郑州大学现代远程教育《土木工程CAD 》课程论文
CAD 技术的历史、现状与未来
学 号：
姓 名：
完成时间：[1**********] 魏金刚 2014年9月14日
CAD 技术的历史、现状与未来
摘要：本文主要简述CAD 技术发展的历史，应用现状以及未来发展的趋势。首先定义了CAD 技术，简要介绍CAD 技术在社会中的应用, 给人们生产生活带来的积极作用；其次叙述了CAD 技术历史发展过程中主要经历的几个时期，即准备和诞生时期、蓬勃发展和进入应用时期、广泛应用时期、突飞猛进时期、日趋成熟的时期；再次从CAD 技术的应用现状，叙述了在国外的应用现状和在国内的应用现状；最后从CAD 技术的未来发展趋势，叙述了CAD 技术未来发展的标准化、集成化、智能化、网络技术的应用化及多学科多功能综合产品设计化。
关键词：CAD 技术、历史、现状、未来
Abstract ：This article is brief history of CAD technology development, application status and development trend in the future . First this article defines the CAD technology, briefly introduces the application of CAD technology in society and people actives in the lives ; Secondly describes the historical development of CAD technology in the course of the main experiences several times, is prepared during the birth and, to flourish and to enter period during the application period, an extensive applications, rapid development, maturing period ; Again from the application of CAD technology, describes in the application status of the application status in domestic and abroad ; Finally From the future development trend of CAD technology, describes the future development of CAD technology standardization, integration and application of intelligent and network of multifunctional integrated and multidisciplinary product designs.
Key word：CAD Technology ; History ; Present ; Future
CAD 技术是计算机系统在工程和产品设计的各个阶段中，为设计人员提供快速、有效的工具和手段，加快和优化设计过程以达到最佳设计效果的一种技术。它的应用和发展引起了社会和生产的巨大变革, 因此CAD 技术被视为20世纪最杰出的工程成就之一。目前CAD 技术广泛应用于机械、电子、航空、航天、船舶、纺织、轻工及建筑等各个领域，它的应用水平已成为衡量一个国家技术发展水平及工业现代化水平的重要标志。
CAD 技术主要是用于研究如何用计算机及其外围设备和图形输入输出设备来帮助人们进行工程和产品设计的技术，它是随着计算机及其外围设备、图形设备以及软件技术的发展而发展的。在 CAD 技术的发展历程中主要经历了以下几个时期：
1）准备和诞生时期（20世纪50年代-60年代） 1950年，美国麻省理工学院研制出 WHIRLWIND1（旋风 1）计算机的一个配件--图形显示器。1958 年，美国Calcomp 公司研制出由数字记录仪发展成的滚筒式绘图机，美国GerBer 公司把数控机床发展成平板式绘图机。20世纪50年代，计算机由电子管组成，用机器语言编程，主要用于科学计算，图形设备仅仅具有输出功能，CAD 技术处于酝酿和准备阶段。20世纪50年代末，美国麻省理工学院在WHIRLWIND 计算机上开发了SAGE 战术防空系统，第一次使用了具有指挥功能和控制功能的阴极射线管CRT （Cathode Ray Tube），操作者可以用光笔在屏幕上确定目标。它预示着交互式图形生成技术的诞生，为 CAD 技术的发展作了必要的准备。
2）蓬勃发展和进入应用时期（20世纪60年代） 20 世纪60年代初，美国麻省理工学院的博士生Ivan Sutherland研制出世界上第一台利用光笔的交互式图形系统SKETCHPAD 。但在 20 世纪60年代，由于计算机及图形设备价格昂贵，技术复杂，只有一些实力雄厚的大公司才能使用这一技术。作为CAD 技术的基础，计算机图形学在这一时期得到了很快的发展。20世纪60年代中期出现了商品化的CAD 设备，CAD 技术开始进入了发展和应用阶段。
3）广泛应用时期（20世纪70年代） 20 世纪70年代推出了以小型机为平台的CAD 系统。同时，图形软件和CAD 应用支撑软件也不断充实提高。图形设备，如光栅扫描显示器、图形输入板、绘图仪等相继推出和完善。于是，20世纪70年代出现了面向中小企业的CAD 商品化系统。
4）突飞猛进时期（20世纪80年代） 20世纪80年代，大规模和超大规模集成电路、工作站和RISC （精简指令集计算机）等的出现使CAD 系统的性能大大提高了一步。与此同时，图形软件更趋成熟，二维、三维图形处理技术，真实感图形技术以及有限元分析，优化，模拟仿真，动态景观，科学计算可视化等方面都已进入实用阶段。包括CAD/CAE/CAM一体化的综合软件包使CAD 技术又上了一个层次。
5）日趋成熟的时期（20世纪90年代） 这一时期的发展主要体现在以下几个方面：CAD 标准化体系进一步完善；系统智能化成为又一个技术热点；集成化成为CAD 技术发展的一大趋势；科学计算可视化、虚拟设计、虚拟制造技术是 20世纪90年代CAD 技术发展的新趋向。
CAD 技术在国外和国内的应用现状：
1. CAD 技术在国外的应用现状 CAD 技术20世纪50年代起源于美国, 经过近50年的发展, 其技术和水平已经到达了相当成熟的阶段。日本、法国、德国也相继在机械制造、航空航天、汽车工业、建筑化工等行业中广泛使用CAD 技术。CAD 技术在发达国家已经成为国民经济的重要支柱。
2. CAD 技术在我国的应用现状 我国CAD 技术的应用起步于20世纪60 年代末, 经过40多年的研究、开发与推广应用, CAD 技术已经广泛应用于国内各行各业。综合来看, CAD 技术在在国内的应用主要有以下几个特点: (1)起步晚、市场份额小 我国CAD 技术应用从20世纪80年代开始,“七五”期间国家支持对24个重点机械产品进行了CAD 的开发研制工作, 为我国CAD 技术的发展奠定了一定的基础。国家科委颁布实施的863计划也大大促进了CAD 技术的研究和发展。“九五”期间国家科委又颁发了《1995～2000年我国CAD/CAM应用工程发展纲要》 ,将推广和应用CAD 技术作为改造传统企业的重要战略措施。有些小企业由于经济实力不足、技术人才缺乏, CAD 技术还不能够完全应用到生产实践中。国内研发的CAD 软件在包装和功能上与发达国家还存在差距, 市场份额小。(2)应用范围窄、层次浅 CAD 技术在企业中的应用在CAD 方面主要包括二维绘图、三维造型、装配造型、有限元分析和优化设计等。其中CAD 二维绘图技术在企业应用情况较好, 这一方面得益于国家大力推进“甩图板”工程, 另一方面是由于二维绘图技术解决的是所有企业的共性问题。三维造型软件由于
早期没有推出微机版本, 需要在工作站环境中工作, 投资较大, 所以只有部分大企业有所应用。(3)功能单一、经济效益不突出CAD 技术在企业中的应用只是单元的智能技术应用, 是从企业生产的几个侧面来提高效率。功能分散的CAD 技术其效果是有限的, 只有将CAD 、CAPP 、CAM 、PDM 等技术集成在一起, 综合应用在设计与制造生产的过 程中 ,才能产生显著的经济效益。
CAD 技术未来发展趋势，21世纪模具制造行业的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和网络化, 追求的目标是提高产品质量及生产效率, 缩短设计周期及制造周期, 降低生产成本, 最大限度地提高模具制造业的应变能力, 满足用户需求。具体表现出以下几个特征：
1) 标准化 CAD 系统可建立标准零件数据库, 非标准零件数据库和模具参数数据库。标准零件库中的零件在CAD 设计中可以随时调用, 并采用GT (成组技术) 生产。非标准零件库中存放的零件, 虽然与设计所需结构不尽相同, 但利用系统自身的建模技术可以方便地进行修改, 从而加快设计过程, 典型模具结构库是在参数化设计的基础上实现的, 按用户要求对相似模具结构进行修改, 即可生成所需要的结构。
2) 集成化技术 现代模具设计制造系统不仅应强调信息的集成, 更应该强调技术、人和管理的集成。在开发模具制造系统时强调“多集成”的概念, 即信息集成、智能集成、串并行工作机制集成及人员集成, 这更适合未来制造系统的需求。
3) 智能化技术 应用人工智能技术实现产品生命周期(包括产品设计、制造、使用) 各个环节的智能化, 实现生产过程(包括组织、管理、计划、调度、控制等) 各个环节的智能化, 以及模具设备的智能化, 也要实现人与系统的融合及人在其中智 能的充分发挥。
4) 网络技术的应用 网络技术包括硬件与软件的集成实现, 各种通讯协议及制造自动化协议, 信息通讯接口, 系统操作控制策略等, 是实现各种制造系统自动化的基础。目前早已出现了通过Internet 实现跨国界模具设计的成功例子。
5) 多学科多功能综合产品设计技术 未来产品的开发设计不仅用到机械科学的理论与知识, 而且还用到电磁学、光学、控制理论等知识。产品的开发要进行多目标全性能的优化设计, 以追求模具产品动静态特性、效率、精度、使用寿
命、可靠性、制造成本与制造周期的最佳组合。
总之，虽然CAD 技术能给我们的设计和生产带来巨大的便利，把工业带到了一个空前的高度，但是在CAD 技术的发展过程中也遇到重重困难，如：专业思维差、系统模型的差距、设计过程控制的目标是产品的设计参数、设计过程中需要应用大量的设计知识和以几何模型为主线的CAD/CAE/CAPP/CAM集成存在不足，如果在CAD 技术发展的同时克服以上的障碍。我相信未来的CAD 技术将给人类带来更大的利益。
参考文献：
[1] 姚英学, 蔡颖. 计算机辅助设计与制造, 高等教育出版社，2002.
[2] 蔡汉明, 陈清贵等. 机械CAD/CAM技术, 机械工业出版社，2005.
[3] 唐承统, 阎艳等. 计算机辅助设计与制造, 北京理工大学出版社, 2008.
[4] 宁汝新, 赵汝嘉等. CAD/CAM技术, 机械工业出版社, 2005.
[5] 董代进等. 机械CAD , 重庆大学出版社, 2007.
[6] 谭广宇等. 机械CAD 技术基础, 哈尔滨工业大学出版社, 2005.
郑州大学现代远程教育《土木工程CAD 》课程论文
CAD 技术的历史、现状与未来
学 号：
姓 名：
完成时间：[1**********] 魏金刚 2014年9月14日
CAD 技术的历史、现状与未来
摘要：本文主要简述CAD 技术发展的历史，应用现状以及未来发展的趋势。首先定义了CAD 技术，简要介绍CAD 技术在社会中的应用, 给人们生产生活带来的积极作用；其次叙述了CAD 技术历史发展过程中主要经历的几个时期，即准备和诞生时期、蓬勃发展和进入应用时期、广泛应用时期、突飞猛进时期、日趋成熟的时期；再次从CAD 技术的应用现状，叙述了在国外的应用现状和在国内的应用现状；最后从CAD 技术的未来发展趋势，叙述了CAD 技术未来发展的标准化、集成化、智能化、网络技术的应用化及多学科多功能综合产品设计化。
关键词：CAD 技术、历史、现状、未来
Abstract ：This article is brief history of CAD technology development, application status and development trend in the future . First this article defines the CAD technology, briefly introduces the application of CAD technology in society and people actives in the lives ; Secondly describes the historical development of CAD technology in the course of the main experiences several times, is prepared during the birth and, to flourish and to enter period during the application period, an extensive applications, rapid development, maturing period ; Again from the application of CAD technology, describes in the application status of the application status in domestic and abroad ; Finally From the future development trend of CAD technology, describes the future development of CAD technology standardization, integration and application of intelligent and network of multifunctional integrated and multidisciplinary product designs.
Key word：CAD Technology ; History ; Present ; Future
CAD 技术是计算机系统在工程和产品设计的各个阶段中，为设计人员提供快速、有效的工具和手段，加快和优化设计过程以达到最佳设计效果的一种技术。它的应用和发展引起了社会和生产的巨大变革, 因此CAD 技术被视为20世纪最杰出的工程成就之一。目前CAD 技术广泛应用于机械、电子、航空、航天、船舶、纺织、轻工及建筑等各个领域，它的应用水平已成为衡量一个国家技术发展水平及工业现代化水平的重要标志。
CAD 技术主要是用于研究如何用计算机及其外围设备和图形输入输出设备来帮助人们进行工程和产品设计的技术，它是随着计算机及其外围设备、图形设备以及软件技术的发展而发展的。在 CAD 技术的发展历程中主要经历了以下几个时期：
1）准备和诞生时期（20世纪50年代-60年代） 1950年，美国麻省理工学院研制出 WHIRLWIND1（旋风 1）计算机的一个配件--图形显示器。1958 年，美国Calcomp 公司研制出由数字记录仪发展成的滚筒式绘图机，美国GerBer 公司把数控机床发展成平板式绘图机。20世纪50年代，计算机由电子管组成，用机器语言编程，主要用于科学计算，图形设备仅仅具有输出功能，CAD 技术处于酝酿和准备阶段。20世纪50年代末，美国麻省理工学院在WHIRLWIND 计算机上开发了SAGE 战术防空系统，第一次使用了具有指挥功能和控制功能的阴极射线管CRT （Cathode Ray Tube），操作者可以用光笔在屏幕上确定目标。它预示着交互式图形生成技术的诞生，为 CAD 技术的发展作了必要的准备。
2）蓬勃发展和进入应用时期（20世纪60年代） 20 世纪60年代初，美国麻省理工学院的博士生Ivan Sutherland研制出世界上第一台利用光笔的交互式图形系统SKETCHPAD 。但在 20 世纪60年代，由于计算机及图形设备价格昂贵，技术复杂，只有一些实力雄厚的大公司才能使用这一技术。作为CAD 技术的基础，计算机图形学在这一时期得到了很快的发展。20世纪60年代中期出现了商品化的CAD 设备，CAD 技术开始进入了发展和应用阶段。
3）广泛应用时期（20世纪70年代） 20 世纪70年代推出了以小型机为平台的CAD 系统。同时，图形软件和CAD 应用支撑软件也不断充实提高。图形设备，如光栅扫描显示器、图形输入板、绘图仪等相继推出和完善。于是，20世纪70年代出现了面向中小企业的CAD 商品化系统。
4）突飞猛进时期（20世纪80年代） 20世纪80年代，大规模和超大规模集成电路、工作站和RISC （精简指令集计算机）等的出现使CAD 系统的性能大大提高了一步。与此同时，图形软件更趋成熟，二维、三维图形处理技术，真实感图形技术以及有限元分析，优化，模拟仿真，动态景观，科学计算可视化等方面都已进入实用阶段。包括CAD/CAE/CAM一体化的综合软件包使CAD 技术又上了一个层次。
5）日趋成熟的时期（20世纪90年代） 这一时期的发展主要体现在以下几个方面：CAD 标准化体系进一步完善；系统智能化成为又一个技术热点；集成化成为CAD 技术发展的一大趋势；科学计算可视化、虚拟设计、虚拟制造技术是 20世纪90年代CAD 技术发展的新趋向。
CAD 技术在国外和国内的应用现状：
1. CAD 技术在国外的应用现状 CAD 技术20世纪50年代起源于美国, 经过近50年的发展, 其技术和水平已经到达了相当成熟的阶段。日本、法国、德国也相继在机械制造、航空航天、汽车工业、建筑化工等行业中广泛使用CAD 技术。CAD 技术在发达国家已经成为国民经济的重要支柱。
2. CAD 技术在我国的应用现状 我国CAD 技术的应用起步于20世纪60 年代末, 经过40多年的研究、开发与推广应用, CAD 技术已经广泛应用于国内各行各业。综合来看, CAD 技术在在国内的应用主要有以下几个特点: (1)起步晚、市场份额小 我国CAD 技术应用从20世纪80年代开始,“七五”期间国家支持对24个重点机械产品进行了CAD 的开发研制工作, 为我国CAD 技术的发展奠定了一定的基础。国家科委颁布实施的863计划也大大促进了CAD 技术的研究和发展。“九五”期间国家科委又颁发了《1995～2000年我国CAD/CAM应用工程发展纲要》 ,将推广和应用CAD 技术作为改造传统企业的重要战略措施。有些小企业由于经济实力不足、技术人才缺乏, CAD 技术还不能够完全应用到生产实践中。国内研发的CAD 软件在包装和功能上与发达国家还存在差距, 市场份额小。(2)应用范围窄、层次浅 CAD 技术在企业中的应用在CAD 方面主要包括二维绘图、三维造型、装配造型、有限元分析和优化设计等。其中CAD 二维绘图技术在企业应用情况较好, 这一方面得益于国家大力推进“甩图板”工程, 另一方面是由于二维绘图技术解决的是所有企业的共性问题。三维造型软件由于
早期没有推出微机版本, 需要在工作站环境中工作, 投资较大, 所以只有部分大企业有所应用。(3)功能单一、经济效益不突出CAD 技术在企业中的应用只是单元的智能技术应用, 是从企业生产的几个侧面来提高效率。功能分散的CAD 技术其效果是有限的, 只有将CAD 、CAPP 、CAM 、PDM 等技术集成在一起, 综合应用在设计与制造生产的过 程中 ,才能产生显著的经济效益。
CAD 技术未来发展趋势，21世纪模具制造行业的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和网络化, 追求的目标是提高产品质量及生产效率, 缩短设计周期及制造周期, 降低生产成本, 最大限度地提高模具制造业的应变能力, 满足用户需求。具体表现出以下几个特征：
1) 标准化 CAD 系统可建立标准零件数据库, 非标准零件数据库和模具参数数据库。标准零件库中的零件在CAD 设计中可以随时调用, 并采用GT (成组技术) 生产。非标准零件库中存放的零件, 虽然与设计所需结构不尽相同, 但利用系统自身的建模技术可以方便地进行修改, 从而加快设计过程, 典型模具结构库是在参数化设计的基础上实现的, 按用户要求对相似模具结构进行修改, 即可生成所需要的结构。
2) 集成化技术 现代模具设计制造系统不仅应强调信息的集成, 更应该强调技术、人和管理的集成。在开发模具制造系统时强调“多集成”的概念, 即信息集成、智能集成、串并行工作机制集成及人员集成, 这更适合未来制造系统的需求。
3) 智能化技术 应用人工智能技术实现产品生命周期(包括产品设计、制造、使用) 各个环节的智能化, 实现生产过程(包括组织、管理、计划、调度、控制等) 各个环节的智能化, 以及模具设备的智能化, 也要实现人与系统的融合及人在其中智 能的充分发挥。
4) 网络技术的应用 网络技术包括硬件与软件的集成实现, 各种通讯协议及制造自动化协议, 信息通讯接口, 系统操作控制策略等, 是实现各种制造系统自动化的基础。目前早已出现了通过Internet 实现跨国界模具设计的成功例子。
5) 多学科多功能综合产品设计技术 未来产品的开发设计不仅用到机械科学的理论与知识, 而且还用到电磁学、光学、控制理论等知识。产品的开发要进行多目标全性能的优化设计, 以追求模具产品动静态特性、效率、精度、使用寿
命、可靠性、制造成本与制造周期的最佳组合。
总之，虽然CAD 技术能给我们的设计和生产带来巨大的便利，把工业带到了一个空前的高度，但是在CAD 技术的发展过程中也遇到重重困难，如：专业思维差、系统模型的差距、设计过程控制的目标是产品的设计参数、设计过程中需要应用大量的设计知识和以几何模型为主线的CAD/CAE/CAPP/CAM集成存在不足，如果在CAD 技术发展的同时克服以上的障碍。我相信未来的CAD 技术将给人类带来更大的利益。
参考文献：
[1] 姚英学, 蔡颖. 计算机辅助设计与制造, 高等教育出版社，2002.
[2] 蔡汉明, 陈清贵等. 机械CAD/CAM技术, 机械工业出版社，2005.
[3] 唐承统, 阎艳等. 计算机辅助设计与制造, 北京理工大学出版社, 2008.
[4] 宁汝新, 赵汝嘉等. CAD/CAM技术, 机械工业出版社, 2005.
[5] 董代进等. 机械CAD , 重庆大学出版社, 2007.
[6] 谭广宇等. 机械CAD 技术基础, 哈尔滨工业大学出版社, 2005.