CAD技术的发展与国产CAD的出路

    计算机辅助设计（CAD：Computer Aided Design）技术是以计算机、外围设备及其系统软件为基础，包括二维绘图设计、三维几何造型设计、有限元分析（FEA）及优化设计、数控加工编程（NCP）、仿真模拟及产品数据管理等内容。随着Internet/Intranet网络和并行、高性能计算及事务处理的普及，协同、虚拟设计及实时仿真也得到广泛应用。

    一、CAD技术的产生及发展历程

    自2O世纪5O年代CAD技术的兴起到现在，CAD 已经经历了4次大的技术革命。准备和酝酿时期（50－60年代初）CAD技术处于被动式的图形处理阶段。

    1．第一次CAD技术革命── 贵族化的曲面造型系统

    20世纪60年代出现的三维CAD系统只是简单的线框式系统，它只能表达基本的几何信息，不能有效地表达几何数据间的拓扑关系。进人70年代，适逢飞机和汽车工业蓬勃的发展，在飞机及汽车制造中遇到了大量的自由曲面问题，这在当时只能用多截面视图和特征纬线的方式进行表达。由于三视图方法表达的不完整性以及工业上应用需求的推动，法国人提出了贝塞尔算法，使得用计算机处理曲线及曲面问题变得可行。同时，法国达索飞机制造公司也基于此算法，在二维绘图系统CADAM的基础上，开发出以表面模型为特点的三维造型系统CATIA。该系统的出现，标志着计算机辅助设计技术上从单纯模仿工程图纸的三视图模式中解放了出来，首次实现了以计算机完整描述产品零件的主要信息，同时也使得CAD技术的开发有了实现的基础。曲面造型系统CATIA 为人类带来了第1次CAD技术革命，改变了以往只能借助油泥模型来近似表达曲面的工作方式。

    2．第二次CAD技术革命──  生不逢时的实体造型技术

    由于表面模型只能表达形体的表面信息，难以准确表达零件的其他特性，如质量、重心、惯性矩等，且最大的问题在于分析的前处理特别困难。基于对CAD一体化技术发展的探索，SDRC公司于1979年发布了世界上第1个完全基于实体造型技术的大型CAD软件—— I-DEAS 由于实体造型技术能够精确表达零件的全部属性，在理论上有助于统一CAD的模型表达，给设计带来了极大的方便，它代表着未来CAD技术的发展方向．基于这样的共识，一时间实体造型技术呼声满天下。可以说，实体造型技术的普及应用标志着CAD发展史上的第2次技术革命。

    3．第三次CAD技术革命------ 一鸣惊人的参数化技术

    在实体造型技术逐渐普及之时，CAD 技术的研究又有了重大发展。如果说在此之前的造型技术都属于无约束自由造型的话，进入80年代中期，CV公司内部以高级副总裁为首的一批人提出了一种比无约束自由造型更新颖、更好的算法— — 参数化实体造型方法，这种算法主要有以下特点：基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。可以说，参数化技术的应用主导了CAD发展史上的第3次技术革命。

    4．第四次CAD技术革命—— 更上层楼的变量化技术

    参数化技术的成功应用，使其几乎成为CAD业界的标准，许多软件厂商纷纷起步追赶。但是技术理论上的认可并非意味着实践上的可行性。由于CATIA、CV、UG、EDCLID 都在原来的非参数化模型的基础上开发集成了许多其他应用软件，包括CAM、PIPING 和CAE接口等，在CAD方面也做了许多应用模块开发。重新开发一套完全参数化的造型系统将花费很大的人力财力。因此他们采用的参数化系统基本上是在原有模型基础上进行局部、小块的修补考虑到这种“参数化技术”的不完整性以及需要很长的过渡时期，CV、CATIA、UG在推出自己的参数技术以后，均宣称自己是采用复合建模技术，并强调复合建模技术的优越性。

    这种复合建模技术，并非完全基于实体，难以全面应用参数化技术。由于参数化技术和非参数化技术内核有本质不同，用参数化技术造型后进人非参数化系统还要进行内部转换，才能被系统接受，而大量的转换极易导致数据丢失或其他不利条件。这种系统由于在参数化和非参数化方面都不占优势，系统整体竞争力不高，只能依靠某些实用性模块上的特殊能力来增强竞争力。

    变量化技术既保持了参数化技术的原有优点，同时又克服了它的许多不足之处。它的成功应用，为CAD 技术的发展提供了更大的空间和机遇。变量化技术驱动了CAD 发展史上的第4次技术革命。

    二、国产CAD的发展现状及困境

    经过几十年的发展，CAD技术有了跨越性的进步。同时CAD技术作为成熟的普及技术已在企业中广泛应用，几乎覆盖各个行业，机械、建筑、服装等行业应用得更加明显和突出，并已成为企业的现实生产力，围绕企业创新设计能力的提高和网络计算环境的普及，使得CAD市场充满着机会，但对于国产CAD却充满着许多挑战。虽然在异常激烈的竞争中国产CAD并未占优，但我们不得不提到国产CAD，因为国产CAD不但在整个CAD市场上占据着一席之地，而且作为处在初期的后起之军，有着后来居上的势头。

    国产CAD软件的历史可以追溯到上个世纪九十年代初，那时市场上活跃着许多的国产CAD产品，如华正电子图板，大恒CAD，金银花CAD 等。然而之后十年我们却发现，当年的“百花”大多已经烟消云散，只有AutoCAD在“一枝独秀”，从R14，R2000，一直到现在的 AutoCAD 2007，2008，一路高歌猛进，垄断了中国CAD市场绝大部分的市场份额。原先叱咤风云的国产CAD软件厂商要么跟随AutoCAD做二次开发，为他人做嫁衣，要么已经转型到其他应用领域，仍然在坚持做CAD的已经寥寥无几。