第二讲 CAD-CAM

衡的。 但是新技术的发展往往是曲折和不平衡的。实体造型技术既带 来了算法的改进和未来发展的希望， 来了算法的改进和未来发展的希望，也带来了数据计算量的极 度膨胀。在当时的硬件条件下， 度膨胀。在当时的硬件条件下，实体造型的计算及显示速度很 在实际应用中做设计显得比较勉强。 慢，在实际应用中做设计显得比较勉强。实体模型属于较高层 次技术，普及面较窄，反映还不强烈；另外， 次技术，普及面较窄，反映还不强烈；另外，在算法和系统效 率的矛盾面前， 率的矛盾面前，许多赞成实体造型技术的公司并没有下大力量 去开发它，而是转去攻克相对容易实现的表面模型技术。 去开发它，而是转去攻克相对容易实现的表面模型技术。各公 司的技术取向再度分道扬镳。 司的技术取向再度分道扬镳。实体造型技术也就此没能迅速在 整个行业全面推广开。但在以后的10年里 年里， 整个行业全面推广开。但在以后的 年里，随着硬件性能的提 实体造型技术又逐渐为众多CAD系统所采用。 系统所采用。 高，实体造型技术又逐渐为众多 系统所采用 CV公司最先在曲面算法上取得突破，计算速度提高较大。由 公司最先在曲面算法上取得突破，计算速度提高较大。 公司最先在曲面算法上取得突破 提出了集成各种软件， 于CV提出了集成各种软件，为企业提供全方位解决方案的思 提出了集成各种软件 路，并采取了将软件的运行平台向价格较低的小型机转移等有 利措施，一跃成为CAD领域的领导者，市场份额上升到第 位 领域的领导者， 利措施，一跃成为 领域的领导者 市场份额上升到第1位 兼并了CALMA公司，实力迅速膨胀。 公司， ，兼并了 公司 实力迅速膨胀。
四次技术革命： 四次技术革命： 曲面造型技术；实体造型技术；参数化技术； 曲面造型技术；实体造型技术；参数化技术；变量化技术
第一次CAD技术革命 曲面造型技术 技术革命──曲面造型技术 第一次 技术革命
20世纪 年代计算机问世，直至20世纪 年代中期，计算机的使用尚不 世纪40年代计算机问世，直至 世纪50年代中期， 世纪 年代计算机问世 世纪 年代中期 普遍，而且主要是用于科学计算。 普遍，而且主要是用于科学计算。 1963年，美国麻省理工学院的I. E. Sutherland在他发表的博士论文中提 年 美国麻省理工学院的 在他发表的博士论文中提 出了SKETCHPAD系统。 I. E. Sutherland的SKETCHPAD系统被公认 系统。 出了 系统 的 系统被公认 为对交互图形生成和显示技术的发展奠定了基础。交互图形生成技术的 为对交互图形生成和显示技术的发展奠定了基础。 出现，促进了CAD/CAM技术的迅速发展。 出现，促进了 技术的迅速发展。 技术的迅速发展 20世纪 年代出现的 世纪60年代出现的 系统只是极为简单的线框式系统。 世纪 年代出现的CAD系统只是极为简单的线框式系统。这种初期的 系统只是极为简单的线框式系统 线框造型系统只能表达基本的几何信息， 线框造型系统只能表达基本的几何信息，不能有效表达几何数据间的拓 扑关系。由于缺乏形体的表面信息， 均无法实现。 扑关系。由于缺乏形体的表面信息，CAM及CAE均无法实现。 及 均无法实现
第二次CAD / CAM技术革命 实体造型技术 技术革命──实体造型技术 第二次 技术革命
有了表面模型， 的问题可以基本解决。 有了表面模型，CAM的问题可以基本解决。但由于表面模型技术只能 的问题可以基本解决 表达形体的表面信息，难以准确表达零件的其它特性，如质量、 表达形体的表面信息，难以准确表达零件的其它特性，如质量、重心 惯性矩等， 十分不利， 、惯性矩等，对CAE十分不利，最大的问题在于分析的前处理特别困 十分不利 基于对于CAD/CAE一体化技术发展的探索，SDRC公司于 一体化技术发展的探索， 公司于1979年 难。基于对于 一体化技术发展的探索 公司于 年 发布了世界上第一个完全基于实体造型技术的大型CAD/CAE软件 发布了世界上第一个完全基于实体造型技术的大型 软件 ──IDEAS。由于实体造型技术能够精确表达零件的全部属性，在理论 。由于实体造型技术能够精确表达零件的全部属性， 上有助于统一CAD、CAE、CAM的模型表达 ， 给设计带来了惊人的 的模型表达， 上有助于统一 、 、 的模型表达 方便性。它代表着未来CAD技术的发展方向。可以说，实体造型技术 技术的发展方向。 方便性。它代表着未来 技术的发展方向 可以说， 的普及应用标志CAD发展史上的第二次技术革命。 CAD发展史上的第二次技术革命 的普及应用标志CAD发展史上的第二次技术革命。
CAD/CAM建模技术与建模方法 建模技术与建模方法
概述 实体建模的基本体素 实体建模的扫描特征 实体建模的参考特征 实体建模的布尔操作 实体建模的成型特征 实体建模的操作特征（ 实体建模的操作特征（略） 模型导航器（ 模型导航器（略） 实体建模的编辑特征 （略）
CAD/CAM技术发展简介 技术发展简介
CAD/CAM是指产品设计和制造技术人员在计算机系统的支持下 是指产品设计和制造技术人员在计算机系统的支持下 根据产品设计和制造流程进行设计和制造的一项技术， ，根据产品设计和制造流程进行设计和制造的一项技术，也是人 类智慧与系统中的硬件和软件功能巧妙的结合。 类智慧与系统中的硬件和软件功能巧妙的结合。
曲面造型技术
此时的CAD/CAM技术价格极其昂贵 在国内租用一套 技术价格极其昂贵(在国内租用一套 此时的 技术价格极其昂贵 在国内租用一套CATIA的年租金 的年租金 即需15～ 万美元 万美元)， 而且软件商品化程度低， 开发者本身就是CAD 即需 ～ 20万美元 ， 而且软件商品化程度低 ， 开发者本身就是 /CAM大用户，彼此之间技术保密。只有少数几家受到国家财政支持的 大用户，彼此之间技术保密。 大用户 军火商， 年代冷战时期才有条件独立开发或依托某厂商发展CAD 军火商 ， 在 70年代冷战时期才有条件独立开发或依托某厂商发展 年代冷战时期才有条件独立开发或依托某厂商发展 /CAM技术。例如： 技术。例如： 技术 CADAM由美国洛克希德 由美国洛克希德(Lochheed)公司支持 由美国洛克希德 公司支持 CALMA由美国通用电气 由美国通用电气(GE)公司开发 由美国通用电气 公司开发 CV由美国波音 由美国波音(Boeing)公司支持 由美国波音 公司支持 IDEAS由美国国家航空及宇航局 由美国国家航空及宇航局(NASA)支持 由美国国家航空及宇航局 支持 UG由美国麦道 由美国麦道(MD)公司开发 由美国麦道 公司开发 CATIA由法国达索 由法国达索(Dassault)公司开发 由法国达索 公司开发
曲面造型技术
这时的CAD/CAM技术主要应用在军用工业。但受此项技术的吸引，一些 技术主要应用在军用工业。但受此项技术的吸引， 这时的 技术主要应用在军用工业 民用主干工业，如汽车业也开始摸索开发一些曲面系统为自己服务， 民用主干工业，如汽车业也开始摸索开发一些曲面系统为自己服务，如： 大众汽车公司SURF；福特汽车公司 大众汽车公司 ；福特汽车公司PDGS；雷诺汽车公司 ；雷诺汽车公司EUCLID；丰田 ； 通用汽车公司等也开发了自己的CAD /CAM系统。由于无军方支持，开 系统。 、通用汽车公司等也开发了自己的 系统 由于无军方支持， 发经费及经验不足， 发经费及经验不足，其开发出来的软件商品化程度都较军方支持的系统要 功能覆盖面和软件水平亦相差较大。 低，功能覆盖面和软件水平亦相差较大。 曲面造型系统带来的技术革新， 曲面造型系统带来的技术革新，使汽车开发手段比旧的模式有了质的飞跃 新车型开发速度也大幅度提高，许多车型的开发周期由原来的6年缩短 ， 新车型开发速度也大幅度提高，许多车型的开发周期由原来的 年缩短 到只需约3年 到只需约 年。CAD /CAM技术给使用者带来了巨大的好处及颇丰的收益 技术给使用者带来了巨大的好处及颇丰的收益 汽车工业开始大量采用CAD /CAM技术。20世纪 年代初，几乎全世界 技术。 世纪 年代初， 世纪80年代初 ，汽车工业开始大量采用 技术 所有的汽车工业和航空工业都购买过相当数量的CATIA，其结果是 所有的汽车工业和航空工业都购买过相当数量的 ，其结果是CATIA 跃居制造业CAD软件榜首，并且保持了许多年。最近几年，从造型理论上 软件榜首， 跃居制造业 软件榜首 并且保持了许多年。最近几年， 来说， 并没有突破性的进展， 来说，CATIA并没有突破性的进展，已相对落后。达索公司公布的 并没有突破性的进展 已相对落后。达索公司公布的1996年 年 营业额只有2.68亿美元，这并不足以使其稳据世界排名第二的位置。但其 亿美元， 营业额只有 亿美元 这并不足以使其稳据世界排名第二的位置。 庞大用户群的巨大惯性以及由IBM提供的约 亿美元的强有力系统集成支 提供的约3亿美元的强有力系统集成支 庞大用户群的巨大惯性以及由 提供的约 使得它依然排在CAD /CAM行业前列。 行业前列。 持，使得它依然排在 行业前列
第三次CAD / CAM技术革命 参数化技术 技术革命──参数化技术 第三次 技术革命
正当CV公司业绩蒸蒸日上以及实体造型技术逐渐普及之时 ， 公司业绩蒸蒸日上以及实体造型技术逐渐普及之时， 正当 公司业绩蒸蒸日上以及实体造型技术逐渐普及之时 CAD技术的研究又有了重大进展。如果说在此之前的造型技术 技术的研究又有了重大进展。 技术的研究又有了重大进展 都属于无约束自由造型的话，进入20世纪 年代中期， 公司 世纪80年代中期 都属于无约束自由造型的话，进入 世纪 年代中期，CV公司 提出了一种比无约束自由造型更新颍、更好的算法──参数化实 提出了一种比无约束自由造型更新颍、更好的算法 参数化实 体造型方法。从算法上来说，这是一种很好的设想。它主要的 体造型方法。 从算法上来说， 这是一种很好的设想。 特点是：基于特征、全尺寸约束、全数据相关、 特点是 ： 基于特征 、 全尺寸约束 、 全数据相关 、 尺寸驱动设计 修改。当时的参数化技术方案还处于一种发展的初级阶段， 修改 。 当时的参数化技术方案还处于一种发展的初级阶段 ， 很 多技术难点有待于攻克。是否马上投资发展这项技术呢？ 内 多技术难点有待于攻克。是否马上投资发展这项技术呢？CV内 部展开了激烈的争论。 部展开了激烈的争论 。 由于参数化技术核心算法与以往的系统 有本质差别，若采用参数化技术，必须将全部软件重新改写， 有本质差别， 若采用参数化技术， 必须将全部软件重新改写， 投资及开发工作量必然很大。当时CAD技术主要应用在航空和 投资及开发工作量必然很大 。 当时 技术主要应用在航空和 汽车工业，这些工业中自由曲面的需求量非常大， 汽车工业 ， 这些工业中自由曲面的需求量非常大 ， 参数化技术 还不能提供解决自由曲面的有效工具(如实体曲面问题等 如实体曲面问题等)， 还不能提供解决自由曲面的有效工具 如实体曲面问题等 ，更何 况当时CV的软件在市场上几乎呈供不应求之势 于是， 公司 的软件在市场上几乎呈供不应求之势， 况当时 的软件在市场上几乎呈供不应求之势，于是，CV公司 内部否决了参数化技术方案。 内部否决了参数化技术方案。