回望機(jī)械CAD軟件發(fā)展史
二十世紀(jì)六十年代,交互式圖形處理技術(shù)的出現(xiàn)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展,為CAD技術(shù)的誕生與發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。七十年代,開(kāi)始出現(xiàn)工程繪圖系統(tǒng),CADAM系統(tǒng)成為鼻祖。
而1982年,AutoCAD系統(tǒng)的推出,無(wú)疑是以工程繪圖為主要功能的二維CAD技術(shù)發(fā)展的里程碑,成為第一個(gè)能夠在PC上運(yùn)行的CAD軟件。擁有Autolisp以及后來(lái)的High C等開(kāi)發(fā)工具,使AutoCAD成為很多企事業(yè)單位進(jìn)行功能擴(kuò)展和開(kāi)發(fā)專(zhuān)用CAD的重要工具。當(dāng)時(shí),還有CADKEY、Microstation、Sigraph Design(發(fā)源于西門(mén)子)等二維CAD系統(tǒng)。浙江大學(xué)也基于工作站開(kāi)發(fā)了二維機(jī)械CAD系統(tǒng)。
▲Autodesk公司創(chuàng)始人John Walker先生
九十年代,在當(dāng)時(shí)國(guó)家的“甩圖板”工程的推動(dòng)下,機(jī)械CAD的發(fā)展如雨后春筍一般,涌現(xiàn)出很多品牌:
產(chǎn)生了凱思(中科院軟件所)、開(kāi)目(華中理工大學(xué))、CAXA(早期叫北航海爾、華正,發(fā)源于北航)、凱圖CAD(華中理工大學(xué))、中國(guó)CAD(深圳喬納森)、高華CAD(清華大學(xué))等自主平臺(tái)的二維CAD系統(tǒng),以及基于AUTOCAD二次開(kāi)發(fā)的InteCAD(天喻CAD的前身,華中理工大學(xué))、艾克斯特(清華大學(xué))、天河CAD(清華大學(xué))、浪潮CAD(華天軟件的前身,山東大學(xué))、大天CAD(浙江大學(xué))、中望CAD、天舟CAD、大恒CAD等系統(tǒng),開(kāi)創(chuàng)了一段國(guó)產(chǎn)二維機(jī)械CAD發(fā)展的黃金時(shí)代。
1997年,國(guó)家科技部舉行了第一屆,也是唯一一屆CAD博覽會(huì)。我從1991年至1998年,一直作為核心技術(shù)人員,負(fù)責(zé)開(kāi)目CAD的開(kāi)發(fā)、營(yíng)銷(xiāo)與維護(hù),見(jiàn)證了這段國(guó)產(chǎn)CAD發(fā)展的崢嶸歲月。
開(kāi)目CAD首創(chuàng)的完全基于畫(huà)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(jī)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(yè)的青睞。
然而,當(dāng)時(shí)企業(yè)還缺乏正版化的概念,自主版權(quán)的國(guó)產(chǎn)CAD基本上是與看似不要錢(qián)的盜版AUTOCAD軟件競(jìng)爭(zhēng),制約了這些國(guó)產(chǎn)CAD軟件的發(fā)展。而開(kāi)放性,以及與AUTOCAD的兼容性,也是一個(gè)難題。Autodesk公司1998年并購(gòu)了一個(gè)德國(guó)基于AUTOCAD二次開(kāi)發(fā)的機(jī)械CAD軟件Genius,對(duì)國(guó)內(nèi)基于AUTOCAD平臺(tái)二次開(kāi)發(fā)的機(jī)械CAD軟件帶來(lái)很大挑戰(zhàn)。
原國(guó)家科委主任宋健視察CAD博覽會(huì)的照片
九十年代我向原國(guó)家科委主任宋健、科技部老部長(zhǎng)徐冠華院士匯報(bào)的照片
時(shí)至今日,二維CAD系統(tǒng)仍然有十分廣泛的應(yīng)用,三維CAD系統(tǒng)也非常重視二維工程圖功能的不斷完善和對(duì)各國(guó)工程圖標(biāo)準(zhǔn)的支持。2000年之后,隨著OPEN DWG聯(lián)盟的興起,中望、浩辰、緯衡、華途等公司先后推出了對(duì)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(shí)現(xiàn)了快速成長(zhǎng),并實(shí)現(xiàn)了國(guó)際化。
三維CAD技術(shù)的發(fā)展,源于布爾運(yùn)算和計(jì)算機(jī)輔助幾何造型等技術(shù),實(shí)現(xiàn)了從線(xiàn)框造型、曲面造型、實(shí)體造型到特征造型的發(fā)展:
先后產(chǎn)生出UniGraphics(發(fā)源于麥道公司)、CATIA(1977年,源于達(dá)索航空)、Compter Vision(1997年被PTC并購(gòu))、APPLICON(1969年成立)、Euclid(1970年,法國(guó)MATRA公司,該產(chǎn)品1998年被達(dá)索并購(gòu))、I-DEAS(SDRC公司,1969年成立,2003年與UGS合并)、Integraph等三維CAD系統(tǒng)。早期的三維CAD系統(tǒng)只能在專(zhuān)用的圖形工作站運(yùn)行,軟硬件都非常昂貴。那時(shí)候,主流的工作站包括SGI、SUN、HP等。
Samuel Geisberg博士,PTC公司創(chuàng)始人
1985年,Samuel Geisberg博士創(chuàng)建了PTC公司,推出了參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù),在造型技術(shù)和效率上實(shí)現(xiàn)了巨大突破。
九十年代之后,SolidWorks成為Windows時(shí)代的新一代三維CAD系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了三維CAD技術(shù)的普及,1997年被達(dá)索系統(tǒng)并購(gòu)。同時(shí)代的軟件還有Solid Edge(源自Integraph,后來(lái)被UGS并購(gòu))、Inventor(Autodesk公司,該公司早期曾開(kāi)發(fā)過(guò)MDT軟件)。其它產(chǎn)品還有Think3(意大利公司)、VX(產(chǎn)品后來(lái)被中望并購(gòu))、IronCAD、Cimatron(以色列公司,后來(lái)聚焦工模具CAD/CAM)等。
目前,主流的三維造型核心系統(tǒng)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(gòu))、Cocreate(被PTC并購(gòu))等。2007年,曾經(jīng)屬于EDS公司,后來(lái)又獨(dú)立運(yùn)作的UGS,最終被西門(mén)子并購(gòu)。現(xiàn)在,西門(mén)子擁有高端CAD軟件NX和中端CAD軟件Solid Edge。近年來(lái)西門(mén)子提出的同步建模技術(shù),融合了特征造型和直接建模軟件的特點(diǎn),具有顯著的創(chuàng)新。
2013年,原SolidWorks創(chuàng)始人創(chuàng)建了Onshape公司,于2016年初正式發(fā)布完全基于SAAS的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的三維CAD系統(tǒng)。Autodesk公司也推出了基于云的三維CAD系統(tǒng)Autodesk Fusion 360軟件。早期的三維CAD數(shù)據(jù)交換是通過(guò)IGES或STEP文件。輕量化三維模型近年來(lái)得到了普及應(yīng)用,3D PDF和JT是比較主流的文件格式。而三維打印應(yīng)用的文件格式則是STL。
北京航空航天大學(xué)在90年代曾組織開(kāi)發(fā)過(guò)金銀花三維CAD系統(tǒng),新洲協(xié)同(后并入瑞風(fēng)協(xié)同)自主開(kāi)發(fā)了Solid3000三維CAD系統(tǒng)。2000年之后,CAXA推出了三維實(shí)體工程師(與IRON CAD共同推出);華天軟件引進(jìn)日本技術(shù),推出Sinovation三維CAD系統(tǒng),并在模具設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了深度開(kāi)發(fā);中望CAD則通過(guò)并購(gòu)VX CAD/CAM,推出了自主的三維CAD/CAM系統(tǒng)。
二維CAD與三維CAD的融合,是智能制造領(lǐng)域的最基礎(chǔ)的技術(shù)融合。
現(xiàn)在的主流三維CAD系統(tǒng)中,都具備草圖設(shè)計(jì)和工程繪圖功能,實(shí)現(xiàn)了二維的表示、三維的內(nèi)核。而機(jī)械CAD應(yīng)用的主流趨勢(shì)是逐漸通過(guò)全三維設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)MBD(基于模型的產(chǎn)品定義)。