CAD工具趨勢(shì)之我見(jiàn).doc

CAD工具趨勢(shì)之我見(jiàn) 撰文/張成 張成，創(chuàng)客，產(chǎn)品及市場(chǎng)分析師。在CAD和PLM領(lǐng)域有近七年工作經(jīng)驗(yàn)，并對(duì)IOT，機(jī)器視覺(jué)及VR行業(yè)有強(qiáng)烈的興趣愛(ài)好。畢業(yè)后一直供職于某PLM公司，業(yè)余時(shí)間創(chuàng)立3D打印機(jī)公司,并致力于DIY三維重構(gòu)軟件。作為開(kāi)源軟件和硬件的倡導(dǎo)者和實(shí)踐者，一直積極參加及建設(shè)當(dāng)?shù)氐膭?chuàng)客空間的活動(dòng)中。 （zebrajack163.，微信：Zebrajack） 20世紀(jì)60年代，CAD開(kāi)始進(jìn)入工程師的手中。但一直到90年代初，CAD對(duì)大部分工程師來(lái)說(shuō)依然是個(gè)高大上的玩意，并不是每個(gè)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(tái)的普及以及PC產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展逐步瓦解，CAD終于可以以相對(duì)廉價(jià)的成本成為每個(gè)工程師的助手。20年過(guò)去后，我們又進(jìn)入了另一個(gè)技術(shù)革新的快車道：移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等接踵而來(lái)。當(dāng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)隨著時(shí)代的潮流不斷變化，那CAD在新形勢(shì)下的動(dòng)向便成為一個(gè)很有趣的話題。人們總是高估短期而低估長(zhǎng)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(wǎng)） 隨著智能傳感器的價(jià)位不斷降低，智能產(chǎn)品和行業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的呼聲越來(lái)越高。顯然產(chǎn)品不再是一錘子買(mǎi)賣，生產(chǎn)商和終端用戶的交互越來(lái)越多。無(wú)論是可能出現(xiàn)的新型商業(yè)模式，還是更高效的營(yíng)銷和售后模式，這些都對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)產(chǎn)生了極大的影響。 1.系統(tǒng)工程 智能的產(chǎn)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(tuán)隊(duì)，當(dāng)下產(chǎn)品中的自動(dòng)化和軟件的比重越來(lái)越大。如何將眾多傳感器有效嵌入到原來(lái)的硬件產(chǎn)品中，如何保證產(chǎn)品后續(xù)更便捷的升級(jí)和維護(hù)，這些無(wú)疑都拓展了傳統(tǒng)的CAD功能。CAD不再僅僅著重于機(jī)械部分，而是以三維模型為紐帶，將軟控部分的設(shè)計(jì)雜糅進(jìn)來(lái)。傳統(tǒng)的軟件廠商已經(jīng)行動(dòng)起來(lái)了，達(dá)索V6平臺(tái)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(xué)科的仿真能在早期驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性。 達(dá)索及其他廠商首先針對(duì)的是復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)：比如飛機(jī)汽車的設(shè)計(jì)。但這對(duì)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(yīng)該對(duì)設(shè)計(jì)方法論的探索和養(yǎng)成。 2.IOT反饋的設(shè)計(jì) IOT是個(gè)很大的命題。其顯著的特點(diǎn)是提高產(chǎn)品的運(yùn)營(yíng)效率。但對(duì)于CAD設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，顯然收集過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)對(duì)進(jìn)一步改進(jìn)產(chǎn)品有很大的參考作用。針對(duì)不同區(qū)域和不同人群下的變形設(shè)計(jì)也好；針對(duì)硬件和軟件迭代設(shè)計(jì)也好，它都有明確的量化和指導(dǎo)意義。當(dāng)阿里巴巴在提攜C2B的淘工廠時(shí)，我們的工廠也應(yīng)該思考一下如何從設(shè)計(jì)層面深化C2B。 二、創(chuàng)客運(yùn)動(dòng) 1.開(kāi)源CAD及細(xì)分市場(chǎng)的CAD 對(duì)于眾多的草根創(chuàng)客而言，購(gòu)買(mǎi)昂貴的工業(yè)設(shè)計(jì)軟件顯然不靠譜。但是他們的需求其實(shí)并不需要過(guò)于復(fù)雜的功能。在這種情況下，一些開(kāi)源或者的CAD開(kāi)始在創(chuàng)客間逐步流行起來(lái)。比如FreeCAD,openSCAD,tinkerCAD等?；蛟S對(duì)很多專業(yè)人員來(lái)說(shuō)，這些軟件很小兒科。但是專業(yè)的軟件往往需要耗費(fèi)更長(zhǎng)時(shí)間學(xué)習(xí)。而這類開(kāi)源軟件往往能夠快速解決其需求。 除了的軟件，市場(chǎng)上也出現(xiàn)了針對(duì)創(chuàng)客群體的CAD，比如Autodesk的Fusion360，它主打在線存儲(chǔ)及線上協(xié)同。當(dāng)然其設(shè)計(jì)功能遠(yuǎn)比開(kāi)源的軟件強(qiáng)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(diǎn)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(shù)建模的環(huán)境中，它已逐漸在其他軟件中變成了標(biāo)配。有別于專業(yè)的CG設(shè)計(jì)師需要深厚的美術(shù)功底。分形建模明顯將控制自由曲面的難度系數(shù)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(jī)的流行 打印機(jī)的再次流行除了專利開(kāi)放以外，很重要的原因在于眾多創(chuàng)客需要利用3D打印機(jī)做出產(chǎn)品。對(duì)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(jī)才能幫助他們快速地以低成本的方法構(gòu)建出產(chǎn)品。 創(chuàng)客們需要在CAD和獨(dú)立的前處理軟件間倒騰數(shù)據(jù)。尤其是當(dāng)有些第三方數(shù)據(jù)破損的情況下，事情就會(huì)變得更加復(fù)雜。如何簡(jiǎn)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(shù)據(jù)的處理融入進(jìn)來(lái)。但是在數(shù)據(jù)修復(fù)和修改上依然有改進(jìn)的空間。 三、云計(jì)算 云計(jì)算這類底層架構(gòu)的技術(shù)是彈性計(jì)算能力的骨架。雖然說(shuō)CAD和設(shè)計(jì)工具當(dāng)下并沒(méi)有受到很大的影響。但已經(jīng)有若干公司在這個(gè)領(lǐng)域耕耘了，其中onshape是典型代表。我們需要關(guān)注其最重要的兩個(gè)特點(diǎn)。 1.無(wú)限量計(jì)算資源 最容易想到的便是CAE有限元分析通過(guò)分布式算法加快運(yùn)算的進(jìn)程。對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)不需要購(gòu)買(mǎi)和升級(jí)昂貴的硬件來(lái)支持這類高性能運(yùn)算。同時(shí)這為CAE軟件的研發(fā)提出了新的要求：基于分布式運(yùn)算的研發(fā)?；蛟S在很多人眼里，將CAD搬到云端沒(méi)有太大必要，但是他對(duì)于簡(jiǎn)化CAD龐大的數(shù)據(jù)管理將會(huì)是個(gè)很大的福音：PDM和CAD將會(huì)合二而一，不需要將數(shù)據(jù)不斷地checkin/out工程師們可以做到真正的實(shí)時(shí)協(xié)同，可以在線合并不同的設(shè)計(jì)（不沖突的情況下）。 2.IT運(yùn)維的簡(jiǎn)化 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件的分發(fā)是個(gè)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(lái)統(tǒng)一模板等。但是很多繁瑣的事情將變成歷史?；谠频腃AD將可以讓設(shè)計(jì)師在任何地點(diǎn)，任何時(shí)間，任何設(shè)備上同步最新的部署。 暢想一下近期和可能預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，以下幾點(diǎn)應(yīng)該會(huì)引起更多的關(guān)注。 四、機(jī)器學(xué)習(xí)（大數(shù)據(jù)和機(jī)器智能結(jié)合）驅(qū)動(dòng)的CAD設(shè)計(jì) 關(guān)于人工智能，很多激進(jìn)的人認(rèn)為這在未來(lái)一定會(huì)發(fā)生，并認(rèn)為未來(lái)機(jī)器會(huì)控制98%的人。底層的技術(shù)，當(dāng)下有公司在做，但沒(méi)有太形成規(guī)模。筆者站在中立的立場(chǎng)來(lái)看，認(rèn)為其依然處于初期。假如說(shuō)未來(lái)的機(jī)會(huì)是將所有的任務(wù)打上AI的標(biāo)簽的話。那么智能的CAD當(dāng)然是個(gè)值得討論的話題。 就目前來(lái)說(shuō)，我們是可以嘗試將設(shè)計(jì)本身半自動(dòng)化的。有別于傳統(tǒng)的基于“知識(shí)工程”下的設(shè)計(jì)自動(dòng)化，軟件工程師在探索利用機(jī)器學(xué)習(xí)研究零件間的上下文及裝配關(guān)系。想象一下，當(dāng)軟件盡可能地將行業(yè)類的模型都學(xué)習(xí)了一遍，那么它就可以主動(dòng)地為設(shè)計(jì)提供可靠的建議。當(dāng)然，當(dāng)我們綜合了機(jī)構(gòu)的上下文，設(shè)計(jì)理論的上下文以后，它會(huì)變得越發(fā)強(qiáng)大。 五、3D打印的成熟 當(dāng)3D打印發(fā)展到一定程度，就可以打印功能性的零件。但當(dāng)下可能的趨勢(shì)更強(qiáng)調(diào)增材制造和減材制造的融合。尤其是針對(duì)金屬打印來(lái)說(shuō)，先利用直接/選擇性激光燒結(jié)打印出零件，再利用傳統(tǒng)的NC機(jī)床進(jìn)行精加工。但這種混合加工對(duì)我們的CAD/CAM提出了挑戰(zhàn)，如何控制激光的功率和溫度來(lái)保證打印質(zhì)量，如何安排和控制這種混合加工的流程。這些問(wèn)題依然等待我們?nèi)?shí)踐和完善。 其實(shí)更令我們覺(jué)得激動(dòng)人心的是基于各類新材料的設(shè)計(jì)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(zhǎng)足進(jìn)步會(huì)大大影響設(shè)計(jì)理念，尤其是增材制造可以在各個(gè)局部融入不同的材料。這個(gè)時(shí)候的設(shè)計(jì)，仿真驗(yàn)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(shè)計(jì)?？梢韵胂蟮贸觯簜鹘y(tǒng)離散型制造業(yè)冗長(zhǎng)的工藝流程會(huì)大大縮短。 六、向自然界學(xué)習(xí) 這一項(xiàng)很大部分是由打印機(jī)技術(shù)成熟而驅(qū)動(dòng)。我們都知道很多時(shí)候大自然的選擇就是進(jìn)化了多年的最優(yōu)設(shè)計(jì)。但是由于其造型過(guò)于復(fù)雜，導(dǎo)致了其無(wú)法加工。比如說(shuō)鏤空的鳥(niǎo)骨頭便是個(gè)典型的例子。尤其是在醫(yī)療器械領(lǐng)域，這類設(shè)計(jì)變得尤為重要。 當(dāng)造型本身可以突破傳統(tǒng)加工的限制，我們的幾何拓?fù)鋬?yōu)化可以不再拘泥于特定的邊界條件。尤其是當(dāng)我們能靈活調(diào)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(rèn)為它會(huì)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(fèi)3D內(nèi)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(nèi)容便是一個(gè)值得我們思考的問(wèn)題。 長(zhǎng)期以來(lái)，CAD都是專業(yè)人士的活兒。但是VR的消費(fèi)化卻促使普通人能夠如拍照片那樣創(chuàng)建三維內(nèi)容。但顯然我們不太可能沿用傳統(tǒng)CAD的做