CAD应用软件的发展历程与未来走向

CAD是将人和计算机的最优特性结合起来，完成特定设计任务的一种技术。人具有逻辑思维、识别、判断、推理和自适应的能力，计算机则以运算速度快，存储量大，精确度高，能适应重复、烦琐的工作而见长。CAD应用软件就是根据某一专业的特点和规定，将人和计算机有机地结合在一起，去完成该专业的设计任务而编写的专用软件。

早期的结构分析程序一般采用数据文件方式提供数据，输入数据文件一般由用户事先准备好，然后再启动程序输入这些数据文件，这种方式容易产生数据错位或数据本身的错误，也不利于修改。目前国内外比较优秀的结构分析程序已不再采用这种方法，而是充分运用图形手段和人机对话技术，用友好的界面帮助用户在图形交互方式下输入数据。这种输入过程一般是由专门的前处理（Pre-processor）程序来完成。前处理程序一般具有相对的独立性，能对输入数据进行一些逻辑检查，对规则结构可以自动划分有限元网格，对用户输入的内容能用图形再现在屏幕上，一旦发现输入有误，就可以在图形状态下直接进行修改。结构分析结果的图形输出也从早期的数表形式过渡到数表加图形方式，一般是由专门的后处理（Post-processor）程序来完成。图形输出一般有等值线、等高线、彩色区域图等，这些图与结构几何形状配合，非常直观、一目了然。

大型、复杂结构一般采用结构有限元分析程序进行分析计算，这些程序可分为专用程序和通用程序两类：专用程序可以根据计算要求自行开发，也可以是为某一专题研制的商业软件；通用程序一般是大型程序，由一些专门从事有限元分析研制工作的公司提供的，是通用性软件产品，设有包含不同单元类型的单元库，如结构分析程序SAP（Structural Analysis Program）系列的单元库中就包含了三维桁架杆件单元、三维梁单元、平面应力单元、平面应变单元、三维块体单元、薄板单元、薄壳单元、管道单元等多种单元。(www.xing528.com)

虽然有限元方法从原理上来讲带有普遍性，但是不同的程序常常具有不同的解题范围，程序编制方法和技巧也不同。所以，几乎没有一个有限元分析的前后处理程序能包络品种繁多的有限元软件的输入输出。在一般情况下，前后处理程序只对功能较强、流行较广的有限元通用程序，例如ANSYS、ABAQUS、MSC/PATOAN、MSC/NASTRAN、MARC等，这些程序都配有标准接口。ANSYS软件是融静力、动力、线性及非线性问题，结构、流体、电磁场、声场和耦合场等分析于一体的大型通用有限元分析软件。它由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS公司开发，能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer NAS-TRAN，Algor，AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAD工具之一。ABAQUS是国际上最先进的大型通用有限元计算分析软件之一，具有惊人的广泛的模拟性能。它拥有大量不同种类的单元模型、材料模型、分析过程等。无论是分析一个简单的线弹性问题，还是一个包括几种不同材料、承受复杂的机械和热载荷过程以及变化接触条件的非线性组合问题，应用该软件计算分析都会得到令人满意的结果。MSC/PATRAN、MSC/NASTRAN、MARC是世界上优秀的非线性分析的大型软件。Midas Civil是韩国MIDAS IT公司开发的目前国内应用最广的桥梁结构分析软件。此外，有的软件公司或使用单位在结构分析程序前、后处理程序的基础上，增加结构细部设计的内容，如钢筋混凝土构件设计与计算，结点大样设计与绘图等，逐渐达到或接近结构CAD系统的基本功能和要求。

建筑设计对计算机软硬件的要求较高，因此，计算机在建筑设计中的应用滞后于结构设计。20世纪80年代后期，计算机技术的飞速发展，使得建筑师要求的三维造型、着色渲染、光影效果、质感纹理等能够在工作站或高档微机上实现，从而促进了建筑CAD技术的普及与推广。计算机绘图软件（Computer-Aided Drafting）则大多以绘图为目的。它们一般具有生成基本图素（如直线、曲线、圆弧、字符）等功能和丰富的图形编辑功能，对图形进行擦除、移动、镜像、拷贝、缩放和插入等操作。人们可以利用这些功能在计算机屏幕上画图，再用绘图仪输出屏幕上的图形。就基本图素的生成过程来讲，用计算机绘图比手工绘图又快又好，绘图软件功能不断完善，手工能画的图形计算机都能做到，且计算机绘图强大的图形编辑功能是手工绘图所不可及的。