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機(jī)械CAD的應(yīng)用及發(fā)展前景
吳璞 2009/6/27
（接上頁(yè)）標(biāo)準(zhǔn)外，面向應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件（零部件庫(kù)）、標(biāo)準(zhǔn)化方法也已成為CAD系統(tǒng)中的必備內(nèi)容，且向著合理化工程設(shè)計(jì)的應(yīng)用方向發(fā)展。
傳統(tǒng)形式的手畫(huà)工程圖已經(jīng)有了成熟的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，相互都能理解。而存儲(chǔ)在磁盤(pán)、光盤(pán)上的形形色色的CAD二進(jìn)制數(shù)字記錄，要想實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化就復(fù)雜、困難得多。從80年代中期起，ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織著手醞釀制訂這類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，稱作ISO10303《產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達(dá)與交換標(biāo)準(zhǔn)》，簡(jiǎn)稱STEP【13】。它要涵蓋所有人工設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，采用統(tǒng)一的數(shù)字化定義方法。由于STEP標(biāo)準(zhǔn)涉及的面非常寬，眾口難調(diào)，標(biāo)準(zhǔn)的制定過(guò)程十分緩慢，存在問(wèn)題很多。而在我國(guó)，CAD應(yīng)用工程的實(shí)施具有更加嚴(yán)密的組織領(lǐng)導(dǎo)體系，而且實(shí)際從事CAD應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)的單位相對(duì)比較集中，起步比國(guó)外晚，不存在要與過(guò)去開(kāi)發(fā)的老系統(tǒng)保持兼容問(wèn)題。如果我國(guó)采取主動(dòng)貫徹STEP積極思想的方針，不糾纏于過(guò)分繁瑣的技術(shù)細(xì)節(jié)，針對(duì)我國(guó)的現(xiàn)實(shí)需要和技術(shù)發(fā)展前景，及早統(tǒng)一協(xié)調(diào)自主開(kāi)發(fā)軟件的數(shù)據(jù)模型，這將有助于推動(dòng)國(guó)內(nèi)CAD界的學(xué)術(shù)研究風(fēng)氣，促進(jìn)CAD軟件開(kāi)發(fā)水平的大幅度提高。這種主動(dòng)出擊的策略要比單純等待STEP標(biāo)準(zhǔn)草案一版一版更新有利得多�；仡櫄v史，CAD和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定總是滯后于市場(chǎng)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。CAD產(chǎn)品更新頻繁。誰(shuí)家產(chǎn)品的技術(shù)思想領(lǐng)先，性能最好，用戶最多，主導(dǎo)了市場(chǎng)，誰(shuí)就是事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。CAD技術(shù)的發(fā)展不是一種純學(xué)術(shù)行為，它是在高技術(shù)產(chǎn)品所固有的激烈市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中不斷向前推進(jìn)，永無(wú)止境。
CAD軟件一般應(yīng)集成在一個(gè)異構(gòu)的工作平臺(tái)之上，為了支持異構(gòu)跨平臺(tái)的環(huán)境，就要求它應(yīng)是一個(gè)開(kāi)放的系統(tǒng)，這里主要是靠標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。
目前標(biāo)準(zhǔn)有兩大類(lèi)：一是公用標(biāo)準(zhǔn)，主要來(lái)自國(guó)家或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定單位；另一是市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)，或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，屬私有性質(zhì)。前者注重標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放性和所采用技術(shù)的先進(jìn)性，而后者以市場(chǎng)為導(dǎo)向，注重考慮有效性和經(jīng)濟(jì)利益。后者容易導(dǎo)致壟斷和無(wú)謂的標(biāo)準(zhǔn)戰(zhàn)。通過(guò)總結(jié)這個(gè)領(lǐng)域幾十年標(biāo)準(zhǔn)化工作的經(jīng)驗(yàn)，不少標(biāo)準(zhǔn)化專(zhuān)家已認(rèn)識(shí)到存在的問(wèn)題，這已經(jīng)成為進(jìn)一步制定標(biāo)準(zhǔn)的障礙。因此提出應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作進(jìn)行革新。有專(zhuān)家建議標(biāo)準(zhǔn)革新的目標(biāo)是公用標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變成工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也就是說(shuō)革新后仍應(yīng)以公用標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，不過(guò)要從工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中吸收其注重經(jīng)濟(jì)利益和效率的優(yōu)點(diǎn)。另外，也有人提出現(xiàn)在制定標(biāo)準(zhǔn)的單位很多，但是標(biāo)準(zhǔn)制定過(guò)程卻沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)，這也是標(biāo)準(zhǔn)革新過(guò)程中值得考慮的問(wèn)題。這些觀點(diǎn)對(duì)我國(guó)制定CAD標(biāo)準(zhǔn)也許有所啟迪。
3.2開(kāi)放性
CAD系統(tǒng)目前廣泛建立在開(kāi)放式操作系統(tǒng)窗口95／98／NT和UNIX平臺(tái)上，在Java LINUX平臺(tái)上也有CAD產(chǎn)品，此外CAD系統(tǒng)都為最終用戶提供二次開(kāi)發(fā)環(huán)境，甚至這類(lèi)環(huán)境可開(kāi)發(fā)其內(nèi)核源碼，使用戶可定制自已的CAD系統(tǒng)。
3.3集成化
CAD技術(shù)的集成化體現(xiàn)在三個(gè)層次上：其一是廣義CAD功能CAD/CAE/CAPP/CAM/CAQ/PDM/ERP經(jīng)過(guò)多種集成形式成為企業(yè)一體化解決方案，推動(dòng)企業(yè)信息化進(jìn)程。目前創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力（CAD）與現(xiàn)代企業(yè)管理能力（ERP、PDM）的集成，已成為企業(yè)信息化的重點(diǎn)；其二，是將CAD技術(shù)能采用的算法，甚至功能模塊或系統(tǒng)，做成專(zhuān)用芯片，以提高CAD系統(tǒng)的效率；其三是CAD基于網(wǎng)絡(luò)計(jì)算環(huán)境實(shí)現(xiàn)異地、異構(gòu)系統(tǒng)在企業(yè)間的集成。應(yīng)運(yùn)而生的虛擬設(shè)計(jì)、虛擬制造、虛擬企業(yè)就是該集成層次上的應(yīng)用。
國(guó)際CAD商品系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的另一個(gè)趨勢(shì)是在全球范圍內(nèi)優(yōu)選最成功的功能構(gòu)件，進(jìn)行集成。至今最成熟的幾何造型平臺(tái)有兩家：Parasolid和ACIS；幾何約束求解構(gòu)件有一家，它的主要產(chǎn)品是2D和3D DCM【12】。我國(guó)開(kāi)發(fā)的機(jī)械CAD應(yīng)用系統(tǒng)已經(jīng)部分采用ACIS和Parasolid平臺(tái)，這是合理的。但是國(guó)際上近來(lái)又有一種思潮，要求軟件開(kāi)發(fā)自由化，以免受制于一、二家公司壟斷性產(chǎn)品的束縛。這就是選用Linux操作系統(tǒng)以及在它基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)各種共享軟件，開(kāi)放源程序。我國(guó)也在醞釀自主開(kāi)發(fā)因特網(wǎng)、操作系統(tǒng)、以及各種辦公的國(guó)產(chǎn)化系統(tǒng)。這時(shí)，自研制幾何造型通用平臺(tái)和各種功能構(gòu)件也將提上議事日程，我們要及早做好準(zhǔn)備。
3.4智能化
設(shè)計(jì)是一個(gè)含有高度智能的人類(lèi)創(chuàng)造性活動(dòng)領(lǐng)域，智能CAD是CAD發(fā)展的必然方向。從人類(lèi)認(rèn)識(shí)和思維的模型來(lái)看，現(xiàn)有的人工智能技術(shù)對(duì)模擬人類(lèi)的思維活動(dòng)（包括形象思維、抽象思維和創(chuàng)造性思維等多種形式）往往是束手無(wú)策的。因此，智能CAD不僅僅是簡(jiǎn)單地將現(xiàn)有的智能技術(shù)與CAD技術(shù)相結(jié)合，更要深入研究人類(lèi)設(shè)計(jì)的思維模型，并用信息技術(shù)來(lái)表達(dá)和模擬它。這樣不僅會(huì)產(chǎn)生高效的CAD系統(tǒng)，而且必將為人工智能領(lǐng)域提供新的理論和方法。CAD的這個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，將對(duì)信息科學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生深刻的影響。
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