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從Parasolid 到ACIS-精益求精 鍥而不舍的CAD軟件典范

文章出處:未知 人氣:發表時間:2019-05-26 15:59

UG培訓

英國劍橋一瞥

1982年北航703飛機制造工藝教研室為了開展CAD研究,引進了DEC LSI-11/23小型機、Tektronix4114 圖形終端和GINO-F通用圖形軟件,3月去劍橋CAD中心接受GINO-F培訓,同時考察ShapeData/Romulus和CIS/Medusa實體造型系統,看到了英國CAD產業發展的一個縮影。

CAD中心由劍橋大學與英國政府共同創建于1967年,專門從事CAD軟件的開發和營銷,產品有POLYSURF曲面造型、GNC數控加工編程和PDMS流程工廠設計等,1983年實現私有化。ShapeData公司占用一棟三層住宅樓,共20人,其中15人作研究開發。硬件環境是一臺VAX-11/780超小型機,用Prime機作為聯網節點,圖形終端是Tektronix4014存儲管和E&S PS300高檔顯示器。當時Romulus已賣出25套,目標碼3萬英磅,Fortran源碼再加3萬英磅。Ferranti機床公司將Romulus納入CAM-X中用作加工編程,轉賣出15套。Medusa輸入二維多視圖建立多面體模型,主要研制人員共4人,都來自CAD中心。1980年4月開始銷售PRIME小型機版,售價2.5萬英磅,已售出70套。Medusa以后并入CV系統,在我國有一定數量的用戶。

Romulus的變異發展道路

劍橋大學CAD實驗室是英國發展CAD的源頭,1973年Ian Braid在此完成了"體素設計"博士論文,畢業后留校繼續完善論文內容,研制了Build-1和Build-2 兩個新的實驗系統,Build-2用最新的Algol68 語言編寫。1974年創建 ShapeData公司,技術骨干共3人:Braid以及他的導師Charles Lang和同窗Alan Grayer。Lang原來在美國MIT訪問,召回參與籌建CAD實驗室。Grayer研究平面零件的數控加工自動編程。還聘請了擅長開發機械設計專用系統的荷蘭人Peter Veenman作市場策劃。Romulus使用Fortran語言,1978年推向市場。

1981年美國Evans & Sutherland公司收購了ShapeData,并在Braid等支持下從1986年起著手用C語言開發美國版權的第二代實體造型系統Parasolid,其中增強了二次曲面造型、交互查詢幾何數據和局部修改形狀等功能。1988年UG接管Parasolid,并用它取代了原來的PADL-2。在UG的精心維護下Parasolid運行越來越穩定,成為國際通用的一種幾何平臺。

1986年美國成立Spatial Technology公司,從事開發基于NURBS的新一代CAD通用幾何平臺。其中NURBS曲面功能用波音公司1980-1985年開發的CAD系統TIGER作為基礎,實體功能從國際上流行的16種產品中優選,決定請Braid合作。新產品于1989年12月上市,命名為ACIS 1.0版。ACIS就是Alan Grayer,Charles Lang, Ian Braid和Solid的字首。 ACIS的目標是提供世界上最好的三維幾何平臺,專供CAD廠商進行增值開發和大學、研究所進行CAD研究。1993年6月Autodesk與Spatial簽約,用ACIS平臺開發了MDT三維機械設計系統,成為ACIS的最大用戶。嗣后又重新研制了操作性能更好的Inventor系統。Autodesk的技術副總裁Dominic Gallello依然感到不滿足,還想改進Inventor,于是從Spatial買下ACIS版權,從體系結構上加強它對裝配件建模的支持。改造中的ACIS稱作Shape Manager。2000年7月達索收購ACIS后,Braid等宣布退出業界。從1970年算起,Braid等三人合作共事,專注于發展實體造型軟件長達30年之久,使之達到國際領先。這在CAD發展史上可能是獨一無二的范例。

加工中心培訓

Parasolid和ACIS兩強相爭

精品策略和與時俱進是成功之本

從1968年起各國學者提出了多種表示三維形體的建模方法。日本北海道大學沖野教郎(Norio Okino)采用類似于APT加工編程的語言用代數方程表示形體的各部分表面,再用密集的三組正交平面切割這些表面,用消隱后的網格線表示形體。美國Rochester大學的H B Voelcker和A A G Requicha提出了基本體素的集合運算理論,并依此研制了PADL-1和PADL-2系統。UG和AutoCAD曾采用PADL-2作為自己的實體系統,效果都不好。I-DEAS在GEOMOD中采用小平面逼近的多面體近似模型和精確NURBS曲面模型并存的方法,多面體近似模型占用存儲空間大,同樣不夠實用。還有八叉樹細分模型、歐拉操作模型等,最終都未成為主導方法。惟獨Braid采用精確表示的裁剪曲面建模,算法最難,曲面求交和邊界環的集合運算至今仍是兩大難題,但是長期實踐表明這種邊界表示模型最簡潔有效。ACIS采用面向對象結構,有利于應用開發,但是算法穩定性一開始不如Parasolid。Parasolid用C語言,體系結構不如ACIS清晰,但由于UG的長期維護,穩定性在一段時間內曾占優勢。由于Parasolid和ACIS都是面向零件建模,當應用于復雜產品的裝配建模時,難免顯出不足,于是Gallello又著手改造ACIS??傊?,由于CAD中存在某些艱深的難點,而且產品設計的應用面極寬,淺嘗輒止、一曝十寒、知難而退都將勞而無功。除了實體造型外,英國類似的小而精CAD軟件還有GINO-F圖形處理、DCM幾何約束求解、DUCT(DELCAM)模具設計加工等。這些軟件的技術骨干都出自于劍橋大學,都在長期的堅持中不斷追求完美而得到穩定發展,這就很值得我們深思。

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