CAD技术：从曲面片到智能化系统的发展

CAD是计算机辅助设计（Computer Aided De-sign））的简称，指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等各项工作。在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。

早在20世纪50年代在美国诞生第一台计算机绘图系统，开始出现具有简单绘图输出功能的被动式的计算机辅助设计技术。60年代初期出现了CAD的曲面片技术，中期推出商品化的计算机绘图设备。20世纪70年代，完整的CAD系统开始形成，后期出现了能产生逼真图形的光栅扫描显示器，推出了手动游标、图形输入板等多种形式的图形输入设备，促进了CAD技术的发展。

20世纪80年代，随着强有力的超大规模集成电路制成的微处理器和存储器件的出现，工程工作站问世，CAD技术在中小型企业逐步普及。20世纪80年代中期以来，CAD技术向标准化、集成化、智能化方向发展。一些标准的图形接口软件和图形功能相继推出，为CAD技术的推广、软件的移植和数据共享起了重要的促进作用；系统构造由过去的单一功能变成综合功能，出现了计算机辅助设计与辅助制造联成一体的计算机集成制造系统；固化技术、网络技术、多处理机和并行处理技术在CAD中的应用，极大地提高了CAD系统的性能；人工智能和专家系统技术引入CAD，出现了智能CAD技术，使CAD系统的问题求解能力大为增强，设计过程更趋自动化。

目前，CAD已在电子和电气、科学研究、机械设计、软件开发、机器人、服装业、出版业、工厂自动化、土木建筑、地质、计算机艺术等各个领域得到广泛应用。(www.xing528.com)

在CAD软件发展初期，CAD仅仅是图板的替代品，只能意指Computer Aided Drawing，它仅完成了“甩图板”的初级目标。而现在我们所说的CAD（计算机辅助设计，Computer Aided Design）应该是指利用计算机对产品进行总体设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。因而，一个完整的CAD系统，应由科学计算、图形系统、工程数据库等组成。而其功能可归纳为四大类：建立几何模型、工程分析、动态模拟（仿真）和自动绘图。由于技术的限制等客观因素，各功能模块均各自独立发展，体现到商品化上，有绘图软件、有限元分析软件、优化设计软件、机械运动仿真软件、数据库管理软件等。由于原来为各自独立研究的系统，功能单一，它们之间的信息传递和交换，需要经人工转换，这不但影响工程设计效率，而且信息转换过程中，难免出现错误。随着计算机技术的发展，将各功能模块集成为统一的系统，形成一体化的机械设计全面解决方案，即CAD系统的集成技术已成为下一个目标。这也是CAD/CAPP/CAM集成的必要条件，因为没有真正的CAD集成系统，CAD/CAPP/CAM集成以及SIMS只能是一句空话。

最初的三维CAD系统只是极为简单的线框式系统。这种模型表示的是物体的棱边，这种初期的线框造型系统只能表达基本的几何信息。它结构简单、易于理解、数据存储量少、操作灵活、响应速度快，是进一步构造曲面模型和实体模型的基础。但线框模型建立起来的不是实体，不能对图形进行剖切、消隐、明暗处理、上色、物性分析、干涉检测等操作，没有体积和其他物性自动计算分析方面的功能，即不能进行物体几何特征（体积、面积、质量、惯性矩等）的计算。