CAD工具趨勢之我見.doc

CAD工具趨勢之我見 撰文/張成 張成，創(chuàng)客，產品及市場分析師。在CAD和PLM領域有近七年工作經驗，并對IOT，機器視覺及VR行業(yè)有強烈的興趣愛好。畢業(yè)后一直供職于某PLM公司，業(yè)余時間創(chuàng)立3D打印機公司,并致力于DIY三維重構軟件。作為開源軟件和硬件的倡導者和實踐者，一直積極參加及建設當地的創(chuàng)客空間的活動中。 （zebrajack163.，微信：Zebrajack） 20世紀60年代，CAD開始進入工程師的手中。但一直到90年代初，CAD對大部分工程師來說依然是個高大上的玩意，并不是每個工程師都可以用這么昂貴的工具。這種現(xiàn)象終于隨著Windows平臺的普及以及PC產業(yè)的蓬勃發(fā)展逐步瓦解，CAD終于可以以相對廉價的成本成為每個工程師的助手。20年過去后，我們又進入了另一個技術革新的快車道：移動互聯(lián)網、物聯(lián)網和云計算等接踵而來。當產品設計隨著時代的潮流不斷變化，那CAD在新形勢下的動向便成為一個很有趣的話題。人們總是高估短期而低估長期科技能力，CAD軟件的創(chuàng)新也遵循同樣的道理。 一、系統(tǒng)工程和IOT（物聯(lián)網） 隨著智能傳感器的價位不斷降低，智能產品和行業(yè)互聯(lián)網的呼聲越來越高。顯然產品不再是一錘子買賣，生產商和終端用戶的交互越來越多。無論是可能出現(xiàn)的新型商業(yè)模式，還是更高效的營銷和售后模式，這些都對產品的設計產生了極大的影響。 1.系統(tǒng)工程 智能的產品意味著軟件和硬件的深度融合。有別于以前離散的硬件和軟件團隊，當下產品中的自動化和軟件的比重越來越大。如何將眾多傳感器有效嵌入到原來的硬件產品中，如何保證產品后續(xù)更便捷的升級和維護，這些無疑都拓展了傳統(tǒng)的CAD功能。CAD不再僅僅著重于機械部分，而是以三維模型為紐帶，將軟控部分的設計雜糅進來。傳統(tǒng)的軟件廠商已經行動起來了，達索V6平臺提出了RFLP（RequirementFunctionLogicphysics）的系統(tǒng)工程解決方案。顯然他可以為系統(tǒng)工程建模，可以記錄系統(tǒng)從需求到電子模型的演化及蹤跡。貫串其中的多學科的仿真能在早期驗證系統(tǒng)的可行性。 達索及其他廠商首先針對的是復雜的系統(tǒng)設計：比如飛機汽車的設計。但這對其他行業(yè)也有啟示。這種啟示不一定是工具層面上的，更應該對設計方法論的探索和養(yǎng)成。 2.IOT反饋的設計 IOT是個很大的命題。其顯著的特點是提高產品的運營效率。但對于CAD設計來說，顯然收集過來的數據對進一步改進產品有很大的參考作用。針對不同區(qū)域和不同人群下的變形設計也好；針對硬件和軟件迭代設計也好，它都有明確的量化和指導意義。當阿里巴巴在提攜C2B的淘工廠時，我們的工廠也應該思考一下如何從設計層面深化C2B。 二、創(chuàng)客運動 1.開源CAD及細分市場的CAD 對于眾多的草根創(chuàng)客而言，購買昂貴的工業(yè)設計軟件顯然不靠譜。但是他們的需求其實并不需要過于復雜的功能。在這種情況下，一些開源或者的CAD開始在創(chuàng)客間逐步流行起來。比如FreeCAD,openSCAD,tinkerCAD等。或許對很多專業(yè)人員來說，這些軟件很小兒科。但是專業(yè)的軟件往往需要耗費更長時間學習。而這類開源軟件往往能夠快速解決其需求。 除了的軟件，市場上也出現(xiàn)了針對創(chuàng)客群體的CAD，比如Autodesk的Fusion360，它主打在線存儲及線上協(xié)同。當然其設計功能遠比開源的軟件強大。但是又有別于傳統(tǒng)的三維CAD,它將分形建模，直接建模雜糅在一起。這種方法保證了其具有易操作性。 重點提一下分形建模，自從PTC將分形建模（又稱作自由塑性）引入到參數建模的環(huán)境中，它已逐漸在其他軟件中變成了標配。有別于專業(yè)的CG設計師需要深厚的美術功底。分形建模明顯將控制自由曲面的難度系數降低。這樣，創(chuàng)客就可以快速掌握曲面造型的方法。 2.3D打印機的流行 打印機的再次流行除了專利開放以外，很重要的原因在于眾多創(chuàng)客需要利用3D打印機做出產品。對大部分創(chuàng)客而言，商業(yè)化并不是其意愿。這種情況下，只有打印機才能幫助他們快速地以低成本的方法構建出產品。 創(chuàng)客們需要在CAD和獨立的前處理軟件間倒騰數據。尤其是當有些第三方數據破損的情況下，事情就會變得更加復雜。如何簡化這些流程就變得尤為重要。好在主流軟件也在逐步將打印數據的處理融入進來。但是在數據修復和修改上依然有改進的空間。 三、云計算 云計算這類底層架構的技術是彈性計算能力的骨架。雖然說CAD和設計工具當下并沒有受到很大的影響。但已經有若干公司在這個領域耕耘了，其中onshape是典型代表。我們需要關注其最重要的兩個特點。 1.無限量計算資源 最容易想到的便是CAE有限元分析通過分布式算法加快運算的進程。對企業(yè)來說不需要購買和升級昂貴的硬件來支持這類高性能運算。同時這為CAE軟件的研發(fā)提出了新的要求：基于分布式運算的研發(fā)?；蛟S在很多人眼里，將CAD搬到云端沒有太大必要，但是他對于簡化CAD龐大的數據管理將會是個很大的福音：PDM和CAD將會合二而一，不需要將數據不斷地checkin/out工程師們可以做到真正的實時協(xié)同，可以在線合并不同的設計（不沖突的情況下）。 2.IT運維的簡化 傳統(tǒng)設計軟件的分發(fā)是個非常繁瑣的事情，需要不斷重新安裝最新版本，利用管理工具來統(tǒng)一模板等。但是很多繁瑣的事情將變成歷史。基于云的CAD將可以讓設計師在任何地點，任何時間，任何設備上同步最新的部署。 暢想一下近期和可能預見的未來，以下幾點應該會引起更多的關注。 四、機器學習（大數據和機器智能結合）驅動的CAD設計 關于人工智能，很多激進的人認為這在未來一定會發(fā)生，并認為未來機器會控制98%的人。底層的技術，當下有公司在做，但沒有太形成規(guī)模。筆者站在中立的立場來看，認為其依然處于初期。假如說未來的機會是將所有的任務打上AI的標簽的話。那么智能的CAD當然是個值得討論的話題。 就目前來說，我們是可以嘗試將設計本身半自動化的。有別于傳統(tǒng)的基于“知識工程”下的設計自動化，軟件工程師在探索利用機器學習研究零件間的上下文及裝配關系。想象一下，當軟件盡可能地將行業(yè)類的模型都學習了一遍，那么它就可以主動地為設計提供可靠的建議。當然，當我們綜合了機構的上下文，設計理論的上下文以后，它會變得越發(fā)強大。 五、3D打印的成熟 當3D打印發(fā)展到一定程度，就可以打印功能性的零件。但當下可能的趨勢更強調增材制造和減材制造的融合。尤其是針對金屬打印來說，先利用直接/選擇性激光燒結打印出零件，再利用傳統(tǒng)的NC機床進行精加工。但這種混合加工對我們的CAD/CAM提出了挑戰(zhàn)，如何控制激光的功率和溫度來保證打印質量，如何安排和控制這種混合加工的流程。這些問題依然等待我們去實踐和完善。 其實更令我們覺得激動人心的是基于各類新材料的設計和加工。比如各類合金粉末，微觀層面上融入石墨烯，還有高性能陶瓷粉末的打印等。材料的長足進步會大大影響設計理念，尤其是增材制造可以在各個局部融入不同的材料。這個時候的設計，仿真驗證，工藝和制造不再是被割裂的，而是合并在一起。這才是真正的面向制造的設計?？梢韵胂蟮贸觯簜鹘y(tǒng)離散型制造業(yè)冗長的工藝流程會大大縮短。 六、向自然界學習 這一項很大部分是由打印機技術成熟而驅動。我們都知道很多時候大自然的選擇就是進化了多年的最優(yōu)設計。但是由于其造型過于復雜，導致了其無法加工。比如說鏤空的鳥骨頭便是個典型的例子。尤其是在醫(yī)療器械領域，這類設計變得尤為重要。 當造型本身可以突破傳統(tǒng)加工的限制，我們的幾何拓撲優(yōu)化可以不再拘泥于特定的邊界條件。尤其是當我們能靈活調配幾何中的材料，那就越發(fā)的變得自由。 七、VR(包含AR)行業(yè)的崛起 VR行業(yè)仍處于初期，但科技人員普遍都認為它會迅猛地發(fā)展。首先各大硬件廠商如雨后春筍那樣推出各種消費3D內容的頭盔和眼鏡。隨著VR的普及，如何獲取適配VR頭盔的3D內容便是一個值得我們思考的問題。 長期以來，CAD都是專業(yè)人士的活兒。但是VR的消費化卻促使普通人能夠如拍照片那樣創(chuàng)建三維內容。但顯然我們不太可能沿用傳統(tǒng)CAD的做