淺談CAD對製造業信息化的影響

無論是歐美還是中國,不少企業的信息化,就是從CAD開始起步的;很多企業的高層管理者,就是從CAD上看到了信息化在企業當中的巨大價值,才決心在企業信息化上投入大量的人力物力。CAD可以說是製造業信息化發展的一個縮影。50多年過去,CAD的不斷進步,企業也在不停的發展。CAD的發展歷史是什麼?未來都有哪些發展方向,這麼多的CAD,企業將如何選擇?YJBYS小編將帶您走進CAD的世界,對這些問題逐一進行探究。

淺談CAD對製造業信息化的影響

  1.1 從計算機圖形學到二維CAD

談到CAD(Computer Aided Design計算機輔助設計)的發展歷史,就不得不談談計算機的發展。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的研製工作開始於1943 年,完成於1946 年,負責人是John hly 和per Eckert,這個大傢伙重30 噸,用了18000 個電子管,功率25 千瓦,主要用於計算彈道和氫彈的研製。

CAD:製造業信息化的縮影

自從有了計算機,工程技術人員就希望計算機除了進行“加減乘除或與非”的運算外,還能夠進行圖形的表達和處理。由於當時的技術限制,一直到60年代初,計算機都只能進行被動圖形處理。

上世紀60年代初,計算機圖形學成爲了一門專門的學科並日漸成熟,同時交互技術、分層存儲符號的數據結構等新思想不斷提出,爲CAD的應用和發展提供了理論基礎。此時,美國開始出現專門的CAD設備。這個時候的CAD,更多的是作爲繪圖板的替代品出現,CAD的概念還處於計算機輔助“繪圖”Computer Aided Drawing(or Drafting)的階段,還遠遠沒有達到“輔助設計”的階段。

CAD:製造業信息化的縮影

上世紀70年代,美國applicon公司第一個推出完整的CAD系統。出現了面向中小企業的cad/cam商品化系統。70年代末,美國cad工作站安裝數量超過12000臺,使用人數超過2.5萬。

CAD:製造業信息化的縮影

到了上世紀80年代,隨着個人計算機的迅速普及的同時,CAD技術也得到了快速發展,1982年劃時代的Autocad誕生,到1985年已經售出10萬套。CAD開始進入到了普及階段,在80年代中後期,我國少數企業也開始逐步應用CAD。但是由於此時計算機價格昂貴,企業少數幾臺計算機一般都只作爲特殊計算使用,因此CAD在我國尚未普及,更多的是一些民間愛好者。

上世紀90年代,隨着windows系列操作系統的日漸成熟以及計算機的價格下降,CAD開始走下神壇。1991年國務委員宋健提出“甩掉圖版”的口號正式拉開了我國CAD普及應用的序幕。由於windows 95/98/NT操作系統與工作站加Unix操作系統環境下構成了CAD系統的主流工作平臺,因此現在的CAD技術和系統都具有良好的開放性,圖形接口、圖形功能日趨標準化。

在羣雄逐鹿、萬馬奔騰的90年代,Autocad以其良好的穩定性,優異的開放性和符合windows規範的圖形接口開始迅速佔領市場。1996年Autocad售出第150萬套,成爲世界二維CAD領域的當之無愧的“無冕之王”。以至於如今很多人提到CAD,指的就是Autocad。1998年,Autodesk推出了劃時代的Autocad R14版本,該版本是第一個完全符合Windows 98的CAD軟件。它的誕生,事實上確立了各個windows平臺的CAD軟件的界面標準以及格式標準。今天我們能夠見到的大部分二維CAD軟件的界面、按鈕樣式等大部分都源自於Autocad R14。這個版本至今依然有非常多的Autocad用戶在使用。

但是當時我國的知識產權保護制度尚不完善,大多數企業的Autocad都是盜版。Autocad的盜版問題雖然客觀上使得該產品成爲中國企業裝機量最高的CAD產品,並且幫助很多中國企業第一次認識到計算機繪圖的巨大魅力,但是也爲今天中國製造企業頻繁面對盜版侵權訴訟埋下禍根。

此時,隨着政策的推動,一大批國產CAD軟件廠商開始嶄露頭角。國產CAD廠商從一開始就分成了2大陣營:以高華CAD、華正電子圖板、大恆CAD、開目CAD爲代表的完全自主知識產權的CAD和以天河CAD、XTCAD、InteCAD爲代表的以Autocad爲平臺的增值開發CAD。

這裏需要特別提到的是華正電子圖版和開目CAD。華正電子圖版即CAXA電子圖版的前身,目前已經成爲國內機械行業裝機量最大的國產CAD;開目CAD則是完全以中國工程師的使用習慣出發,從畫法幾何的角度全新詮釋了CAD的內涵。這兩個CAD可以看成是那個時代中國自主產權CAD奮鬥的縮影。

由於Autocad壟斷了中國機械CAD市場90%以上的市場份額,因此自主知識產權的CAD產品都面臨一個難以逾越的“鴻溝”,就是與DWG格式的兼容問題。因爲無法保存成DWG圖紙,讀取AutoCAD文件有數據丟失,與AutoCAD用戶圖紙交流存在障礙,使得國產CAD失去了大量客戶。至今,雖然自主知識產權的CAD爲此做了大量的努力,但是礙於Autodesk的知識產權保護政策,自主知識產權的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。

進入到21世紀,隨着中國加入世貿組織,中國製造企業對外聯繫日益頻繁,同時中國爲了履行對全世界有關知識產權保護的承諾,從政府這個層面開始加大軟件正版化的管理力度。越來越多的企業開始逐步將盜版的AutoCAD軟件正版化。

此時,以中望、浩辰爲代表的“新一代”自主知識產權的CAD開始躍上舞臺。這種以IntelliCAD爲內核的二維CAD,在幫助企業解決版權困擾的同時,宣稱能夠完全兼容DWG格式。在他們之後,又有包括開目堯創、煒衡在內的衆多國產CAD選擇在IntelliCAD平臺上開發自主產權的CAD軟件。目前,基於IntelliCAD內核的自主產權CAD已經成爲一股可以跟Autocad一較高下的巨大力量。

其實IntelliCAD並不是什麼“新產品”,只是一直生活在Autocad的陰影下,命運多舛。早在1994年,美國的Softdesk 公司開始開發出一套CAD軟件:Phoenix,它號稱和AutoCAD有99%兼容。到了1996年,Autodesk 公司併購了Softdesk公司,但是由於美國反壟斷法的限制,必須出售Phoenix 後才能合併。不得已,Softdesk將Phoenix以670萬美元的價格賣給VISIO公司。1998年,VISIO公司發佈IntelliCAD98——現在意義上的IntelliCAD誕生了。但是IntelliCAD似乎天生就是“剋夫命”,在“嫁”給VISIO不到2年,VISIO又被收購了。1999年,Microsoft收購Visio,但收購不包括IntelliCAD(另一種說法是收購後Microsoft又售出了IntelliCAD)。

此時AutoCAD憑藉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後。離開Visio後的IntelliCAD決定尋求一種新的商業模式。於是IntelliCAD Technology Consortium (ITC)組織誕生了,ITC採用半公開程序代碼方式,任何對IntelliCAD有興趣的公司,都可以花錢取得程序代碼經修改後,公開發售。但是所有修改都必須對ITC公開,而且發售時必須帶上IntelliCAD的標記。目前最新的IntelliCAD版本,宣稱支持DWG 2008。

IntelliCAD爲人詬病最多的是本身的BUG很多,中望和浩辰都對IntelliCAD進行過非常大量的修改,據稱累計修改BUG超過4000個。因此基於IntelliCAD平臺的產品穩定性依賴於開發者的技術水平和投入。

以IntelliCAD爲核心的自主版權CAD的異軍突起,使得目前中國二維CAD市場呈現Autocad、完全自主知識產權CAD和IntelliCAD爲核心的自主版權CAD三足鼎立的局面。

  1.2 三維CAD的“核”戰爭

事實上,從CAD的發展歷史來看,CAD起初並不分爲“二維”、“三維”。在上世紀50~60年代,計算機圖形學的發展突飛猛進,二維繪圖和曲面線條造型已經取得巨大的成就並形成了公認的標準,於是科學家將視角轉向實體造型技術。

1968年,日本衝野教郎(Norio Okino)教授第一個將實體概念引入三維幾何造型並主持研發了TIPS系統。二維CAD和三維CAD從此開始“分道揚鑣”。

時間進入到上世紀70年代,世界各個工業強國的飛機和汽車工業的蓬勃發展。此間飛機及汽車製造中遇到了大量的自由曲面問題,當時只能採用多截面視圖、特徵緯線的方式來近似表達所設計的自由曲面。由於三視圖方法表達的不完整性,經常發生設計完成後,製作出來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足要求也無法保證,所以還經常按比例製作油泥模型,作爲設計評審或方案比較的依據。既慢且繁的製作過程大大拖延產了產品的研發時間,要求更新設計手段的呼聲越來越高。

1972年美國羅切斯特(Rochester)大學沃爾克(cker)教授開始研製PADL系統。1979年起沃爾克進一步聯合美國工業界力量,在國家科學基金委的支持下開發了PADL-2.0系統,於1982年推出試用版。當時美國的Unigraphics(簡稱UGS,現在SIEMENS PLM Software的前身),Calma, Auto-trol, AutoCAD12版都使用PADL2作爲自己CAD/CAM商品系統的實體造型模塊。

當時正處於冷戰時期,三維CAD技術作爲一種有效提升一個國家工業能力尤其是航空航天等國防工業能力的技術被嚴密保護起來。只有少數軍工企業纔有條件研製和使用該項技術。例如:由美國洛克希德(Lochheed)公司支持研發了CADAM系統;美國通用電氣(GE)公司開發了CALMA系統;美國波音(Boeing)公司支持開發了CV系統;美國國家航空及宇航局(NASA)支持開發了I-DEAS系統;美國麥道(MD)公司開發了UG系統;法國達索(Dassault)公司開發了CATIA系統……

於此同時,一些較強的汽車企業也開始利用商品化的三維CAD技術,摸索開發自己的曲面造型軟件。例如德國大衆汽車公司開發了SURF系統;美國福特汽車公司開發了PDGS系統;法國雷諾汽車公司開發了 EUCLID系統……

嚴格來說,這個時候的三維CAD只是爲了滿足解決複雜曲面造型的需求而設計,並沒有達到真正意義上的“實體”。