專題二：

CIMS組成與體系之CAx(上)朱海平haipzhu@機械學院制造裝備數字化國家工程中心/工業工程系現代集成制造系統專題二：

CIMS組成與體系之CAx(上)朱海平現代集成制造22022/12/9主要內容CADCAECAMCAD/CAM集成22022/12/8主要內容CAD32022/12/9為什么需要CAD?傳統的設計方式重復的工作容易出錯不易更改不易保存復制困難效率不高…32022/12/8為什么需要CAD?傳統的設計方式42022/12/9設計在整個生產周期中所占的比重設計開發制造時間百分比（%)42022/12/8設計在整個生產周期中所占的比重設計開發制52022/12/9數字BOEING技術趨勢虛擬設計制造全生命周期設計制造PLM并行工程CE全球化的協作平臺EXSTAR美國B777的應用效果開發周期：9年－>4.5年成本降低：25％100％整機數字化設計世界壟斷與霸主地位開發設計工作的重要性52022/12/8數字BOEING技術趨勢美國B777的應62022/12/9什么是CAD?CAD指工程技術人員以計算機為工具，用各自的專業知識對產品進行總體設計、繪圖、分析和編寫技術文檔等設計活動的總稱。即，設計者向計算機輸入根據設計要求建立的數學模型、設計參數等，通過計算機檢索相關計算、優化，以圖形方式顯示設計結果，設計人員可對結果進行放大、縮小、旋轉、平移、變換等處理，直到獲得滿意結果，最后將結果以圖形或數據形式輸出的過程。62022/12/8什么是CAD?CAD指工程技術人員以計算72022/12/9計算機輔助設計包括的內容：概念設計優化設計有限元分析計算機仿真計算機輔助繪圖etc完整的CAD系統包括：處理算法圖形系統工程數據庫什么是CAD?72022/12/8計算機輔助設計包括的內容：什么是CAD?82022/12/982022/12/892022/12/9CAD子系統CAD技術簡史CAD的組成CAD的功能92022/12/8CAD子系統CAD技術簡史102022/12/9CAD技術簡史50年代中期：USAirForce‘sSAGE@MITLincolnLaboratory–最早使用光筆102022/12/8CAD技術簡史50年代中期：USA112022/12/9CAD技術簡史1959，DAC-1（DesignAutomatedbyComputer

）,第一個commercialCAD系統，由IBM為GeneralMotors開發Dr.PatrickJ.Hanratty于1957開發了第一個commercialnumerical-controlprogrammingsystem被稱為：“theFatherofCADD/CAM”112022/12/8CAD技術簡史1959，DAC-1（122022/12/9CAD技術簡史60年代初期，IvanSutherland，SKETCHPAD－光筆實現人機交互，定位圖形元素－工程圖輪廓、尺寸等的分層表示－交互式圖形學與計算機輔助設計的基礎122022/12/8CAD技術簡史60年代初期，Ivan132022/12/9CAD技術簡史1962年，S.A.Coons發表：AnoutlineoftherequirementsforthecomputerAidedDesign《計算機輔助設計需求綱要》－設計者使用CRT顯示器與光筆操作－從概念設計、生產設計以及制造均采用計算機輔助－僅僅是設想了計算機輔助設計的形式132022/12/8CAD技術簡史1962年，S.A.142022/12/9CAD技術簡史

In1960McDonnellDouglasAutomationCompany(McAuto)的CADD是最早的CAD程序可以顯示2D與3D的線條

1967Dr.JasonRLemon創建了SDRCDavidEvansandIvanSutherlandfoundedin1968EvansandSutherlandIn1969Computervision成立，第一個商用CADsystem賣給了Xerox公司（施樂）

1969年，XeroxPARC成立，GUI誕生142022/12/8CAD技術簡史In1960M152022/12/9CAD技術簡史1963年，StanfordResearchInstitute的DougEnglebart發明鼠標152022/12/8CAD技術簡史1963年，Stanf162022/12/9CAD技術簡史1969年，ARPANET誕生1970年，法國Renault公司的PierreBezier提出一種全新的數學方法，用于構造汽車自由曲面。由他領導研制的Unisurf曲面造型和UniAPT曲面加工系統，從1972年起應用于汽車外形打樣和模具加工，為計算機輔助幾何設計CAGD研究方向奠定了基礎和發展方向。美國的洛克希德公司從1974年起向市場推出了CADAM系統，成為70年代中至80年代末國際上最流行的第一代IBM主機版交互繪圖系統麥道公司從1976年起開發Unigraphics系統，簡稱UG，目前屬于EDS公司（1975年建立）法國Dassault公司1975年花一百萬美元買下了CADAM源程序，學習CADAM的技術訣竅，同時又發展Bezier曲面造型方法，自主開發了CATIA飛機外形設計和數控加工系統。現代CAD誕生。162022/12/8CAD技術簡史1969年，ARPAN172022/12/9CAD技術發展趨勢三維化網絡化參數化集成化標準化智能化172022/12/8CAD技術發展趨勢三維化182022/12/9CAD技術發展趨勢硬件大型主機智能終端小型機（TurnKeySystem）工作站微機網絡化軟件線框系統曲線曲面造型實體造型技術參數化特征造型變量化創新協同設計模塊化，專業分工PLM：產品生命周期管理182022/12/8CAD技術發展趨勢硬件192022/12/9CAD技術簡史

——CAD建模的發展歷程線框造型:Wire-FrameModeling曲面造型:SurfaceModeling實體造型:SolidModeling特征造型:FeatureModeling變量化造型：VariableModeling192022/12/8CAD技術簡史

——CAD建模的發展202022/12/9線框造型（60年代）

線框建模是最簡單的建模系統，物體只通過棱邊（直線、圓弧、園）來描述。優點：數據結構簡單，易于實現，所需信息量少，所占存貯空間也最少。缺點：沒有面的信息，有些情況下信息不完整，存在多義性。表面只有幾何表示，沒有定義，由于缺乏形體的表面信息，不能用于加工，CAE及CAM均無法實現。202022/12/8線框造型（60年代）線框建模是最簡單212022/12/9曲面造型（70年代）曲面建模是通過對物體各種表面或曲面進行描述的建模方法。曲面建模常用于其表面不能用簡單的數學模型進行描述的物體。常用的方法:貝塞爾(Bezier)曲面B樣條(Bspline)Coons曲面NUBERS曲面212022/12/8曲面造型（70年代）曲面建模是通過對物222022/12/9CADAM——美國洛克希德(Lochheed)公司CALMA——美國通用電氣(GE)公司CV——美國波音(Boeing)公司IDEAS——美國國家航空及宇航局(NASA)/SDRCUG——美國麥道(MD)公司CATIA——法國達索(Dassault)公司SURP——大眾汽車公司PDGS——福特汽車公司EUCLID——雷諾汽車公司…曲面造型（70年代）222022/12/8CADAM——美國洛克希德(Lochh232022/12/9優點：避免了二義性，有完整的表面和邊界，適合自動生成NC加工指令。CAM的問題可以基本解決。缺點：由于表面模型只能表達形體的表面信息，難以準確表達零件的其它特性，如質量、重心、慣性矩等，對CAE十分不利，最大的問題在于分析的前處理特別困難。不能優效處理不規則區域的曲面、無法定義曲面厚度。不存在各個表面之間相互關系的信息曲面造型（70年代）232022/12/8優點：避免了二義性，有完整的表面和邊界242022/12/9開發出來的軟件商品化程度較軍方支持的系統要低，功能覆蓋面和軟件水平亦相差較大。價格昂貴曲面造型（70年代）242022/12/8開發出來的軟件商品化程度較軍方支持的系252022/12/9三維實體建模是目前應用最多的一種技術，它在運動學分析、物理特性計算、裝配干涉檢驗、有限元分析方面都已成為不可缺少的工具。SDRC公司于1979年發布了世界上第一個完全基于實體造型技術的大型CAD/CAE軟件——I-DEAS。實體造型（80年代初）252022/12/8三維實體建模是目前應用最多的一種技術，262022/12/9三維實體建模是目前應用最多的一種技術，它在運動學分析、物理特性計算、裝配干涉檢驗、有限元分析方面都已成為不可缺少的工具。常用的方法:邊界表示法BoundaryRepresentation—B-rep布爾模型（構造實體幾何法）ConstructiveSolidGeometry-CSG空間單元表示法實體造型262022/12/8三維實體建模是目前應用最多的一種技術，272022/12/9B-rep：用邊界表面表示一個幾何形體，邊界表面再分為邊和點等底層幾何元素比線框建模方便的圖形交互功能難于建立復雜的幾何體模型實體造型–邊界模型272022/12/8B-rep：用邊界表面表示一個幾何形體282022/12/9布爾模型是通過基本體素及它們之間的布爾運算（相加、相減、相交）來表示的。布爾模型將任何幾何形體都看成是由簡單的“體素”（如長方體、圓柱體、球體、圓錐體、環狀體）組成，通過布爾運算系統將這些體素組成所需的幾何體。實體造型–布爾模型282022/12/8布爾模型是通過基本體素及它們之間的布爾292022/12/9用簡單實體(稱為體素)通過集合運算交、并、差構造復雜實體。實體造型–布爾模型292022/12/8用簡單實體(稱為體素)通過集合運算交、302022/12/9空間單元表示法是通過具有一定大小的立方體（稱為單元）組合起來表示物體的一種方法。通過定義各個單元的位置是否被占用來表達物體，因而是一種近似表示法。并且，單元的大小直接影響到模型的分辨率。單元表示法要求的存貯空間大，且不能表示物體各部分之間的關系，也沒有點、線、面的概念。優點是算法簡單，便于物理性計算和有限元分析。實體造型–空間單元表示法302022/12/8空間單元表示法是通過具有一定大小的立方312022/12/9實體造型技術帶來了算法改進和未來發展的希望的同時，也帶來了數據計算量的極度膨脹。由于以實體模型為基礎的CAE本身就屬于高層次技術，普及面窄。算法和系統效率的矛盾使實體造型技術因此沒能在整個行業迅速推廣。CV公司最先在曲面算法上取得突破，計算速度提高很大。

實體造型312022/12/8實體造型技術帶來了算法改進和未來發展的322022/12/9特征造型：使實體造型中的幾何體被賦予較高層次（相對于幾何、拓撲等較低層次信息而言）的工程信息（如定位基準、公差、粗糙度或其他設計制造信息），提供參數化尺寸驅動的特征造型功能。特點：基于特征、全尺寸約束、全數據相關、尺寸驅動設計修改。

特征造型–80年代中期322022/12/8特征造型：使實體造型中的幾何體被賦予較332022/12/9參數化技術公司（ParametricTechnologyCorp.PTC）——Pro/ENGINEER的參數化軟件進入90年代，以參數化技術為特點的特征造型變得比較成熟起來，充分體現出其在許多通用件、零部件設計上存在的、簡便易行的優勢。特征造型–80年代中期332022/12/8參數化技術公司（Parametric342022/12/9設計員操作的是產品的功能要素，如定位孔，鍵槽等，而不再是線條和體素。特征的引入體現了設計人員的設計意圖，使模型更易理解和組織生產，設計圖易修改。將公差、粗糙度等工藝信息建立在特征模型中，使CAPP和CAM可直接提取所需信息，為開發基于統一產品信息模型的CAD/CAPP/CAM集成系統創造了條件特征造型的特點342022/12/8設計員操作的是產品的功能要素，如定位孔352022/12/9復合建模技術，并非完全基于實體，難以全面應用參數化技術。CV、CATIA、UGSDRC公司在1990前摸索了幾年參數化技術后，也面臨著同樣的抉擇：采用逐步修補的方式，繼續將其I-DEAS軟件參數化下去？全部改寫？SDRC的開發人員發現參數化技術（特征造型）有許多不足。全尺寸約束的硬性規定干擾和制約著設計者創造力和想象力的發揮。如在設計中關鍵的拓撲關系發生改變，失去了某些約束特征也會造成系統數據混亂。

特征造型的問題352022/12/8復合建模技術，并非完全基于實體，難以全362022/12/9SDRC的開發人員大膽地提出了一種更為先進的實體造型技術——變量化技術。從1990年到1993年，SDRC公司投資一億美元，于1993年推出了全新體系結構的I-DEASMasterSeries軟件。在早期的大型CAD軟件中，這是唯一一家在90年代將軟件徹底重寫的廠家。

變量化技術既保持了參數化技術的原有優點，同時又克服了它的許多不足之處。截止到2002，SDRC的市場排名已由I-DEASMS1發布時的第九名，上升至第三位。變量化造型362022/12/8SDRC的開發人員大膽地提出了一種更為372022/12/9一個CAD系統由兩部分組成：高性能的硬件功能強大的軟件CAD子系統的組成372022/12/8一個CAD系統由兩部分組成：CAD子系382022/12/9CAD硬件的組成計算機分為大型機，中、小型機，工作站和微機四大類。外圍設備包括鼠標、鍵盤、掃描儀等輸入設備和顯示器、打印機、繪圖儀、拷貝機等輸出設備。網絡系統包括中繼器、網橋、路由器、網關、Modem方式連接到網絡上，以實現資源共享。先進的CAD系統都是以網絡的形式出現的，特別是在并行工程環境中，為了進行產品的并行設計，網絡更是必不可少的。CAD子系統的組成382022/12/8CAD硬件的組成CAD子系統的組成392022/12/9CAD軟件的組成：支撐軟件：操作系統，程序設計語言及其編輯系統，數據庫管理系統和圖形支撐軟件。應用軟件：它是根據本領域工程特點，利用支撐軟件系統開發的解決本工程領域特定問題的應用軟件系統。設計計算方法庫(常用數學方法庫、統計數學方法庫、常規設計計算方法庫、優化設計方法庫、可靠性設計軟件、動態設計軟件)各種專業程序庫（常用機械零件設計計算方法庫、常用產品設計軟件包等）CAD子系統的組成392022/12/8CAD軟件的組成：CAD子系統的組成402022/12/9計算機輔助設計還包括很多其它內容，如優化設計、智能CAD、概念設計、工程數據庫、計算機分析和仿真、CAD/CAM集成及接口技術等。一個完善的CAD系統，應包括交互式圖形程序庫、工程數據庫和應用程序庫。對于產品或工程的設計，借助CAD技術，可以大大縮短設計周期，提高設計效率。CAD技術正向著開放、集成、智能和標準化的方向發展

CAD子系統的功能402022/12/8計算機輔助設計還包括很多其它內容，如優412022/12/9CAE的功能：產品幾何形狀的模型化和工程分析與仿真。常見的工程分析包括：對質量、體積、慣性力矩、強度等的計算分析；對產品的運動精度，動、靜態特征等的性能分析；對產品的應力、變形等的結構分析。CAE-計算機輔助工程412022/12/8CAE的功能：CAE-計算機輔助工程422022/12/9CAE

CAPABILITYVehicleStructureSafetyEnergyVehicleDynamicsNoise&VibrationDurabilityAerodynamicsThermal422022/12/8CAE

CAPABILITYVehi432022/12/9CAM的起源CAM的定義數控系統NC編程CAM系統432022/12/8CAM的起源CAM系統442022/12/9CAM的起源1952：MIT伺服機構實驗室完成數控銑床研究D.T.Ross,計算機輔助制造開端442022/12/8CAM的起源1952：MIT伺服機構452022/12/9指計算機在產品制造方面有關應用的統稱。CAM（廣義）：指利用計算機完成從毛坯到產品制造過程中直接和間接的活動,還包括制造活動中與物流有關的所有過程（加工、裝配、檢驗、存貯、輸送）的監視、控制和管理。計算機輔助生產規劃、計算機輔助工藝設計、計算機數控編程、計算機控制加工過程等CAM的定義452022/12/8指計算機在產品制造方面有關應用的統稱。462022/12/9CAM（狹義）：是指直接或間接地把計算機與工廠生產設備聯系起來，實現將產品設計信息到加工信息的轉換，并控制產品的加工、裝配、測試、檢驗等全過程，實現用計算機系統進行生產計劃、管理、控制和操作的過程。制造業的CAM系統主要有用于管理的CAM生產管理系統和用于機械加工的CAM系統。

CAM＝NC編程工藝準備或它的某些活動中應用計算機來進行。數控程序的編制：刀具路徑規劃、刀位文件生成、刀具軌跡仿真、NC代碼生成CAM的定義462022/12/8CAM（狹義）：是指直接或間接地把計算472022/12/9CAM的定義472022/12/8CAM的定義482022/12/9數控系統是機床的控制部分根據輸入的零件圖紙信息、工藝過程和工藝參數，按照人機交互的方式生成數控加工程序，然后通過電脈沖數，再經伺服驅動系統帶動機床部件作相應的運動。

數控系統482022/12/8數控系統是機床的控制部分數控系統492022/12/9現代CNC系統常具有以下功能：(1)多坐標軸聯動控制;(2)刀具位置補償;(3)系統故障診斷;(4)在線編程;(5)加工、編程并行作業;(6)加工仿真;(7)刀具管理和監控;(8)在線檢測。數控系統492022/12/8現代CNC系統常具有以下功能：數控系統502022/12/9數控編程是根據來自CAD的零件幾何信息和來自CAPP的零件工藝信息自動或在人工干預下生成數控代碼的過程——計算加工走刀中的刀位點。常用的數控代碼有ISO（國際標準化組織）和EIA（美國電子工業協會）兩種系統。ISO代碼是七位補偶代碼，即第8位為補偶位；EIA代碼是六位補奇碼，即第5列為補奇位。補偶和補奇的目的是為了便于檢驗紙帶閱讀機的讀錯信息。NC編程502022/12/8數控編程是根據來自CAD的零件幾何信息512022/12/9數控編程的方式：（1）手工編程；（2）數控語言編程；（3）CAD/CAM系統編程；NC編程512022/12/8數控編程的方式：NC編程522022/12/9工藝處理：分析零件圖紙、確定加工方法、加工路線和工藝參數(主軸轉數、刀具進給量、切削參數)數值計算：由工藝參數計算刀具中心運動軌跡，獲刀位數據編制數控加工程序：由數控機床所采用的指令代碼，在數控程序格式的指導下，將工件尺寸、刀具中心運動軌跡、位移量、切削參數等其他輔助功能編制成數控加工程序制備控制介質：穿孔紙帶、磁盤等程序校核：試切，反饋檢驗結果NC編程的主要內容與步驟522022/12/8工藝處理：分析零件圖紙、確定加工方法、532022/12/9小結CADCAECAM532022/12/8小結CADENDEND專題二：

CIMS組成與體系之CAx(上)朱海平haipzhu@機械學院制造裝備數字化國家工程中心/工業工程系現代集成制造系統專題二：

CIMS組成與體系之CAx(上)朱海平現代集成制造562022/12/9主要內容CADCAECAMCAD/CAM集成22022/12/8主要內容CAD572022/12/9為什么需要CAD?傳統的設計方式重復的工作容易出錯不易更改不易保存復制困難效率不高…32022/12/8為什么需要CAD?傳統的設計方式582022/12/9設計在整個生產周期中所占的比重設計開發制造時間百分比（%)42022/12/8設計在整個生產周期中所占的比重設計開發制592022/12/9數字BOEING技術趨勢虛擬設計制造全生命周期設計制造PLM并行工程CE全球化的協作平臺EXSTAR美國B777的應用效果開發周期：9年－>4.5年成本降低：25％100％整機數字化設計世界壟斷與霸主地位開發設計工作的重要性52022/12/8數字BOEING技術趨勢美國B777的應602022/12/9什么是CAD?CAD指工程技術人員以計算機為工具，用各自的專業知識對產品進行總體設計、繪圖、分析和編寫技術文檔等設計活動的總稱。即，設計者向計算機輸入根據設計要求建立的數學模型、設計參數等，通過計算機檢索相關計算、優化，以圖形方式顯示設計結果，設計人員可對結果進行放大、縮小、旋轉、平移、變換等處理，直到獲得滿意結果，最后將結果以圖形或數據形式輸出的過程。62022/12/8什么是CAD?CAD指工程技術人員以計算612022/12/9計算機輔助設計包括的內容：概念設計優化設計有限元分析計算機仿真計算機輔助繪圖etc完整的CAD系統包括：處理算法圖形系統工程數據庫什么是CAD?72022/12/8計算機輔助設計包括的內容：什么是CAD?622022/12/982022/12/8632022/12/9CAD子系統CAD技術簡史CAD的組成CAD的功能92022/12/8CAD子系統CAD技術簡史642022/12/9CAD技術簡史50年代中期：USAirForce‘sSAGE@MITLincolnLaboratory–最早使用光筆102022/12/8CAD技術簡史50年代中期：USA652022/12/9CAD技術簡史1959，DAC-1（DesignAutomatedbyComputer

）,第一個commercialCAD系統，由IBM為GeneralMotors開發Dr.PatrickJ.Hanratty于1957開發了第一個commercialnumerical-controlprogrammingsystem被稱為：“theFatherofCADD/CAM”112022/12/8CAD技術簡史1959，DAC-1（662022/12/9CAD技術簡史60年代初期，IvanSutherland，SKETCHPAD－光筆實現人機交互，定位圖形元素－工程圖輪廓、尺寸等的分層表示－交互式圖形學與計算機輔助設計的基礎122022/12/8CAD技術簡史60年代初期，Ivan672022/12/9CAD技術簡史1962年，S.A.Coons發表：AnoutlineoftherequirementsforthecomputerAidedDesign《計算機輔助設計需求綱要》－設計者使用CRT顯示器與光筆操作－從概念設計、生產設計以及制造均采用計算機輔助－僅僅是設想了計算機輔助設計的形式132022/12/8CAD技術簡史1962年，S.A.682022/12/9CAD技術簡史

In1960McDonnellDouglasAutomationCompany(McAuto)的CADD是最早的CAD程序可以顯示2D與3D的線條

1967Dr.JasonRLemon創建了SDRCDavidEvansandIvanSutherlandfoundedin1968EvansandSutherlandIn1969Computervision成立，第一個商用CADsystem賣給了Xerox公司（施樂）

1969年，XeroxPARC成立，GUI誕生142022/12/8CAD技術簡史In1960M692022/12/9CAD技術簡史1963年，StanfordResearchInstitute的DougEnglebart發明鼠標152022/12/8CAD技術簡史1963年，Stanf702022/12/9CAD技術簡史1969年，ARPANET誕生1970年，法國Renault公司的PierreBezier提出一種全新的數學方法，用于構造汽車自由曲面。由他領導研制的Unisurf曲面造型和UniAPT曲面加工系統，從1972年起應用于汽車外形打樣和模具加工，為計算機輔助幾何設計CAGD研究方向奠定了基礎和發展方向。美國的洛克希德公司從1974年起向市場推出了CADAM系統，成為70年代中至80年代末國際上最流行的第一代IBM主機版交互繪圖系統麥道公司從1976年起開發Unigraphics系統，簡稱UG，目前屬于EDS公司（1975年建立）法國Dassault公司1975年花一百萬美元買下了CADAM源程序，學習CADAM的技術訣竅，同時又發展Bezier曲面造型方法，自主開發了CATIA飛機外形設計和數控加工系統。現代CAD誕生。162022/12/8CAD技術簡史1969年，ARPAN712022/12/9CAD技術發展趨勢三維化網絡化參數化集成化標準化智能化172022/12/8CAD技術發展趨勢三維化722022/12/9CAD技術發展趨勢硬件大型主機智能終端小型機（TurnKeySystem）工作站微機網絡化軟件線框系統曲線曲面造型實體造型技術參數化特征造型變量化創新協同設計模塊化，專業分工PLM：產品生命周期管理182022/12/8CAD技術發展趨勢硬件732022/12/9CAD技術簡史

——CAD建模的發展歷程線框造型:Wire-FrameModeling曲面造型:SurfaceModeling實體造型:SolidModeling特征造型:FeatureModeling變量化造型：VariableModeling192022/12/8CAD技術簡史

——CAD建模的發展742022/12/9線框造型（60年代）

線框建模是最簡單的建模系統，物體只通過棱邊（直線、圓弧、園）來描述。優點：數據結構簡單，易于實現，所需信息量少，所占存貯空間也最少。缺點：沒有面的信息，有些情況下信息不完整，存在多義性。表面只有幾何表示，沒有定義，由于缺乏形體的表面信息，不能用于加工，CAE及CAM均無法實現。202022/12/8線框造型（60年代）線框建模是最簡單752022/12/9曲面造型（70年代）曲面建模是通過對物體各種表面或曲面進行描述的建模方法。曲面建模常用于其表面不能用簡單的數學模型進行描述的物體。常用的方法:貝塞爾(Bezier)曲面B樣條(Bspline)Coons曲面NUBERS曲面212022/12/8曲面造型（70年代）曲面建模是通過對物762022/12/9CADAM——美國洛克希德(Lochheed)公司CALMA——美國通用電氣(GE)公司CV——美國波音(Boeing)公司IDEAS——美國國家航空及宇航局(NASA)/SDRCUG——美國麥道(MD)公司CATIA——法國達索(Dassault)公司SURP——大眾汽車公司PDGS——福特汽車公司EUCLID——雷諾汽車公司…曲面造型（70年代）222022/12/8CADAM——美國洛克希德(Lochh772022/12/9優點：避免了二義性，有完整的表面和邊界，適合自動生成NC加工指令。CAM的問題可以基本解決。缺點：由于表面模型只能表達形體的表面信息，難以準確表達零件的其它特性，如質量、重心、慣性矩等，對CAE十分不利，最大的問題在于分析的前處理特別困難。不能優效處理不規則區域的曲面、無法定義曲面厚度。不存在各個表面之間相互關系的信息曲面造型（70年代）232022/12/8優點：避免了二義性，有完整的表面和邊界782022/12/9開發出來的軟件商品化程度較軍方支持的系統要低，功能覆蓋面和軟件水平亦相差較大。價格昂貴曲面造型（70年代）242022/12/8開發出來的軟件商品化程度較軍方支持的系792022/12/9三維實體建模是目前應用最多的一種技術，它在運動學分析、物理特性計算、裝配干涉檢驗、有限元分析方面都已成為不可缺少的工具。SDRC公司于1979年發布了世界上第一個完全基于實體造型技術的大型CAD/CAE軟件——I-DEAS。實體造型（80年代初）252022/12/8三維實體建模是目前應用最多的一種技術，802022/12/9三維實體建模是目前應用最多的一種技術，它在運動學分析、物理特性計算、裝配干涉檢驗、有限元分析方面都已成為不可缺少的工具。常用的方法:邊界表示法BoundaryRepresentation—B-rep布爾模型（構造實體幾何法）ConstructiveSolidGeometry-CSG空間單元表示法實體造型262022/12/8三維實體建模是目前應用最多的一種技術，812022/12/9B-rep：用邊界表面表示一個幾何形體，邊界表面再分為邊和點等底層幾何元素比線框建模方便的圖形交互功能難于建立復雜的幾何體模型實體造型–邊界模型272022/12/8B-rep：用邊界表面表示一個幾何形體822022/12/9布爾模型是通過基本體素及它們之間的布爾運算（相加、相減、相交）來表示的。布爾模型將任何幾何形體都看成是由簡單的“體素”（如長方體、圓柱體、球體、圓錐體、環狀體）組成，通過布爾運算系統將這些體素組成所需的幾何體。實體造型–布爾模型282022/12/8布爾模型是通過基本體素及它們之間的布爾832022/12/9用簡單實體(稱為體素)通過集合運算交、并、差構造復雜實體。實體造型–布爾模型292022/12/8用簡單實體(稱為體素)通過集合運算交、842022/12/9空間單元表示法是通過具有一定大小的立方體（稱為單元）組合起來表示物體的一種方法。通過定義各個單元的位置是否被占用來表達物體，因而是一種近似表示法。并且，單元的大小直接影響到模型的分辨率。單元表示法要求的存貯空間大，且不能表示物體各部分之間的關系，也沒有點、線、面的概念。優點是算法簡單，便于物理性計算和有限元分析。實體造型–空間單元表示法302022/12/8空間單元表示法是通過具有一定大小的立方852022/12/9實體造型技術帶來了算法改進和未來發展的希望的同時，也帶來了數據計算量的極度膨脹。由于以實體模型為基礎的CAE本身就屬于高層次技術，普及面窄。算法和系統效率的矛盾使實體造型技術因此沒能在整個行業迅速推廣。CV公司最先在曲面算法上取得突破，計算速度提高很大。

實體造型312022/12/8實體造型技術帶來了算法改進和未來發展的862022/12/9特征造型：使實體造型中的幾何體被賦予較高層次（相對于幾何、拓撲等較低層次信息而言）的工程信息（如定位基準、公差、粗糙度或其他設計制造信息），提供參數化尺寸驅動的特征造型功能。特點：基于特征、全尺寸約束、全數據相關、尺寸驅動設計修改。

特征造型–80年代中期322022/12/8特征造型：使實體造型中的幾何體被賦予較872022/12/9參數化技術公司（ParametricTechnologyCorp.PTC）——Pro/ENGINEER的參數化軟件進入90年代，以參數化技術為特點的特征造型變得比較成熟起來，充分體現出其在許多通用件、零部件設計上存在的、簡便易行的優勢。特征造型–80年代中期332022/12/8參數化技術公司（Parametric882022/12/9設計員操作的是產品的功能要素，如定位孔，鍵槽等，而不再是線條和體素。特征的引入體現了設計人員的設計意圖，使模型更易理解和組織生產，設計圖易修改。將公差、粗糙度等工藝信息建立在特征模型中，使CAPP和CAM可直接提取所需信息，為開發基于統一產品信息模型的CAD/CAPP/CAM集成系統創造了條件特征造型的特點342022/12/8設計員操作的是產品的功能要素，如定位孔892022/12/9復合建模技術，并非完全基于實體，難以全面應用參數化技術。CV、CATIA、UGSDRC公司在1990前摸索了幾年參數化技術后，也面臨著同樣的抉擇：采用逐步修補的方式，繼續將其I-DEAS軟件參數化下去？全部改寫？SDRC的開發人員發現參數化技術（特征造型）有許多不足。全尺寸約束的硬性規定干擾和制約著設計者創造力和想象力的發揮。如在設計中關鍵的拓撲關系發生改變，失去了某些約束特征也會造成系統數據混亂。

特征造型的問題352022/12/8復合建模技術，并非完全基于實體，難以全902022/12/9SDRC的開發人員大膽地提出了一種更為先進的實體造型技術——變量化技術。從1990年到1993年，SDRC公司投資一億美元，于1993年推出了全新體系結構的I-DEASMasterSeries軟件。在早期的大型CAD軟件中，這是唯一一家在90年代將軟件徹底重寫的廠家。

變量化技術既保持了參數化技術的原有優點，同時又克服了它的許多不足之處。截止到2002，SDRC的市場排名已由I-DEASMS1發布時的第九名，上升至第三位。變量化造型362022/12/8SDRC的開發人員大膽地提出了一種更為912022/12/9一個CAD系統由兩部分組成：高性能的硬件功能強大的軟件CAD子系統的組成372022/12/8一個CAD系統由兩部分組成：CAD子系922022/12/9CAD硬件的組成計算機分為大型機，中、小型機，工作站和微機四大類。外圍設備包括鼠標、鍵盤、掃描儀等輸入設備和顯示器、打印機、繪圖儀、拷貝機等輸出設備。網絡系統包括中繼器、網橋、路由器、網關、Modem方式連接到網絡上，以實現資源共享。先進的CAD系統都是以網絡的形式出現的，特別是在并行工程環境中，為了進行產品的并行設計，網絡更是必不可少的。CAD子系統的組成382022/12/8CAD硬件的組成CAD子系統的組成932022/12/9CAD軟件的組成：支撐軟件：操作系統，程序設計語言及其編輯系統，數據庫管理系統和圖形支撐軟件。應用軟件：它是根據本領域工程特點，利用支撐軟件系統開發的解決本工程領域特定問題的應用軟件系統。設計計算方法庫(常用數學方法庫、統計數學方法庫、常規設計計算方法庫、優化設計方法庫、可靠性設計軟件、動態設計軟件)各種專業程序庫（常用機械零件設計計算方法庫、常用產品設計軟件包等）CAD子系統的組成392022/12/8CAD軟件的組成：CAD子系統的組成942022/12/9計算機輔助設計還包括很多其它內容，如優化設計、智能CAD、概念設計、工程數據庫、計算機分析和仿真、CAD/CAM集成及接口技術等。一個完善的CAD系統，應包括交互式圖形程序庫、工程數據庫和應用程序庫。對于產品或工程的設計，借助CAD技術，可以大大縮短設計周期，提高設計效率。CAD技術正向著開放、集成、智能和標準化的方向發展

CAD子系統的功能402022/12/8計算機輔助設計還包括很多其它內容，如優952022/12/9CAE的功能：產品幾何形狀的模型化和工程分析與仿真。常見的工程分析包括：對質量、體積、慣性力矩、強度等的計算分析；對產品的運動精度，動、靜態特征等的性能分析；對產品的應力、變形等的結構分析。CAE-計算機輔助工程412022/12/8CAE的功能：CAE-計