三維CAD技術(shù)發(fā)展趨勢分析

1、三維cad技術(shù)發(fā)展趨勢分析近幾年，三維cad在國內(nèi)得到了越來越廣泛的應(yīng)用，企業(yè)中三維cad替代二維cad的趨勢明 顯，然而很多企業(yè)對于三維cad軟件的發(fā)展?fàn)顩r缺乏足夠的了解。畢竟經(jīng)過多年的發(fā)展，國內(nèi)外各種三 維cad軟件都產(chǎn)主了巨大變化，擁有了獨特的風(fēng)格特色。為了更好的展示這些三維cad產(chǎn)品的特點， e-works策劃并制作本次報道，重點展示目前國內(nèi)外優(yōu)秀三維cad軟件新功能的應(yīng)用亮點，突出三維cad 軟件的最新功能，結(jié)合企業(yè)的應(yīng)用發(fā)展方向，歸納總結(jié)三維cad軟件的發(fā)展趨勢。一、三維建模技術(shù)的創(chuàng)新與融合從20世紀(jì)60年代至今，三維建模技術(shù)經(jīng)歷了從線松建模、實體/曲而建模到特征建模等發(fā)展過程。

2、隨著cad技術(shù)的不斷進(jìn)步，如今更是出現(xiàn)了同步技術(shù)、直接建模等多種先進(jìn)建模技術(shù)并存的狀態(tài)，使設(shè) 計師乂有了更多新的建模手段，能夠?qū)崿F(xiàn)三維模型的迅速修改，從而實現(xiàn)快速的設(shè)計變更和系列化產(chǎn)品 設(shè)計。三維實體造型技術(shù)(solid modeling)的核心是 csg (constructive solid geometry)和 b-rep 模型。csg表達(dá)的是建模的順序過程，b-rep則是三維模型的點、線、面、體信息，既造型結(jié)果的三維 實休信息。而特征造型系統(tǒng)則是在csg的基礎(chǔ)上，添加了特征樹的概念。這便是今大流行的各個主流的 基于特征造型三維機(jī)械cad系統(tǒng)的核心原理。而所謂直接建模(direct mo

3、deling),其核心是只有b-rep信息，沒有csg信息,因為不考慮造 型的順序，所以，可以隨便修改模型的點、線、面、體，無盂考慮保持特征樹的冇效性，不受到造型順 序的制約。自從siemens plm software率先在plm行業(yè)內(nèi)發(fā)布同步技術(shù)示，三維建模技術(shù)更進(jìn)一步得到完善, 形成了直接建模、特征建模、illi面建模和同步技術(shù)多種建模方式。具中同步技術(shù)則是一種將特征建模和 直接建模相結(jié)合，從而實現(xiàn)在三維環(huán)境下，進(jìn)行尺寸駟動(或者叫參數(shù)化設(shè)計，parametric design) 及伸展變形(stretch)的三維造型方法和約束求解技術(shù)。既保留零件的實體特征信息，乂能實現(xiàn)尺寸 驅(qū)動，從而

4、使基于特征的無參數(shù)建模和基于特征的參數(shù)建模的完美兼容，實現(xiàn)三維模型的迅速修改，從 而實現(xiàn)快速的設(shè)計變更和系列化產(chǎn)品設(shè)計。ptc收購直接建模工具cocreate,整合后推出creodirect應(yīng)用，將cocreate的直接建模功能融入 到creo平臺屮，實現(xiàn)了參數(shù)化建模與直接建模的融合。兩種建模方式在creo公共數(shù)據(jù)模型小是統(tǒng)一的: 任何一種操作模式都是在模型中添加特征，只是直接建模將特征隱藏起來，讓使用者可以忽略特征，把 注意力集中在設(shè)讓本身。solidworks2012版木屮也將基于歷史的參數(shù)化建模和肓接建模是這兩種技術(shù)有機(jī)的融合在一起， 既沿川參數(shù)化技術(shù)的特點同時也與直接建模技術(shù)相結(jié)合。a

5、utodesk tnventorfusion也具備了直接建模功能，能夠自由、快速地更改設(shè)計；并將直接流程與 參數(shù)化流程結(jié)合到了 autodesk inventor軟件創(chuàng)建的單個數(shù)字化模型之屮。v e 0 » w 01" am qinventor fusion mac 版從設(shè)計工程師的角度來說，特征建模和直接建模各有優(yōu)劣。因此，對于各人cad軟件廠商來說，進(jìn) 行多種建模方式的融合，使其完美地結(jié)合在產(chǎn)品設(shè)計中，是三維cad技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。二、集成一體化的cae/cam和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理功能對于制造企業(yè)一個完整的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計流程而言，關(guān)注的重點是如何在產(chǎn)品的開發(fā)、設(shè)計和制造過程中

6、實現(xiàn)共同協(xié)作、設(shè)計和驗證，完成數(shù)據(jù)的實吋訪問并進(jìn)行分析和模擬。很多企業(yè)雖然在整個流程中引入了 cad/cae/cam和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理功能，但往往由于各個軟件系統(tǒng)之間相互孤立而沒有發(fā)揮其丿應(yīng)有的 價值。究其原因，主要有幾個方面：其一，如果企業(yè)引進(jìn)非集成的專業(yè)cae/cam工具，那么就意味著設(shè)計 人員需要重新學(xué)握新的一套軟件，勢必會造成工作效率的降低；其二，這種方式最大的聲端就是數(shù)據(jù)格 式之間相互獨立且不容易轉(zhuǎn)換，影響了與cad軟件之間的數(shù)據(jù)溝通，無法構(gòu)成設(shè)計、分析、加工的循環(huán) 創(chuàng)新體系；其三，引入獨立的cae/cam i具對企業(yè)而言也是一筆巨大的成本支出，性價比較低。顯而易見，cad/cae/ca

7、m -體化環(huán)境卞的解決方案在先天架構(gòu)上就有著不言而喻的優(yōu)勢，既保障了 數(shù)據(jù)的無損失性和相關(guān)性，又能夠最肓接地將工程分析和加工驗證結(jié)果反饋到設(shè)計中去，達(dá)到快速評估 設(shè)計方案的目的，從而減少物理樣機(jī)測試。同時，通過集成的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理功能，對設(shè)計、仿真分析、加工驗證形成一體化的數(shù)據(jù)和流程管理, 還可以保持?jǐn)?shù)據(jù)的安全性及可追溯性。這一肓是用戶理想化的設(shè)計流程，也是各人plm軟件供應(yīng)商不懈 追求的冃標(biāo)，新推出的產(chǎn)品也是逐步朝這些方面進(jìn)行發(fā)展。隨著設(shè)計、仿真一體化的不斷推進(jìn)，國際流行的creo. nx、solid edge等三維cad軟件都已經(jīng)內(nèi) 嵌了一些基礎(chǔ)的、易學(xué)易用的仿真功能。設(shè)計師在產(chǎn)品設(shè)計過程中

8、，就可以做一些簡單的仿真分析，冇 些軟件其至提供更專業(yè)化的仿真功能。例如，在solid edgest5 simulation屮新加入了穩(wěn)態(tài)的熱分析, 能模擬真實的穩(wěn)態(tài)熱壞境對產(chǎn)品所造成的影響，從而更加精確地進(jìn)行產(chǎn)品驗證。現(xiàn)在st5的simulation 就擁有了面向工程師的強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)、失穩(wěn)、模態(tài)和熱的分析能力。solid edge st5 simulation 穩(wěn)態(tài)熱分析ptc公司推出的仿真分析軟件的creo simulate既可作為獨立軟件使川，也可集成在creo parametric屮，在creo parametric統(tǒng)一界面環(huán)境下執(zhí)彳亍其功能。creo simulate產(chǎn)品線提供兩個仿真

9、 分析模塊，即“結(jié)構(gòu)”分析模塊和“熱”分析模塊，每種模塊都針對不同系列的機(jī)械特性解決問題。solidworks也擁有非常完善的設(shè)計仿真一體化解決方案。solidworks simulation是一個與 solidworks完全集成的設(shè)計分析系統(tǒng)，它將仿真界面，仿真流程無縫融入到solidworks的設(shè)計過程中, 提供了單一屏幕解決方案來進(jìn)行應(yīng)力分析、頻率分析、扭曲分析、熱分析和優(yōu)化分析。另外，solidworks simulation還能夠solidworks epdm zl'可進(jìn)行集成，通過工作流的方式，使設(shè) 計完成的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)能夠快速通過仿真分析來驗證英可靠性，完成cad和eea i

10、程師z間的協(xié)同工作，共 享并管理單一的三維cad數(shù)據(jù)模型，從而形成了 so 1 idworks+simu 1 ation+epdm的設(shè)計、仿真和產(chǎn)品數(shù) 據(jù)管理集成方案。solidworks設(shè)計仿真一體化siemens plm software公司推出的nx為企業(yè)數(shù)字化產(chǎn)品研發(fā)提供了全面的cad/cae/cam解決方案, 其功能涵蓋從總體設(shè)計，到工業(yè)設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計、仿真驗證、工裝模具，以及加工制造的各個方而。單 一系統(tǒng)為企業(yè)實現(xiàn)并行工程、保證數(shù)據(jù)的唯一性提供了技術(shù)保證。同時，運(yùn)用nx最新的同步技術(shù)，能 夠?qū)δＰ瓦M(jìn)行快速的修改，實現(xiàn)了真正的設(shè)計和分析流程一體化。據(jù)e-works本次采訪中了解到，在

11、最 新推出的nx8 cae «|« siemens plm software公司對多個關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的功能進(jìn)行了大幅度的增強(qiáng)，凸 顯了該公司對集成cae領(lǐng)域的重視度。達(dá)索系統(tǒng)在并購業(yè)界知名的仿真分析軟件abaqus后對其進(jìn)行了整合，推出的abaqus for catia 使用戶可以在catia內(nèi)部肓接調(diào)用abaqus求解器進(jìn)行機(jī)械、熱和熱固耦合的分析，包括材料、接觸、 幾何多種非線性支持，螺栓預(yù)緊力，摩擦，過盈配合，熱傳導(dǎo)，對流等多種分析功能。cad和fea工程 師無需脫離catta的界面就可以運(yùn)用abaqus有限元分析功能，計算得到的結(jié)果文件也可以在catta屮 查看。目前

12、廣泛的制造業(yè)都出于多元化的cad設(shè)計環(huán)境下，三維cad應(yīng)用不止是技術(shù)或設(shè)計部門，企業(yè)的 其它部門都需要享受到三維設(shè)計的好處。這些都是眾多企業(yè)的創(chuàng)新設(shè)計者們都在思考解決的垂要問題。如ptc、達(dá)索、siemens. autodesk 等廠商的提供的解決方案，其功能能夠覆蓋整個產(chǎn)品開發(fā)領(lǐng)域，使企業(yè)價值鏈屮的每個人（如：專業(yè)設(shè) 計工程師、分析工程師、銷售人員等）都能使用，全面參與產(chǎn)品開發(fā)過程。autodesk產(chǎn)品設(shè)計套件2013作為一款經(jīng)濟(jì)便捷的軟件包，提供完備的數(shù)字樣機(jī)解決方案，具有設(shè) 計、可視化和仿真工具，可幫助客戶完成整個產(chǎn)品設(shè)計流程。相對于2012版的產(chǎn)品設(shè)計套件，最主要 的變化就是為所有套件

13、版本加入了新的軟件。使得所有版本都支持三維參數(shù)化設(shè)計，同時增強(qiáng)了高級版 以上對于電氣工程設(shè)計、設(shè)計校審和合作的支持。三、機(jī)、電、軟一體化協(xié)同設(shè)計隨著產(chǎn)品復(fù)雜度的增加，兒乎所冇的產(chǎn)品和機(jī)械都依賴微處理器和軟件進(jìn)行工作，h電了和軟件作 為產(chǎn)晶核心知識或價值的比重越來越高。機(jī)械電子兒乎貫穿所有的機(jī)械產(chǎn)站中；開發(fā)人員不僅要處理機(jī) 械、電子的設(shè)計問題，更要處理機(jī)械電子的集成問題，也就是機(jī)電一體化協(xié)同的問題。針對機(jī)電一體化協(xié)同設(shè)計，nx軟件捉供了機(jī)電一體化概念設(shè)計mcd (mechatronics conceptdesigner)解決方案，利用系統(tǒng)工程原理，全程跟蹤客八需求，直至完成最終設(shè)計；i辦同運(yùn)用機(jī)

14、械原理、 電氣原理和白動化原理，加快設(shè)計交付速度、減少設(shè)計流程后期的集成問題；重用現(xiàn)有的設(shè)計知識和智 力資產(chǎn)，因此對以用更少的開發(fā)資源，以更快的速度，實現(xiàn)比客戶預(yù)期h標(biāo)更好的結(jié)果。借助機(jī)電一體 化概念設(shè)計解決方案，可以在設(shè)計流程的任何壞節(jié)對設(shè)計進(jìn)行仿真和交互操作，因而可作出更明智的產(chǎn) 品開發(fā)決策。在機(jī)電一體化協(xié)同設(shè)計方面，nx還提供三維pcb板設(shè)計，實現(xiàn)mcad和ecad的交互，并集成電路 板的熱分析，確保設(shè)計質(zhì)量。另外，nx還提供電纜設(shè)計，涵蓋了電氣元器件的定義和管理，電氣原理 的輸入和走線布局，以及最終線纜主產(chǎn)文檔的輸出。ptc推出creo ecad mcad col laboration

15、 extension模塊刊幫助改善電氣和機(jī)械設(shè)計師之，間的設(shè) 計協(xié)作，改善機(jī)電詳細(xì)設(shè)計過程、減少協(xié)作錯課，使機(jī)械工程師在提出變更建議之前能夠更好地了解對 電氣設(shè)計的影響，更快速地傳遞設(shè)計變更以及更快速地將產(chǎn)品投放市場。creo ecad-mcad在產(chǎn)品tl趨復(fù)雜和客戶要求越來越髙的雙重壓力下，制造企業(yè)特別是高科技電子企業(yè)必須同時使用 設(shè)計工具組(eda、ecad、mcad),才能更好地實現(xiàn)mcad與ecad的交互,更快地傳遞設(shè)計變更,讓機(jī) 械工程師和電氣工程師得以暢通的交流，從而保證設(shè)計地高效和精確。四、三維cad應(yīng)用體驗的改善三維cad廠商從關(guān)注功能到關(guān)注用戶體驗的轉(zhuǎn)變。讓用戶使用起來容易，

16、提高用戶的設(shè)計、生產(chǎn)效 率有時候比新增加一些功能有時候要有用的多。三維cad軟件發(fā)展的非要重耍的一點就是如何使用戶獲得良好的使用體驗，如果只是從技術(shù)功能上 的進(jìn)行改善是無法打動用戶的。從用戶的角度出發(fā)，簡單、智能、實用的三維cad軟件才是最適合的, 所以必須要從軟件的使用細(xì)節(jié)上去提升用戶滿意度。為了更好的幫助設(shè)計人員和決策人員及時獲取所需的信息，從而做出止確的決策，西門子nx推出 了全息3d技術(shù)(iid3d)。該技術(shù)作為西門了 iidplm戰(zhàn)略的一部分，提供了可視化的產(chǎn)品三維模型，并 通過醒冃的標(biāo)簽，來標(biāo)識模型的設(shè)讓信息、工藝信息、分析信息、質(zhì)量信息、采購信息、制造信息，實 時顯示札i關(guān)部門對

17、該模型進(jìn)行的各種類型的編輯、修改、計算與分析動態(tài)，以便幫助研發(fā)人員高效地完 成相關(guān)工作。這樣一種可視化的協(xié)作方式，可以將研發(fā)過程中的流程與數(shù)據(jù)串聯(lián)起來，使相關(guān)人員全面 掌握產(chǎn)品的全生命周期信息，從而實現(xiàn)高效的協(xié)作。例如，在nx界面下通過信息挖掘可以隨時獲取到?jīng)Q策所盂的信息，如產(chǎn)品開發(fā)的進(jìn)度，存在的問 題，以及問題解決的狀態(tài)等；通過設(shè)計驗證和需求驗證，確認(rèn)設(shè)計成果是否符合設(shè)計意圖與規(guī)范，通過 集成的問題管理壞境，及時跟蹤并解決問題等。j processing status foelayw starterj compressorcodingcj transs on-time5 .空 opendin

18、g2 .上 owner精確3d(hd3d)環(huán)境達(dá)索系統(tǒng)最新提出的“3d experience (3d體驗)”理念也希望通過3d的方式構(gòu)建一個完整的逼 真體驗環(huán)境，包括虛擬設(shè)計、虛擬仿真、虛擬制造、虛擬運(yùn)行、虛擬維修等等，使金業(yè)的研發(fā)、工業(yè)、 制造、服務(wù)等相關(guān)人員，在產(chǎn)品研發(fā)和制造全過程中，能夠充分考慮產(chǎn)品在實際使用過程中的全方位性 能，確保產(chǎn)品的質(zhì)量、高性價比、高可靠性和環(huán)境友好，為產(chǎn)殆的使用者帶來良好的體驗，從而幫助達(dá) 索系統(tǒng)的客戶創(chuàng)造商業(yè)價值，提升產(chǎn)品創(chuàng)新能力。在屮望公司最新推出的中望3d 2012版中，為了改善用戶體驗加入了全新的ribbon界面以及windows操作風(fēng)格，同時為用戶提供

19、豐富的界面定制功能，滿足了個性化需求。為了更流暢的設(shè)計，中 望3d在顯示以及操作方面相比以往提升了 3倍效率，動態(tài)的肓覺式拖拽編輯，全環(huán)境覆蓋草圖、零件、 裝配以及工程圖，使屮望3d相比過去有了較大的改善。c 9全新的ribbon界面 五、滿足不同行業(yè)的設(shè)計需求盡管從-般三維cad應(yīng)用的角度來看，各種不同領(lǐng)域的應(yīng)用有其類似的需求。然而在實際過程小, 無疑每個行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用都是有其行業(yè)特點和特殊需求的。例如就整個機(jī)械行業(yè)而言，其中一個重要的趨勢是機(jī)電一體化的產(chǎn)品越來越多，且電了和軟件作為 產(chǎn)品核心知識或價值的比重越來越高。因此，機(jī)械電了集成的產(chǎn)品研發(fā)、產(chǎn)品配置與管理和更改管理是 需要特別關(guān)注的問

20、題，另外，跨團(tuán)隊、跨學(xué)科的合作也成為關(guān)鍵之一。針對一些專業(yè)行業(yè)領(lǐng)域，也需要的更冇針對性行業(yè)解決方案，從而能夠更高效的來處理工作中遇到 的一些問題。華犬推出的自主版權(quán)的三維cad產(chǎn)品sin0vat10n增加和拓展了在沖壓模具方面的功能。在模具方 面，回彈處理對應(yīng)企業(yè)場景進(jìn)行專業(yè)化的開發(fā)，提供新的算法提升了求解的效率和結(jié)果的質(zhì)量。在板料 成形分析方面，集成了國內(nèi)的fastamp軟件，增強(qiáng)了 s【novation的模具沖壓工藝設(shè)計驗證的能力。以 下就是華天的s1novat1on沖壓解決方案。工見aw卜充分曲示sin ovation沖壓解決方案i彈變弾變形型面加工iform-plusistltak戍”

21、折a札fljfm-cam2©ljsinovat1on沖壓解決方案中望3d 2012擁有新的全流程塑膠模具解決方案，以其自動分析型芯型腔、靈活多樣的分型功能, 結(jié)合豐富的dmehascomisumi等標(biāo)準(zhǔn)模架少配件庫，很大程度滿足了塑膠模具行業(yè)的設(shè)計需求，有效 提高模具設(shè)計人員的工作效率。適型 雀面 線框乩合飯金 klb 錢配 點云找克徉式芟誨內(nèi)六角娜仃枝架ft導(dǎo)入產(chǎn)品構(gòu)密i#嚴(yán)品縮放和n分曲錢q檢査権切區(qū)城q定義31芯型監(jiān)區(qū)址 皿分型面j產(chǎn)品位量朗5事分寓魚芯出膠：$修田到型芯/2jjs歹導(dǎo)拄3忌環(huán)啊 歹導(dǎo)套4止動銷日磴罷夕定位館。定環(huán)-fl冷卻系絨拔模 匚滑塊矽拉伸坯料 三草國搖組

22、件厘性編輯拆分面孔工具 &冷卻通鳳 o撬模角 叫,對象顯示隗藏 9電極2修聖頂針多組件插入帑導(dǎo)岀幾何體至計算區(qū)星屈性。設(shè)置輔助二mor全流程犁膠模貝解決方案三維cad技術(shù)的發(fā)展也離不開tt技術(shù)和硬件技術(shù)的進(jìn)步，工作站、云計算、gpu等tt技術(shù)和硬件 平臺的興起從一定程度上也影響了三維cad技術(shù)的發(fā)展方向，兩者相輔相成，忖標(biāo)都是希望為客戶提供 更加優(yōu)質(zhì)，高效的使用體驗。六、三維cad試水云計算云計算(cloud computing)是一種通過網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一組織和靈活調(diào)用各種ict信息資源，實現(xiàn)人規(guī)模 計算的信息處理方式。云計算利用分布式計算和虛擬資源管理等技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)將分散的1ct資源(包

23、括計算與存儲、應(yīng)用運(yùn)行平臺、軟件等)集中起來形成共享的資源池，并以動態(tài)按需和可度量的方式向 用戶提供服務(wù)。用戶可以使用各種形式的終端(如pc、平板電腦、智能手機(jī)甚至智能電視等)通過網(wǎng)絡(luò) 獲取ict資源服務(wù)。隨著云計算相關(guān)技術(shù)及應(yīng)用的不斷成熟，其輻射的領(lǐng)域越來越廣泛，云物聯(lián)、云安全、云存儲、云 視頻、云游戲等各類云不斷推出，軟件應(yīng)用在云端已成為大勢所趨。cad領(lǐng)域的云解決方案也初露端倪, 各大廠商積極試水云計算，并陸續(xù)推出了棊于云計算的解決方案。autodesk推出了 autodesk 360平臺，通過利用該平臺，使用八彼此之間能夠建立更加高效的聯(lián)系。 autodesk 360云平臺集成了十余種

24、基于web的桌而功能、產(chǎn)品和服務(wù)，用戶可以利用autodesk 360云 平臺，將桌而軟件關(guān)聯(lián)至云服務(wù)和移動設(shè)備，擁有更強(qiáng)大的移動性，獲得新的査看和共享功能，并增強(qiáng) 計算能力，從陽更好的對其創(chuàng)意進(jìn)行設(shè)計、町視化和仿真分析。不僅口己可以隨時隨地工作，而且云計 算能高效的連接整個團(tuán)隊，捉高協(xié)作效率。另外據(jù)了解，在達(dá)索系統(tǒng)的一項合作計劃小，宣布了對新一代saas運(yùn)營商服務(wù)的新興公司outscale 進(jìn)行戰(zhàn)略投資。autodesk 360在任意地方進(jìn)行工作文住存4科 心z 3«井叭8電耐efh檢統(tǒng)t»于云群ffs允許&通£1 weo時鎧器武io&andro«3om *儀場二!柏三始dwg-文件什么矍autodesk® 360?功雜和歆務(wù)安全且町ii的工具it.嶺<»工gnw馭心心血廬 函她溝岡*)孚點葉.曲皿心皿仙(iqyxwtn憲冃"曲 品出raimik jw于灑円 y竹方次ws, ug方攻bimmf o«ensi<hr7w>m®taft了 a