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网络教育学院 专 科 生 毕 业 大 作 业 题 目： 计算机辅助设计软件 学习中心： 河南郑州奥鹏 层 次： 高中起点专科 专 业： 机械设计制造及其自动化 年 级： 2011 年秋季 学 号： 200904545943 学 生： 张彬 指导教师： 余子开 计算机辅助设计软件内容摘要进入21世纪以来，计算机辅助设（cad）计软件在工程产品和设计中发挥的作用越来越大，它不仅可以提高设计者的设计精度和方便保存，而且降低了设计者的劳动强度，提高了工作效率，可以说，它已经成为了设计者必不可少的一件利器。本文纵观计算机辅助软件的产生、发展、应用通过例举一些现今常用的国内外cad软件的实例，阐述了当今cad软件的主流技术，并且提出了选用适合自己的cad软件的，最后结合cad的发展趋势，提出了我国cad软件的发展方向。关键词 cad；概述；主流技术；发展趋势i目录内容摘要i引言21 计算机辅助设计概述31.1 概述31.2. cad技术的产生及发展过程41.4 cad支撑软件62 cad技术现状82.1 cad技术的特点82.2 cad技术的现状82.3 cad系统的硬件环境83 当今cad领域的主流技术103.1 基础造型技术(参数化设计、变量化设计及特征造型技术)103.2 cad的数据交换格式及标准化(dxf格式iges格式及step标准)114 cad软件举例介绍。144.1 国产cad144.2 国外cad软件厂商155 系统软件的选用原则176 cad 技术发展趋势196.1 应用习惯改进196.2 应用功能改进196.3 系统功能改进207 我国cad的发展前景22参考文献2728引言20世纪50年代在美国诞生第一台计算机绘图系统，开始出现具有简单绘图输出功能的被动式的计算机辅助设计技术。60年代初期出现了cad的曲面片技术，中期推出商品化的计算机绘图设备。70年代，完整的cad系统开始形成，后期出现了能产生逼真图形的光栅扫描显示器，推出了手动游标、图形输入板等多种形式的图形输入设备，促进了cad技术的发展。 80 年代，随着强有力的超大规模集成电路制成的微处理器和存储器件的出现，工程工作站问世，cad技术在中小型企业逐步普及。80 年代中期以来，cad技术向标准化、集成化、智能化方向发展。一些标准的图形接口软件和图形功能相继推出，为cad 技术的推广、软件的移植和数据共享起了重要的促进作用；系统构造由过去的单一功能变成综合功能，出现了计算机辅助设计与辅助制造联成一体的计算机集成制造系统；固化技术、网络技术、多处理机和并行处理技术在cad中的应用，极大地提高了cad系统的性能；人工智能和专家系统技术引入cad，出现了智能cad技术，使cad系统的问题求解能力大为增强，设计过程更趋自动化。 现在，cad 已在电子和电气、科学研究、机械设计 、软件开发、机器人、服装业、出版业、工厂自动化、土木筑、地质、计算机艺术等各个领域得到广泛应用。 1 计算机辅助设计概述1.1 概述计算机辅助设计(cad-computer aided design)简称cad.在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形显示出来，使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。cad 能够减轻设计人员的计算画图等重复性劳动，专注于设计本身，缩短设计周期和提高设计质量。 人们根据系统功能的要求，用有限的特征来描述设计问题，通过形式化用计算机的数据结构来表达特征，并将用数据结构描述的特征数据存放在数据库之中。这样，设计过程变成了对数据库的处理。这一过程可以看作是建模过程，模型被用来表示实际的或抽象的对象，是对被处理对象进行计算、分析、模拟和研究的基础。因此，模型是实际结构在cad系统中的具体体现，是计算机认知产品的基础。我们知道，产品和工程结构本身能表现出来的属性（特征）是无限的，但可用的计算机资源、人们的认识知识是有限的，我们只能认知实际结构的部分属性，只能处理产品和工程结构设计的某些方面。 根据模型的不同，cad系统一般分为二维cad和三维cad系统。二维cad系统一般将产品和工程设计图纸看成是“点、线、圆、弧、文本”等几何元素的集合，系统内表达的任何设计都变成了几何图形，所依赖的数学模型是几何模型，系统记录了这些图素的几何特征。二维cad系统一般由图形的输入与编辑、硬件接口、数据接口和二次开发工具等几部分组成。 三维cad系统的核心是产品的三维模型。三维模型是在计算机中将产品的实际形状表示成为三维的模型，模型中包括了产品几何结构的有关点、线、面、体的各种信息。计算机三维模型的描述经历了从线框模型、表面模型到实体模型的发展，所表达的几何体信息越来越完整和准确，能解决“设计”的范围越广。其中，线框模型只是用几何体的棱线表示几何体的外形，就如同用线架搭出的形状一样，模型中没有表面、体积等信息。表面模型是利用几何形状的外表面构造模型，就如同在线框模型上蒙了一层外皮，使几何形状具有了一定的轮廓，可以产生诸如阴影、消隐等效果，但模型中缺乏几何形状体积的概念，如同一个几何体的空壳。几何模型发展到实体模型阶段，封闭的几何表面构成了一定的体积，形成了几何形状的体的概念，如同在几何体的中间填充了一定的物质，使之具有了如重量、密度等特性，且可以检查两个几何体的碰撞和干涉等。由于三维cad系统的模型包含了更多的实际结构特征，使用户在采用三维cad造型工具进行产品结构设计时，更能反映实际产品的构造或加工制造过程。 专业化cad应用系统是各专业根据各自的设计需要，利用通用cad系统提供的二次开发工具或数据接口功能，将各类专业设计技术研制成cad系统的各类设计工具和知识，从而使设计能直接按照专业设计的方法进行，大大提高了cad系统的“设计”能力和效率。但这类cad系统针对具体的专业进行开发，在专业设计方面不具备通用性。1.2. cad技术的产生及发展过程 1准备和酝酿时期（5060年代初）cad技术处于被动式的图形处理阶段。2蓬勃发展和进入应用时期（60年代） 提出了计算机图形学、交互技术、分层存储符号的数据结构等新思想，从而为cad技术的发展和应用打下了理论基础。60年代中期出现了许多商品化的cad设备，60年代末，美国安装的cad工作站已达200多台，可供几百人使用。3广泛使用的时期（70年代） 1970年美国applicon公司第一个推出完整的cad系统。出现了面向中小企业的cadcam商品化系统。70年代末，美国cad工作站安装数量超过12000台，使用人数超过25万。 4突飞猛进的时期（80年代） 在这个时期，图形系统和cadcam工作站的销售量与日俱增，美国实际安装cad系统至1988年发展到63000套。cadcam技术从大中企业向小企业扩展；从发达国家向发展中国家扩展；从用于产吕设计发展到用于工程设计和工艺设计。 5开放式、标准化、集成化和智能化的发展时期（90年代） 由于微机加视窗9598nt操作系统与工作站加unix操作系统在以太网的环境下构成了cad系统的主流工作平台，因此现在的cad技术和系统都具有良好的开放性。图形接口、图形功能日趋标准化。在cad系统中，综合应用正文、图形、图像、语音等多媒体技术和人工智能、专家系统等技术大大提高了自动化设计的程度，出现了智能cad新学科。智能cad把工程数据库及其管理系统、知识库及其专家系统、拟人化用户接口管理系统集于一体，形成如图1示所示的结构。 图1 智能cad系统 1.3. cad系统的构成及分类cad技术集中体现在cad系统上，cad系统是最终用户用来实现设计思想、加速产品和工程设计的信息化工具。1cad系统的构成 cad系统硬件构成如图2所示，从其体系结构讲可分为三个层次，如图3所示。基础由计算机、外围设备和系统软件组成。系统软件在工作站上流行unix加motif操作系统，在微机上流行win95/98/nt操作系统。系统软件还包括支撑软件、系统开发和维护的工具软件。支撑层包含了图3中部所示内容，随着网络的广泛使用，异地协同虚拟cad环境将是cad支撑层的重要发展趋势。应用层针对不同应用领域的需求有各自的cad专用软件来支持相应的cad工作。 图2 cad系统的硬件基本组成图3 cad系统的三层结构2cad系统的分类 cad系统作为计算机应用系统的一个重要分支，经历了三个发展阶段，即：多用户共享一台计算机；一个用户使用一台计算机；一个用户共享多台计算机。从系统结构上看，cad系统大致可分为两类，即集中式系统和网络系统。集中式系统要求有功能较强的计算机，一次投资大，使用起来不灵活，在80年代中期以前应用比较广泛。从工作站和高性能微机问世以后，大多数用户采用工作站和微机网络系统来代替这类集中式cad系统，形成网络化的系统。1.4 cad支撑软件 cad支撑软件主要包括：1设备驱动程序，如windows操作系统支持的设备驱动程序集，iso通过的标准程序库cgi(computer graphics interface)，又如hp 公司提供的绘图仪、打印机设备驱动程序等；2窗口管理系统，工作站上流行motif窗口系统；微机上win95、win98、winnt 窗口系统，微机上的窗口系统已代替了过去的dos操作系统，成为最大众化的操作系统。窗口系统中包含了丰富的图形用户接口（gui）程序，多媒体用户接口程序（mui）和网络用户接口程序（noi）；3汉字输入输出程序，除了中文之星专用汉字处理程序外，中文windows操作系统也已广泛应用；4二维计算机辅助设计绘图系统；5三维线框、曲面、实体和特征统一表示的数字化建模系统；6三维真实图形实时显示系统；7产品数据管理系统pdm（product data management system）；8异地协同虚拟设计系统；9智能cad系统；2 cad技术现状2.1 cad技术的特点 cad技术是一项综合性的，集计算机图形学、数据库、网络通讯等计算机及其他领域知识于一体的高新技术；是先进制造技术的重要组成部分；也是提高设计水平、缩短产品开发周期、增强行业竞争能力的一项关键技术。cad技术的特点是涉及面广而复杂、技术变化快、竞争激烈，而且投资大、风险高、产出高。现代有名的cad软件都是规模巨大、功能众多、系统复杂，所以投资大、开发周期长，难以及时跟上硬件平台和开发环境的迅速发展，以及广大用户需求的变化和不断增长的要求。 2.2 cad技术的现状经过四十多年的发展，cad技术有了长足的进步。现在cad主要运行在工作站或微机平台上。工作站虽然性能优越，图形处理速度快，但价格却十分昂贵，这在一定程度上限制了cad技术的推广。随着pentium芯片和windowsnt操作系统的出现并流行，以前只能运行在工作站上的cad软件现在也可以运行在微机上。由于微机的价格远远比工作站低，性能也不比中低档工作站逊色多少，并且windowsnt操作系统的安全性与dos、windows3.x、windows95/98等操作系统相比有了很大提高。所以，微机平台为普及cad应用创造了绝好的条件。在此基础上，cad软件厂商展开了新一轮的竞争。一方面工作站上著名的cad的软件（如ug、catia）全功能地移植到微机平台，使微机完全对等地实现了工作站环境的处理能力；另一方面cad软件打破了原有unix环境的桎梏，在windows平台上全面拓展。pentium以上处理器和nt环境已经或者正在成为cad软件运行和应用的主流平台。2.3 cad系统的硬件环境 当前cad系统的硬件环境主要是工程工作站及个人计算机。工作站是具有高速的科学计算、丰富的图形处理及灵活的窗口与网络管理功能的交互式计算机系统，它一般具有32位或64位字长的中央处理器(cpu)，广泛采用精简指令(risc)，超标量、超流水线及超长指令技术，具有unix操作系统和x窗口管理系统，在一个分布式的网络环境下运行。目前流行的工作站主要有：sun公司的sparcstation10工作站，美国惠普(hp)公司的hp-pa工作站，dec公司的alpha工作站，sgi工作站及ibm公司的rs/6000工作站。工作站虽然性能优越，图形处理速度快，但价格却十分昂贵，这在当前一定程度上限制了cad技术的推广。 以前，个人计算机和工作站相比在计算、图形、网络及并行处理等方面均有较大的差别。个人计算机上运行的dos及windows等系统软件在可靠性、安全性及效率等方面也不如工作站上的系统软件。然而，随着计算机硬件技术的飞速发展，个人计算机的计算能力、图形处理能力的不断提高和操作系统的逐渐完善，使其与专业risc/unix工作站的性能差距逐渐缩小。尤其是intel的pentiumpro和pentium芯片以及microsoft的windowsnt的发布，使得个人计算机在性能上完全具备了与中低档工作站竞争的实力，加之个人计算机价格低廉，这使其在普及cad应用中起到了工作站所不能代替的作用。 3 当今cad领域的主流技术3.1 基础造型技术(参数化设计、变量化设计及特征造型技术) 在cad技术发展的初期，cad仅限于计算机辅助绘图，随着计算机软、硬件技术的飞速发展，cad技术才从二维平面绘图发展到三维产品建模，随之也就产生了三维线框造型、曲面造型以及实体造型技术。而如今参数化及变量化设计思想和特征造型则代表了当今cad技术的发展方向。 传统的cad绘图软件都是用固定的尺寸值定义几何元素，要进行图面修改只有删除原有的线条后重画，而新产品的打样设计不可避免的要进行多次的修改，进行零件形状和尺寸的综合协调、优化，而且大多数设计工作都是在原有设计基础上的改进。因此，新的cad系统都增加了参数化和变量化设计模块，使得产品的设计图可以随着某些结构尺寸的修改和使用环境的变化而自动修改图形，这可以减少大量的重复劳动，减轻设计工作量。 参数化设计一般是指设计对象的结构形状比较定型，可以用一组参数来约定尺寸关系，参数的求解较简单，参数与设计对象的控制尺寸有显式对应关系，设计结果的修改受尺寸驱动。生产中最常用的系列化标准件就是属于这一类型。变量化设计(variationaldesign)是指设计对象的修改需要更大的自由度，通过求解一组约束方程来确定产品的尺寸和形状。约束方程可以是几何关系，也可以是工程计算条件，设计结果的修改受到约束方程驱动。变量化设计允许尺寸欠约束的存在，这样设计者便可以采用先形状后尺寸的设计方式，将满足设计要求的几何形状放在第一位而暂不用考虑尺寸细节，设计过程相对宽松。变量化设计可以用于公差分析、运动机构协调、设计优化、初步方案设计选型等，尤其在做概念设计时更显得得心应手。 谈到变量化设计，就不能不提及美国sdrc公司的vgx技术。vgx是variationalgeometryextended(超变量化几何)的缩写，是变量化技术发展的一个里程碑。它的思想最早体现在sdrc公司的软件产品i-deasmasterseries第一版的变量化构图中。vgx技术为cad软件带来了空前的易用性，设计人员可以非常直观地、实时地进行产品三维几何模型的操作和修改，而且只需在一个主模型中，就可以动态地捕捉设计、分析和制造的意图并一气呵成地进行操作。vgx技术极大地改进了交互操作的直观性及可靠性，从而使cad软件更加易于使用，富有效率。 特征造型是cad建模方法的一个新里程碑，它是在cad/cam技术的发展和应用达到一定的水平，要求进一步提高生产组织的集成化和自动化程度的历史进程中孕育成长起来的。过去的cad技术从二维绘图起步，经历了三维线框、曲面和实体造型发展阶段，都是着眼于完善产品的几何描述能力，亦即只描述了产品的几何信息；而特征造型则是着眼于更好地表达产品完整的功能和生产管理信息，为建立产品的集成信息模型服务。特征(feature)在这里作为一个专业术语，兼有形状和功能两种属性，它包括产品的特定几何形状、拓扑关系、典型功能、绘图表示方法、制造技术和公差要求。特征造型技术使得产品的设计工作在更高的层次上进行，设计人员的操作对象不再是原始的线条和体素，而是产品的功能要素。特征的引用直接体现了设计意图，使得建立的产品模型更容易为人理解和组织生产，为开发新一代的基于统一产品信息模型的cad/capp/cam集成系统创造了前提。 3.2 cad的数据交换格式及标准化(dxf格式iges格式及step标准) 随着cad技术的不断发展和日益成熟以及各行业cad应用的不断深入，cad标准化工作越来越显示出了它的重要性。cad标准化工作作为高新技术标准化的一部分，在cad技术工作中占有很重要的位置，国家科委工业司和国家技术监督局标准司于八五期间共同发布了cad通用技术规范，规定了我国cad技术各方面的标准，而其中cad数据交换问题是cad广泛应用后各行业所面临的重要问题。由于cad数据的急剧膨胀，而不同的cad系统产生的数据文件又采用不同的数据格式，甚至各个cad系统中数据元素的类型也不尽相同，这种状况潜在地阻碍了cad技术的进一步应用和发展。所以，如何能使企业的cad技术信息实现最大限度的共享并进行有效的管理是标准化所面临的非常重要的课题。 目前，在微机和工作站上用于数据交换的图形文件标准主要有：autocad系统的dxf(dataexchangefile)文件，美国标准统的xf(dataexchangefile)文件，美国标准iges(initialgraphicsexchangespecification即初始图形交换规范)及国际标准step(standardfortheexchangeofproductmodeldata)。其他一些较为重要的标准还有：在esprit(欧洲信息技术研究与开发战略规划)资助下的cad-i标准(仅限于有限元和外形数据信息)；德国的vda-fs标准(主要用于汽车工业)；法国的set标准(主要应用于航空航天工业)等等。 autocad的dxf文件是具有专门格式的ascii码文本文件，它比较好读，易于被其它程序处理，主要用于实现高级语言编写的程序与autocad系统的连接，或其他cad系统与autocad之间的图形文件交换。由于autocad在世界范围内的应用极为广泛，已经深入到各行各业之中，所以它的数据文件格式已经成为一种事实上的工业标准。dxf图形数据交换文件为推广应用cad/cam技术提供了很大的便利，但由于dxf文件开发较早，从现在的目光来看，它当然存在很多的不足：它不能描述产品的完整几何模型，难以进一步发展；其信息定义不完整，它仅保留了原有系统数据结构中的几何和部分属性信息，而大量的拓扑信息已不复存在；其信息描述方面也有许多缺陷，致使一些信息量过分冗长；文件格式比较复杂，而且也不尽合理。所以，autodesk公司近来强调了用二进制的dwg和网络上的dwf格式作为它的数据传输标准，但二者的格式都不公开，因此很难再作为工业标准为其他cad系统所利用。 iges标准最早是ansi于80年代初制定的，是建筑在波音公司cad/cam集成信息网络、通用电气公司的中心数据库和其他各种数据交换格式之上。其最初版本仅限于描述工程图纸的几何图形和注释，随后又将电气、有限元、工厂设计和建筑设计纳入其中。1988年6月公布的iges4.0又吸收了esp中的csg(constructivesolidgeometry，意译为体素构造法)和装配模型，后经扩充又收入了新的图形表示法、三维管道模型以及对fem(有限元模型)功能的改进。而b-rep(边界表示法)模型则在iges5.0中定义。然而，iges在文件结构中却又不合理地定义了直接存取的指针系统。其在应用中暴露的主要问题有： 数据文件过大，数据转换处理时间过长； 某些几何类型转换不稳定； 只注意了图形数据转换而忽略了其他信息的转换。 尽管如此，iges仍然是目前为各国广泛使用的事实上的国际标准数据交换格式，我国于1993年9月起将iges3.0作为国家推荐标准。 产品模型数据交换标准step是国际标准化组织(iso)所属技术委员会tc184(工业自动化系统技术委员会)下的“产品模型数据外部表示”(externalrepresentationofproductmodeldata)分委员会sc4所制订的国际统一cad数据交换标准。所谓产品模型数据是指为在覆盖产品整个生命周期中的应用而全面定义的产品所有数据元素，它包括为进行设计、分析、制造、测试、检验和产品支持而全面定义的零部件或构件所需的几何、拓扑、公差、关系、属性和性能等数据，另外，还可能包含一些和处理有关的数据。产品模型对于下达生产任务、直接质量控制、测试和进行产品支持功能可以提供全面的信息。 step为产品在它的生命周期内规定了惟一的描述和计算机可处理的信息表达形式。这种形式独立于任何特定的计算机系统，并能保证在多种应用和不同系统中的一致性。这一标准还允许采用不同的实现技术，便于产品数据的存取、传输和归档。step标准是为cad/cam系统提供中性产品数据而开发的公共资源和应用模型，它涉及到了建筑、工程、结构、机械、电气、电子工程及船体结构等无所不包的所有产品领域。在产品数据共享方面，step标准提供四个层次的实现方法：ascii码中性文件；访问内存结构数据的应用程序界面；共享数据库以及共享知识库。无疑，这将会给商业和制造业带来一场大变革，而且step标准在下述几个方面有着明显的优越性：一是经济效益显著；二是数据范围广、精度高，通过应用协议消除了产品数据的二义性；三是易于集成，便于扩充；四是技术先进、层次清楚，分为通用资源(子标准40系列)、应用资源(子标准100系列)和应用协议(子标准200系列)三部分。如今，step标准已经成为国际公认的cad数据文件交换全球统一标准，许多国家都依据step标准制订了相应的国家标准。我国step标准的制订工作由csbtstc159/sc4完成，step标准在我国的对应标准号为gb16656。step标准存在的问题是整个体系极其庞大，标准的制订过程进展缓慢，数据文件比iges更大。目前商用cad系统提供的step应用协议还只有ap203“配置控制设计”，内容包括产品的配置管理、曲面和线框模型、实体模型的小平面边界表示和曲面边界表示等以及ap214“汽车机械设计过程的核心数据”两种。4 cad软件举例介绍。4.1 国产cad首先我们提一下国内的cad软件厂商。1.caxa电子图板和caxa-me制造工程师caxa电子图板和caxa-me制造工程师软件的开发与销售单位是北京北航海尔软件有限公司(原北京航空航天大学华正软件研究所)。该公司是从事cad/cae/cam软件与工程服务的专业化公司。 caxa电子图板是一套高效、方便、智能化的通用中文设计绘图软件，可帮助设计人员进行零件图、装配图、工艺图表、平面包装的设计，适合所有需要二维绘图的场合，使设计人员可以把精力集中在设计构思上，彻底甩掉图板，满足现代企业快速设计、绘图、信息电子化的要求。 caxa-me是面向机械制造业的自主开发的、中文界面、三维复杂形面cad/cam软件。caxa制造工程师1.0版于1996年推出，caxa-me2.0版于1998年3月发布，caxa-me2000版业已发布。2.开目cad开目cad是华中理工大学机械学院开发的具有自主版权的基于微机平台的cad和图纸管理软件，它面向工程实际，模拟人的设计绘图思路，操作简便，机械绘图效率比autocad高得多。开目cad支持多种几何约束种类及多视图同时驱动，具有局部参数化的功能，能够处理设计中的过约束和欠约束的情况。开目cad实现了cad、capp、cam的集成，适合我国设计人员的习惯，是全国cad应用工程主推产品之一。3.高华cad高华cad是由北京高华计算机有限公司推出的cad产品。该公司是由清华大学和广东科龙(容声)集团联合创建的一个专门从事cad/cam/pdm/mis集成系统的研究、开发、推广、应用、销售和服务的专业化高技术企业。公司与国家cad支撑软件工程中心紧密结合，坚持走自主版权的民族软件产业的发展道路，以用户的需要就是我们的需要为承诺，在科研成果商品化方向迈出了可喜的一步。高华cad系列产品包括计算机辅助绘图支撑系统ghdrafting、机械设计及绘图系统ghmds、工艺设计系统ghcapp、三维几何造型系统ghgems、产品数据管理系统ghpdms及自动数控编程系统ghcam。其中ghmds是基于参数化设计的cad/cae/cam集成系统，它具有全程导航、图形绘制、明细表的处理、全约束参数化设计、参数化图素拼装、尺寸标注、标准件库、图像编辑等功能模块。ghgems5.0曾获第二届全国自主版权cad支撑软件评测第一名。4.2 国外cad软件厂商国外cad厂商针对国内来说，软件产品研发的时间比较早，比较长，技术比国内的技术稍显成熟，并且三维软件大部分都是国外厂商。提到cad，目前企业用的最多的cad是欧特克的产品，autodesk公司是世界第四大pc软件公司。autodesk公司的软件产品已被广泛地应用于机械设计、建筑设计、影视制作、视频游戏开发以及web网的数据开发等重大领域。拥有全球最多的用户。autodesk l 欧特克产品包括二维的autocad，是欧特克的主打产品，是当今最流行的二维绘图软件l mdt是autodesk公司在pc平台上开发的三维机械cad系统。它以三维设计为基础，集设计、分析、制造以及文档管理等多种功能为一体；为用户提供了从设计到制造一体化的解决方案l 欧特克的inventor产品线是一系列用于三维机械设计、仿真、工装模具创建和设计交流的软件ptc公司美国参数技术公司pro/engineer系统是美国参数技术公司(parametrictechnologycorporation，简称ptc)的产品。包含了工业设计(caid)模块 ：工业设计模块主要用于对产品进行几何设计机械设计(cad)模块：机械设计模块是一个高效的三维机械设计工具功能仿真(cae)模块：功能仿真(cae)模块主要进行有限元分析。能“看到”零件内部的受力状态三个模块。proe在曲面造型方面的功能比较强。法国达索dassault达索的cad产品有高端的catia，以及中低端的solidworks。其中，catia系统是法国达索(dassault)飞机公司dassaultsystems工程部开发的产品。catia系列产品已经在七大领域里成为首要的3d设计和模拟解决方案：汽车、航空航天、船舶制造、厂房设计、电力与电子、消费品和通用机械制造。所以catia在航空航天领域应用是非常广泛的。其中，美国波音飞机公司的波音777飞机便是其杰作之一达索的另外一个产品solidworks，图形界面友好，用户上手快，深受广大用户喜爱。solidworks的用户群在中国比较广泛，教育行业用的也比较多。他有一个非常规范的教育认证体系，并且是原厂认证。西门子ugs西门子的ugs的cad软件产品有ug和solidedge。ug是公司的拳头产品。ug是集cad/cam一体化的软件，cam软件的名称是ugnx。ug最早应用于美国麦道飞机公司。它是从二维绘图、数控加工编程、曲面造型等功能发展起来的软件。90年代初，美国通用汽车公司选中ug作为全公司的cad/cae/cam/cim主导系统。ug的曲面造型功能比较强大。solidedge是基于参数和特征实体造型的新一代机械设计cad系统，它是为设计人员专门开发的，易于理解和操作的实体造型系统。i-deasi-deas是美国sdrc公司开发的cad/cam软件。国外许多著名公司，如波音、索尼、三星、现代、福特等公司均是sdrc公司的大客户和合作伙伴。5 系统软件的选用原则以上简单介绍了种种cad软件，但是应该如何选择合适自己的软件呢？我认为一般应考虑以下几个因素：1 系统功能与能力配置 目前，市场上支持cad系统的系统软件和支撑软件很多，且大多采用了模块化结构和即插即用的连接与安装方式。不同的功能通过不同的软件模块实现，通过组装不同模块的软件构成不同规模和功能的系统。因此，要根据系统的功能要求确定系统所需要的软件模块和规模。 2 软件性能价格比 与硬件系统一样，目前cad软件的生产厂家和供货商很多，同样功能的软件，不同厂家生产的在性能价格方面有较大的差异，不同供货渠道，价格上也有一定的差异，因此，选定软件产品时，也要进行系统的调研与比较，选择满足要求、运行稳定可靠、容错性好、人机界面友好、具有良好性能价格比的产品。同时，要注意欲购软件的版本号，该版本推出的日期及与以前一版本比较的功能改进等方面。 3与硬件匹配性 不同的软件往往要求不同的硬件环境支持。如果软、硬件都需配置，则要先选软件，再选硬件，软件决定着cad系统的功能。如果已有硬件，只配软件，则要考虑硬件能力，配备相应档次的软件。大多数软件分工作站版和微机版，有的是跨平台的，如autocad，ideas，proe，ug等分别有工作站版和微机版。4 二次开发能力与环境 为高质、高效地充分发挥cad软件作用，通常都需要进行二次开发，要了解所选软件是否具备二次开发的可能性，开放性程度，所提供的二次开发工具，进行二次开发所需要的环境和编程语言。有的支撑软件提供专用的二次开发语言，有的采用通用的汇编语言进行二次开发，前者的专业性强，学习和培训量大，但使用中效率较高，而后者则相反。 5开放性 所选软件应与cad系统中的设备、其它软件和通用数据库具有良好的接口、数据格式转换和集成能力，具备驱动绘图机及打印机等设备的接口，具备升级能力，便于系统的应用和扩展。 除此之外，与硬件系统设计一样，也要考虑供应商的发展变换趋势、信誉、经营状况和售后服务能力，是否具有维护服务机构、手段、维护服务响应效率，能否提供有效的技术支持、培训、故障检修和技术文档资料，产品的市场占有率和已有用户的反映情况等。6 可靠性 所选软件应在遇到一些极限处理情况和某些误操作时，能进行相应处理而不产生系统死机和系统崩溃。6 cad 技术发展趋势 进入21 世纪，cad 造型技术在理论上并没有出现人们期待已久的重大突破，但是在应用和实用技术方面还是取得了不少的进展，这表现在以下几个方面： 图形交互功能改进 cad 软件是产品创新的工具。既为工具，则务求易学好用、得心应手，形成一个友好的、具有某种智能化的工作环境。这样的工作环境可以开拓使用者的思路，解放其大脑，让其集中精力于设计创作，而并非软件的操作次序或使用规则。 6.1 应用习惯改进1.智能化的图标菜单 多层次的弹出式或下拉式菜单已不能满足使用者的需求。良好的菜单结构可以使设计周期提前20%50%。智能化的图标菜单结构是cad 软件今后的发展趋势。 好的菜单结构是：用户在图形操作区和菜单区之间移动光标的次数要尽量少，菜单层次要尽量少，菜单要直观、简洁、明了，菜单项排列要根据使用频率自动组合、调节位置，操作指令结构要十分简化。 2.“拖放式”造型 设计就是灵活的修改。直观地、实时地对三维实体进行“拖放式”的设计与修改一直是设计人员追求的目标。在变量化技术的支持下，利用形状约束和尺寸约束可以分开处理的灵活性，已经实现了对零件上的常见特征直接以拖动方式直观、实时地进行图示化编辑修改的功能。今后的发展方向是实现智能化的、完全的“拖放式”造型。 3.动态导引器 目前在某些软件中，伴随光标而随时随地弹出菜单的操作模式已经越来越多。随着光标的移动，动态导引器自动拾取、判断所有的模型元素的种类及空间相对位置，理解使用者的设计意图，记忆常用的步骤，并提示使用者下一步可能要做的工作。这是软件智能化的一个很好的应用范例。 6.2 应用功能改进 1.发展功能高度集成化的cax 体系 在cad 软件中，软件改进主要有两种途径。一是改进整体性能，优化内部数据结构和算法，改进易用性；一是改进功能集成性，在一个软件体系结构下实现更多的应用功能集成。即用一个cax 软件来快捷地、一路畅通地开发出客户所需要的产品。预计在市场上形成完善、强大的cax 体系只需35 年的时间。 例如，从工业设计到结构设计一体化，即caid 与cad 的集成，以确保设计人员可以完全自由地表达自己的意图，从产品外观到内部结构，来自由流畅地进行技术创新、性能或结构改进以及高级渲染着色。 2.知识融合技术 知识融合技术是能够进行自动化过程设计、管理可能性因素和实践性因素的一门技术。它让用户能够创建和保存自己的规则和过程，物理、化学或者在其它领域创建的工程规则都可以被集成，例如装配材料的花费、加工公差的极限、冲压的工序和模具注射过程等项目都可以保存和评估，并且大量实现自动化过程处理。用户可以方便地选择他们所需要的方案，就如同现在建造参数化特征一样简单。大量的过程自动化可以为工业界带来可重复利用过程的革命。 3.特定工业过程的智能向导 过程向导融合了业界特有的过程知识，把设计技术中复杂的因素连接到了自动的过程当中。例如eds 的nx 软件有许多智能化的过程向导：注塑模具向导、级进模具向导、齿轮工程向导、冲压工程向导、焊接助理、加工专家顾问、强度向导、优化向导等。这些过程向导将极大地改进工作流程的效率，生产率可以成倍提高。 4.系统化造型 使用系统化造型，设计者能够通过改变产品中的任何零件，进行各种变型，来查看完整的产品及其生产过程。新一代的cad 软件将参数化造型技术提升到了更为高级的系统和产品设计的层面上。系统级的设计参数可以由产品向下驱动其子系统、装配以及最终的零件。对于产品定义模板的修改将通过自动化的途径，控制并映射到所有相关的子系统和零部件之上。6.3 系统功能改进 1.cad 软件中加入pdm功能 具有pdm功能的cad 软件正在逐渐为用户所认识和接受。实现设计协同是未来cad 的主要发展方向之一。设计协同的虚拟会议可促进设计人员之间自由讨论、发表见解，团队能够把想法立体化，并立即见到在产品所有方面的结果。通过消除通讯瓶颈，设计协同功能能解决在工程师、供应商与客户间对关键产品设计问题的协调工作。当团队成员正工作在产品设计的方方面面，而且是位于不同国家、城市或设计团队时，设计协同使异地数据共享成为可能，即使位于同一办公楼的团队也能从实时共享与检查设计改变中获益。 2.plm环境中的cad 在plm解决方案中，cad 功能是其中必不可少的一个有机组成部分，简称为plm3d。在plm环境中的cad功能与独立运行的cad软件在使用的定位上有一定的层次上的差异。独立的cad 软件强调数据的关联，具有 pdm 功能的cad 软件强调数据的共享，而 plm 中的cad 功能则强调在产品全生命周期内的数据的管理，以及基于这些数据而工作的各地、各企业、各部门、各工作组之间的协同。 在plm 的中性cad 数字化模装中，利用jt 格式，可实现多cad 数据来源的虚拟产品的整机大装配，以及对零部件厂商的协作管理，还可以以plm3d 来作为数字化工厂布置的基础数据，也可以作为后期产品维护/维修的仿真数据。7 我国cad的发展前景我国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技术的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19952000年我国 cad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。在cam方面,目前企业普遍应用的只是数控程序编制,国内企业已经开始广泛使用华中数控系统、南京sky系统、日本funuc系统、德国siemens系统。而广义的 cam只有少数大型企业采用,中小企业极少应用。 (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 ,才能产生显着的经济效益三、 cad系统的发展方向 cad是当今流行的最优秀的计算机辅助绘图软件之一，是工程技术人员从事设计与绘图的得力工具。cad技术作为成熟的普及技术已在企业中广泛应用，并已成为企业的现实生产力。cad自从美国aoutodesk公司1982年推出以来，经过二十余年的发展，cad的版本不断升级，功能也随之不断增强。经过我国计算机工程人员的努力，现在国产cad也达到了与国际接近的水准，推出了绘图功能更强大、人机界面友好更易于使用、提供了更多平台支持、允许用户进行多次开发、提供了更可靠的硬件接口等等，逐渐开始能够与国外巨头分庭抗礼，这对于已能根据自身特定需求提出要求的“准成熟”我国用户而言，无疑增添了更多的选择。 由于现在已经是全球网络化、信息化的时代，用户未来的发展需求对cad产品、软件企业和应用水平都提出了越来越高的要求，主要表现在以下五个方面。首先，用户不再需要单一的cad/cae/cam/capp/pdm的软件，需要一个具有支持他们专业化、能够配套的软件产品，cad要转化，需要各种不同类型的专业产品。第二，基于网络环境的面向工程数据库要发展。第三是要发展面向互联网环境的多媒体用户界面。第四是智能化。软件开发侧重于功能性、水平性，但是不注意用户方便性，而市场化特别需要这个。第五，发展cad产业，就要加强服务网络体系。但是，在使用国产cad平台软件之后，一些客户发现，部分厂家给我们包装了太多的所谓“概念”和“功能”，给人有点华而不实，避重就轻的感觉。客户需要的实实在在的应用，却被其忽略。国产平台要想更好地满足设计师的需要，不但要追上国外产品的技术水准，更要在应用性上有更多的“中国的特色”-而这种突破是要建立在应用的“实用性”上的。在此方面，也不乏佼佼者例如：天瑜、中望、浩辰等等，由于本人平时用浩辰软件比较多，所以现在就以浩辰cad为例。在浩辰新近推出的浩辰icad平台软件icad2008i中，实用性的提升让笔者和广大同行惊叹。在此，目前国内cad应用的关键需求之一复杂图形对象的偏移技术，用浩辰icad平台软件与国内市场另外几个同为平台级的cad软件进行比较，以窥探不同cad软件在“实用性”方面的差异。 复杂对象偏移技术：判断cad系统是否成熟的关键因素之一。 在我们的日常设计中，创建与修改图形对象是cad系统中最基本、最常用的功能之一，其完成效果与质量是评价一个cad系统是否成熟的关键因素之一，而偏移是修改图形对象操作中一个比较复杂的修改操作。 偏移是指创建形状与被选定图形对象形状平行的新图形对象，偏移的基本要求是在保证图形形状相似的前提下，新对象必须与源对象平行，即不能相交。从技术上讲，偏移是一个比较困难的操作，其完成的效果不但严重影响着图纸的质量，其操作的速度与图纸设计的效率也密切相关。 国内对象偏移技术难点：复杂对象偏移。 目前，许多国产cad系统在简单图形偏移实现都没有问题，但对于复杂一点的图形对象，如复杂的二维多段线与样条曲线进行偏移，许多会做出错误地处理，导致生成错误的图形，甚至个别的都无法偏移。例如：1、驱动装置2、支重轮3、履带架4、张紧缓冲装置5、链轨及履带板6、导向轮 在我们实际图形编辑过程中，解决此问题“技巧”是先偏移图形对象，然后修剪或延伸其端点。然而，这又需要花费更多的时间去手动进行修改，极大地影响了工作效率，笔者对此深有体会。