標(biāo)要素是否被選中的功能； （ 3）放大和縮小圖形時，可以連續(xù)顯示放大和縮小的過程、輕松把握哪些部分被放大或縮小的功能； （ 4）提取座標(biāo)值、角度和長度等畫面上的現(xiàn)有要素的某個屬性值， 將其用于計算中、并將計算結(jié)果 用于其它要素的制圖和編輯的電子計算功能 等 。 2． Pro/Engineer Pro/Engineer（簡稱 Pro/E）是由美國 PTC 公司推出的一套博大精深的三維CAD/CAM 參數(shù)化軟件系統(tǒng)，其內(nèi)容涵蓋了產(chǎn)品從概念設(shè)計、工業(yè)造型設(shè)計、三維模型設(shè)計、分析計算、動態(tài)模擬與仿真、工程圖輸出，到生產(chǎn)加工成產(chǎn)品的全過程。它改變了傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計觀念，這種概念已成為世界 CAD/CAE/CAM 領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)。該軟件還包括了大量的電纜及管道布線、模具設(shè)計與分析等實用模塊，該軟件的應(yīng)用領(lǐng)域涉及航空航天、汽 車、機(jī)械、數(shù)控加工、電子等諸多領(lǐng)域。開發(fā)的第三代機(jī)械 CAD/CAE/CAM 產(chǎn)品 Pro/Engineer 軟件將設(shè)計到生產(chǎn)全過程集成 9 到一起 3． UG UnigraphicsSolutions 公司的 UG 本身起源于航空、汽車企業(yè)（美國麥道航空公司），它的應(yīng)用范圍基本和 Pro/E 相似，它以 Parasolid 幾何造型核心為基礎(chǔ)，采用基于約束的特征建模技術(shù)和傳統(tǒng)的幾何建模為一體的復(fù)合建模技術(shù)。在三維實體造型時，由于幾何和尺寸約束在造型的過程中被捕捉，生成的幾何體總是完全約束的，約束類型是 3D 的，而且可用于控制參數(shù)曲面。在 基于約束的造型環(huán)境中支持各種傳統(tǒng)的造型方法，如布爾運算、掃描、曲面縫合等。該軟件的主要缺點是不允許在零件之間定義約束。但 UG 具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了 CAD、 CAE、CAM 之間無數(shù)據(jù)交換的自由轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)了 軸， 35 軸聯(lián)動的復(fù)雜曲面加工和鏜銑加工，該軟件的功能也非常的強(qiáng)大，一般認(rèn)為 UG 是業(yè)界最好、最具有代表性的數(shù)控軟件，它提供了功能強(qiáng)大的刀具軌跡生成方法。包括車、銑、線切割等完善的加工方法。 國內(nèi)軟件 1. 開目 開目 CAD 是華中理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院開發(fā)的具有自主版權(quán)的基于微機(jī)平臺的CAD 和圖紙 管理軟件，它面向工程實際，模擬人的設(shè)計繪圖思路，操作簡便，機(jī)械繪圖效率比 AutoCAD 高得多。開目 CAD 支持多種幾何約束種類及多視圖同時驅(qū)動，具有局部參數(shù)化的功能，能夠處理設(shè)計中的過約束和欠約束的情況。開目CAD 實現(xiàn)了 CAD、 CAPP、 CAM 的集成，適合我國設(shè)計人員的習(xí)慣，它采用面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)，基于 Windows95，使用全 32 位的 VisualC++語言重寫了全部程序，使開目 CAD98 一經(jīng)推出，就成了搶手的熱門軟件。 2． 華正 CAXA(ComputerAidedXAdvanced， X 意味著擴(kuò)充 )是北 京華正模具研究所 (北京航空航天大學(xué) 721 研究所 )面向我國工業(yè)界推出的包括數(shù)控加工、工程繪圖、注塑模具設(shè)計、注塑工藝分析及數(shù)控機(jī)床通訊等一系列 CAD/CAM/CAE 軟件的品牌名稱。它包括 CAXAEB、 IPD、 IMD、 WEDM、 MILL、 ME 六個系列，其中CAXAEB(ElectronicBoard 電子圖板 )已經(jīng)通過我國機(jī)械 CAD 軟件標(biāo)準(zhǔn)化審查。CAXA 電子圖板是一個高效、方便、智能化的通用中文設(shè)計二維繪圖軟件，可幫 10 助設(shè)計人員進(jìn)行零件圖、裝配圖、工藝圖表及平面包裝等設(shè)計。 CAXA 電子圖板全面采用國標(biāo)設(shè)計，幾 乎所有的圖形功能都支持直觀的拖畫方式，它還擁有智能化和預(yù)顯示的工程標(biāo)注以及參量化國標(biāo)機(jī)械零件圖庫。 CAXA 電子圖板還提供局部參數(shù)化設(shè)計和一個全開放的二維開發(fā)平臺。 3． PICAD PICAD 系統(tǒng)及系列軟件是中科院凱思軟件集團(tuán)及北京凱思博宏應(yīng)用工程公司開發(fā)的具有自主版權(quán)的 CAD 軟件。該軟件具有智能化、參數(shù)化和較強(qiáng)的開放性，對特征點和特征坐標(biāo)可自動捕捉及動態(tài)導(dǎo)航；系統(tǒng)提供局部圖形參數(shù)化、參數(shù)化圖素拼裝及可擴(kuò)充的參數(shù)圖符庫；提供交互環(huán)境下的開放的二次開發(fā)工具，用戶可以任意增加功能或開發(fā)專業(yè)應(yīng)用軟件。 PICAD 是 國內(nèi)商品化最早、市場占有率最大的 CAD 支撐平臺及交互式工程繪圖系統(tǒng)。 4． SolidWork 創(chuàng)新的、易學(xué)易用的和價格平宜的 SolidWorks 是 Windows 原創(chuàng)的標(biāo)準(zhǔn)三維設(shè)計軟件。沒有其它任何同類實體建模產(chǎn)品能象 SolidWorks 一樣即有創(chuàng)意又如此強(qiáng)勁 。下面就 SolidWork 一些新功能進(jìn)行介紹。 (1) 高級的圖像渲染 PhotoWorks PhotoWorks 完全集成在案 SolidWorks 的設(shè)計環(huán)境中，把高級的渲染手段直接引入 SolidWorks。從下拉菜單或圖形菜單條中即可方便地獲取具體的 功能，更重要的是， PhotoWorks 不要求使用者有專門培訓(xùn)和背景知識就可以為設(shè)計或產(chǎn)品制作出精美的展示圖片。 a. 渲染的控制 預(yù)覽帶有背景和材質(zhì)紋理的上色渲染。如果需要，對透明和反射的材質(zhì)，可設(shè)置光源。通過自適應(yīng)整理，對圖像進(jìn)行高清晰地光順，消除圖像邊界的鋸齒形，從而改進(jìn)圖像的質(zhì)量。 b. 物體的材質(zhì) 可從預(yù)定程式和紋理的材質(zhì)庫中選擇金屬、石料、木材、塑料和其他材質(zhì)類型。用戶可以定義新的材質(zhì)，有