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未来计算机辅助设计CAD技术的发展趋

在过去的几十年里,人们已在计算机辅助设计领域中取得了巨大的成就,随着计算机硬件及软件的发展,以及人工智能技术、网络技术和计算机模拟技术等的不断发展,未来CAD技术的发展将趋向集成化、智能化、标准化和网络化。

波音公司使用CAD技术设计的飞机

(1)集成化

为适应设计与制造自动化的要求,特别是适应CIMS(ComputerIntegratedManufacturingSystem,计算机集成制造系统)的要求,进一步提高CAD的集成化水平是CAD技术发展的一个重要方向。

计算机集成制造系统

集成化形式之一是CAD/CAM集成系统。该系统可进行运动学和动力学分析、零部件的结构设计和强度设计、自动生成工程图纸文件、自动生成数控加工所需数据或编码(用以控制数控机床进行加工制造,即可实现所谓的“无图纸生产”)。CAD/CAM进一步集成是将CAD、CAM、CAPP、NCP、CAT、PDM(产品数据管理)集成为CAE,使设计、制造、工艺、数控编程、数据管理和测试工作一体化。

产品全生命周期管理

(2)智能化

传统的CAD技术在工程设计中主要用于计算分析和图形处理等方面,对于概念设计、评价、决策及参数选择等问题的处理却颇为困难,因为这些问题的解决需要专家的经验和创造性思维。因此将人工智能的原理和方法,特别是专家系统的技术,与传统CAD技术结合起来,从而形成智能化CAD系统,是工程CAD发展的必然趋势。

智能CAD带来了设计效率的突破

ICAD(IntelligentCAD,智能CAD)的研究与应用要解决以下3个基本问题:

设计知识模型的表示与建模方法:解决如何从需求出发,建立知识模型,进行逻辑计算机辅助设计与制造,并在计算机上实现等问题。知识利用:在知识利用方面,要研究各种推理机制,也即要研究各种搜索方法、约束满足方法、基于规则的推理方法、框架推理方法、基于实例的推理方法等。CAD的体系结构:研究ICAD的体系结构,使之更好地体现ICAD的基本思想与特点,如集成的思想、多智能体协同工作的思想等。(3)标准化

在CAD技术不断发展的过程中,工业标准化问题越来越显示出其重要性。迄今已制定了许多标准,如计算机图形接口标准CGI(ComputerGraphicsInterface)、计算机图形元文件标准(ComputerGraphicsMetafile)、计算机图形核心系统标准GKS(GraphicsKernelSystem)、程序员层次交互式图形系统标准PHIGS(Programmer’sHierarchicalInteractiveGraphicsStandard)、基于图形转换规范标准IGES(InitialGraphicsExchangeSpecification)和产品数据交换标准STEP(StandardforTheExchangeofProductmodeldata)等。随着技术的进步和功能的需要,新标准还会不断地推出。

基于图形转换规范标准IGES

(4)网络化

在科学技术和经济水平快速发展的时代,不断出现超大型项目和跨国界项目,这些项目的一个突出特点是参与工作的人员众多,且地理分布较广泛。而项目本身就要求各类型的工作人员紧密合作。如汽车新车型的设计,就需要功能设计师、制造工艺师、安全设计师等多学科专家的共同工作。为了解决这个矛盾,出现了计算机支持协同工作CSCW(ComputerSupportedCollaborativeWork)这一新型研究领域。

cscw矩阵

CSCW是年由IrenGrief和PaulCashman首次提出的,一般认为是指一个工作群体中的人员在计算机的帮助下,得到一个虚拟的共享环境,协同工作,快速高效地完成一个共同的任务。现代设计强调协同设计,从CSCW应用的角度出发,协同设计是指在计算机的支持下,各成员围绕一个设计项目,承担相应部分的设计任务,并行交互地进行设计工作,最终得到满足要求的设计结果的设计方法。显然,协同设计可以大大提高设计质量和进度,增强产品的市场竞争能力。协同设计需要多学科专家的协同工作,而实现这一协作的基础就是计算机网络和多媒体技术。通过计算机网络,设计成员可以在设计过程中方便地进行信息交流。

随着技术的不断进步,越来越多的技术被应用于CAD设计领域,在多学科交叉融合的过程中,相互促进,还可能出现各种各样的全新设计思路。




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