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淺談CAD對制造業(yè)信息化的影響
無(wú)論是歐美還是中國，不少企業(yè)的信息化，就是從CAD開(kāi)始起步的;很多企業(yè)的高層管理者，就是從CAD上看到了信息化在企業(yè)當中的巨大價(jià)值，才決心在企業(yè)信息化上投入大量的人力物力。CAD可以說(shuō)是制造業(yè)信息化發(fā)展的一個(gè)縮影。50多年過(guò)去，CAD的不斷進(jìn)步，企業(yè)也在不停的發(fā)展。CAD的發(fā)展歷史是什么?未來(lái)都有哪些發(fā)展方向，這么多的CAD，企業(yè)將如何選擇?YJBYS小編將帶您走進(jìn)CAD的世界，對這些問(wèn)題逐一進(jìn)行探究。
1.1 從計算機圖形學(xué)到二維CAD
談到CAD(Computer Aided Design計算機輔助設計)的發(fā)展歷史，就不得不談?wù)動(dòng)嬎銠C的發(fā)展。1946 年:ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer)誕生，這是第一臺真正意義上的數字電子計算機。ENIAC的研制工作開(kāi)始于1943 年，完成于1946 年，負責人是John W.Mauchly 和J.Presper Eckert，這個(gè)大家伙重30 噸，用了18000 個(gè)電子管，功率25 千瓦，主要用于計算彈道和氫彈的研制。
CAD：制造業(yè)信息化的縮影
自從有了計算機，工程技術(shù)人員就希望計算機除了進(jìn)行“加減乘除或與非”的運算外，還能夠進(jìn)行圖形的表達和處理。由于當時(shí)的技術(shù)限制，一直到60年代初，計算機都只能進(jìn)行被動(dòng)圖形處理。
上世紀60年代初，計算機圖形學(xué)成為了一門(mén)專(zhuān)門(mén)的學(xué)科并日漸成熟，同時(shí)交互技術(shù)、分層存儲符號的數據結構等新思想不斷提出，為CAD的應用和發(fā)展提供了理論基礎。此時(shí)，美國開(kāi)始出現專(zhuān)門(mén)的CAD設備。這個(gè)時(shí)候的CAD，更多的是作為繪圖板的替代品出現，CAD的概念還處于計算機輔助“繪圖”Computer Aided Drawing(or Drafting)的階段，還遠遠沒(méi)有達到“輔助設計”的階段。
CAD：制造業(yè)信息化的縮影
上世紀70年代，美國applicon公司第一個(gè)推出完整的CAD系統。出現了面向中小企業(yè)的cad/cam商品化系統。70年代末，美國cad工作站安裝數量超過(guò)12000臺，使用人數超過(guò)2.5萬(wàn)。
CAD：制造業(yè)信息化的縮影
到了上世紀80年代，隨著(zhù)個(gè)人計算機的迅速普及的同時(shí)，CAD技術(shù)也得到了快速發(fā)展，1982年劃時(shí)代的Autocad誕生，到1985年已經(jīng)售出10萬(wàn)套。CAD開(kāi)始進(jìn)入到了普及階段，在80年代中后期，我國少數企業(yè)也開(kāi)始逐步應用CAD。但是由于此時(shí)計算機價(jià)格昂貴，企業(yè)少數幾臺計算機一般都只作為特殊計算使用，因此CAD在我國尚未普及，更多的是一些民間愛(ài)好者。
上世紀90年代，隨著(zhù)windows系列操作系統的日漸成熟以及計算機的價(jià)格下降，CAD開(kāi)始走下神壇。1991年國務(wù)委員宋健提出“甩掉圖版”的口號正式拉開(kāi)了我國CAD普及應用的序幕。由于windows 95/98/NT操作系統與工作站加Unix操作系統環(huán)境下構成了CAD系統的主流工作平臺，因此現在的CAD技術(shù)和系統都具有良好的開(kāi)放性，圖形接口、圖形功能日趨標準化。
在群雄逐鹿、萬(wàn)馬奔騰的90年代，Autocad以其良好的穩定性，優(yōu)異的開(kāi)放性和符合windows規范的圖形接口開(kāi)始迅速占領(lǐng)市場(chǎng)。1996年Autocad售出第150萬(wàn)套，成為世界二維CAD領(lǐng)域的當之無(wú)愧的“無(wú)冕之王”。以至于如今很多人提到CAD，指的就是Autocad。1998年，Autodesk推出了劃時(shí)代的Autocad R14版本，該版本是第一個(gè)完全符合Windows 98的CAD軟件。它的誕生，事實(shí)上確立了各個(gè)windows平臺的CAD軟件的界面標準以及格式標準。今天我們能夠見(jiàn)到的大部分二維CAD軟件的界面、按鈕樣式等大部分都源自于A(yíng)utocad R14。這個(gè)版本至今依然有非常多的Autocad用戶(hù)在使用。
但是當時(shí)我國的知識產(chǎn)權保護制度尚不完善，大多數企業(yè)的Autocad都是盜版。Autocad的盜版問(wèn)題雖然客觀(guān)上使得該產(chǎn)品成為中國企業(yè)裝機量最高的CAD產(chǎn)品，并且幫助很多中國企業(yè)第一次認識到計算機繪圖的巨大魅力，但是也為今天中國制造企業(yè)頻繁面對盜版侵權訴訟埋下禍根。
此時(shí)，隨著(zhù)政策的推動(dòng)，一大批國產(chǎn)CAD軟件廠(chǎng)商開(kāi)始嶄露頭角。國產(chǎn)CAD廠(chǎng)商從一開(kāi)始就分成了2大陣營(yíng)：以高華CAD、華正電子圖板、大恒CAD、開(kāi)目CAD為代表的完全自主知識產(chǎn)權的CAD和以天河CAD、XTCAD、InteCAD為代表的以Autocad為平臺的增值開(kāi)發(fā)CAD。
這里需要特別提到的是華正電子圖版和開(kāi)目CAD。華正電子圖版即CAXA電子圖版的前身，目前已經(jīng)成為國內機械行業(yè)裝機量最大的國產(chǎn)CAD;開(kāi)目CAD則是完全以中國工程師的使用習慣出發(fā)，從畫(huà)法幾何的角度全新詮釋了CAD的內涵。這兩個(gè)CAD可以看成是那個(gè)時(shí)代中國自主產(chǎn)權CAD奮斗的縮影。
由于A(yíng)utocad壟斷了中國機械CAD市場(chǎng)90%以上的市場(chǎng)份額，因此自主知識產(chǎn)權的CAD產(chǎn)品都面臨一個(gè)難以逾越的“鴻溝”，就是與DWG格式的兼容問(wèn)題。因為無(wú)法保存成DWG圖紙，讀取AutoCAD文件有數據丟失，與AutoCAD用戶(hù)圖紙交流存在障礙，使得國產(chǎn)CAD失去了大量客戶(hù)。至今，雖然自主知識產(chǎn)權的CAD為此做了大量的努力，但是礙于A(yíng)utodesk的知識產(chǎn)權保護政策，自主知識產(chǎn)權的CAD依然只能兼容較低版本的DWG文件格式，而不能兼容最新版本的DWG格式，這使得完全自主版權CAD飽受詬病。
進(jìn)入到21世紀，隨著(zhù)中國加入世貿組織，中國制造企業(yè)對外聯(lián)系日益頻繁，同時(shí)中國為了履行對全世界有關(guān)知識產(chǎn)權保護的承諾，從政府這個(gè)層面開(kāi)始加大軟件正版化的管理力度。越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始逐步將盜版的AutoCAD軟件正版化。
此時(shí)，以中望、浩辰為代表的“新一代”自主知識產(chǎn)權的CAD開(kāi)始躍上舞臺。這種以IntelliCAD為內核的二維CAD，在幫助企業(yè)解決版權困擾的同時(shí)，宣稱(chēng)能夠完全兼容DWG格式。在他們之后，又有包括開(kāi)目堯創(chuàng )、煒衡在內的眾多國產(chǎn)CAD選擇在IntelliCAD平臺上開(kāi)發(fā)自主產(chǎn)權的CAD軟件。目前，基于IntelliCAD內核的自主產(chǎn)權CAD已經(jīng)成為一股可以跟Autocad一較高下的巨大力量。
其實(shí)IntelliCAD并不是什么“新產(chǎn)品”，只是一直生活在A(yíng)utocad的陰影下，命運多舛。早在1994年，美國的Softdesk 公司開(kāi)始開(kāi)發(fā)出一套CAD軟件：Phoenix，它號稱(chēng)和AutoCAD有99%兼容。到了1996年，Autodesk 公司并購了Softdesk公司，但是由于美國反壟斷法的限制，必須出售Phoenix 后才能合并。不得已，Softdesk將Phoenix以670萬(wàn)美元的價(jià)格賣(mài)給VISIO公司。1998年，VISIO公司發(fā)布IntelliCAD98——現在意義上的IntelliCAD誕生了。
此時(shí)AutoCAD憑借R14版本的巨大成功將包括IntelliCAD在內的所有競爭對手遠遠甩在腦后。離開(kāi)Visio后的IntelliCAD決定尋求一種新的商業(yè)模式。于是IntelliCAD Technology Consortium (ITC)組織誕生了，ITC采用半公開(kāi)程序代碼方式，任何對IntelliCAD有興趣的公司，都可以花錢(qián)取得程序代碼經(jīng)修改后，公開(kāi)發(fā)售。但是所有修改都必須對ITC公開(kāi)，而且發(fā)售時(shí)必須帶上IntelliCAD的標記。目前最新的IntelliCAD版本，宣稱(chēng)支持DWG 2008。
IntelliCAD為人詬病最多的是本身的BUG很多，中望和浩辰都對IntelliCAD進(jìn)行過(guò)非常大量的修改，據稱(chēng)累計修改BUG超過(guò)4000個(gè)。因此基于IntelliCAD平臺的產(chǎn)品穩定性依賴(lài)于開(kāi)發(fā)者的技術(shù)水平和投入。
以IntelliCAD為核心的自主版權CAD的異軍突起，使得目前中國二維CAD市場(chǎng)呈現Autocad、完全自主知識產(chǎn)權CAD和IntelliCAD為核心的自主版權CAD三足鼎立的局面。
1.2 三維CAD的“核”戰爭
事實(shí)上，從CAD的發(fā)展歷史來(lái)看，CAD起初并不分為“二維”、“三維”。在上世紀50~60年代，計算機圖形學(xué)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，二維繪圖和曲面線(xiàn)條造型已經(jīng)取得巨大的成就并形成了公認的標準，于是科學(xué)家將視角轉向實(shí)體造型技術(shù)。
1968年，日本沖野教郎(Norio Okino)教授第一個(gè)將實(shí)體概念引入三維幾何造型并主持研發(fā)了TIPS系統。二維CAD和三維CAD從此開(kāi)始“分道揚鑣”。
時(shí)間進(jìn)入到上世紀70年代，世界各個(gè)工業(yè)強國的飛機和汽車(chē)工業(yè)的蓬勃發(fā)展。此間飛機及汽車(chē)制造中遇到了大量的自由曲面問(wèn)題，當時(shí)只能采用多截面視圖、特征緯線(xiàn)的方式來(lái)近似表達所設計的自由曲面。由于三視圖方法表達的不完整性，經(jīng)常發(fā)生設計完成后，制作出來(lái)的樣品與設計者所想象的有很大差異甚至完全不同的情況。設計者對自己設計的曲面形狀能否滿(mǎn)足要求也無(wú)法保證，所以還經(jīng)常按比例制作油泥模型，作為設計評審或方案比較的依據。既慢且繁的制作過(guò)程大大拖延產(chǎn)了產(chǎn)品的研發(fā)時(shí)間，要求更新設計手段的呼聲越來(lái)越高。
1972年美國羅切斯特(Rochester)大學(xué)沃爾克(H.B.Voelcker)教授開(kāi)始研制PADL系統。1979年起沃爾克進(jìn)一步聯(lián)合美國工業(yè)界力量，在國家科學(xué)基金委的支持下開(kāi)發(fā)了PADL-2.0系統，于1982年推出試用版。當時(shí)美國的Unigraphics(簡(jiǎn)稱(chēng)UGS，現在SIEMENS PLM Software的前身)，Calma, Auto-trol, AutoCAD12版都使用PADL2作為自己CAD/CAM商品系統的實(shí)體造型模塊。
當時(shí)正處于冷戰時(shí)期，三維CAD技術(shù)作為一種有效提升一個(gè)國家工業(yè)能力尤其是航空航天等國防工業(yè)能力的技術(shù)被嚴密保護起來(lái)。只有少數軍工企業(yè)才有條件研制和使用該項技術(shù)。例如：由美國洛克希德(Lochheed)公司支持研發(fā)了CADAM系統;美國通用電氣(GE)公司開(kāi)發(fā)了CALMA系統;美國波音(Boeing)公司支持開(kāi)發(fā)了CV系統;美國國家航空及宇航局(NASA)支持開(kāi)發(fā)了I-DEAS系統;美國麥道(MD)公司開(kāi)發(fā)了UG系統;法國達索(Dassault)公司開(kāi)發(fā)了CATIA系統……
于此同時(shí)，一些較強的汽車(chē)企業(yè)也開(kāi)始利用商品化的三維CAD技術(shù)，摸索開(kāi)發(fā)自己的曲面造型軟件。例如德國大眾汽車(chē)公司開(kāi)發(fā)了SURF系統;美國福特汽車(chē)公司開(kāi)發(fā)了PDGS系統;法國雷諾汽車(chē)公司開(kāi)發(fā)了 EUCLID系統……
嚴格來(lái)說(shuō)，這個(gè)時(shí)候的三維CAD只是為了滿(mǎn)足解決復雜曲面造型的需求而設計，并沒(méi)有達到真正意義上的“實(shí)體”。
于此同時(shí)，CAM和CAE技術(shù)也在蓬勃發(fā)展。美國的SDRC公司在當時(shí)星球大戰計劃的背景下，由美國國家航空及宇航局支持及合作，開(kāi)發(fā)出了許多專(zhuān)用分析模塊，用以減輕龐大的太空試驗費用。但是在進(jìn)行CAE分析時(shí)，遇到的最大困難就是曲面模型技術(shù)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(zhì)量、重心、慣性矩等。于是在1979年，SDRC公司發(fā)布了世界上第一個(gè)完全基于實(shí)體造型技術(shù)的大型CAD/CAE軟件──I-DEAS，SDRC也因引導了三維CAD的實(shí)體革命而聲名鵲起。但是由于當時(shí)的計算機硬件條件以及實(shí)體算法的限制，三維實(shí)體模型的發(fā)展并沒(méi)有延續，SDRC也沒(méi)有就此“大定天下”，在20多年后，無(wú)奈的被EDS收購。
除了硬件條件的限制，很多企業(yè)不愿意使用三維實(shí)體造型的另外一個(gè)重要原因就是，在不同的算法下實(shí)體造型的體素拼合的可靠性并不完全一致。以至于當時(shí)三維CAD軟件在出售時(shí)，合同都要注明：“凡是因使用此軟件而引起質(zhì)量事故損失，本公司概不承擔法律責任”。
1973年，三維CAD領(lǐng)域的傳奇人物Ian Braid從劍橋大學(xué)畢業(yè)，他同他的導師Charles Lang、同窗Alan Grayer合作，聘請荷蘭人Peter Veenman作市場(chǎng)策劃，于1974年創(chuàng )辦了Shape Data公司，用Fortran語(yǔ)言開(kāi)發(fā)出第一代實(shí)體造型商品系統Romulus，并從1978年起推向市場(chǎng)。從此，影響至今的Parasolid內核誕生。
1981年Evans & Sutherland公司收購了Shape Data。1986年在Ian Braid的支持下著(zhù)手開(kāi)發(fā)美國版權的第二代實(shí)體造型Parasolid系統，1988年前后，UG買(mǎi)下了Parasolid，并用它取代之前PADL2。經(jīng)過(guò)二十多年的應用磨合，Parasolid已成為當前CAD系統中性能最穩定的通用幾何開(kāi)發(fā)平臺之一。一直到現在，很多美國的CAD領(lǐng)域的專(zhuān)家學(xué)者都認為，Parasolid是美國為全世界CAD領(lǐng)域發(fā)展做出的最重要的貢獻。
1986年美國的Spatial Technology公司開(kāi)始從事新一代CAD通用支撐平臺的開(kāi)發(fā)，他們很快與Ian Braid達成合作意向，以波音公司于1980~1985年開(kāi)發(fā)的CAD系統TIGER為基礎，與19xx年12月推出了ACIS1.0版，這就是現在為我們所熟知的ACIS內核。ACIS就是Ian Braid的同窗Alan Grayer，導師Charles Lang，以及Ian Braid本人加上Solid的字首。1993年6月Autodesk與Spatial公司簽約，采用ACIS作為三維機械設計系統MDT的開(kāi)發(fā)平臺，從此成為ACIS的最大用戶(hù)。
2000年7月5日法國達索系統公司簽約以2,150萬(wàn)美元現金收購了ACIS內核。這意味著(zhù)世界范圍內裝機量最大的三維CAD軟件之一——CATIA也將采用ACIS內核。
目前，采用Parasolid內核的，主要是SIEMENS PLM Software旗下的NX、Solidedge和達索旗下的Solidworks。采用ACIS主要是Autodesk旗下的MDT、Inventer和達索旗下的CATIA。采用這兩種內核的三維CAD軟件占到世界三維CAD軟件市場(chǎng)份額90%以上。三維CAD的核心算法(又稱(chēng)內核)從群雄割據的混亂狀態(tài)，變成了Parasolid和ACIS兩強相爭。
細心的讀者可能會(huì )發(fā)現，上述這些三維CAD產(chǎn)品中缺少了一個(gè)如雷貫耳的三維CAD產(chǎn)品的名字——Pro/Engineer。下面讓我們來(lái)介紹一下Pro/Engineer以及它的“母親”——美國參數技術(shù)公司(Parametric Technology Corp，簡(jiǎn)稱(chēng)PTC)公司的誕生歷史。
1974年，時(shí)年37歲的蘇聯(lián)人Samuel Geisberg來(lái)到美國，并進(jìn)入到為波音提供三維技術(shù)的CV公司工作。當時(shí)的CV公司，是三維曲面線(xiàn)框造型的領(lǐng)導廠(chǎng)商，如日中天。它的強大和傲慢不僅使得當時(shí)第一個(gè)全三維實(shí)體造型CAD軟件I-DEAS無(wú)法得到普及推廣，還使得一群類(lèi)似Samuel Geisberg的數學(xué)天才的智慧和才能無(wú)處施展。
Samuel Geisberg提出了一直沿用至今的新的實(shí)體造型方法：基于特征、全尺寸約束、全數據相關(guān)、尺寸驅動(dòng)設計修改。但是他的設想并沒(méi)有被CV公司采納。1985年，在風(fēng)險投資商的支持下，他率領(lǐng)自己的研究小組離開(kāi)CV公司，成立了參數技術(shù)公司——PTC就此誕生。2年后，PTC推出了他們的全參數化的三維造型軟件Pro/Engineer。
全參數化三維建模思想以及Pro/Engineer改變了過(guò)去實(shí)體造型軟件沒(méi)有尺寸參數驅動(dòng)的歷史，更加符合設計人員的構思習慣。一推出即引起了全世界的廣泛關(guān)注。20多年過(guò)去，如今的三維CAD軟件無(wú)不采用了基于特征、全尺寸約束、全數據相關(guān)、尺寸驅動(dòng)設計的建模思想。如今，它已經(jīng)發(fā)展成為年收入10幾億美元的PLM領(lǐng)域領(lǐng)導廠(chǎng)商。
1997年11月，PTC用2.62億美元并購了它的“母親”——CV公司，合并了CV的產(chǎn)品數據管理系統Optegra和CAD/CAM系統CADDS5的廣大用戶(hù)市場(chǎng)。CV公司最終為自己的傲慢付出了代價(jià)。
如果說(shuō)，I-DEAS發(fā)起了三維CAD的實(shí)體革命，那么Pro/Engineer則發(fā)起了三維CAD的特征參數革命。
2 發(fā)展篇
1999年，Dassault Systemes推出了全新的CATIA V5，V5一改CATIA V4只能在UNIX平臺上運行的歷史，完全基于Windows平臺開(kāi)發(fā)。至此，高端三維CAD(CATIA、Pro/E、NX)全部進(jìn)入了Windows時(shí)代，同時(shí)也引發(fā)了三維CAD更為激烈的競爭。
時(shí)間一進(jìn)入21世紀，三維CAD領(lǐng)域就扔下了一顆重磅炸彈，EDS收購了SDRC并將其與UGS合并重組。而新的UGS(現更名為SIEMENS PLM Software)設定了明確的路線(xiàn)圖，就是要將SDRC的I-DEAS和UG的優(yōu)點(diǎn)集成起來(lái)，打造一個(gè)新的三維CAD軟件——NX!
可能很多人都不知道，UG一直到最后一個(gè)大版本UG18在繪制草圖的時(shí)候都還沒(méi)有導航功能，而到了NX時(shí)代，從NX1開(kāi)始就有了強大的導航功能，這就是融合I-DEAS的結果。當然，NX系列與UG18相比，改進(jìn)不止這一點(diǎn)點(diǎn)，事實(shí)上，一直到現在，NX都沒(méi)有完全消化I-DEAS的優(yōu)秀設計思想。
而PTC也在2002年發(fā)布了Pro/Engineer的最新版本——wildfire(野火)。野火系列的Pro/E與之前的版本相比，最顯著(zhù)的改進(jìn)是在界面上。對Pro/E的發(fā)展歷史比較了解的人可能都清楚，在wildfire誕生之前的Pro/E，所有的操作都是通過(guò)級進(jìn)式的菜單實(shí)現的，而wildfire為它的忠實(shí)擁護者提供了圖標按鈕。不過(guò)有愛(ài)好者使用后認為，級進(jìn)式的操作菜單對熟悉Pro/E的用戶(hù)而言，效率更高，因此，直到現在，Pro/Engineer wildfire都還保留了一部分級進(jìn)式的操作菜單。
而隨著(zhù)技術(shù)的不斷成熟，用戶(hù)數量的增多，各種三維CAD軟件的價(jià)格也在不斷下降，客觀(guān)上也推動(dòng)了三維CAD的迅速普及，并由此引發(fā)了“二維CAD是否將被淘汰”的爭論。
而事實(shí)上，二維CAD因為溝通更為方便，生產(chǎn)加工現場(chǎng)自動(dòng)化程度并不是很高，對平面圖紙也有現實(shí)需要，因此二維CAD退出歷史舞臺可能不是一時(shí)半會(huì )的事情。
在這種情況下，各個(gè)CAD廠(chǎng)商都有一定的應對舉措。
以Autodesk為代表的二維CAD廠(chǎng)商，一改過(guò)去只關(guān)注軟件平臺發(fā)展的作風(fēng)，開(kāi)始關(guān)注行業(yè)應用。Autodesk自己開(kāi)始開(kāi)發(fā)各種行業(yè)版本，先后推出了機械版、電氣版等。而中望浩辰也開(kāi)始轉戰機械行業(yè)，聯(lián)合過(guò)去與AutoDesk合作的Autocad增值開(kāi)發(fā)商，開(kāi)始在IntelliCAD平臺上進(jìn)行行業(yè)增值開(kāi)發(fā)。
3 展望篇
3.1 發(fā)展方向之一：無(wú)歷史約束建模
PTC將三維CAD軟件帶入了基于基于特征、全尺寸約束、全數據相關(guān)、尺寸驅動(dòng)設計的時(shí)代。但是凡事有利必有弊，用慣了二維CAD的人，在開(kāi)始學(xué)習三維CAD的時(shí)候都會(huì )遇到一個(gè)很大的阻礙：建模。
建模事實(shí)上包含兩個(gè)方面的內容：
首先，用戶(hù)必須熟悉所使用的三維CAD都有哪些特征功能，這些特征功能又可以實(shí)現什么樣的建模功能。熟悉了這些以后，再用各種各樣的特征去搭建用戶(hù)想要的模型。一般一個(gè)零件建模，會(huì )用到少則幾十，多則上萬(wàn)的特征，為了管理這些特征，方便進(jìn)行回溯，大多數三維CAD都有這樣的一顆“特征樹(shù)”。
光有特征還不夠，還必須計算建模所需要的參數，比如拉伸拉多少，開(kāi)孔開(kāi)多深等。過(guò)去在進(jìn)行二維設計時(shí)，很多工程師在繪圖尤其是繪制復雜的曲面時(shí)，往往是非�！皩�(xiě)意”的隨手一勾。而到了三維CAD時(shí)代，因為實(shí)現了全參數化，那也就意味著(zhù)所有的圖形，都必須是可以用數學(xué)公式和模型表達的，工程師們再也無(wú)法“寫(xiě)意”的設計了。
在不少企業(yè)，三維CAD成為束縛工程師們奇思妙想的“至酷”，有的工程師甚至要花1/3的時(shí)間思考應該用什么樣的特征和參數來(lái)建模才能實(shí)現想要達到的效果。于是不少工程師就希望三維CAD就像一團泥巴，可以自由自在的隨意的捏成想要的樣子，完全不受到特征和參數的制約。
這個(gè)看似矛盾的需求，事實(shí)上已經(jīng)有很多三維CAD廠(chǎng)商在為此努力，他們倡導的理念叫做history-free modeling，翻譯過(guò)來(lái)就是無(wú)歷史約束建模。致力于無(wú)歷史約束建模的三維CAD公司大多規模不大，這其中包括CoCreate，Kubotek USA，SpaceClaim，IronCAD，Think3…..
細心的讀者可能已經(jīng)發(fā)現：
2004年IronCAD和CAXA宣布合并重組，同時(shí)IronCAD的總裁任CAXA美國的總裁;
2007年CoCreate被PTC以2.5億美金收購;
2008年Think3與艾克斯特合資成立北京艾克斯特信息技術(shù)有限公司;
同樣在2008年，PLM領(lǐng)域的“大佬”SIEMENS PLM Software發(fā)布了基于同步建模技術(shù)的NX6和SolidEdge2008，而這兩個(gè)產(chǎn)品最大的賣(mài)點(diǎn)就是“無(wú)歷史約束建�！彼珜У模簾o(wú)論什么時(shí)間，什么數據來(lái)源，都能正確地編輯模型。
SIEMENS PLM Software雖然不是世界上第一個(gè)發(fā)明“無(wú)歷史約束建�！钡膹S(chǎng)商，也不是第一個(gè)將“無(wú)歷史約束建�！奔夹g(shù)商品化的軟件廠(chǎng)商，但是無(wú)可爭議的是，SIEMENS PLM Software是第一個(gè)將“無(wú)歷史約束建�！奔夹g(shù)完全融入自己的產(chǎn)品并在全世界推廣的軟件廠(chǎng)商。
與SIEMENS PLM Software相比，Dassault Systemes和PTC雖然沒(méi)有大張旗鼓的宣傳他們的CATIA和Pro/Engineer應用了無(wú)歷史約束建模技術(shù)，但是事實(shí)上在其最新的版本中，或多或少都能見(jiàn)到該技術(shù)的身影，比如CATIA V6和Pro/Engineer Windfire 5.0都支持對任意來(lái)源的模型進(jìn)行編輯、粘貼以及與原模型進(jìn)行布爾運算等功能。
可以說(shuō)，“無(wú)歷史約束建模技術(shù)”已經(jīng)從“暗流涌動(dòng)”成為了歷史必然。
3.2 發(fā)展方向之二：軟件越來(lái)越“綠色”
如今人們越來(lái)越重視產(chǎn)品對環(huán)境的影響，世界各國也出臺了各種環(huán)保法規提高市場(chǎng)的準入門(mén)檻，從企業(yè)股東到消費者，每個(gè)人都在不斷提高對產(chǎn)品的環(huán)保意識。面對各種苛刻的環(huán)保法規，制造企業(yè)必須從設計環(huán)節就進(jìn)行應對，于是幾大三維CAD廠(chǎng)商開(kāi)始著(zhù)手在“綠色”設計上為客戶(hù)提供解決方案。
比較典型的是Dassault Systemes旗下的Solidworks公司。
2008年Solidworks和LCA((Life Cycle Assessment 生命周期評價(jià))廠(chǎng)商Gabi Software展開(kāi)代號為“Sage”的研究合作，旨在將生命周期評價(jià)軟件Gabi和Solidworks進(jìn)行完美的融合。
Gabi Software的前身是德國斯圖加特大學(xué) IKP 研究所，該研究所為Gabi組織了一個(gè)全球性的環(huán)境評估組織——PE International。通過(guò)分布在世界各國的專(zhuān)家，Gabi可以量化材料、工藝、產(chǎn)品和基礎結構的環(huán)境性能，包含 100,000多種影響模式。它能從溫室氣體、能源、最顯著(zhù)的環(huán)境影響、生命周期成本和社會(huì )影響等多個(gè)不同角度評估可持續性。
2009年9月10日，SolidWorks發(fā)布了Sage項目的研究成果——SolidWorks2010，在這個(gè)版本中，Solidworks添加了一個(gè)環(huán)境評估模塊Sustainability，Sustainability可以根據碳排放、空氣酸化、水體富營(yíng)養化和總能耗四個(gè)因素度量產(chǎn)品在整個(gè)生命周期中對環(huán)境造成的影響。針對上述每個(gè)因素，通過(guò)儀表板的形式顯示出當前值、與原始設計的基線(xiàn)比較和貢獻百分比。
由于Solidworks 2010與其同門(mén)師兄CATIA V6采用的是相同的內核，我們有理由相信，未來(lái)Sustainability模塊很可能會(huì )成為Dassault Systemes旗下兩大三維CAD軟件的“標配”。
與Dassault Systemes相比，三維CAD領(lǐng)域的另外兩大豪門(mén)在應對“綠色”挑戰上，就非常具有戲劇性。
Synapsis Technology是一家為制造業(yè)提供物質(zhì)、材料、零部件和產(chǎn)品級環(huán)保法規合規性管理解決方案EMARS的公司。PTC公司在2008年12月將其收入囊中，并于2009年6發(fā)布了集成EMARS 的Windchill 9
而SIEMENS PLM Software則絲毫沒(méi)有避諱Synapsis Technology與PTC的關(guān)系，與之展開(kāi)合作，并于2009年推出了融合部分EMARS功能的Teamcenter 8。
在“綠色”面前，PTC和SIEMENS PLM Software這對競爭對手達成一致，頗有聯(lián)手與大洋彼岸的Dassault Systemes分庭抗禮的味道。
3.3 發(fā)展方向之三：“機”“電”越來(lái)越親密
隨著(zhù)時(shí)代的進(jìn)步，我們會(huì )發(fā)現身邊的產(chǎn)品，純“機械”或者純“電子”的產(chǎn)品越來(lái)越少，即便是如手機這樣歸類(lèi)為電子產(chǎn)品的產(chǎn)品，也有機械的部分。而過(guò)去，分別用于機械設計的三維CAD軟件和用于電子電路設計的ECAD軟件分別是兩個(gè)不同的門(mén)類(lèi)，之間的信息溝通非常不便，這也大大影響了機電混合產(chǎn)品的設計效率和質(zhì)量，于是幾大CAD廠(chǎng)商又紛紛開(kāi)始探求機電一體化設計之路。
2005年，PTC收購了ECAD領(lǐng)域的OHIO Design Automation并將其用于共享PCB設計數據的工具InterComm變成了其PLM解決方案的一部分。在隨后推出的Pro/ENGINEER Wildfire 4.0的版本中，增加了ECAD Collaboration模塊，從而使Pro/E具備了一定的電路設計能力。
2008年4月SolidWorks將自己過(guò)去的金牌合作伙伴Priware Limited收入囊中并將其ECAD轉換工具CircuitWorks作為插件植入SolidWorks2008SP4之后的版本當中，有了這個(gè)插件，SolidWorks的用戶(hù)就可以講其他ECAD設計的電路板圖形信息導入到SolidWorks模型當中，驗證電路板與機械部分的適應性。
由于EDA領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)性和特殊性都非常強，因此客觀(guān)來(lái)說(shuō)，在一款CAD軟件中想要同時(shí)完美的實(shí)現機械和電子設計，是非常困難的。但是PTC和SolidWorks在這方面進(jìn)行了有益的嘗試，解決了一些工程設計當中的實(shí)際問(wèn)題，隨著(zhù)時(shí)代的進(jìn)步，我們有理由相信，機電一體化設計會(huì )是未來(lái)CAD的一個(gè)重要發(fā)展方向。
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