CAD的发展概况

出处：按学科分类—工业技术 北京理工大学出版社《新编液压工程手册上册》第179页（3050字）

(1)机械CAD的发展

CAD技术是现代设计方法中极其重要的一种手段。它改变了传统的工程设计思想，在很大程度上替代了工程设计人员的劳动。CAD技术的基本特点是利用计算机的图形显示功能和快速运算的性能，由设计人员通过交互方式或批处理方式实现设计、分析和绘图一体化的全过程。CAD技术是用计算机及其外围设备，辅助人们进行工程和产品设计的技术。

计算机图形生成技术即计算机图形学是CAD技术的重要基础之一。因此，CAD技术的发展是和计算机图形学的发展密切相关的。整个50年代，大多采用电子管计算机，采用机器语言编程，计算机主要用于科学计算，配置的图形设备仅具输出功能，CAD技术处于被动式的图形处理阶段。

60年代初，麻省理工学院的I．Esutherland发表论文《Sketchpad：一个人机通讯的图形系统》，首次提出计算机图形学(CG)，交互技术，分层存储符号的数据结构等新思想，为CAD技术的发展和应用打下了理论基础。

由于交互式图形生成技术的出现和发展，60年代中期以后，计算机辅助设计技术的发展及应用十分迅速。但由于初期开发费用和计算机的价格高昂，因此出现的第一代CAD系统只能进行简单的自动设计绘图，仅在美国少数大的飞机和汽车公司中应用。70年代后，在计算机性能提高及小型化的基础上，外围设备得到更新，价格下降，优秀软件相继开发情况下，形成了第二代CAD系统——不仅硬件配备齐全，而且有较完备的CAD软件供用户使用，称为独立单机交钥匙系统。这种系统以小型机为主，价格便宜，维护使用也比较简单，很快形成市场主流。进入80年代，微机的出现给CAD技术的发展带来了重大影响，个人微机的CAD技术发展尤为迅速，CAD技术由单纯的图形处理进入了实现全套设计过程的CAD化，产生了第三代CAD系统。用户可以根据设计条件所规定的要求，进行方案设计，确定系统原理图、对元件参数进行计算和分析、确定设计参数、决定选择元件的规格、型号或自行设计元件的结构，并绘制产品装配图及零件图。这中间，设计过程往往要经历简图—分析—判断—修正的多次反复，并可借助于数字仿真及优化方法，对元件性能进行评定，最后完成设计。目前大多数CAD系统如AutoCAD绘图软件系统，仅是提供一个开发环境，用户还需进行二次开发。CAD发展的另一个趋势是PC机与工作站并存。工作站是80年代发展的一种高标准微机系统，性能在小型机和PC机之间，为工程技术人员提供一个良好、得心应手、高效的工作环境。工作站具有速度高、存储量大、图形功能强、网络通讯功能强等特点。各厂商均有各自的软件包，而单用户的CAD工作站，由于价格低廉、功能强、灵活方便、易于掌握，深得中小设计单位的欢迎，因此也得到广泛的采用。

(2)液压CAD的发展

液压CAD的研究开始于70年代，美国麦道飞机公司率先开发出预测液压元件和系统工作性能的AFSS(Advanced Fluid System Simulation)仿真程序软件包，使液压设计从经验估计上升到定量分析的阶段。该包采用FORTRAN语言编程，可以用来分析飞机的液压系统，该包的功能包括：

·液压系统稳态和准瞬态性能分析程序SSFAN；

·液压瞬态分析程序HYTRAN；

·液压系统频率响应程序HSFR；

·液压瞬态热分析程序HYTTHA。

80年代初，德国亚琛工业大学研制成功DSH(Digital Simulation of Hydraulic System)仿真系统。该系统采用模型库解决液压系统各种常用液压元件的动态模型，用户使用该系统前应预先根据系统所规定的特殊规则，建立仿真对象的描述文件，输入到程序中，程序可根据描述文件自动建模，并完成模型求解、结果数据处理和输出曲线绘制等工作。同期另一个影响较大的仿真软件是英国巴斯大学的HASP软件包，该包除具有DSH所有的性能外，还可以进行静态仿真。进入80年代后，交互式图形学逐渐进入液压领域，在绘图方面取得了更大的进步。德国斯图加特大学首次推出计算机设计液压原理图的程序包。Gullick Dobson Ltd推出了适用于采矿机械的液压CAD的专用软件包，该包除具有设计原理图功能之外，还可以生成三维阀块、绘制零件图及简单部件的装配图。亚琛工业大学还研制出一个设计液压阀块的HYKON软件包，包内含有一个有多种液压软件结构数据的数据库，能根据设计人员输入的信息，布置阀块上的元件及连接螺孔，自动进行阀块孔道的设计和校核。当设计有错时能提示“错误信息”，并可用人机对话方式进行修改，最后可得阀块的各种视图。美国威格斯(VICKERS)公司利用CAD技术进行液压系统原理图的绘制和计算，进行液压泵、马达、阀和集成阀块的方案设计及零、部件绘制。

目前液压CAD软件的发展方向是设计、仿真、绘图一体化。如以色列Goldenbeng开发的液压CAD软件系列为HydroCalc，HydroCAD，HydroSoft等。芬兰的坦佩雷大学液压研究所研制了液压插装阀块的CAD软件包。一些公司、学校也相继开发液压元件和系统的CAD软件包，其中某些软件不仅能对某些液压元件进行设计计算、绘制二维图形，还能建立三维立体模型。

国内液压界的CAD研究起步约在80年代初开始。最初只是在用计算机对特定的液压系统或元件进行仿真，也有些研究涉及有限元分析、参数辨识和优化设计，后来才发展到设计和绘图。浙江大学1984年移植成功DSH程序并作了二次开发，扩充了液压管道静、动特性的功能，并对软件的算法、提高软件效率、本地化、国产化作了有效的尝试，推动了计算机CAD技术的进步。北京航空航天大学，西北工业大学在80年代初，对美国麦道公司的AFFS软件进行了移植取得了一定的成果。

七五期间，由机电部北京自动化所负责，联合浙江大学、大连理工大学、上海交通大学、甘肃工业大学和大连液压件厂共同完成了“液压元件及系统的计算机辅助设计”的攻关项目，该项目建立了一个基本的液压CAD系统，包括基础理论、液压元件设计、图纸管理及液压系统设计的液压CAD系统。

大连理工大学于1980－1985年间完成了液压系统原理图辅助设计软件包。随后结合“液压元件及系统计算机辅助设计(CAD)”的攻关项目，开发了集成式液压系统CAD软件，该软件中还包含有标准液压元件图形库及数据库，利用该包进行集成式液压系统的设计已正式在生产中运行。浙江大学、上海交通大学及哈尔滨工业大学等校均在插装阀三维实体造型、液压泵CAD等方面各自开发了相应的软件。