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摘 要：通过对CAD技术的现状与应用情况的介绍，分析了CAD技术的主要发展方向：智能化、集成化、协同化。
关键词： CAD；发展趋势；智能化；集成化；协同化
CAD技术经过数十年的发展，已经日趋成熟， 并且在诸多行业获得了广泛的应用。随着计算环境和计算技术的变革， CAD 技术也会不断地出现新的发展趋势和研究课题。本文在总结当前CAD技术的基础上， 分析CAD技术的发展趋势。
一、当前的CAD技术现状
近年来开发的CAD 系统都是基于特征和基于历史的三维参数化设计系统， 它们一般都是采用基于组件的实现技术。在国际CAD 市场上， 主要的软件产品被分为高端、中端和低端CAD系统。高端CAD系统提供复杂的产品全生命周期（life-cycle）解决方案；中端产品则主要集中在三维CAD和小型的PDM系统； 低端产品主要是二維CAD系统。 目前， 主要的高端CAD 系统主要有CATIA、U G等；中端CAD 市场的主要产品有SolidWorks， Solid Edge等，Pro/ Engineer则是介于高端和中端之间的CAD 系统，低端CAD 产品主要Auto-CAD， Microstation等。
特征造型技术和参数化设计技术在三维CAD 系统中、特别是在中端CAD系统中得到了普遍应用。这些系统通常包括三个部分： 工程图、零件造型和装配造型。中端CAD 系统的用户界面通常比高端CAD 系统的用户界面更加友好， 它们都使用了组件技术， 其中主要的组件包括如下几类：
（1） 用户界面组件；
（2） 几何引擎组件；
（3） 约束求解器组件；
（4） 真实感图形显示组件。
二、CAD技术的发展趋势
CAD技术经历了二维平面图形设计，交互式图形设计、三维线框模型设计、三维实体造型设计、自由曲面造型设计、参数化设计、特征造型设计等一系列的发展历程。随着诸如变量化技术、虚拟产品建模技术等先进技术的出现与应用，以及互联网的普及，集成化、智能化、协同化成为CAD技术新的发展特点，CAD技术必将发展成为支持协同设计、异地设计和信息共享的网络CAD。
1.变量化设计环境
先进的超变量几何（VGX）技术是由SDRC公司推出的一种CAD核心技术。VGX提供了三维变量化控制技术，贯穿于二维草图设计、三维零件造型，直到装配体设计全过程；提供变量化草绘、建立变量方程、设计变量特征的能力；直接修改与基于设计历程修改相结合，可随时灵活地修改原约束、建立新约束和删除旧约束，或进行与造型顺序无关的尺寸标注，而不必关心设计顺序。VGX可在欠约束情况下进行任意几何与工程约束的自由创新设计，可在复杂的曲面边缘上自动生成凸缘。VGX完全一体化的变量化设计环境，支持统一的线框、裁剪曲面和实体造型。VGX技术扩展了变量化产品结构，允许用户对一个完整的三维数字产品从几何造型、设计过程、特征，到设计约束，都可以进行实时直接操作。而且随着设计的深化，VGX可以保留每一个中间设计过程的产品信息。VGX为用户提出了一种交互操作模型的三维环境，设计人员在零部件上定义关系时，不再关心二维设计信息如何变成三维，从而简化了设计建模的过程。设计人员可以针对零件上的任意特征直接进行图形化的编辑、修改，这就使得用户对其三维产品的设计更为直观和实时。用户在一个主模型中，就可以实现动态捕捉设计、分析和制造的意图。VGX技术极大地改进了交互操作的直观性及可靠性，从而使CAD软件更加易于使用，效率更高。
2.虚拟产品建模技术
虚拟产品建模就是指建立产品的虚拟原型或虚拟样机的过程。基于虚拟样机的试验仿真分析，可以在真实制造之前发现问题，并得以解决。虚拟制造是实际制造过程在计算机上的本质实现，即利用仿真与虚拟现实等技术构造一个虚拟的、集成的、有机的制造环境，在此环境下，产品开发人员通过网络协同技术，快速地、并行地进行产品开发。虚拟制造是在计算机中生成产品的虚拟原型取代物理原型进行测试、仿真、分析，以得出其性能、可制造性、可维护性、可装配性以及成本、外观等的评价，从而缩短产品开发周期，降低开发成本，提高企业快速响应的能力。
虚拟现实技术在CAD中的应用也已经开始，可以进行各类可视化模拟，用以验证设计的正确性和可行性。还可以在设计阶段模拟零部件的装配过程，检查所用零部件是否合适。在概念设计阶段，支持人机工程学，检验操作舒适度和便捷性，进行方案优选。
3.多软件平台集成技术
许多企业已经建立了CAD 、CAM、CAE、CAPP等软件平台，并应用于产品开发的各个环节。在产品的全生命周期中，CAD系统用于产品的设计，CAE系统用于产品分析，CAPP用于产品的加工生产，PDM用于管理与产品有关的数据和过程，ERP3系统管理企业的人、财、物、信息等企业资源。这些系统如果相互独立，则较难发挥企业的整体效益。随着企业生产的发展，必然需要建立以产品为核心和以企业经营流程为核心的集成环境，这就需要集成系统的支持。
数据的有效性、完整性、唯一性、及时更新及共享性，是集成系统的核心问题。这就要求建立集成产品信息模型，他能够快速地在产品生命周期的不同环节间进行转换，要求能支持集成地、并行地设计产品及其相关的各种过程，帮助产品开发人员在设计一开始就考虑产品从概念形成到产品报废处理的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。目前PC级CAD软件大都提出了多软件平台集成的解决方案。
4.智能CAD技术
设计是一个含有高度智能的人类创造性活动，智能CAD是CAD发展的必然方向。智能设计和基于知识库系统的工程是出现在产品处理发展过程中的新趋势。在运用知识化、信息化的基础上，建立基于知识的设计仓库，及时准确地向设计人员提供产品开发所需的信息与帮助，利用web机制，可以实现信息共享与交换，解决了产品设计中对知识的需求的问题。从单纯的数据集到应用一定的规则从数据中进行知识的挖掘，到让数据自身具有自我学习、积累能力，这是一个对数据处理、应用逐步深入的过程。智能CAD软件采用动态导航技术，可以让用户的设计工作在人机交流中完成。 5.协同技术
计算机支持协同工作作为一项支持并行工程的技术，在现代CAD环境中得以实现，协同机制构造一种“虚拟工作空间”，开发成员围绕一个共同任务协同地进行工作。这要求CAD软件可以很好地解决协同设计中的各种冲突，包括基于规则的冲突消解、基于实例的冲突消解、基于约束的冲突消解及冲突协商；Internet上进行群体成员间多媒体信息传输；异构环境中的数据传输与工具集成；设计群体中人人交互技术等。
6.互联网与CAD技术融合发展
伴随着互联网和电子商务的快速发展，电子商务将赋予CAD技术新的内涵。互联网时代CAD技术具有以下特点：
（1）CAD技术进入深化应用阶段，企业应用的热点已经转向CAPP、PDM等深层次的应用和管理技术。同时企业已经由单机应用转向了基于局域网或互联网的应用，越来越多的与网络的发展结合起来。
（2）利用CAD、CAPP、CAM、PDM集成技术，实现全数字化设计与数字化制造。
（3）CAD、CAPP、PDM 技术和EPR（企业资源计划管理）、SCM（供应链管理）、CRM（客户关系管理）的应用，形成了企业信息化的总体构架。
（4）虚拟工厂、虚拟制造将是CAD技术在电子商务时代继续发展的一个重要方向。主要包括的技术有虚拟现实、仿真技术以及可视化等。
（5）基于知识库的智能化设计和制造。把几何模型、特征模型、知识模型之间良好地集成，提供良好的學习接口和查询接口，提高自我学习能力，提供内容查询和特征查询，提高重用性，减少重复开发。
三、结束语
目前，CAD技术仍处于不断发展与完善之中。CAD技术的应用，在提高企业生产效率、优化设计方案、减轻技术人员的劳动强度、缩短产品开发周期、推动设计标准化等方面起到十分重要作用。随着CAD技术在机械、航天、建筑等行业的广泛地应用，CAD技术已经形成一股巨大的生产力。
参考文献：
[1]杨济民，叶晖，张乐；机械CAD/CAM/CAE软件系统现状综述[J]；计算机辅助设计与制造，1995（11）：21-26.
[2]刘晓冰，高天一；CAD技术的发展趋势及主流软件产品；《中国制造业信息化：学术版》- 2003
[3]Dassault Systemes [OL].http：//www.3ds.com/
[4]Electronic Data Systems[OL].http：//www.eds.com/
[5]SolidWorks[OL].http：//www.solidworks.com/
[6]Aut odesk[OL].http：//www.autodesk.com/
作者简介：
季学毅，湖北省武汉市汉阳区武汉船舶职业技术学院动力学院制图教研室。
关键词： CAD；发展趋势；智能化；集成化；协同化
CAD技术经过数十年的发展，已经日趋成熟， 并且在诸多行业获得了广泛的应用。随着计算环境和计算技术的变革， CAD 技术也会不断地出现新的发展趋势和研究课题。本文在总结当前CAD技术的基础上， 分析CAD技术的发展趋势。
一、当前的CAD技术现状
近年来开发的CAD 系统都是基于特征和基于历史的三维参数化设计系统， 它们一般都是采用基于组件的实现技术。在国际CAD 市场上， 主要的软件产品被分为高端、中端和低端CAD系统。高端CAD系统提供复杂的产品全生命周期（life-cycle）解决方案；中端产品则主要集中在三维CAD和小型的PDM系统； 低端产品主要是二維CAD系统。 目前， 主要的高端CAD 系统主要有CATIA、U G等；中端CAD 市场的主要产品有SolidWorks， Solid Edge等，Pro/ Engineer则是介于高端和中端之间的CAD 系统，低端CAD 产品主要Auto-CAD， Microstation等。
特征造型技术和参数化设计技术在三维CAD 系统中、特别是在中端CAD系统中得到了普遍应用。这些系统通常包括三个部分： 工程图、零件造型和装配造型。中端CAD 系统的用户界面通常比高端CAD 系统的用户界面更加友好， 它们都使用了组件技术， 其中主要的组件包括如下几类：
（1） 用户界面组件；
（2） 几何引擎组件；
（3） 约束求解器组件；
（4） 真实感图形显示组件。
二、CAD技术的发展趋势
CAD技术经历了二维平面图形设计，交互式图形设计、三维线框模型设计、三维实体造型设计、自由曲面造型设计、参数化设计、特征造型设计等一系列的发展历程。随着诸如变量化技术、虚拟产品建模技术等先进技术的出现与应用，以及互联网的普及，集成化、智能化、协同化成为CAD技术新的发展特点，CAD技术必将发展成为支持协同设计、异地设计和信息共享的网络CAD。
1.变量化设计环境
先进的超变量几何（VGX）技术是由SDRC公司推出的一种CAD核心技术。VGX提供了三维变量化控制技术，贯穿于二维草图设计、三维零件造型，直到装配体设计全过程；提供变量化草绘、建立变量方程、设计变量特征的能力；直接修改与基于设计历程修改相结合，可随时灵活地修改原约束、建立新约束和删除旧约束，或进行与造型顺序无关的尺寸标注，而不必关心设计顺序。VGX可在欠约束情况下进行任意几何与工程约束的自由创新设计，可在复杂的曲面边缘上自动生成凸缘。VGX完全一体化的变量化设计环境，支持统一的线框、裁剪曲面和实体造型。VGX技术扩展了变量化产品结构，允许用户对一个完整的三维数字产品从几何造型、设计过程、特征，到设计约束，都可以进行实时直接操作。而且随着设计的深化，VGX可以保留每一个中间设计过程的产品信息。VGX为用户提出了一种交互操作模型的三维环境，设计人员在零部件上定义关系时，不再关心二维设计信息如何变成三维，从而简化了设计建模的过程。设计人员可以针对零件上的任意特征直接进行图形化的编辑、修改，这就使得用户对其三维产品的设计更为直观和实时。用户在一个主模型中，就可以实现动态捕捉设计、分析和制造的意图。VGX技术极大地改进了交互操作的直观性及可靠性，从而使CAD软件更加易于使用，效率更高。
2.虚拟产品建模技术
虚拟产品建模就是指建立产品的虚拟原型或虚拟样机的过程。基于虚拟样机的试验仿真分析，可以在真实制造之前发现问题，并得以解决。虚拟制造是实际制造过程在计算机上的本质实现，即利用仿真与虚拟现实等技术构造一个虚拟的、集成的、有机的制造环境，在此环境下，产品开发人员通过网络协同技术，快速地、并行地进行产品开发。虚拟制造是在计算机中生成产品的虚拟原型取代物理原型进行测试、仿真、分析，以得出其性能、可制造性、可维护性、可装配性以及成本、外观等的评价，从而缩短产品开发周期，降低开发成本，提高企业快速响应的能力。
虚拟现实技术在CAD中的应用也已经开始，可以进行各类可视化模拟，用以验证设计的正确性和可行性。还可以在设计阶段模拟零部件的装配过程，检查所用零部件是否合适。在概念设计阶段，支持人机工程学，检验操作舒适度和便捷性，进行方案优选。
3.多软件平台集成技术
许多企业已经建立了CAD 、CAM、CAE、CAPP等软件平台，并应用于产品开发的各个环节。在产品的全生命周期中，CAD系统用于产品的设计，CAE系统用于产品分析，CAPP用于产品的加工生产，PDM用于管理与产品有关的数据和过程，ERP3系统管理企业的人、财、物、信息等企业资源。这些系统如果相互独立，则较难发挥企业的整体效益。随着企业生产的发展，必然需要建立以产品为核心和以企业经营流程为核心的集成环境，这就需要集成系统的支持。
数据的有效性、完整性、唯一性、及时更新及共享性，是集成系统的核心问题。这就要求建立集成产品信息模型，他能够快速地在产品生命周期的不同环节间进行转换，要求能支持集成地、并行地设计产品及其相关的各种过程，帮助产品开发人员在设计一开始就考虑产品从概念形成到产品报废处理的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。目前PC级CAD软件大都提出了多软件平台集成的解决方案。
4.智能CAD技术
设计是一个含有高度智能的人类创造性活动，智能CAD是CAD发展的必然方向。智能设计和基于知识库系统的工程是出现在产品处理发展过程中的新趋势。在运用知识化、信息化的基础上，建立基于知识的设计仓库，及时准确地向设计人员提供产品开发所需的信息与帮助，利用web机制，可以实现信息共享与交换，解决了产品设计中对知识的需求的问题。从单纯的数据集到应用一定的规则从数据中进行知识的挖掘，到让数据自身具有自我学习、积累能力，这是一个对数据处理、应用逐步深入的过程。智能CAD软件采用动态导航技术，可以让用户的设计工作在人机交流中完成。 5.协同技术
计算机支持协同工作作为一项支持并行工程的技术，在现代CAD环境中得以实现，协同机制构造一种“虚拟工作空间”，开发成员围绕一个共同任务协同地进行工作。这要求CAD软件可以很好地解决协同设计中的各种冲突，包括基于规则的冲突消解、基于实例的冲突消解、基于约束的冲突消解及冲突协商；Internet上进行群体成员间多媒体信息传输；异构环境中的数据传输与工具集成；设计群体中人人交互技术等。
6.互联网与CAD技术融合发展
伴随着互联网和电子商务的快速发展，电子商务将赋予CAD技术新的内涵。互联网时代CAD技术具有以下特点：
（1）CAD技术进入深化应用阶段，企业应用的热点已经转向CAPP、PDM等深层次的应用和管理技术。同时企业已经由单机应用转向了基于局域网或互联网的应用，越来越多的与网络的发展结合起来。
（2）利用CAD、CAPP、CAM、PDM集成技术，实现全数字化设计与数字化制造。
（3）CAD、CAPP、PDM 技术和EPR（企业资源计划管理）、SCM（供应链管理）、CRM（客户关系管理）的应用，形成了企业信息化的总体构架。
（4）虚拟工厂、虚拟制造将是CAD技术在电子商务时代继续发展的一个重要方向。主要包括的技术有虚拟现实、仿真技术以及可视化等。
（5）基于知识库的智能化设计和制造。把几何模型、特征模型、知识模型之间良好地集成，提供良好的學习接口和查询接口，提高自我学习能力，提供内容查询和特征查询，提高重用性，减少重复开发。
三、结束语
目前，CAD技术仍处于不断发展与完善之中。CAD技术的应用，在提高企业生产效率、优化设计方案、减轻技术人员的劳动强度、缩短产品开发周期、推动设计标准化等方面起到十分重要作用。随着CAD技术在机械、航天、建筑等行业的广泛地应用，CAD技术已经形成一股巨大的生产力。
参考文献：
[1]杨济民，叶晖，张乐；机械CAD/CAM/CAE软件系统现状综述[J]；计算机辅助设计与制造，1995（11）：21-26.
[2]刘晓冰，高天一；CAD技术的发展趋势及主流软件产品；《中国制造业信息化：学术版》- 2003
[3]Dassault Systemes [OL].http：//www.3ds.com/
[4]Electronic Data Systems[OL].http：//www.eds.com/
[5]SolidWorks[OL].http：//www.solidworks.com/
[6]Aut odesk[OL].http：//www.autodesk.com/
作者简介：
季学毅，湖北省武汉市汉阳区武汉船舶职业技术学院动力学院制图教研室。