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回望機械CAD軟件發展史

來源:真空技術網(www.sakcw.tw) 數字化企業 作者:e-works總編 黃培博士

二十世紀六十年代,交互式圖形處理技術的出現和計算機圖形學的發展,為CAD技術的誕生與發展奠定了基礎。七十年代,開始出現工程繪圖系統,CADAM系統成為鼻祖。

而1982年,AutoCAD系統的推出,無疑是以工程繪圖為主要功能的二維CAD技術發展的里程碑,成為第一個能夠在PC上運行的CAD軟件。擁有Autolisp以及后來的High C等開發工具,使AutoCAD成為很多企事業單位進行功能擴展和開發專用CAD的重要工具。當時,還有CADKEY、Microstation、Sigraph Design(發源于西門子)等二維CAD系統。浙江大學也基于工作站開發了二維機械CAD系統。

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▲Autodesk公司創始人John Walker先生

九十年代,在當時國家的“甩圖板”工程的推動下,機械CAD的發展如雨后春筍一般,涌現出很多品牌:

產生了凱思(中科院軟件所)、開目(華中理工大學)、CAXA(早期叫北航海爾、華正,發源于北航)、凱圖CAD(華中理工大學)、中國CAD(深圳喬納森)、高華CAD(清華大學)等自主平臺的二維CAD系統,以及基于AUTOCAD二次開發的InteCAD(天喻CAD的前身,華中理工大學)、艾克斯特(清華大學)、天河CAD(清華大學)、浪潮CAD(華天軟件的前身,山東大學)、大天CAD(浙江大學)、中望CAD、天舟CAD、大恒CAD等系統,開創了一段國產二維機械CAD發展的黃金時代。

1997年,國家科技部舉行了第一屆,也是唯一一屆CAD博覽會。我從1991年至1998年,一直作為核心技術人員,負責開目CAD的開發、營銷與維護,見證了這段國產CAD發展的崢嶸歲月。

開目CAD首創的完全基于畫法幾何思想的繪圖方法,繪圖效率提高了好幾倍;用針式打印機打印大幅面工程圖的功能和任意拼圖打印功能,得到了企業的青睞。

然而,當時企業還缺乏正版化的概念,自主版權的國產CAD基本上是與看似不要錢的盜版AUTOCAD軟件競爭,制約了這些國產CAD軟件的發展。而開放性,以及與AUTOCAD的兼容性,也是一個難題。Autodesk公司1998年并購了一個德國基于AUTOCAD二次開發的機械CAD軟件Genius,對國內基于AUTOCAD平臺二次開發的機械CAD軟件帶來很大挑戰。

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原國家科委主任宋健視察CAD博覽會的照片

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九十年代我向原國家科委主任宋健、科技部老部長徐冠華院士匯報的照片

時至今日,二維CAD系統仍然有十分廣泛的應用,三維CAD系統也非常重視二維工程圖功能的不斷完善和對各國工程圖標準的支持。2000年之后,隨著OPEN DWG聯盟的興起,中望、浩辰、緯衡、華途等公司先后推出了對AUTOCAD兼容性更好的二維CAD軟件。中望和浩辰在正版化浪潮中,實現了快速成長,并實現了國際化。

三維CAD技術的發展,源于布爾運算和計算機輔助幾何造型等技術,實現了從線框造型、曲面造型、實體造型到特征造型的發展:

先后產生出UniGraphics(發源于麥道公司)、CATIA(1977年,源于達索航空)、Compter Vision(1997年被PTC并購)、APPLICON(1969年成立)、Euclid(1970年,法國MATRA公司,該產品1998年被達索并購)、I-DEAS(SDRC公司,1969年成立,2003年與UGS合并)、Integraph等三維CAD系統。早期的三維CAD系統只能在專用的圖形工作站運行,軟硬件都非常昂貴。那時候,主流的工作站包括SGI、SUN、HP等。

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Samuel Geisberg博士,PTC公司創始人

1985年,Samuel Geisberg博士創建了PTC公司,推出了參數化設計技術,在造型技術和效率上實現了巨大突破。

九十年代之后,SolidWorks成為Windows時代的新一代三維CAD系統,實現了三維CAD技術的普及,1997年被達索系統并購。同時代的軟件還有Solid Edge(源自Integraph,后來被UGS并購)、Inventor(Autodesk公司,該公司早期曾開發過MDT軟件)。其它產品還有Think3(意大利公司)、VX(產品后來被中望并購)、IronCAD、Cimatron(以色列公司,后來聚焦工模具CAD/CAM)等。

目前,主流的三維造型核心系統有Parasolid和ACIS兩種。還有基于直接建模的三維CAD軟件Spaceclaim(被ANSYS并購)、Cocreate(被PTC并購)等。2007年,曾經屬于EDS公司,后來又獨立運作的UGS,最終被西門子并購。現在,西門子擁有高端CAD軟件NX和中端CAD軟件Solid Edge。近年來西門子提出的同步建模技術,融合了特征造型和直接建模軟件的特點,具有顯著的創新。

2013年,原SolidWorks創始人創建了Onshape公司,于2016年初正式發布完全基于SAAS的互聯網時代的三維CAD系統。Autodesk公司也推出了基于云的三維CAD系統Autodesk Fusion 360軟件。早期的三維CAD數據交換是通過IGES或STEP文件。輕量化三維模型近年來得到了普及應用,3D PDF和JT是比較主流的文件格式。而三維打印應用的文件格式則是STL。

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北京航空航天大學在90年代曾組織開發過金銀花三維CAD系統,新洲協同(后并入瑞風協同)自主開發了Solid3000三維CAD系統。2000年之后,CAXA推出了三維實體工程師(與IRON CAD共同推出);華天軟件引進日本技術,推出Sinovation三維CAD系統,并在模具設計方面進行了深度開發;中望則通過并購VX CAD/CAM,推出了自主的三維CAD/CAM系統。

二維CAD與三維CAD的融合,是智能制造領域的最基礎的技術融合。

現在的主流三維CAD系統中,都具備草圖設計和工程繪圖功能,實現了二維的表示、三維的內核。而機械CAD應用的主流趨勢是逐漸通過全三維設計實現MBD(基于模型的產品定義)。

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