计算机辅助技术的发展历程
20世纪50年代，计算机主要用于科学计算和机器语言编程，图形设备只有输出功能。美国麻省理工学院(MIT)在其Cyclone I计算机上采用阴极射线管(CRT)作为图形终端，它可以被动地显示图形。然后光笔出现了，交互式计算机图形学的研究开始了，为CAD/CAM技术的产生和发展铺平了道路。1952年，MIT首次试制成功数控铣床，随后开发出自动编程语言(APT)，通过描述刀具轨迹实现计算机辅助编程，标志着CAM技术的开始。1956首次尝试用现代有限元法分析飞机结构。50年代末，平板绘图仪和鼓式绘图仪出现，开启了计算机绘图的历史。这里CAD技术处于酝酿和准备阶段。
20世纪60年代是交互式计算机图形学发展的最重要时期。1963年，即麻省理工学院学者萨瑟兰发表了题为《人机对话的图形交流系统》的博士论文，首次提出了计算机图形学等术语。他推出的二维画板系统允许设计师操作光笔和键盘，在图形显示器上进行图形选择和定位等交互操作，并采用分层数据结构存储符号和图形。这项研究为交互式计算机图形学和CAD技术奠定了基础，也标志着CAD技术的诞生。此后出现了交互式图形显示、鼠标、磁盘等硬件设备，以及文件系统、高级语言等软件。许多商用CAD系统和设备相继出现。比如1964年通用汽车公司开发了用于汽车设计的DAC-1系统，洛克希德飞机公司在1965年开发了CADAM系统，贝尔电话公司也推出了GRAPHIC-1系统。这里CAD技术的应用主要是二维绘图。在制造领域，1962研制成功世界首台机器人，实现了物料搬运自动化。1965计算机数控机床数控系统产生。1966之后，出现了用一台通用计算机直接控制多台数控机床的DNC系统和英国Maureen公司开发的自动化制造系统。20世纪60年代末，挪威开始研究CAPP技术，并于1969年正式推出了第一个CAPP系统AutoPros。
20世纪70年代，计算机图形学理论和计算机绘图技术日趋成熟并得到广泛应用。这期间，硬件的性价比不断提高；图形输入板和大容量磁盘存储相应出现；可以应用数据库管理系统等软件；基于小型和超小型计算机的CAD/CAM系统已经进入市场并成为主流。这些系统的特点是软硬件齐全，价格低廉，使用方便，形成了所谓的交钥匙系统。与此同时，三维几何建模软件也相继开发出来，出现了一些面向中小企业的商用CAD/CAM系统。法国达索公司率先开发了以曲面模型为特征的三维曲面造型系统CATIA。CAPP系统的研究和开发始于20世纪70年代中期。从65438到0976，CAM-I公司开发了CAM-I自动工艺设计系统。在制造业方面，辛辛那提公司开发了柔性制造系统(FMS)，将CAD/CAM技术推向了一个新的阶段。在此期间，各种计算机辅助技术的功能模块已基本形成，但数据结构不统一，集成性差。应用主要集中在二维绘图、三维线框建模和有限元分析。
20世纪80年代，CAD/CAM技术及其应用系统迅速发展。这一时期出现了微型计算机和32位字长工作站。与此同时，计算机硬件成本大幅下降，计算机外围设备(彩色高分辨率图形显示器、大型数字化仪、自动绘图仪、彩色打印机等。)已经逐渐形成了系列产品，网络技术也得到了应用。CAD和CAM的结合形成了CAD/CAM集成技术，并由此产生了大量新的理论和算法。在软件方面，不仅实现了工程和产品的设计计算和绘图，还实现了工程建模、自由曲面设计、机构分析和仿真等工程应用，特别是实体建模、特征建模和参数化设计的发展和应用，推动了CAD技术从曲面建模到实体建模再到参数化建模的发展，出现了许多成熟的CAD软件。在此期间，为了满足数据交换的要求，相关标准(如CGI、GKS、IGES和STEP)相继出台。80年代后期，人们意识到计算机集成制造(CIM)的重要性，开始强调信息集成。CIMS的出现，将CAD/CAM技术推向了一个新的高度。
20世纪90年代以来，CAD/CAM/CAE技术更加强调信息集成和资源共享，出现了产品数据管理技术，CAD建模技术日趋完善，出现了许多成熟的CAD/CAE/CAM集成的商业软件，如采用变量技术的I-DEAS、采用复合建模技术的UG等。随着世界市场竞争的多变和激烈，随着各种先进设计理论和先进制造模式的发展，随着高档微型计算机、操作系统和编程软件的发展，以及网络技术的飞速发展，CAD/CAM/CAE技术正经历着前所未有的发展机遇和挑战，并朝着集成化、网络化、智能化和标准化方向发展。一个完善的CAD/CAM/CAE系统应具备以下功能:快速数字计算和图形处理、几何建模、数控加工信息处理、大量数据和知识的存储和快速检索与操作、人机交互交流、输入输出信息和图形、工程分析等。为了实现这些功能，CAD/CAM/CAE系统的运行环境由硬件、软件和人组成。
硬件主要包括计算机及其外设等有形设备。广义的硬件还包括用于数控加工的机械设备和机床。硬件是CAD/CAM/CAE系统的基础，硬件的每一次技术突破都带来CAD/CAM/CAE技术的革命性变化。软件是CAD/CAM/CAE系统的核心，包括系统软件、各种支撑软件和应用软件。硬件提供了CAD/CAM/CAE系统的潜在能力，系统功能的实现由运行在系统中的软件来完成。随着CAD/CAM/CAE系统功能的不断完善和提高，软件成本在整个系统中所占的比重越来越大。目前一些高端软件的价格远远高于系统硬件的价格。
任何强大的计算机软硬件都只是辅助设计工具，如何充分发挥系统的功能主要取决于用户的素质。CAD/CAM/CAE系统的运行离不开人的创造性思维活动，人在系统中的关键作用不言而喻。265438+20世纪初，CAD/CAM/CAE系统基本采用人机交互的模式，要求人与计算机密切配合，发挥各自的长处:计算机在信息存储与检索、分析与计算、图形与文字处理等方面具有独特的功能。人在创造性思维、综合分析和经验判断中起主导作用。CAD/CAM系统的硬件主要由计算机主机、外部存储器、输入设备、输出设备、网络设备和自动化生产设备组成。有专门的输入输出设备来处理图形的交互输入输出，这是CAD/CAM/CAE系统与一般计算机系统的明显区别。
(1)电脑主机
主机是CAD/CAM/CAE系统的硬件核心，主要由中央处理器(CPU)和内存(也称存储器)组成。CPU包括控制器和算术单元。控制器根据从存储器中取出的指令指挥和协调整个计算机的工作，运算器负责执行程序指令所要求的数值计算和逻辑运算。CPU的性能决定了计算机的数据处理能力、运算精度和速度。内存是CPU可以直接访问的存储单元，用来存储常驻的控制程序、用户指令、数据和运行结果。衡量主机性能主要有两个指标:CPU性能和内存容量。根据主机性能等级的不同，计算机可分为大中型计算机、小型计算机、工作站和微型计算机。
(2)外部存储器
外存简称外存，用于存储暂时不用或等待调用的程序、数据等信息。当使用这些信息时，操作系统会根据命令将它们调入内存。外存的特点是容量大，往往达到几百MB，几十GB甚至更多，但访问速度慢。常见的有磁带、磁盘(软盘、硬盘)、光盘。随着存储技术的发展，移动硬盘、u盘等移动存储设备已经成为外部存储的重要组成部分。
(3)输入设备
输入设备是指通过人机交互将各种外部数据转换成计算机能够识别的电子脉冲信号的设备。主要分为键盘输入(如键盘)、指点输入(如鼠标)、图形输入(如数字化仪)、图像输入(如扫描仪、数码相机)和语音输入。
(4)输出设备
将计算机处理的数据转换成用户要求的形式的设备称为输出设备。输出设备可以通过文字、图形、图像、声音等形式显示计算机操作的中间或最终结果和过程，实现与外界的直接交流。常见的输出设备有显示输出(如图形显示)、打印输出(如打印机)、绘图输出(如自动绘图仪)、图像输出和语音输出。
(5)网络互联设备
包括网络适配器(也称网卡)、中继器、集线器、网桥、路由器、网关、调制解调器等设备，通过传输介质连接到网络上，实现资源共享。网络的连接方式，即拓扑结构，可分为星形结构、环形结构、树形结构、网状结构和其他结构。先进的CAD/CAM系统都以网络的形式出现。为了充分发挥计算机硬件的作用，CAD/CAM/CAE系统必须配备功能齐全的软件，而软件配置的档次和水平是决定系统功能、工作效率和易用性的关键因素。计算机软件是指控制CAD/CAM/CAE系统运行，使计算机发挥最大作用的计算机程序、数据和各种相关文档。程序是处理数据和指挥计算机硬件工作的指令的集合，是软件的主要内容。文档是指程序处理的结果、数据库、说明书等。文档是程序设计的基础，其设计和编译水平很大程度上决定了软件的质量。有了合格完整的文档，软件才能商业化。
根据任务和处理对象的不同，CAD/CAM/CAE系统的软件可以分为三个不同的层次:系统软件、支撑软件和应用软件。系统软件与计算机硬件直接相关，起着扩展计算机功能、合理调度和使用计算机硬件资源的作用。支撑软件运行在系统软件之上，是各种应用软件的工具和基础，包括实现CAD/CAM/CAE各种功能的通用应用基础软件。应用软件是在系统软件和支撑软件的支持下，实现某一应用领域特定任务的专用软件。
(1)系统软件
系统软件是连接用户和计算机硬件的纽带，是使用、控制和管理计算机的运行程序的集合。系统软件通常由计算机制造商或软件公司开发。该系统软件有两个显著特点:一是通用性，不同应用领域的用户都需要使用该系统软件；二是基础性，即无论是支撑软件还是应用软件，都需要在系统软件的支持下运行。系统软件首先为用户使用计算机提供了一个清晰、简洁、易用的友好界面。二是尽可能充分合理地利用计算机系统中的各种资源。系统软件主要包括三部分:操作系统、编程语言系统和网络通信及管理软件。
操作系统是系统软件的核心，是CAD/CAM/CAE系统的灵魂。它控制和指挥计算机的软件资源和硬件资源。其主要功能有硬件资源管理、任务队列管理、硬件驱动、定时和分时系统、基本数学计算、日常事务管理、错误诊断和纠正、用户界面管理和作业管理。操作系统依赖于计算机系统的硬件。用户通过操作系统使用计算机，任何程序都要在操作系统分配必要的资源后才能执行。20世纪流行的操作系统包括Windows、UNIX和Linux。
编程语言系统主要完成源程序编辑、库函数和管理、语法检查、代码编译、程序连接和执行。根据编程方法的不同，可分为结构化编程语言和面向对象编程语言；根据编程时对计算机硬件的依赖程度，可分为低级语言和高级语言。面向对象的编程语言，如Visual C++、Visual Basic和Java，在20世纪被广泛使用。
网络通信及其管理软件主要包括网络协议、网络资源管理、网络任务管理、网络安全管理、通信浏览工具等。国际标准的网络协议方案是开放系统互联，分为应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层七层。CAD/CAM/CAE系统中主要流行的网络协议有TCP/IP协议、MAP协议、TOP协议等。
(2)支持软件
支撑软件是CAD/CAM软件系统的重要组成部分，一般由商业软件公司开发。配套软件是满足* * * *需求的通用CAD/CAM/CAE软件，是知识密集型产品。这类软件不针对特定的应用对象，而是在某个应用领域为用户提供工具或开发环境。支撑软件一般具有良好的数据交换性能、软件集成性能和二次开发性能。根据支撑软件的功能，可分为单功能软件和集成软件。单一功能支持软件只提供CAD/CAM/CAE系统中一些典型工序的功能，如交互绘图软件、三维几何建模软件、工程计算分析软件、数控编程软件、数据库管理系统等。功能集成支撑软件提供设计、分析、建模、数控编程、加工控制等综合功能模块。
1)交互式绘图软件
这类软件主要以交互方式完成二维工程图的生成和绘制，具有编辑、转换、存储、显示控制、尺寸标注等功能。具有尺寸驱动的参数化绘图功能；有比较完整的机械标准件参数化库。这类软件绘图功能强，操作方便，价格低廉。微型计算机使用的典型产品有AutoCAD、CAXA电子图板、PICAD、高华CAD等。
2)三维几何建模软件
这类软件主要解决零件的结构设计问题，为用户提供完整、准确地描述和显示三维几何形状的方法和工具。具有下料、着色、着色、实体参数计算、质量特性计算、参数化特征造型、装配、干涉检查等功能，具有曲面造型简单、价格适中、易学易掌握的功能。这类软件在国内的应用主要是MDT、SolidWorks和SolidEdge。
3)工程计算分析软件
这类软件的功能主要包括基本物理量计算、基本机械参数计算、产品装配、公差分析、有限元分析、优化算法、机构运动学分析、动力学分析、仿真模拟等。有限元分析是核心工具。亚当斯.
4)数控编程软件
这类软件一般具有刀具定义、工艺参数设置、刀具轨迹自动生成、后置处理和切削仿真等功能。MasterCAM、SurfCAM、CAXA制造工程师应用广泛。
5)数据库管理系统
工程数据库是CAD/CAM/CAE集成系统的重要组成部分。工程数据库管理系统能够有效地存储、管理和使用工程数据，并支持子系统间的数据传输和共享。工程数据库管理系统的开发可以在通用数据库管理系统的基础上根据工程特点进行修改或补充。21世纪流行的数据库管理系统有ORACLE、SYBASE、FOXPRO、FOXBASE等。
(3)功能集成软件
1)专业/工程师
2)UG
3)DEAS岛
4)CATIA