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从 Romulus parasolid到ACIS 精益求精锲而不舍的CAD软件典范
时间: 2022-03-16
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英国剑桥一瞥

1982年3月份,北航703飞机制造工艺教研室为了开展CAD研究,引进了DECLSI-11/23小型机、 Tektronix 4114图形终端和GINO-F通用图形软件,3月去剑桥CAD中心接受 GINO-F的培训,同时考察 ShapeData/ Romulus和CIS/ Med实体造型系统,看到了英国CAD产业发展的一个缩影。


CAD中心由剑桥大学与英国政府共同创建于1967年,专门从事CAD软件的开发和营销,产品有 POLYSURF曲面造型、GNC数控加工编程和PDMS流程工厂设计等,1983年实现私有化。

ShapeData公司占用一栋三层住宅楼,共20人,其中15人作研究开发。硬件环境是一台ⅤAX-11/780超小型机,用 Prime机作为联网节点,图形终端是 Tektronⅸx4014存储管,并配置E8S PS300高档显示器。当时 Romulus已卖出25套,目标码3万英磅, Fortran源码再加3万英磅。Ferranti机床公司将 Romulus纳入CAM-X中用作加工编程,转卖出15套。Medusa输入二维多视图建立多面体模型,主要研制人员工4人,都来自CAD中心。1980年4月,开始销售 PRIME小型机版,售价2.5万英磅,已售出70套。Medusa以后并入CV系统,在我国有一定数量的用户。

Romulus的变异发展之路

剑桥大学CAD实验室是英国发展CAD的源头,1973年 Ianbraid在此完成了”体素设计“博士论文,毕业后留校继续完善论文内容,研制了 Build-1和Buld-2两个新的实验系统, Build-2用最新的 Algol68语言编写。1974年创建ShapeData公司,技术骨干共3人:Brad以及他的导师Charles Lang和同窗Alan Grayer。Lang原来在美国MIT访问,召回参与筹建CAD实验室。Grayer研究平面零件的数控加工自动编程。还聘请了擅长开发机械设计专用系统的荷兰人 PeterVeenman作市场策划。Romulus使用 Fortran语言,1978年推向市场。

1981年美国 Evans&Sutherland公司收购了 ShapeData,并在Braid等支持下从1986年起着手用C语言开发美国版权的第二代实体造型系统 Parasolid,其中增强了二次曲面造型、交互查询几何数据和局部修改形状等功能。1988年G接管 Parasolid,并用它取代了原来的PADL-2。在UG的精心维护下Parasolid运行越来越稳定,成为国际通用的一种几何平台。

1986年美国成立 SpatialTechnology公司,从事开发基于 NURBS的新一代CAD通用几何平台。其中 NURBS曲面功能用波音公司1980-1985年开发的CAD系统TIGER作为基础,实体功能从国际上流行的16种产品中优选,决定请 Braid合作。新产品于1989年12月上市,命名为ACIS1.0版。ACIS就是 Alan Grayer,Charles Lang,Ian Braid和 Solid的字首。

ACIS的目标是提供世界上最好的三维几何平台,专供CAD厂商进行增值开发和大学、研究所进行CAD研究。1993年6月, Autodesk与 Spatial签约,用ACIS平台开发了MDT三维机械设计系统,成为ACIS的最大用户。嗣后又重新研制了操作性能更好的 Inventor系统。

Autodesk的技术副总裁 Dominic Gallello依然感到不满足,还想改进 Inventor,于是从 Spatial买下ACIS版权,从体系结构上加强它对装配件建模的支持。改造中的ACIS称作 Shape Manager.。2000年7月达索收购ACIS后, Braid等宣布退出业界。从1970年算起, Braid等三人合作共事,专注于发展实体造型软件长达30年之久,使之达到国际领先这在CAD发展史上可能是独一无二的范例。

精品策略和与时俱进是成功之本

从1968年起各国学者提出了多种表示三维形体的建模方法。日本北海道大学油野教郎( Norin Okino)采用类似于APT加工编程的语言用代数表示形体的各部分表面,再用密集的三组正交平面切割这些表面,用消隐后的网络线表示形体。美国 Rochester大学的 H B Voelcker和 A A G Requicha提出了基本体素的集合运算理论,并依此研制了PADL-1和PADL-2系统。UG和 AutoCAD曾采用PADL-2作为自己的实体系统,效果都不好。I-DEAS在 GEOMOD中采用小平面逼近的多面体近似模型和精确NURBS曲面模型并存的方法,多面体近似模型占用存储空间大,同样不够实用。还有八叉树细分模型、欧拉操作模型,最终都未成为主导方法。惟独 Braid采用精确表示的裁剪曲面建模,算法最难,曲面求交和边界环的集合运算至今仍是两大难题,但是长期实践表明,这种边界表示模型最简洁有效。ACIS采用面向对象结构,有利于应用开发,但是算法稳定性一开始不如 Parasolid。

Parasolid用C语言,体系结构不如ACIS清晰,但由于UG的长期维护,稳定性在一段时间内曾占优势。由于 Parasolid和ACIS都是面向零件建模,当应用于复杂产品的装配建模时,难免显出不足,于是 Gallello又着手改造ACIS。

总之,由于CAD中存在某些艰深的难点,而且产品设计的应用面极宽,浅尝辄止、一曝十寒、知难而退都将劳而无功。除了实体造型外类似的小而精CAD软件还有GINO-F图形处理、DCM几何约束求解、DUCT( DELCAM)模具设计加工等。这些软件的技术骨干都出自于剑桥大学,都在长期的坚持中不断追求完美而得到稳定发展,这就很值得我们深思。