【资料】CAX发展历史

CAX发展历史的回顾
     首先让我们来回顾一下CAX发展的历史。随着计算机硬件、软件技术的发展，CAD技术逐步由二维线框进到了三维线框，成为第一代CAD的基石，也是说，第一代CAD是以线框为基础的软件。后来在70年代至80年代初，计算机计算能力的增加，新的图形技术（Motif、OpenGL）的产生，CAD软件由线框进化到了曲面描述阶段，并随之促进了CAM和CAE的发展，这就是第二代的CAD软件。在80年代中期以后CAD技术有了革命性的突破，建模方式由曲面转向实体（精确的实体而非简单实体），对象描述由传统的几何特征发展到基于工程特征的，全过程相关的参数化系统，这就是第三代CAD/CAM/CAE一体化系统。在此期间，产生了两大阵营。一派及PTC（参数技术公司）为代表的纯参数化系统，另一派以UG为代表的以传统建模和参数化建模有机融为一体的复合建模系统，包括CV、SDRC、IBM/CATIA等系统。两大阵营的激烈竞争加速了CAD技术的发展，同时也加剧CAD市场的动荡，一些著名的CAD厂商在竞争中纷纷落马出局；如Calma、Applicon已基本消亡，CV被PTC收购，Strim100被Euclid收购，而后Euclid又被CAITA收购，而且IBM/CAITA宣布Euclid将不再发展， Euclid也就此退出CAD市场。现在EDS重新收回UGS,由于EDS的策略是要做最好最大的，所以收购了SDRC公司的I-deas。经过这多年来激烈市场竞争，现在主流的高端的CAD/CAM/CAE一体化软件仅剩三巨头：PTC公司的Pro/Engineer；UGS公司的UG和I-deas(以后的NX)；IBM/Dassault公司的CATIA；

好

不知ug和I-deas能否真正合二为一。

well done~~

很不错的

我一直在找这方面的资料看
很全面

谢谢！
我不久才在论坛上问过

创 新 设 计 及 现 代 管 理 　  
孙 家 广
  
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作 者 简 介  
---- 孙 家 广 清 华 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系 博 士 生 导 师， 国 家CAD 支 撑 软 件 工 程 技 术 研 究 中 心 主 任。 长 期 从 事 计 算 机 图 形 学、 计 算 机 辅 助 设 计 及 管 理 技 术 与 系 统 的 教 学 和 研 究 开 发。 曾 负 责 研 制 了 拥 有 我 国 知 识 产 权 的CAD 绘 图 系 统、 三 维 产 品 与 工 程 造 型 及 数 字 建 模 系 统、 集 成 化CAD/CAM 支 撑 软 件 系 统、 工 程 图 档 电 子 化 管 理 系 统、 企 业 资 源 调 度 及 管 理 系 统 和 产 品 数 据 管 理 系 统 等 大 型 软 件， 是 国 家 级 有 突 出 贡 献 的 中 青 年 专 家。 曾 获 国 家、 部 委 科 技 进 步 奖15 项， 发 表 论 文122 篇。  
----随 着 全 球 经 济 的 发 展 和 我 国 市 场 经 济 体 系 的 建 立， 各 国 之 间 的 经 济 竞 争、 企 业 之 间 的 产 品 竞 争， 实 质 上 就 是 科 技 实 力 的 竞 争， 是 企 业 信 息 化 水 平 的 较 量。 企 业 信 息 化 已 成 为 企 业 发 展 生 产 力、 提 高 经 济 实 力 和 夺 取 竞 争 优 势 的 重 要 保 证， 并 成 为 国 民 经 济 发 展 和 国 防 建 设 的 基 础。  
  
----据 国 外 资 料 分 析， 从19 世 纪70 年 代 到20 世 纪90 年 代 的100 多 年 里， 加 工 过 程 的 效 率 提 高 了2000 ％， 生 产 管 理 的 效 率 提 高 了80 ％ ～120 ％， 而 产 品 设 计 的 效 率 仅 提 高 了20 ％ 左 右。 目 前， 后 两 个 效 率 已 成 为 制 约 我 国 企 业 生 产 进 一 步 发 展 的 重 要 因 素。  
  
----1 ． 信 息 共 享 程 度 低  
  
----企 业 的 计 算 机 辅 助 工 具 都 是 一 些 离 散 孤 立 的 系 统， 由 这 些 互 不 兼 容 的 软 件 产 生 的 数 据 不 能 统 一 由 一 个 企 业 级 的 计 算 机 软 件 系 统 来 管 理， 常 常 以 不 同 的 格 式 和 介 质 存 储， 如 不 同 的 硬 盘、 软 盘、 光 盘 等。 特 别 是 数 据 存 储 于 不 同 的 计 算 机 系 统 中， 包 括 大 型 机、 小 型 机、 工 作 站 和PC 机 等， 甚 至 可 能 还 未 联 网， 从 而 无 法 在 设 计、 工 艺 和 制 造 部 门 之 间 有 效 地 实 现 信 息 共 享 与 传 递。  
  
----2 ． 信 息 传 递 速 度 慢  
  
----大 部 分 企 业 的 信 息 传 递 主 要 是 通 过 书 面 文 件、 报 表 及 电 话 联 络 等 方 式， 无 法 及 时 收 集 工 艺 和 制 造 过 程 中 的 反 馈 信 息， 不 能 实 时 反 映 设 计 过 程 中 的 变 化， 甚 至 随 时 跟 踪 整 个 产 品 的 设 计 和 制 造 的 进 展 情 况。  
  
----3 ． 业 务 管 理 落 后  
  
----虽 然 企 业 采 用 计 算 机 辅 助 工 具 在 一 定 程 度 上 实 现 了 绘 图 和 设 计 的 计 算 机 化， 但 是 有 关 产 品 的 其 他 技 术 资 料 依 然 采 用 手 工 管 理 的 方 式。 另 外， 由 于CAD/CAM 技 术 的 推 广 应 用， 各 种 格 式 的 图 形、 数 据、 文 本 等 文 件 还 是 沿 用 过 去 对 纸 质 文 件 的 管 理 方 法， 对 文 件 缺 乏 有 效 的 版 本 管 理， 造 成 不 必 要 的 重 复 设 计。 由 于 缺 少 迅 速 有 效 地 检 索 产 品 数 据 文 件 的 手 段， 也 造 成 设 计 的 复 用 性 差。  
  
----4 ． 设 计 方 式 陈 旧  
  
----长 期 以 来， 产 品 开 发 沿 用 传 统 的 顺 序 工 程 方 法， 遵 循" 概 念 设 计 → 详 细 设 计 → 过 程 设 计 → 加 工 制 造 → 实 验 验 证 → 设 计 修 改" 的 流 程。 由 于 该 方 法 在 设 计 的 早 期 不 能 全 面 地 考 虑 设 计 下 游 的 可 制 造 性、 可 装 配 性、 质 量 保 证 等 多 种 因 素， 使 所 制 造 的 产 品 存 在 许 多 缺 陷， 这 就 必 然 要 求 对 设 计 进 行 更 改， 构 成 了 从 概 念 设 计 到 设 计 修 改 的 循 环， 而 且 可 能 在 不 同 的 环 节 上 多 次 重 复 这 一 过 程， 造 成 设 计 改 动 量 大、 产 品 开 发 周 期 长、 成 本 高， 难 以 满 足 激 烈 的 市 场 竞 争 的 需 求。  
  
----5 ． 支 撑 技 术 不 配 套  
  
----在 数 据 管 理 方 面， 企 业 仍 然 停 留 在 使 用 大 型 商 用 关 系 数 据 库 的 层 次 上， 由 于 这 些 数 据 库 不 能 有 效 地 管 理 图 形、 图 像 等 非 结 构 数 据， 更 无 法 实 现 过 程 管 理、 配 置 管 理 以 及 对 应 用 工 具 的 集 成， 从 而 不 能 满 足 在 异 构 与 分 布 式 计 算 机 环 境 中 使 企 业 内 各 类 应 用 实 现 信 息 集 成、 功 能 集 成 和 过 程 集 成。  
  
----6 ． 应 用 集 成 系 统 效 率 不 高  
  
----几 乎 任 何 两 个 不 同 的 应 用 软 件 都 不 可 直 接 分 享 或 交 换。CIMdata 公 司 指 出， 目 前， 在 企 业 中 每 天 大 约 有1/3 到1/4 的 设 计、 管 理 工 程 技 术 人 员 不 是 专 心 于 自 己 的 本 职 工 作， 而 是 在 开 会、 讨 论、 等 待 或 处 理 各 种 信 息。  
  
----解 决 上 述 问 题 的 关 键 就 是 提 高 企 业 的 创 新 设 计 能 力 和 现 代 管 理 水 平。 而CAD 技 术 是 其 中 的 主 要 手 段。 如 何 引 入CAD 系 统 并 使 其 发 挥 作 用， 将 直 接 影 响 到 企 业 提 高 创 新 能 力、 缩 短 开 发 周 期、 降 低 成 本、 提 高 质 量 等 目 标 的 实 现。  
  
----1 ． 创 新 设 计 的 主 要 内 容--CAD 应 用 的 方 法 和 策 略 CAD 的 应 用 将 给 企 业 带 来 可 观 的 经 济 效 益， 这 一 点 已 得 到 各 界 的 共 识。 但 企 业 引 入CAD 系 统， 仅 仅 作 为 绘 图 工 具 而 没 有 合 理 的 应 用 策 略， 是 不 经 济 的， 甚 至 会 给 企 业 带 来 负 效 应。 企 业 应 在 系 统 工 程 思 想 的 指 导 下， 用 整 体 优 化 的 观 点， 科 学 合 理 地 对 业 务 过 程、 产 品 结 构 和 信 息 技 术 进 行 重 组； 通 过 标 准 化 和 规 范 化 尽 可 能 地 减 少 零 部 件 的 数 量， 建 立 集 成 的 智 能 产 品 模 型 和 跨 功 能 的 并 行 工 作 环 境； 进 行 合 理 的 规 划， 在 正 确 方 法 论 的 指 导 下 实 施 和 应 用。 这 些 是 企 业 成 功 开 展CAD 的 根 本 保 证。  
  
----(1) 产 品 设 计 和 开 发 方 法 策 略  
  
----随 着 科 学 技 术 的 发 展 和 生 活 水 平 的 提 高， 顾 客 对 产 品 的 复 杂 程 度 和 交 货 期 的 要 求 越 来 越 高， 只 有 借 助 于 现 代 化 的 设 计 手 段 和 先 进 的 设 计 方 法 才 能 满 足 这 些 要 求。 而 企 业 往 往 是 有 了 现 代 化 的 手 段， 却 忽 视 了 科 学 的 方 法 论 的 指 导， 以 致 最 终 达 不 到 预 期 的 效 果。 因 此， 在 设 计 方 法 上 需 要 采 取 以 下 策 略：  
  
企 业 需 要 改 变 传 统 的 作 业 方 式。 在 并 行 工 程 方 法 指 导 下， 采 用 以Intranet 为 基 础、 面 向 项 目 组 的 分 布 式 协 同 工 作 方 式， 加 速 产 品 开 发 过 程 中 复 杂 信 息 的 传 递， 缩 短 产 品 开 发 周 期。  
在 新 的 工 作 方 式 下， 设 计 人 员 不 仅 要 掌 握 新 的 软 件 工 具， 还 要 适 应 新 的 设 计 环 境。 这 要 求 设 计 人 员 知 识 面 要 宽， 考 虑 问 题 的 范 围 要 广， 协 同 工 作 能 力 要 强。  
单 纯 的CAD 技 术 已 不 能 满 足 市 场 竞 争 的 需 求， 因 此， 运 用 价 值 工 程、 拟 实 技 术、 仿 真 技 术 等 手 段， 研 究 面 向X 的 设 计 方 法。  
利 用 成 组 技 术 和 相 似 性 原 理， 采 用 标 准 化 技 术、 模 块 化 技 术， 改 变 传 统 的 产 品 结 构， 建 立 标 准 化、 模 块 化 和 系 列 化 设 计 体 系， 充 分 利 用 现 有 的 成 熟 技 术 和 已 有 的 零 部 件， 快 速 响 应 市 场 需 求， 降 低 成 本， 提 高 质 量。  
快 速 开 发 新 产 品 已 成 为 企 业 赢 得 竞 争 的 主 要 手 段， 开 发 新 产 品 的 创 新 能 力 是 企 业 的 灵 魂。 需 要 强 调 的 是， 产 品 设 计 过 程 中 的 创 新， 不 是 源 源 不 断 地 创 造 出 新 的 零 部 件， 而 是 如 何 利 用 现 有 的 资 源， 创 造 出 新 的 原 理 和 新 的 方 法， 实 现 新 的 功 能。
----(2) 标 准 化、 规 范 化 策 略  
  
----标 准 化 工 作 是 组 织 现 代 化 生 产 和 工 程 建 设 的 重 要 手 段， 也 是 科 学 管 理 的 重 要 组 成 部 分。 可 以 说， 标 准 已 成 为 未 来 工 业 战 争 的 中 心， 谁 控 制 了 标 准， 谁 就 将 掌 握 了 未 来。  
  
----标 准 化、 规 范 化 策 略 包 括 以 下 两 方 面 内 容：  
  
产 品 标 准 化、 规 范 化 策 略 实 践 表 明， 尽 管 面 向 顾 客 的 产 品 变 化 较 快， 但 构 成 产 品 的 零 部 件 相 对 稳 定。 而 很 多 企 业 由 于 标 准 化 工 作 做 得 不 好， 零 部 件 数 量 无 限 制 增 长。 据 我 国 有 关 部 门 统 计， 每 增 加 一 个 新 零 件， 年 平 均 费 用 将 增 加2000 ～4000 元 人 民 币。 因 此， 对 零 部 件 数 量 的 控 制， 其 意 义 不 只 是 少 出 几 张 工 程 图， 而 是 节 省 了 一 笔 费 用， 又 方 便 了 管 理。 据 统 计， 机 械 企 业 中 按 其 零 部 件 特 性 分 类， 其 中 约50 ％ 的 零 部 件 属 于 标 准 件 和 外 购 件， 成 本 只 占10 ％； 通 用 件 和 相 似 件 占40 ％， 成 本 占20 ％； 根 据 顾 客 要 求 而 设 计 的 特 殊 零 部 件 只 占10 ％， 成 本 却 占 了70 ％。 因 此， 应 采 用 标 准 化 和 规 范 化 手 段， 尽 量 采 用 标 准 件 和 外 购 件。  
信 息 标 准 化、 规 范 化 策 略 CAD 技 术 的 推 广 应 用 是 信 息 技 术 发 展 的 重 要 组 成 部 分， 而 信 息 标 准 化 工 作 又 是 发 挥 其 最 大 效 能 的 重 要 保 证。ISO/IEC 技 术 动 向 咨 询 委 员 会（ABTT） 和 长 远 规 划 特 别 工 作 组（LRPG） 在《 展 望 未 来》 中 指 出：" 国 际 计 算 机 通 信 使 设 计、 生 产 与 控 制 的 工 程 活 动 严 密 地 组 织 起 来， 地 理 界 限 随 之 消 失 了。 智 能 工 具 大 大 促 进 了 产 品 多 样 化， 而 无 损 于 经 济 规 模。"
----企 业 在CAD 应 用 中， 应 遵 循 统 一 的 信 息 描 述 标 准， 以 减 少 企 业 间、 企 业 内 部 和 设 计 人 员 间 的 数 据 交 换 带 来 的 困 难， 实 现 异 地、 异 构 数 据 共 享， 避 免 大 量 重 复 性 工 作。  
  
----(3) 产 品 模 型 策 略  
  
----随 着CAD 技 术 的 发 展， 基 于 特 征 的、 参 数 化、 变 量 化 建 模 技 术 已 得 到 应 用。 随 着 制 造 技 术 的 发 展， 产 品 模 型 突 破 了CAD/CAM 领 域， 已 成 为 产 品 生 产 过 程 中 的 关 键 技 术。 传 统 的 几 何 模 型、 特 征 模 型 已 不 能 满 足 现 代 制 造 技 术 的 要 求， 从 而 提 出 了 面 向 产 品 生 命 周 期 的 关 系 型 产 品 模 型 的 概 念， 而 较 好 地 解 决 了 信 息 在 设 计、 制 造、 检 验 和 装 配 等 环 节 的 共 享 问 题， 完 整 地 描 述 了 产 品 在 概 要 设 计 － 装 配 设 计 － 零 件 设 计 全 过 程 中 的 各 种 属 性 和 相 互 关 系， 实 现 了 产 品 生 命 周 期 中 的 内 部 描 述 信 息 和 外 部 过 程 信 息 的 集 成。  
  
----2 ． 创 新 设 计 技 术 对CAD 系 统 的 新 要 求  
  
----企 业 成 功 应 用CAD 系 统， 除 了 应 用 以 上 策 略 外， 最 重 要 的 一 点 是 选 择 什 么 样 的CAD 系 统， 这 要 根 据 企 业 的 具 体 情 况 而 论。 国 内 外 商 品 化 的CAD 系 统 五 花 八 门， 功 能 上 各 有 千 秋。 但 作 为 新 一 代CAD 系 统， 应 具 备 如 下 一 些 特 点：  
  
----（1） 关 系 型CAD 系 统  
  
----建 立 关 系 型 产 品 模 型， 要 求CAD 系 统 不 仅 能 描 述 产 品 的 几 何 信 息、 拓 扑 信 息、 材 料 信 息 等 显 示 信 息， 还 要 能 描 述 蕴 含 在 设 计 师 头 脑 中 的 设 计 知 识 和 设 计 约 束 等 隐 式 信 息。 关 系 型CAD 系 统 可 以 记 录 和 再 现 设 计 师 的 设 计 意 图， 包 括 各 种 隐 含 在 模 型 中 的 设 计 关 系 和 设 计 约 束。  
  
----（2） 参 数 变 量 化 设 计 系 统  
  
----大 多 数 参 数 化 系 统 是 在 几 何 模 型 生 成 后 再 将 尺 寸 或 参 数 加 入 模 型 中， 因 此 不 能 达 到 全 关 联， 且 在 后 续 的 使 用 中 会 出 现 问 题， 不 能 实 现 并 行 化。 变 量 化 设 计 技 术 可 以 解 决 同 步 约 束 的 问 题， 使 设 计 修 改 具 有 更 大 的 自 由 度， 其 约 束 条 件 可 以 是 几 何 关 系， 也 可 以 是 工 程 计 算 条 件。 参 数 变 量 化 设 计 系 统 能 提 供 参 数 化 和 变 量 化 技 术 相 结 合 的 复 合 建 模 技 术， 且 参 数 变 量 化 手 段 具 有 多 样 性。  
  
----（3） 关 系 约 束 模 型 的 建 模 技 术  
  
----吸 取 了 全 部 约 束 和 部 分 约 束 两 种 约 束 的 优 点， 在 建 模 过 程 中， 交 互 式 建 立 各 种 约 束 关 系。 同 时， 可 以 作 出 某 些 约 束 值 的 假 设， 最 终 约 束 与 尺 寸 标 注 无 关。  
  
----（4） 隐 式 设 计 技 术  
  
----这 是 相 对 显 式 设 计 技 术 而 言 的。 显 式 设 计 技 术 无 法 描 述 隐 含 在 显 式 信 息 后 面 的 设 计 关 系 和 约 束， 无 法 捕 捉 模 型 中 不 同 零 件 间 的 关 系， 不 支 持 模 型 尤 其 是 装 配 模 型 的 修 改 和 优 化。 而 隐 式 设 计 技 术 较 好 地 解 决 了 这 些 问 题。  
  
----（5） 面 向 对 象 的 建 模 技 术  
  
----新 一 代CAD 系 统 应 能 支 持 面 向 对 象 的 建 模 技 术， 产 品 模 型 一 旦 形 成， 大 量 信 息 和 关 系 封 装 在 模 型 内 部， 直 接 面 向 设 计 师 的 只 是 一 些 设 计 参 数 和 设 计 结 果。  
  
----（6） 支 持 基 于 事 物 特 性 表 的 变 型 设 计  
  
----该 设 计 过 程 是 相 对 于 全 新 产 品 设 计、 针 对 通 用 产 品 设 计 的 一 种 设 计 方 法。 变 型 设 计 是 在 原 有 零 部 件 的 基 础 上， 通 过 改 变 事 物 特 性 表 中 的 特 性 值， 从 而 得 到 相 似 零 部 件 的 设 计 方 法。 它 要 求CAD 系 统 不 仅 是 关 系 型 系 统， 而 且 具 有 表 格 驱 动 的 功 能。  
  
----（7） 支 持 设 计 师 的 全 过 程 设 计  
  
----CAD 系 统 应 完 全 支 持 方 案 设 计 － 装 配 设 计 － 详 细 设 计 的 全 过 程， 并 可 以 建 立 全 过 程 完 整 的 关 系 链， 保 证 整 个 过 程 设 计 的 一 致 性， 使 设 计 师 的 设 计 在 概 念 设 计 阶 段 就 可 以 使 用CAD 系 统， 并 准 确 记 录 和 再 现 全 部 设 计 过 程。  
  
----目 前， 大 部 分CAD 系 统 只 能 支 持 面 向 零 件 的 设 计， 即 先 设 计 零 件， 然 后 搭 积 木 式 地 进 行 装 配 设 计， 也 即 自 下 而 上 的 设 计 方 法。 新 的 设 计 需 求 要 求CAD 系 统 还 要 支 持 自 顶 向 下 的 设 计 方 法， 也 可 以 混 合 采 用 这 两 种 设 计 方 法。  
  
----（8） 一 体 化 解 决 方 案  
  
----CAD 系 统 应 是 多 成 员 家 庭 中 的 一 员， 和 家 庭 的 其 他 模 块 一 起， 构 成 从 设 计、 制 造 到 管 理 的 一 体 化 解 决 方 案， 实 现 设 计、 制 造 到 管 理 这 一 产 品 生 命 周 期 全 过 程 的 无 缝 集 成。 此 外， 应 具 有 灵 活 的 外 部 接 口、 良 好 的 开 放 性、 功 能 强 大 的 开 发 语 言， 使 其 可 以 实 现 与 非 家 庭 成 员 的 其 他 系 统 无 缝 集 成。  
  
----企 业 信 息 化 是 一 个 复 杂 的 系 统 工 程， 从 企 业 管 理 信 息 而 言，PDM 和ERP 是 企 业 信 息 化 能 否 成 功 的 关 键 技 术。  
  
----由 于PDM/ERP 系 统 是 和 企 业 业 务 过 程 紧 密 相 关 的， 所 以， 任 何PDM/ERP 系 统 都 不 可 能 买 来 即 用， 而 一 定 要 经 过 实 施 才 能 在 企 业 中 成 功 应 用。 因 此， 企 业 在 选 择PDM/ERP 系 统 时， 不 仅 要 关 心 系 统 本 身 的 技 术 先 进 性， 同 时 应 将 软 件 供 应 商 的 实 施 能 力 放 在 与 软 件 系 统 同 等 重 要 的 位 置 上 加 以 考 虑。  
  
----1 ．PDM/ERP 实 施 特 点  
  
----涉 及 面 广 企 业 实 施PDM/ERP 绝 不 是 一 蹴 而 就 的 简 单 过 程， 它 与 企 业 经 营 理 念 相 关， 涉 及 到 各 个 部 门、 人 员 和 数 据。 因 此， 它 的 实 施 与CAD/CAM 有 本 质 的 区 别， 它 不 仅 与 设 计、 工 艺 部 门 有 关， 还 与 经 营 管 理 部 门 有 关， 有 人 将 其 称 之 为" 厂 长 工 程"。 实 施PDM/ERP 必 须 站 在 整 个 企 业 管 理 的 高 度， 制 定 具 体 的 方 法 和 策 略。  
  
----信 息 量 大 PDM/ERP 系 统 管 理 整 个 产 品 生 命 周 期 内 的 全 部 数 据、 生 产 数 据、 销 售 和 管 理 信 息， 要 将 原 来 孤 立 分 散 的 数 据 转 变 成 相 互 关 联 的 有 机 整 体， 需 要 做 大 量 的 分 析 整 理 工 作。  
  
----调 整 管 理 模 式 在 实 施PDM/ERP 的 过 程 中， 既 要 兼 顾 原 来 的 管 理 习 惯， 又 要 考 虑 信 息 集 成 的 要 求。 如 果 没 有 企 业 级 的 统 一 规 划 和 指 挥， 就 不 可 能 实 现 管 理 模 式 的 调 整， 不 可 能 真 正 实 施PDM/ERP 系 统。  
  
----周 期 长、 投 入 大 根 据 上 述 三 个 特 点， 显 而 易 见，PDM/ERP 系 统 的 实 施 绝 非 是 少 数 几 个 人 经 过 几 天 或 几 周 的 培 训 就 可 以 投 入 使 用 的， 它 是 对 整 个 企 业 的 信 息 管 理 做 一 次 大 的 手 术， 无 论 是 设 备 的 投 资， 还 是 人 员 培 训， 都 远 远 超 过 一 般 应 用 程 序 的 推 广 应 用。 而 以 为 买 了PDM/ERP 系 统 就 能 用 的 思 想 是 对 PDM/ERP 系 统 的 误 解。  
  
----2 ．PDM/ERP 实 施 步 骤  
  
确 定 实 施 的 范 围 和 目 标；  
考 察 并 选 择PDM/ERP 系 统 及 合 作 伙 伴；  
组 建 企 业 的 实 施 队 伍；  
现 有 系 统 模 拟 运 行；  
根 据 试 用 情 况 提 出 目 标 系 统 方 案；  
双 方 确 认 后 进 行 目 标 系 统 开 发；  
目 标 系 统 试 运 行；  
系 统 逐 步 完 善 并 全 面 推 行。
----企 业 人 员 和 软 件 人 员 的 充 分 合 作 是 PDM/ERP 实 施 成 功 的 关 键。 软 件 人 员 需 要 了 解 企 业 的 现 实， 而 企 业 人 员 需 要 了 解PDM/ERP 系 统 实 施 对 企 业 的 影 响， 只 有 双 方 充 分 交 流 才 能 保 证 系 统 的 最 终 成 功。  
  
----搞 好 企 业 信 息 化 建 设 是 企 业 长 期 发 展 的 需 要， 企 业 应 逐 步 做 到：  
  
企 业 领 导 和 员 工 理 念 的 信 息 化；  
企 业 决 策 信 息 化；  
企 业 经 营 手 段 信 息 化；  
数 据 加 工 应 用 信 息 化；  
组 织 管 理 信 息 化。
----只 有 这 样， 才 能 最 终 使 企 业 真 正 实 现 市 场 创 新、 技 术 创 新、 产 品 创 新、 管 理 创 新、 效 益 创 新。  
  

广 义CAD 技 术  
发 展 历 程  
· 孙 家 广 ·  
  
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---- 孙 家 广 中 国 工 程 院 院 士， 博 士 生 导 师。 现 任 国 家CAD 支 撑 软 件 工 程 技 术 研 究 中 心 主 任、 国 家863/CIMS 主 题 专 家 组 专 家。 长 期 从 事 计 算 机 图 形 学、 计 算 机 辅 助 设 计 及 管 理 技 术 与 系 统 的 教 学 和 研 究 开 发。 曾 负 责 研 制 了 有 我 国 知 识 产 权 的 计 算 机 辅 助 设 计 绘 图 系 统、 三 维 产 品 与 工 程 造 型 及 数 字 建 模 系 统、 集 成 化CAD/CAM 支 撑 软 件 系 统、 工 程 图 档 电 子 化 管 理 系 统、 企 业 资 源 调 度 及 管 理 系 统 和 产 品 数 据 管 理 系 统 等 六 种 大 型 软 件， 并 实 现 了 成 果 转 化， 得 到 国 内 外 同 行 的 高 度 评 价。 获 国 家、 部 委 科 技 进 步 奖15 项， 发 表 论 文122 篇， 著 书 四 部。  
  
---- 计 算 机 辅 助 设 计（Computer Aided Design， CAD） 是 用 计 算 机 系 统 协 助 产 生、 修 改、 分 析 和 优 化 设 计 的 技 术。 随 着Internet/Intranet 网 络 和 并 行、 高 性 能 计 算 及 事 务 处 理 的 普 及， 异 地、 协 同、 虚 拟 设 计 及 实 时 仿 真 也 得 到 了 广 泛 应 用。  
  
----CAD 作 为 信 息 技 术 的 一 个 重 要 组 成 部 分， 将 计 算 机 高 速、 海 量 数 据 存 储 及 处 理 和 挖 掘 能 力 与 人 的 综 合 分 析 及 创 造 性 思 维 能 力 结 合 起 来， 对 加 速 工 程 和 产 品 的 开 发、 缩 短 设 计 制 造 周 期、 提 高 质 量、 降 低 成 本、 增 强 企 业 市 场 竞 争 能 力 与 创 新 能 力 发 挥 着 重 要 作 用。 无 论 是 军 事 工 业 还 是 民 用 工 业， 无 论 是 建 筑 行 业 还 是 制 造 加 工 业， 无 论 是 机 械、 电 子、 轻 纺 产 品， 还 是 文 体、 影 视 广 告 制 作 都 离 不 开CAD 技 术。CAD 技 术 是 企 业 信 息 化 的 重 要 技 术 基 础， 也 是 企 业 进 入 国 际 市 场 的 入 场 券。  
  
----CAD， 如 果 从 美 国 麻 省 理 工 学 院（MIT） 旋 风I 号 所 配 的 图 形 系 统 算 起， 迄 今 已 有50 年； 若 以MIT 林 肯 实 验 室 的I.E. Sutherland 发 表 的 人 机 通 信 的 图 形 系 统 博 士 论 文 为 开 始， 也 有36 年 的 历 史 了。CAD 技 术 经 过 近 半 个 世 纪 的 发 展， 在 理 论、 技 术、 系 统 和 应 用 等 方 面 都 有 了 长 足 的 进 步， 下 面 就 计 算 机 辅 助 设 计（CAD）、 工 艺 规 划（CAPP）、 制 造（CAM）、 工 程 分 析（CAE） 以 及 产 品 数 据 管 理（PDM） 等 方 面 的 内 容 作 一 个 简 单 回 顾。  
  
计 算 机 辅 助 设 计（CAD）  
----1 ． 用 户 接 口  
---- 用 户 是 通 过 用 户 接 口 使 用CAD 系 统 的， 早 期 的 计 算 机 使 用 字 符 式 的 用 户 接 口（SUI）， 进 入70 年 代， 人 们 开 始 研 究 图 形 用 户 接 口（GUI）。1984 年，Apple 公 司 开 发 的 Macintosh 使GUI 演 变 成 窗 口 系 统， 并 成 为PC 机 上 的 主 流。 进 入90 年 代， 随 着 网 络、 多 媒 体 技 术 的 广 泛 应 用， 网 络 用 户 接 口（NUI） 和 多 媒 体 用 户 接 口（MUI） 已 成 为CAD 系 统 的 主 导 界 面。 工 作 站CAD 系 统 基 本 采 用Motif 作 为 其 用 户 接 口。  
  
----2 ． 图 形 标 准  
  
----70 年 代 初， 为 降 低CAD 软 件 的 成 本， 研 究 人 员 提 出 了 研 发 与 设 备 无 关 的 图 形 软 件。1974 年， 在 美 国 国 家 标 准 化 局（ANSI） 举 行 的ACM SIGGRAPH — — 一 个“ 与 机 器 无 关 的 图 形 技 术” 的 工 作 会 议 上 就 提 出 了 制 定 图 形 标 准 的 问 题， 并 于 1977 年 提 出 了“ 核 心 图 形 系 统”（CGS） 标 准 文 本。 随 后，ISO 发 布 了 计 算 机 图 形 接 口（CGI）、 计 算 机 图 形 元 文 件 标 准（CGM）、 计 算 机 图 形 核 心 系 统（GKS）、 程 序 员 层 次 交 互 式 图 形 系 统PHIGS 等 国 际 标 准 文 本。 在 产 品 数 据 交 换 方 面，70 年 代 末， 美 国CAM-I 提 出 了 初 始 化 图 形 标 准IGES、 产 品 数 据 定 义 接 口PDDI、 产 品 数 据 交 换 规 范PDES。90 年 代，ISO 批 准 了 将 产 品 模 型 数 据 交 换 标 准 STEP 作 为 国 际 标 准。STEP 的 应 用 对CAD 相 应 单 元 技 术 及 系 统 的 集 成 起 到 了 积 极 作 用。  
  
----3 ． 工 程 绘 图  
  
---- 计 算 机 辅 助 绘 制 工 程 图 纸 是CAD 应 用 最 早、 最 成 功 的 领 域。 从70 年 代 中 期 开 始， 这 一 技 术 就 经 历 了 以 下 几 个 阶 段：  
  
---- 被 动 绘 图 用 计 算 机 解 释 执 行 绘 图 指 令， 在 绘 图 仪 上 输 出 相 应 的 图 纸；  
  
---- 交 互 绘 图 用 户 用 交 互 工 具 反 复 修 改 显 示 屏 幕 上 的 图 形， 直 到 满 意 为 止， 最 后 成 功 地 输 出 相 应 的 工 程 图 纸；  
  
---- 参 数 化 绘 图 用 户 不 必 输 入 图 纸 上 的 图 形 元 素（ 如 直 线、 圆 弧、 字 符、 标 注 等）， 而 是 输 入 设 计 零 部 件 的 参 数， 由CAD 系 统 自 动 地 输 出 相 应 零 部 件 的 工 程 图 纸；  
  
---- 智 能 绘 图 在 参 数 化 绘 图 的 基 础 上 把 工 程 绘 图 的 相 应 规 则 和 规 定 做 成 知 识 规 则 库， 在 相 应 专 家 系 统 的 引 导 下， 可 以 拟 人 化 地 自 动 输 出 某 些 专 业 工 程 图 纸 或 产 品、 工 程 设 计 方 案 图。  
  
---- 针 对 企 业 内 旧 图 纸 输 入 计 算 机 的 问 题，90 年 代 时， 国 内 外 不 少 单 位 进 行 了 工 程 图 纸 扫 描 输 入 和 自 动 识 别 重 建 技 术 与 系 统 的 研 究 开 发， 但 由 于 识 别 和 重 构 理 论 还 没 有 真 正 突 破， 相 应 的 系 统 还 在 试 用 中。  
  
----4 ． 数 字 建 模  
  
----(1) 线 框、 曲 面 建 模  
  
---- 数 字 建 模 是 用 计 算 机 表 示 实 际 的 或 假 想 的 形 体 和 景 物 的 技 术， 是CAD 的 基 础 和 核 心， 涉 及 到 线 框、 曲 面、 实 体 和 特 征 建 模。 由 于 用 计 算 机 处 理 几 何 信 息 存 在 表 示 误 差 和 计 算 误 差， 使 这 个 在CAD 中 相 对 古 老 又 复 杂 的 领 域， 至 今 仍 有 许 多 尚 未 解 决 的 难 题。 从1963 年 佛 格 森（Ferguson） 将 曲 线 曲 面 表 示 成 参 数 矢 量 函 数 形 式 开 始， 线 框、 曲 面 建 模 经 历 了 如 下 发 展 阶 段：  
  
----1963 年 佛 格 森（Ferguson） 将 曲 线 曲 面 表 示 成 参 数 矢 量 函 数 形 式；  
  
----1964 年 孔 斯（Coons） 用 封 闭 曲 线 的 四 条 边 界 定 义 一 块 曲 面；  
  
----1971 年 贝 塞 尔（Bezier） 发 表 了 一 种 用 控 制 多 边 形 定 义 曲 线 和 曲 面 的 方 法；  
  
----1972 年 德 布 尔（De Boor） 给 出 了B 样 条 的 标 准 计 算 方 法；  
  
----1974 年 戈 登（Gordon） 和 里 森 费 尔 德（Riesenfeld） 将B 样 条 理 论 用 于 形 状 描 述， 提 出 了B 样 条 曲 线、 曲 面；  
  
----1975 年 佛 斯 普 里 尔（Versprill） 在 其 博 士 论 文 中 提 出 了 有 理B 样 条 方 法；  
  
----20 世 纪80 年 代 后 期 皮 格 尔（Piegl） 和 蒂 勒（Tiller） 将 有 理B 样 条 发 展 成 非 均 匀 有 理B 样 条（NURBS） 方 法， 并 成 为 当 前 自 由 曲 线 和 曲 面 描 述 的 最 广 为 流 行 的 技 术。 用 NURBS 可 统 一 表 示 初 等 解 析 曲 线 和 曲 面 以 及 有 理 与 非 有 理 Bezier、 非 有 理B 样 条 曲 线 和 曲 面。  
  
----(2) 实 体 建 模  
  
---- 由 于 线 框 和 曲 面 建 模 不 能 表 示 出 形 体 内 部 的 状 况， 不 能 支 持 形 体 的 优 化 设 计 等 应 用，60 年 代 末， 美 国 和 英 国 都 分 别 进 行 了 实 体 造 型 技 术 与 系 统 的 研 发。 美 国 罗 切 斯 特 大 学1972 年 开 始PADL 实 体 造 型 系 统 的 研 究， 并 于1976 年 和1982 年 分 别 推 出PADL1 版 及PADL2 版； 英 国Shape Data 公 司 也 在70 年 代 初 推 出 了Romulus 实 体 造 型 系 统。80 年 代， 国 际 上 实 体 造 型 系 统 有 十 几 种， 但 迄 今 仍 有 影 响 的 是：Pro/Engineer、CATIA、IDEAS、 Parasolid 和ACIS， 其 中Parasolid 和ACIS 作 为 实 体 造 型 的 内 核 已 支 持 许 多 最 终 用 户 在 其 上 开 发 出 适 合 不 同 应 用 目 的 的 商 业 版 实 体 造 型 系 统， 如SolidEdge、Solidwork、MDT 等。 实 体 造 型 常 用 的 表 示 形 式 有 构 造 的 实 体 几 何（CSG） 表 示、 边 界 表 示（BRep） 和 扫 描 表 示， 其 中 最 关 键 的 运 算 有 形 体 的 求 交 运 算、 集 合 运 算 和 欧 拉 操 作。  
  
----(3) 特 征 建 模  
  
---- 特 征 建 模 又 称 为 特 征 造 型。 特 征 造 型 是 建 立 形 体 的 产 品 信 息 模 型， 以 支 持 设 计 和 制 造 全 过 程， 实 现CAD/CAM 集 成 的 一 种 新 兴 造 型 技 术。 形 体 的 产 品 信 息 模 型 包 括 几 何 拓 扑 信 息 和 非 几 何 信 息， 如 形 状、 公 差、 材 料、 制 造 过 程 的 工 艺 规 则 以 及 相 应 的 成 本 等。 特 征 是 对 产 品 的 一 组 特 定 属 性 的 描 写， 它 们 反 映 了 一 个 实 际 零 件 或 部 件 的 特 定 几 何 形 状 和 特 定 加 工 要 求， 为 设 计 人 员 和 其 他 系 统 提 供 了 更 高 层 次 的 设 计 概 念 与 手 段。  
  
---- 特 征 造 型 技 术 是80 年 代 末 兴 起 的。 两 方 面 的 因 素 导 致 了 它 的 出 现 与 应 用。 一 方 面， 传 统 的 实 体 造 型 技 术 是 建 立 在 几 何 表 示 和 操 作 之 上 的， 低 层 次 的、 无 应 用 含 义 的 几 何 操 作 与 设 计 人 员 高 层 次 的 设 计 要 领 产 生 了 矛 盾； 另 一 方 面， 近10 年 间，CIMS 技 术 得 到 了 长 足 发 展， 这 就 要 求 传 统 的 造 型 系 统 除 了 满 足 自 身 信 息 的 完 备 性 之 外， 还 必 须 为 其 他 系 统， 包 括CAPP、CAM 等 提 供 反 映 设 计 人 员 意 图 的 非 几 何 信 息， 如 公 差、 材 料 等。  
  
---- 为 了 适 应 计 算 机 动 画 制 作， 以 及 直 接 反 映 物 体 运 动 和 变 化 规 律， 基 于 物 理 定 律 的 建 模 技 术 与 系 统 近10 年 来 有 了 长 足 的 发 展。 用 于 表 示 像 山 峦、 树 木、 草 丛、 云 雾 等 不 规 则 形 体 的 造 型 技 术 与 系 统， 如 分 数 维 造 型、 基 于 文 法 的 造 型 和 粒 子 系 统， 从80 年 代 开 始 研 究， 现 在 已 达 到 实 用 水 平。  
  
----5 ． 参 数 化 设 计  
  
---- 在 新 产 品 的 研 制 过 程 中， 约70 ％ ～80 ％ 的 成 本 耗 费 于 设 计 阶 段。 因 此， 如 何 开 发 和 研 究 先 进 的 设 计 方 法 与 工 具， 以 提 高 产 品 设 计 的 效 率 就 显 得 至 关 重 要。 人 工 智 能 学 研 究 认 为， 设 计 问 题 是 约 束 满 足 问 题（Constraint Satisfaction Problem，CSP）， 即 给 定 功 能、 结 构、 材 料 及 制 造 等 方 面 的 约 束 描 述， 求 得 设 计 对 象 的 细 节。  
  
---- 参 数 化 设 计 的 关 键 是 几 何 约 束 关 系 的 提 取 和 表 达、 几 何 约 束 的 求 解 以 及 参 数 化 几 何 模 型 的 构 造。 70 年 代 末 及80 年 代 初， 英 国 剑 桥 大 学 的R.C.Hillyard 和 美 国MIT 大 学 的D.C.Gossard 等 率 先 将 参 数 化 设 计 用 于CAD 中；1985 年， 美 国PTC 公 司 首 先 推 出 参 数 化CAD 系 统Pro/Engineer。 目 前， 二 维 参 数 化 设 计 技 术 已 发 展 得 较 为 成 熟， 在 参 数 化 绘 图 方 面 已 得 到 了 广 泛 应 用。 而 三 维 参 数 化 造 型 能 处 理 的 问 题 还 比 较 简 单， 能 处 理 的 面 类 型 主 要 是 轴 线、 平 面 和 轴 对 称 面， 能 处 理 的 约 束 类 型 还 很 有 限。  
  
---- 在 参 数 化 设 计 中， 几 何 约 束 关 系 的 表 示 形 式 主 要 有： 由 算 术 运 算 符、 逻 辑 比 较 运 算 符 和 标 准 数 学 函 数 组 成 的 等 式 或 不 等 式 关 系； 曲 线 关 系； 关 系 文 件； 面 向 人 工 智 能 的 知 识 表 达 方 式。  
  
----6 ． 图 形 显 示  
  
---- 为 了 真 实 表 示 用CAD 技 术 生 成 的 产 品 和 工 程 的 数 字 模 型， 真 实 感 图 形 显 示 技 术 也 是CAD 中 的 重 要 内 容， 其 主 要 包 括 光 照 明 模 型、 绘 制 算 法、 加 速 算 法 等 内 容。  
  
---- 图 形 显 示 早 期 采 用 的 是 简 单 局 部 光 照 明 模 型。Lambert 余 弦 定 律 总 结 了 一 个 理 想 漫 反 射 物 在 点 光 照 射 下 的 漫 反 射 光 照 明 模 型， 并 根 据 这 一 模 型 提 出 了 用 多 边 形 各 顶 点 光 亮 度 作 双 线 性 插 值 的 明 暗 处 理 模 型（1971 年）、 镜 面 反 射 的 经 验 模 型 和 单 一 光 源 下 的Phong 光 照 明 模 型（1973 年）、 局 部 光 照 明 模 型 和 整 体 光 照 模 型（1981 年）， 提 高 了 计 算 机 生 成 图 形 的 真 实 性。  
  
---- 真 实 感 图 形 绘 制 方 法 最 早 是1974 年 由Catmull 提 出 的Z 缓 存 器 隐 藏 面 消 除 算 法， 随 后， 提 出 了 基 于 扫 描 线 的 双 参 数 多 项 式 绘 制 算 法、 递 归 的 光 线 跟 踪 算 法 和 相 应 的 整 体 光 照 模 型。70 年 代 中 期，Catmull 首 先 采 用 纹 理 映 射 技 术 生 成 景 物 表 面 的 纹 理 细 节， 根 据 纹 理 定 义 域 的 不 同， 可 分 为 二 维 纹 理 和 三 维 纹 理； 基 于 纹 理 的 表 现 形 式， 又 可 分 为 颜 色 纹 理、 几 何 纹 理 和 过 程 纹 理。1984 年， 美 国Cornell 大 学 的 学 者 将 热 辐 射 工 程 中 的 辐 射 度 方 法 引 入CAD 中， 产 生 了 真 实 图 形 生 成 的 辐 射 度 算 法。80 年 代 中 期， 为 了 适 应 显 示 多 维 数 据 场 的 需 要， 科 学 计 算 可 视 化 的 研 究 和 应 用 在 医 学、 有 限 元 分 析 等 领 域 发 展 迅 速。 随 着 三 维 真 实 感 图 形 实 时 显 示 和 多 媒 体 技 术 的 发 展， 模 拟 用 户 身 临 其 境 的 虚 拟 现 实 或 临 境 环 境 也 在90 年 代 有 了 显 著 的 进 步 和 发 展， 并 促 进 了 虚 拟 设 计、 虚 拟 制 造 和 虚 拟 企 业 工 作 的 开 展。  
  
计 算 机 辅 助 工 艺 规 划（CAPP）  
---- 工 艺 规 划 是 连 接 产 品 设 计 和 产 品 制 造 的 桥 梁， 对 产 品 质 量 和 制 造 成 本 有 着 重 要 的 影 响。  
---- 世 界 上 最 早 研 究CAPP 的 国 家 是 挪 威， 始 于1966 年， 并 于1969 年 正 式 推 出 世 界 上 第 一 个CAPP 系 统AutoPros， 后 于1973 年 正 式 推 出 商 品 化AutoPros 系 统。 美 国 是60 年 代 末 开 始 研 究CAPP 的， 并 于1976 年 由CAM-I 公 司 推 出 颇 具 影 响 力 的CAP-I’s Automated Process Planning 系 统。  
  
---- 从60 年 代 末 至 今 的30 年 间， 先 后 出 现 了 在 设 计 方 式 上 不 同 的 两 类 系 统， 即：  
  
---- 派 生 式（Variant） 系 统 已 从 单 纯 的 检 索 式 发 展 成 为 今 天 具 有 不 同 程 度 的 修 改、 编 辑 和 自 动 筛 选 功 能 的 系 统， 融 合 了 部 分 创 成 式 的 原 则 和 方 法。  
  
---- 创 成 式（Generative） 系 统 其 研 究 与 开 发 始 于70 年 代 中 期， 而 且 很 快 得 到 普 遍 重 视， 被 认 为 是 有 前 途 的 方 法， 但 实 践 结 果 并 不 理 想。  
  
---- 近 年 来， 这 两 类 系 统 都 在 发 展 中 不 断 改 进、 提 高 和 互 相 渗 透， 从80 年 代 开 始， 人 们 探 索 将 人 工 智 能（AI）、 专 家 系 统 技 术 等 应 用 于CAPP 系 统 的 研 究 和 开 发， 研 制 成 功 了 基 于 知 识 的（Knowledge-based） 创 成 式CAPP 系 统 或CAPP 专 家 系 统。 近 几 年 来， 有 人 将 人 工 神 经 元 网 络 技 术、 模 糊 推 理 以 及 基 于 实 例 的 推 理 等 用 于CAPP 之 中， 也 有 人 提 出 了CAPP 系 统 构 造 工 具 的 思 路， 并 进 行 了 卓 有 成 效 的 实 践。 还 有 人 将 传 统 派 生 法、 传 统 创 成 法 与 人 工 智 能 结 合 在 一 起， 综 合 它 们 的 优 点， 构 造 了 混 合 式CAPP 系 统。 现 在 国 内 外 已 有 许 多 上 述 各 类 系 统 的 实 例， 一 般 是 针 对 某 个 企 业、 某 类 零 件 的 专 用CAPP 系 统， 但 迄 今 为 止， 已 得 到 实 际 生 产 考 验 和 令 人 满 意 的 商 品 化 系 统 还 不 多。 我 国 对CAPP 的 研 究 始 于80 年 代 初， 也 有 几 个 系 统 在 企 业 中 应 用。  
  
计 算 机 辅 助 制 造（CAM）  
----CAM 中 最 核 心 的 技 术 是 数 控 技 术。 通 常 零 件 结 构 采 用 空 间 直 角 坐 标 系 中 的 点、 线、 面 的 数 字 量 表 示，CAM 就 是 用 数 控 机 床 按 数 字 量 控 制 刀 具 运 动， 完 成 零 件 加 工。 数 控 加 工 主 要 分 程 序 编 制 和 加 工 过 程 两 个 步 骤。 程 序 编 制 是 根 据 图 纸 或CAD 信 息， 按 照 数 控 机 床 控 制 系 统 的 要 求， 确 定 加 工 指 令， 完 成 零 件 数 控 程 序 编 制； 加 工 过 程 是 将 得 到 的 数 控 程 序 传 输 给 数 控 机 床， 控 制 机 床 各 坐 标 的 伺 服 系 统， 驱 动 机 床， 使 刀 具 和 工 件 严 格 按 执 行 程 序 的 规 定 相 对 运 动， 加 工 出 符 合 要 求 的 零 件。40 年 代 末， 美 国 开 始 研 究 数 控 加 工 技 术， 并 于 1952 年 生 产 出 第 一 台 数 控 机 床，1957 年， 第 一 批 数 控 机 床 投 入 使 用。 我 国1958 年 研 制 成 功 第 一 台 配 有 电 子 管 数 控 系 统 的 数 控 机 床，1965 年 开 始 成 批 生 产 晶 体 管 数 控 系 统 的 三 坐 标 数 控 铣 床。 90 年 代 时， 国 内 外 已 有 数 万 种 技 术 先 进、 基 于PC 的 三 坐 标 至 六 坐 标 数 控 机 床， 并 在 生 产 中 得 到 广 泛 应 用。  
计 算 机 辅 助 工 程 分 析（CAE）  
----CAE 主 要 是 实 现 结 构 分 析 和 结 构 优 化。 虽 然CAE 的 方 法 有 多 种， 但 应 用 最 广 泛、 最 成 熟 的 是 有 限 元 分 析， 又 称 有 限 单 元 法， 其 基 本 思 想 的 提 出 可 追 溯 到1943 年， Courant 第 一 次 应 用 定 义 在 三 角 区 域 上 的 分 片 连 续 函 数 和 最 小 位 能 原 理 来 求 解St. Venant 扭 转 问 题。 现 代 有 限 单 元 法 的 第 一 个 成 功 的 尝 试 是 在1956 年，Turner、Clough 等 人 在 分 析 飞 机 结 构 时， 将 钢 架 位 移 法 推 广 应 用 于 弹 性 力 学 平 面 问 题， 给 出 了 用 三 角 形 单 元 求 得 平 面 应 力 问 题 的 正 确 答 案。1960 年，Clough 进 一 步 处 理 了 平 面 弹 性 问 题， 并 第 一 次 提 出 了“ 有 限 单 元 法”， 使 人 们 认 识 到 它 的 功 效。60 年 代 后， 特 别 是 随 着 计 算 机 的 发 展 和 广 泛 应 用， 有 限 元 分 析 在 结 构 力 学、 弹 性 力 学、 流 体 力 学、 热 力 学、 电 磁 学、 航 天 航 空、 土 建、 水 利、 材 料 等 工 程 设 计 和 工 程 分 析 领 域 越 来 越 成 为 一 种 不 可 缺 少 的 有 效 的 计 算 和 分 析 方 法。  
---- 有 限 单 元 法 的 基 本 思 想 是 将 物 体（ 即 连 续 的 求 解 域） 离 散 成 有 限 个 简 单 单 元 的 组 合， 用 这 些 单 元 的 集 合 来 模 拟 或 逼 近 原 来 的 物 体， 从 而 将 一 个 连 续 的 无 限 自 由 度 问 题 简 化 为 离 散 的 有 限 自 由 度 问 题。 物 体 被 离 散 后， 通 过 对 其 中 各 个 单 元 进 行 单 元 分 析， 最 终 得 到 对 整 个 物 体 的 分 析 结 构。 随 着 单 元 数 目 的 增 加， 解 的 近 似 程 度 将 不 断 增 大。 有 限 元 分 析 过 程 主 要 包 括 三 个 阶 段：  
  
---- 前 处 理 阶 段 首 先 建 立 有 限 元 模 型， 完 成 数 据 的 输 入， 对 模 型 进 行 离 散 顶 点 节 点 数 据 工 作。 网 格 剖 分 是 该 阶 段 的 关 键 步 骤。  
  
---- 有 限 元 分 析 过 程 通 过 对 各 单 元 进 行 单 元 分 析， 最 终 得 到 对 所 有 单 元 的 整 体 分 析。 该 阶 段 主 要 是 通 过 求 解 线 性 方 程 组 得 到 计 算 结 果。  
  
---- 后 处 理 阶 段 用 各 种 方 式 将 分 析 结 果 显 示 出 来 并 进 行 评 估。 该 过 程 通 过 直 观 的、 图 形 的、 矢 量 的 和 动 态 的 显 示 让 人 们 对 数 据 量 极 大 的 分 析 结 构 有 直 观 的 认 识。  
  
产 品 数 据 管 理（PDM）  
----CAD 技 术 的 普 及， 使 企 业 中 存 在 的 产 品 设 计 制 造 数 据 信 息 共 享 程 度 低、 传 递 速 度 慢、 业 务 管 理 落 后、 设 计 方 式 陈 旧、 支 撑 技 术 不 配 套 和 应 用 集 成 系 统 效 率 不 高 的 矛 盾 越 来 越 突 出。80 年 代 初， 制 造 企 业 为 解 决 上 述 矛 盾 开 发 了 不 少 自 用 的PDM 系 统， 到80 年 代 后 期， 许 多 专 业 公 司 择 优 将 其 演 变 成PDM 产 品。90 年 代 时， 美 国 部 分 制 造 企 业 开 始 采 用PDM 进 行 管 理。  
---- 我 国90 年 代 中 期 开 始 研 发PDM 系 统， 由 于 吸 收 了 国 外PDM 发 展 的 经 验 教 训， 因 此， 起 点 较 高。 目 前， “863” 计 划 支 持 的 基 于CORBA/Web 的PDM 系 统 与 国 际 上 先 进 的 PDM 系 统 的 差 距 不 到5 年。PDM 是 集 成 并 管 理 与 产 品 有 关 的 信 息、 过 程 及 其 人 与 组 织 的 技 术， 其 应 用 分 为 企 业 图 档 电 子 化 管 理、 部 门 级 数 据 管 理、 企 业 级 数 据 管 理 和 企 业 间 数 据 管 理 四 个 层 次。PDM 通 过 权 限 管 理、 工 作 流 管 理、 项 目 管 理 和 配 置 与 变 更 管 理 等， 实 现 在 正 确 的 时 间、 把 正 确 的 信 息、 以 正 确 的 形 式、 传 送 给 正 确 的 人、 完 成 正 确 的 任 务， 最 终 达 到 数 据 共 享、 人 员 协 同、 过 程 优 化 和 增 效 减 员 的 目 的。PDM 作 为 一 个 管 理 系 统， 需 要 针 对 企 业 的 特 殊 需 求 来 定 制 和 实 施， 为 此， 企 业 模 型 的 建 立、 实 施 规 范 的 制 定 是 加 速PDM 推 广 应 用 的 关 键 因 素。  
  
---- 近30 年 来， 软 件 发 展 经 过 了 四 次 浪 潮。70 年 代， 批 处 理 计 算 风 迷 全 球，80 年 代， 联 机 处 理 计 算 独 占 风 骚，90 年 代， 基 于 客 户/ 服 务 器 的 处 理 计 算 模 式 盛 行 一 时，90 年 代 后 期 以Internet、Java 和 分 布 式 构 件 技 术 驱 动 的 网 络 计 算 正 以 不 可 阻 挡 之 势 迅 速 普 及 到 各 个 领 域， 形 成 了 软 件 发 展 的 第 四 次 浪 潮。 在 第 四 次 浪 潮 下， 主 机 终 端 形 式、 台 式 计 算 形 式、 客 户/ 服 务 器 形 式 和 网 络 计 算 形 式 将 共 存、 共 融、 共 同 发 展。 在 第 四 浪 潮 的 冲 击 下， 异 地、 异 构、 协 同、 虚 拟CAD 技 术 的 发 展 和 应 用 将 会 更 加 普 及、 更 加 高 效。  
  

[转贴：海信cad]
理解变量化设计(下)
  
造型技术  
高档三维设计系统一般采用以下技术：
  
用二维设计轮廓。大多数CAD系统都有一个轮廓编辑器，允许用户在平面栅格上生成二维图形（也叫轮廓）。在对图形进行约束过程中采用了不同的技术，如参数（或变量尺寸），或图元之间的几何关系（如平行、垂直、相切）等。
  
上述参数约束通常允许包含方程式，以便将它们与其它参数或常数联系起来。一些系统，特别是Computer Vision公司的CADDS5，允许从一系列复杂的方程式中求解参数，这些方程式有时甚至独立于轮廓。
  
全参数轮廓编辑器要求用户对轮廓进行全约束，即所有的图元都用一组数学关系完全定义。约束后，通过修改这些参数，该轮廓可以被完全确定。几乎所有的系统都提供帮助使用户设计出全约束的模型。变量化的轮廓编辑器通常可以图形化地显示轮廓在具有未被约束的自由度时会如何变化，以便使用户对欠约束轮廓进行检查。
  
围绕着是否必须将轮廓进行全约束，各厂家展开激烈的讨论。而我们认为这不是关键，因为在进行三维建模的时候，轮廓中未被约束的部分都被赋予了假定的值。真正的关键是通过改变原始轮廓来修改实体的难易程度。
  
经约束的轮廓通过向三维空间延伸而生成实体元素。通常可以在一组平面上绘制一组二维轮廓。
  
用二维轮廓生成三维实体元素。多数设计系统都提供从二维轮廓构造三维模型的工具。这些工具包括沿着线拉伸、围绕轴旋转、沿轨迹扫掠等。三维模型与二维轮廓紧密相关，可以通过修改二维轮廓修改三维模型。
  
用精确三维几何生成三维实体元素。一些系统，特别是CATIA，力图通过自动将一些3D几何结构参数化（也叫自动3D参数化）来绕开二维轮廓设计。最容易实现的形状是那些通过旋转或拉伸得到的简单几何原型。用它们定义3D实体时需要用到尺寸、几何约束和历史树。而要将一些复杂的精确三维几何结构（比如包含自由曲面的结构）进行完全参数化，需要自动生成大量的变量，目前的CAD系统还无法完成。
  
具有智能的几何特征。前面提过，几何特征包含规则和属性信息，可用来修改和重构模型以实现这些特征。例如，倒角和圆角可以看作是用一个复杂一些的面来替换原来的边。请注意，在此我们叫它几何特征，而不是其它特征。
  
特征设计符合设计人员的思路，使对问题的描述更人性化，并能捕捉工程设计的意图。比如，要描述一个沉头孔，精确造型系统会将它描述成两个相连的圆柱实体，而特征设计系统则把它看作一个沉头孔特征（用尺寸来表达的沉头孔）。
  
特征造型，由于具有智能的特点，将是未来所有设计系统都要采用的核心技术。目前，软件商们和标准制定者（特别是PDES/STEP标准）正忙于扩展特征的定义。可以设想在以后的设计中包含进表面粗糙度、检测方法、公差和加工方法等信息。如果特征改变了，下游的应用可以理解这一变化并相应作出改变。这将给用户带来多大的利益！真正的特征造型系统还支持用户自定义特征，因为没有任何软件能包含所有特征。
  
如何构造实体。通过向实体的基本体上增加特征，可以设计复杂的实体。传统的造型系统利用原点和笛卡儿坐标轴来定位特征。而SolidWorks等新式的造型系统则使用“工程师的语言”，利用实体上的边或点，如中心对齐，或其它技术来定位新的特征。Pro/ENGINNER还引入了参考元素和物理边界的概念，这类元素包括面、点或轴。
  
另外，一些系统采用经扩展的布尔运算并、交、差操作构造复杂的实体。通常，每个实体都可以用二维轮廓来驱动。在I-DEAS Master Series中，这些轮廓还可以用模型中其它几何元素来驱动。用户可以通过观察在模型改变时特征特性是否会显示出来，来分辨这两种技术。
  
零件装配。用户需要的不是零件，而是产品—由一组零件装配起来的部件或成品。由变量化零件运用位置变量装配起来的模型具有相当的智能性，可以通过改变几个基本变量来改变整个模型。这种变量不仅包括几何形状，还包括应力、容积或其它设计规则。
  
变量驱动设计还可用以解决另一项难题，即公差分析。已有一些系统，如Intergraph的EMS，能提供装配评价功能，在给定的公差范围内自动地对尺寸变量进行分析。将来，这类系统有望能分析几何误差。
  
变量驱动图纸设计。多少年来，人们一直在讨论如何从三维模型自动生成完全尺寸标注的二维图纸。多数CAD系统都将二维图纸设计与三维模型关联在一起。有些变量化设计系统，如SolidWorks，甚至能通过修改图纸上的尺寸改变三维模型。但多数系统还是需要在模型转化为二维图形后进行大量的手工图纸完善工作。虽然现在变量化设计系统能大大简化图纸生成和维护工作，它们离全自动地生成图纸还差得很远。
  
总结
  
变量化设计技术仍在不断发展。目前，很多系统具有了本文所述的功能，而用户也不愿购买非变量化设计的系统。只有精确设计功能的系统（Explicit-only Modeling Systems）在生产率和对技术影响力方面已经无法与变量化系统竞争。与电脑程序员可以通过代码重用提高设计效率相似，机械设计师也有同样的前景。基于变量驱动和特征造型的可重用的设计方法将是CAD技术的前途所在。　
  
技术说明
  
虽然大多数CAD/CAM系统都综合应用了参数化设计和变量化设计，两者之间还是存在技术差异。
  
参数化设计方法定义的几何元素之间的关系可以用一种定向图来表示。该方法用一种过程性的方式来表达几何元素的尺寸和位置。
  
变量化设计则通过逐步求解一组非线性方程组来得到几何元素的尺寸和位置。该方程组明确表达了模型中的约束关系。这些约束可分成三类：尺寸约束、几何约束和代数约束。
  
举一个平行线的简单例子。A线经参数化地定义成与B线平行。结果是，B线可以移动，并导致A线跟着移动。但是A线却不能直接移动。而变量化设计系统只是简单地将两条线描述为平行，允许两条线随意移动，只要保持平行即可。