CAD/CAM技术的发展和展望

张 强，秦祯研

（安徽建筑大学，安徽 合肥 230022）

CAD/CAM技术的发展和展望

张 强，秦祯研

（安徽建筑大学，安徽 合肥 230022）

随着计算机技术的高速发展和普及，计算机已经走进社会各个领域，社会需求的日益增长使得计算机软、硬件的成本都大幅度下降，这就加速了软件技术的更新和推广，CAD软件技术的市场也被充分打开，有了市场就有需求，CAD技术也在此过程中发生了革命性变化.

CAD/CAM；发展；融合

CAD技术起步于二十世纪五十年代后期，进入六十年代，随着在计算机屏幕上绘图变为可行而开始了迅速发展.人们希望借助此项技术摆脱繁琐、费时、绘制精度低的传统手工绘图.这时候CAD技术的出发点是用传统的三视图方法来表达三维空间，以图纸为媒介进行技术交流，这就是二维计算机绘图技术.CAD技术经过六、七十年代的发展，在八十年代开始从航天军事等专业领域逐渐向民用化发展.下面我们一起来了解一下当前CAD及CAM（计算机辅助制造）技术的发展.

早期的CAD主要应用于航天和武器的设计工作，因为航天和武器设计制造的高要求，为了更精确的实现自己的设计意图并进行模拟，计算机专家发明了各种图形技术来描述三维图形空间，随着计算机图形学中曲面描述技术和参数化技术的发展，CAD技术逐渐发展成型.（注：我国八十年代早期设计的银河亿次机关键用途之一也是进行火箭和导弹设计）

八十年代末，计算机技术迅猛发展，硬件成本大幅下降，一个更加广阔的CAD市场被打开了，很多中小型企业也开始使用CAD技术，这项技术在建筑设计、工业产品设计、家具设计等领域发挥了越来越重要的作用.

仅管当时一些民用CAD系统不但价格高而且必须依赖昂贵的UNIX平台来运行，但是已经比原先只有少数公司可以用的起的巨型机节约了大量的经费和时间精力.后来随着MACOS平台特别是WINDOWS平台等图形操作系统的发展，加上AUTODESK等公司在WINDOWS平台上的不断发展进步，再加上ALIAS、UG、CATIA等公司不断的把一些原来UNIX平台上的优秀CAD软件移植到WINDOWS平台上，CAD软件彻底平民化.

CAD软件随着软硬件和精密加工设备的进步而迅速发展，设计师用PRO/E、masterCAM等专业CAD/CAM软件设计好一个产品后，就可以直接导入加工设备进行模具加工，然后立刻就可以生产出新产品.随着数年来的发展，现在CAD软件的发展已经比较成熟稳定.

当前CAD技术一直处于不断的发展之中，由于应用CAD技术可以提高企业的设计效率，优化设计方案，减轻技术人员的劳动强度，缩短设计周期，越来越多的人不断加入到CAD用户行列之中.目前很多CAD软件集成了PDM（产品数据管理）能力，PDM管理的是产品整个生命周期内的全部数据.工程技术人员根据市场需求设计的产品图纸和编写的工艺文档仅仅是产品数据的一部分.PDM系统除了要管理上述数据外，还要对相关市场需求、分析、设计与制造过程中的全部更改历程、用户使用说明及售后服务等数据进行统一有效的管理.以ARCHICAD为例，在ARCHICAD中墙不仅仅只是平行线，还能包含有关其组成、材料、高度、价格等有价值的信息.这样使用该软件的设计师可以让很多设计上的冲突在发生前被解决，从而节省出大量的资金和时间.另外以AUTOCAD为例，现在它不仅可以精确表现出设计者的设计意图，很多厂商还以它为基础开发了大量的辅助模块，利用这些模块在建设设计中不但可以统计出需要多少钢材和混凝土，还可以计算出各个部件的受力情况来调整自己的设计，并可以自动根据定额做出概算.

随着生产力的发展、科技的发展、软件技术的发展以及三维CAD的兴起，在CAD系统中引入虚拟现实技术进行设计是当前CAD系统的发展趋势之一，设计师能在电脑中看到虚拟的三维物体，这些虚拟物体非常逼真、自然，产品的可视性更强；但要将这些东西用木头、金属、塑料、石头等制作出来则非常的费时费力，因此伴随着三维CAD软件的发展(如:CATIA、UG、中望3D等)，3D打印技术也从80年代仅仅应用于航天、医疗和汽车工业领域，逐步走入到人们的生活当中来.

3D打印实际上是快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状可粘合材料（可以是金属、不锈钢、塑料、碎木或者石材等等），通过逐层打印的方式来构造物体的技术.这种技术使得不必再花费额外成本进行铸造或建模的制作及后续修改.CAD和CAM技术的结合在当代设计制造中发挥了巨大作用，由于现在精密加工机床的精度已经很高，大部分的设计通过CAM软件可以轻松的表现出来.在CAD/CAM这两种技术共同的影响下，在设计阶段即能发现各种产品的性能问题，通过3D打印技术特点，利用较少成本就可以进行样品制作，同时可以使生产速度至少提升十余倍，并且几乎没有出错率，避免了不要的损失.

随着并行设计、协同设计、智能设计、虚拟设计、全生命周期设计等设计方法的发展，并随着人工智能、多媒体、虚拟现实、信息技术的进步，CAD技术也朝着集成化、智能化、协同化的方向发展.

越来越多的CAD软件集成了全面的产品数据管理功能，CAD软件生成的工程文件已经不单单只是图纸上的数据，还包括了大量工程流程上需要的参数和数据，并可以自动的计算出需要的相关数据，这样就把很多原来设计后端才开始的工作提前展现在设计师的眼前，从而大大减少了设计和施工、设计和制造出现冲突的可能.随着PDM和CAD/CAM的不断深入结合，3D打印和CAD三维的设计交互，在一个优秀的设计流程中，不但设计冲突可以消灭在萌芽状态，设计师的创造可以最终完美的表现出来，而且后端的工程或产品制造部门也可以根据前端CAD软件的数据变化，自动动态的调整自己的工作.更为重要的趋势是随着CAD协同能力的提高，很多大的工程可以任意定制分割成很多小模块让不同能力不同风格的设计师或工程师进行完美的协同设计，这样不但提高了设计效率，还极大地缩短了生产及列装时间，比如说飞机或者航母等重型工业的生产，在飞机或者航母还没有生产出来之前，就可以模拟建立起对其的各种操控仿真训练系统，而无需等到飞机或航母实际建造出来.

虚拟现实仿真技术的发展也很值得关注，随着计算机硬件和渲染技术的发展，现在通过CAD软件在电脑中漫游虚拟建筑或者操作设计中的虚拟设备已经十分普遍.随着虚拟现实技术的发展，脱离电脑的大型虚拟感应现实技术也开始逐渐浮出水面.

进入21世纪以来，在国内占据CAD绘图市场主导地位的是Autodesk公司的Autocad软件，而Autocad软件在目前主要还只是作为一个二维软件来使用.在目前中国的CAD用户特别是初期CAD用户中，二维绘图仍然占有相当大的比重，大部分人只是把CAD软件当作绘图板的替代品.

目前在设计教学中也有这种倾向，大部分设计教学知识满足学生用Autocad软件绘制设计图纸，加上用3dmax等软件进行设计效果图的渲染，材料和施工问题另外通过一些专用软件来计算.这种条块分割的方式不但效率不高，而且在实际工作中很容易产生设计冲突，然后再回头修改设计，这样也就容易造成大量的时间和金钱的浪费.

根据这些情况加上当前CAD的发展趋势，为了更好的和未来实际工作结合，现在应该在教学中多研究探讨具有能与建模技术、渲染技术、材料技术、造价技术乃至3D打印技术相贯通的类似软件，从而加强学生在完整的工作流程中完成CAD设计的理念，这样可以全面考虑自己的设计作品.同时可以利用网络条件让学生学会以协同设计的方式来开展自己的工作和创作.

〔1〕曾旭东,陈利立.建筑数字技术系列教材：ARCHICAD虚拟建筑设计教程[M].北京：中国建筑工业出版社,2007.

〔2〕彭嵩.CAD技术应用状况与发展趋势浅析[J].矿山机械,2005.

〔3〕王佩坤,唐方台.CAD技术、方法与建设机械应用[J].建设机械技术与管理，1997.

TP391.7

A

1673-260X（2014）10-0048-02