CAD到目前为止有哪些版本，每个版本之间有什么区别？
CAD/CAM(计算机辅助设计与制造)技术产生于20世纪50年代末发达国家的航空和军事工业，并随着计算机软硬件技术和计算机图形技术的发展而迅速成长。1989年，国家工程院将CAD/CAM技术评为工程技术十大杰出成果之一(1964-1989)。在过去的30年中，CAD技术和系统发展迅速，CAD/CAM的应用迅速普及。在发达国家，CAD/CAM技术的应用已经迅速从军事工业扩展到民用工业，从大型企业扩展到中小型企业，从高科技应用扩展到家用电器和轻工业产品的设计和制造。这项技术正从发达国家“流向”发展中国家。
CAD是一个范围很广的概念。一般来说，CAD设计对象有两种:一种是机械、电气、电子、轻工、纺织产品；另一种是工程设计产品，即工程建筑，在国外简称为AEC(建筑、工程和施工)。如今，CAD技术的应用范围已经扩展到艺术、电影、动漫、广告、娱乐等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，应用前景广阔。
CAD在机械制造业中应用最早，也最广泛。利用CAD技术设计产品，不仅可以使设计人员摆脱绘图板，更新传统设计思想，实现设计自动化，降低产品成本，提高企业及其产品在市场上的竞争力；还可以将原来的串行操作转变为并行操作，建立全新的设计和生产技术管理体系，缩短产品开发周期，提高劳动生产率。当今世界各大航空、航天和汽车制造巨头不仅广泛使用CAD/CAM技术进行产品设计，而且投入大量的人力、物力和资金开发CAD/CAM软件，以保持其在技术上的领先地位和在国际市场上的优势。
计算机辅助建筑设计(CAAD)是CAD在建筑领域的应用，给建筑设计带来了一场真正的革命。随着CAAD软件从2D通用绘图软件发展到三维建筑模型软件，CAAD技术得到了广泛应用，不仅可以提高设计质量，缩短项目周期，还可以节省2%至5%的建设投资。近年来，我国每年的基本建设投资已达数千亿元。如果全国有近万家工程设计单位采用CAD技术，可以大大提高基本建设的投资效益。
CAD技术也用于纺织和服装行业。过去，我国纺织服装的图案设计、图案协调、色彩变换、图案分色、草图绘制、配色都是手工完成，速度慢，效率低。目前国际市场对纺织服装的要求是小批量、多花色、高质量、交货快，这使得中国的纺织产品在国际市场上没有竞争力。CAD技术的采用大大加快了中国纺织服装企业进入国际市场的步伐。
如今，CAD技术已经进入了人们的日常生活，在电影、动漫、广告、娱乐等领域发挥了巨大的作用。CAD技术用于电影拍摄已经有十几年的历史了。美国好莱坞电影公司主要利用CAD技术构造场景，可以利用虚拟现实设计出人工无法完成的场景。这不仅可以节省大量的人力物力，降低影片的拍摄成本，还可以为观众营造一个新奇古怪、难以想象的环境，获得巨大的票房收入。比如《星球大战》、《异形》、《《侏罗纪公园》》等美国科幻电影，以及完全由三维电脑动画制作的《玩具总动员》，都取得了巨大的成功。轰动全球的大片《泰坦尼克号》使用了大量的三维动画，用电脑模拟了泰克号航行和海难的全过程。此外，计算机建模技术被充分运用于动画和广告制作中，本质上也是一种虚拟现实技术。虚拟现实技术还用于各种模拟器和场景的实时漫游和娱乐游戏。
近十年来，随着CIMS工程和CAD应用工程的推进，计算机辅助设计技术在我国的应用越来越普遍，越来越多的设计单位和企业采用该技术来提高设计效率、产品质量和工作条件。目前我国从国外引进的CAD软件有几十种，国内一些科研机构、高校和软件公司也开发了自己的CAD软件并投放市场。CAD技术在中国的应用呈现出一派欣欣向荣的景象。
二、CAD/CAM领域的技术现状
1的特点。CAD技术
CAD技术是集计算机图形学、数据库、网络通信等知识于一身的计算机等领域的综合性高新技术。它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、增强行业竞争力的关键技术。CAD技术的特点是广泛而复杂，技术变化快，竞争激烈，投资大，风险高，产出高。现代知名的CAD/CAM软件规模庞大，功能繁多，系统复杂，难以跟上硬件平台和开发环境的快速发展，以及用户不断变化和增长的要求。
2.2的硬件环境。CAD系统
目前，CAD系统的硬件环境主要是工程工作站和个人计算机。工作站是一种交互式计算机系统，具有高速科学计算、丰富的图形处理和灵活的窗口及网络管理功能。一般具有32位或64位字长的中央处理器(CPU)，广泛使用RISC、超标量、超级流水线和超长指令技术，具有Unix操作系统和X-window管理系统，运行在分布式网络环境中。目前比较流行的工作站主要有:Sun公司的SPARCStation10工作站、美国惠普公司的HP-PA工作站、DEC公司的Alpha工作站、SGI工作站、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，但价格非常昂贵，在目前一定程度上限制了CAD/CAM技术的推广。
在过去，个人计算机在计算、图形、网络和并行处理方面与工作站有很大不同。运行在个人电脑上的DOS、Windows等系统软件在可靠性、安全性、效率等方面都不如工作站上的系统软件。但随着计算机硬件技术的飞速发展，个人计算机计算能力和图形处理能力的不断提高以及操作系统的逐步完善，个人计算机与专业RISC/Unix工作站的性能差距逐渐缩小。特别是Intel的PentiumPro和Pentium II芯片以及微软的WindowsNT的发布，使得个人电脑在性能上与低端工作站充分竞争，个人电脑低廉的价格使其在普及CAD应用方面发挥了不可替代的作用。
3.当今CAD/CAM领域的主流技术。
(1)基础建模技术(参数化设计、变量化设计和特征建模技术)
在CAD技术发展的早期，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技术从二维平面绘图发展到三维产品建模，进而产生了三维线框建模、曲面建模和实体建模技术。如今，参数化、变量化的设计思想和特征建模代表了CAD技术的发展方向。
传统的CAD绘图软件总是用固定的尺寸值定义几何元素。要修改绘图，必须删除原始线条并重新绘制。而新产品的打样设计必然会经过多次修改，对零件的形状和尺寸进行综合协调和优化，大部分设计工作都是在原设计的基础上进行的。因此，在新的CAD系统中加入了参数化和变量化的设计模块，使产品的设计图纸随着一些结构尺寸的修改和使用环境的变化而自动修改，可以减少大量的重复性工作，减少设计工作量。
参数化设计一般是指设计对象的结构形状相对固定，可以用一组参数来约定尺寸关系。参数的求解相对简单，参数与设计对象的控制尺寸有明确的对应关系，设计结果的修改由尺寸驱动。生产中最常用的系列化标准件就属于这种类型。变型设计(Variationaldesign)是指设计对象的修改需要更多的自由度，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，设计结果的修改是由约束方程驱动的。可变设计允许尺寸约束的存在，使设计者可以采用先形状后尺寸的设计方法，先放符合设计要求的几何形状，暂时不考虑尺寸细节，设计过程相对宽松。变量设计可用于公差分析、运动机构的协调、设计优化、初步方案设计的选择等。，尤其是在概念设计方面。
说到变量设计，就不能不提到美国SDRC公司的VGX技术。VGX(VariationalGeometryExtended)的缩写，是可变技术发展的里程碑。它的思想首先体现在SDRC公司的软件产品I-Deamaster系列第一版的变量构成中。VGX技术给CAD软件带来了前所未有的易用性。设计师可以直观、实时地操作和修改产品的三维几何模型，只需在一个主模型中即可动态捕捉设计、分析和制造意图，一气呵成。VGX技术大大提高了交互操作的直观性和可靠性，从而使CAD软件更易于使用，效率更高。
特征建模是CAD建模方法的一个新的里程碑，它是在CAD/CAM技术的发展和应用达到一定水平并要求进一步提高生产组织的集成化和自动化的历史进程中孕育和成长起来的。以往的CAD技术从二维绘图开始，经历了三维线框、曲面、实体建模，都是着眼于提高产品的几何描述能力，即只描述产品的几何信息；特征建模着眼于更好地表达产品的完整功能和生产管理信息，为建立产品的集成信息模型服务。特征在这里作为一个技术术语，兼具形状和功能属性，包括产品的具体几何形状、拓扑关系、典型功能、绘图表示方法、制造工艺和公差要求等。特征造型技术使产品设计工作在一个更高的层次上进行，设计师的操作对象不再是原来的线条和体素，而是产品的功能元素。特征的引用直接反映了设计意图，使建立的产品模型更易于人们理解和组织生产，为开发基于统一产品信息模型的新一代CAD/CAPP/CAM集成系统创造了前提。
(2)数据交换格式和标准化2)CAD (DXF格式、IGES格式和STEP标准)
随着CAD技术的不断发展和成熟，以及CAD在各行业应用的不断深入，CAD标准化越来越显示出其重要性。CAD标准化作为高技术标准化的一部分，在CAD技术工作中起着重要的作用。“八五”期间，国家科委工业司和国家技术监督局标准司联合发布了《CAD通用技术规范》，规定了我国CAD技术各方面的标准，其中CAD数据交换是CAD广泛应用后各行业面临的重要问题。由于CAD数据的急剧膨胀，不同CAD系统生成的数据文件采用不同的数据格式，甚至每个CAD系统中的数据元素类型也不相同，这潜在地阻碍了CAD技术的进一步应用和发展。因此，如何最大限度地共享企业的CAD技术信息，并对其进行有效管理，是标准化面临的一个非常重要的课题。
目前，在微型计算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、美国的IGES(Initial Graphics Exchange Specification)和国际标准的STEP(Standard for the Exchange of Product Model Data)。其他比较重要的标准还有:由ESPRIT(欧洲信息技术研究与发展战略规划)资助的CAD-I标准(限于有限元和形状数据信息)；德国VDA-FS标准(主要用于汽车行业)；法国SET标准(主要用于航天工业)等等。
AutoCAD DXF文件是一种特殊格式的ASCII文本文件，易于阅读和被其他程序处理。主要用于实现用高级语言编写的程序与AutoCAD系统之间的连接，或者其他CAD系统与AutoCAD之间的图形文件交换。由于AutoCAD在世界范围内应用广泛，已经渗透到各行各业，其数据文件格式已经成为事实上的工业标准。DXF图形数据交换文件为CAD/CAM技术的推广应用提供了极大的便利。但由于DXF文件开发较早，从目前来看，它肯定有很多不足:不能描述产品的完整几何模型，难以进一步开发；其信息定义不完整，仅保留了原系统数据结构中的几何和部分属性信息，大量拓扑信息不复存在；其信息描述也存在很多缺陷，使得部分信息过于冗长；文件格式复杂不合理。因此，Autodesk最近强调在网络上使用二进制DWG和DWF格式作为其数据传输标准，但这两种格式都不是公共的，因此很难将其作为其他CAD系统的工业标准。
IGES标准最早是由ANSI在20世纪80年代初制定的。它基于波音公司的CAD/CAM集成信息网络、通用电气公司的中央数据库和其他数据交换格式。它最初的版本仅限于描述工程图纸的几何图形和注释，然后它包括电气、有限元、工厂设计和建筑设计。1988年6月发布的IGES4.0吸收了ESP中的CSG(构造方法论)和装配模型，然后对其进行了扩展，增加了新的图形表示、三维管道模型和FEM(有限元模型)功能的改进。IGES5.0中定义了B-rep模型。然而，IGES在文件结构中不合理地定义了直接存取指针系统。其应用中暴露的主要问题是:
数据文件过大，数据转换处理时间过长；
有些几何类型不稳定；
只关注图形数据的转换而忽略其他信息的转换。
尽管如此，IGES仍然是各国广泛使用的事实上的国际标准数据交换格式，中国自2003年9月1993起采用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)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SC4分委员会制定的国际统一的CAD数据交换标准。所谓产品模型数据，是指在产品的整个生命周期中，为应用全面定义的一个产品的所有数据元素。它包括为设计、分析、制造、测试、检验和产品支持而全面定义的零件或部件的几何、拓扑、公差、关系、属性和性能等数据，还可能包括一些与加工相关的数据。产品模型可以为生产任务、直接质量控制、测试和产品支持提供全面的信息。
STEP为产品在其生命周期中提供了一种唯一的、可以被计算机处理的描述和信息表达形式。这种形式独立于任何特定的计算机系统，可以确保在各种应用程序和不同系统中的一致性。该标准还允许不同的实现技术来促进产品数据的访问、传输和存档。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，涉及建筑、工程、结构、机械、电气、电子工程、船体结构等所有产品领域。在产品数据共享方面，STEP标准提供了四个层次的实现方法:ASCII代码中性文件；用于访问存储器结构数据的应用程序接口；共享数据库和共享知识库。毫无疑问，这将给商业和制造业带来巨大的变革，而STEP标准在以下几个方面具有明显的优势:一是经济效益显著；二是数据范围广、精度高，应用协议消除了产品数据的歧义；第三，易于集成和扩展；第四，技术先进，层次清晰，分为通用资源(子标准40系列)、应用资源(子标准100系列)、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数据文件交换的全球统一标准，许多国家都根据STEP标准制定了相应的国家标准。我国STEP标准的制定由CSBTSTC159/SC4完成，我国STEP标准对应的标准号为GB16656。STEP标准的问题是整个系统极其庞大，标准制定过程缓慢，数据文件比IGES大。目前商用CAD系统提供的STEP应用协议只有AP203《配置控制设计》，包括产品配置管理、曲面和线框模型、实体模型的刻面边界表示和曲面边界表示、AP214《汽车机械设计过程核心数据》。
三、国内CAD市场现状及主流CAD/CAM软件产品
1.概观
中国自20世纪60年代开始研发CAD软件以来，经过六五、七五、八五的成果积累，CAD软件产业在建筑、石化、轻工、造船、机械、电子等行业以及二维参数化绘图、有限元分析、曲面造型、数控加工编程等方面已初具规模，成绩显著，其中建筑CAD软件在国内已占据主导地位。比较知名的有:中国建筑科学研究院的ABD建筑、结构与设备系列软件，北京华夏正邦科技有限公司的BICAD集成民用建筑结构系统，PKPM系列建筑工程软件，德赛建筑装饰软件系列..目前中国自主版权CAD软件基本都是微机版，价格合适，符合中国设计师的设计习惯。虽然在资金投入、商业包装和企业集团化、规模化等方面与国外同类CAD软件相比有一定差距，但仍具有广阔的市场前景和发展潜力。下面介绍一下目前国内市场上主要的CAD/CAM产品。
2.进口主要国外软件
(1)AutoCAD和MDT
AutoCAD系统是美国Autodesk公司为微型计算机开发的交互式绘图软件。它基本上是一个二维工程制图软件，具有较强的绘图、编辑、绘制剖面线和图案、尺寸标注和用户友好的二次开发功能，以及一些三维绘图和建模功能。它是目前世界上应用最广泛的CAD软件，约占全球个人计算机CAD/CAE/CAM软件市场的37%，是众多微机CAD软件的领头羊，将其他微机CAD软件如Cadkey、EagleCAD、CAD-Plan等远远甩在后面。现在AutoCAD发布了R14版本，中国文化最新版本上市。
MDT(MechanicalDesktop)是Autodesk公司在机械行业推出的基于参数化特征实体造型和曲面造型的微机CAD/CAM软件。据说目前已经安装了2万多台，MDT的用户主要有:中国一汽集团、荷兰飞利浦、德国西门子、日本东芝、美国休斯等。
(2)专业/工程师
Pro/Engineer系统是美国参数技术公司(简称PTC)的产品。一出来(1988)就以其先进的参数化设计和基于特征设计的实体建模受到用户的欢迎。随后，各大CAD/CAM公司也推出了基于约束的参数化建模模块。另外，Pro/Engineer从一开始就建立在工作站上，使得系统独立于硬件，易于移植。系统用户界面简洁，概念清晰，符合工程师的设计思路和习惯。Pro/Engineer的整个系统基于统一的数据库，具有完整统一的模型，可以将整个设计到生产过程集成在一起。它有20多个模块供用户选择。基于以上原因，Pro/Engineer成为近年来三维机械设计领域最具吸引力的系统，其销量和用户群仍在以最快的速度发展。而且PTC最近收购了Computervision(简称CV)公司，进一步加强了PTC的实力。
(3)I-DEASMasterSeries5
I-Deamaster系列是美国SDRC(结构动力研究公司)推出的新一代机械设计自动化软件，从1993。也是SDRC在CAD/CAE/CAM领域的旗舰产品，以集成度高、功能强大、易学易用著称。I-Deamaster系列5于今年6月20日在美国首次展出。其最大的突破是引入了VGX技术，大大提高了交互操作的直观性和可靠性。此外，该版本还增强了复杂零件设计、高级曲面建模、有限元建模和耐久性分析等功能。在国内，正式使用I-Deamaster系列软件的用户超过400家，在三维实体机械设计自动化软件中占据领先地位。因为SDRC公司前期是以工程和结构分析为主逐渐发展起来的，工程分析是公司的专长。最近，SDRC也集中优势力量，加强数控加工功能的开发。
(4)CATIA
CATIA系统是法国飞机公司DassaultSystems工程部门开发的产品。该系统是在CADAM系统(最初由美国洛克希德公司开发，后并入美国IBM公司)的基础上开发的。原CADAM系统的源程序在CAD中购买，著名的APT系统的源程序在加工中购买。经过几年的努力，形成了商业化的体系。CATIA系统现已发展成为一个集成的CAD/CAE/CAM系统，具有统一的用户界面、数据管理和兼容的数据库和应用程序接口，并拥有20多个独立的定价模块。系统的工作环境是IBM大型机和RISC/6000工作站。如今CATIA系统在全球30多个国家拥有近2000个用户，美国波音飞机公司的波音777就是其代表作之一。
(5)欧几里得
欧几里德软件是法国MATRA公司信息部的产品。它是法国国家科学研究中心为英法联合研制的超音速客机协和式飞机研制的。该软件具有统一的面向对象的分布式数据库，不需要在三维实体、复杂曲面、二维图形和有限元分析模型之间进行任何数据转换。因为数据是相互引用的，而不是简单的复制，所以当用户修改设计的一部分时，其他相关的数据也会自行更新。该软件主要运行在SGI、DEC、Sun和HP工作站上。据说在近40个国家有超过65，438+0，200个用户。主要用户是MATRA、雷诺、马也、奔驰、大众/奥迪、通用动力、日产、NEC和欧米茄手表。
(6)优创(Unigraphics)
UG源于美国麦道(MD)公司的产品，于1991年6月并入美国通用汽车公司EDS分公司。如今，EDS是全球最大的信息技术(IT)服务公司，UG由旗下独立子公司UnigraphicsSolutions开发。UG是集CAD、CAE、CAM于一体的机械工程辅助系统，适用于航天飞行器、汽车、通用机械、模具的设计、分析和制造。该软件可以在HP、Sun、SGI等工作站上运行，号称总安装数近3万。UG采用基于特征的实体建模，具有尺寸驱动的编辑功能和统一的数据库，实现了CAD、CAE、CAM之间的自由切换，无需数据交换。UG具有很强的数控加工能力，可以进行2轴~ 2.5轴和3轴~ 5轴联动的复杂曲面的加工和镗铣。UG还提供了GRIP、UFUNG、ITK等二次开发工具，允许用户扩展UG的功能。UG于20世纪90年代初进入中国市场，已安装了约2000台。
(7)SolidWorks
SolidWorks是基于Windows的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系统，由美国SolidWorks公司于6月1995 11开发，价格仅为工作站CAD系统的四分之一。软件采用自顶向下的设计方法，可以动态模拟装配过程。它采用基于特征的实体建模，号称100%参数化设计，100%可修改性。同时拥有中英文两种界面选择其高级特征树结构，操作更加简单直观。该软件由盛鑫国际有限公司于65438年6月至0996年8月正式引入中国，由于其基于Windows平台，价格合理，在中国具有广阔的市场前景。
3.中国开发的主要软件
(1)PICAD
PICAD系统及系列软件是由中国科学院凯斯软件集团和北京凯斯博宏应用工程公司合作开发的具有自主版权的CAD软件。该软件具有智能化、参数化和开放性，能够自动捕捉和动态导航特征点和坐标。系统提供局部图形参数化、参数化像素组装和可扩展的参数符号库；在交互环境中提供开放的二次开发工具，用户可以随意添加功能或开发专业应用软件。PICAD是国内最早商业化的CAD支撑平台和市场占有率最大的交互式工程制图系统。自1991推出国内首个商业化的2D CAD系统以来，经过几年的发展，PICAD的用户已遍布各行业和各省市，截至1997年底已安装近8000套。
(2)高华CAD
北京高华计算机有限公司是由清华大学和广东科龙(荣盛)集团共同出资组建的高科技企业，总部设在清华大学。高华CAD系列产品包括计算机辅助绘图支持系统GHDrafting、机械设计与绘图系统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、自动数控编程系统GHCAM。高华CAD也是基于参数化设计的CAD/CAE/CAM集成系统，是国家CAD应用工程的主要产品之一，其中GHGEMS5.0在第二次国家自主版权CAD支撑软件评审中获得第一名。如今，高华CAD软件已被300多家大中型企业和科研院所采用，装机量据说已超过1万台。
(3)清华XTMCAD
清华XTMCAD是清华大学机械CAD中心和北京清华埃克塞特CIMS技术公司联合开发的CAD软件，是基于Win95和AutoCADR12、R13的二次开发。它具有动态导航、参数化设计、图形库的建立和管理等功能，还具有常用零件优化设计、工艺模块和工程图管理等模块。作为Autodesk注册并认可的软件增值开发者，可以直接获得Autodesk的技术支持，其优势在于CIMS工程支持数据的交换和共享。
(4)穆凯CAD
穆凯CAD是华中科技大学机械工程学院开发的具有自主版权的基于计算机的CAD和图纸管理软件。它面向工程实践，模拟人的设计和绘图思路，操作简单，机械制图的效率远高于AutoCAD。穆凯CAD同时支持多种几何约束和多视图驱动，具有局部参数化功能，可以处理设计中的过约束和欠约束情况。穆凯CAD实现了CAD、CAPP、CAM的一体化，适合中国设计师的习惯，是国家CAD应用工程的主要产品之一。
参考资料:
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