CAD产业发展的回顾与思考_之四_PTC_ProE参数化特征设计新天地
34?中国制造业信息化?２００５年４月
要求三维ＣＡＤ实用化
Ｐａｒａｓｏｌｉｄ和Ｍｅｄｕｓａ等都属于体素拼合系统，将立方体、圆柱体、圆锥体等用类似于搭积木的方法组装成机械零件，这种操作方式并不符合设计师勾画产品草图时的构思习惯，而且无法表示自由曲面形体。当时ＣＡＤ软件提供的三维设计工具是线框造型，让设计师在二维的构造平面上画图，由计算机自动将构造平面上的二维图变换成产品模型空间中的三维图，然后手工将线框蒙面，产生完整的三维表面模型。与此同时，早在１９７８年ＭＩＴ Ｄａｖｉｄ Ｇｏｓｓａｒｄ教授就提出了用功能形素设计产品的思想，例如机械中的传动轴是由轴体、螺纹段轴颈、退刀槽、法兰盘、键槽等构成，利用产品的功能结构知识，可以通过特征语义进行推理，指导产品的智能化设计和ＣＡＤ／ＣＡＰＰ／ＣＡＥ／ＣＡＭ集成。于是特征设计的理论研究在１９８５年后迅猛展示，纷纷研制了多种试验系统，莫衷一时。在这种形势下ＳａｍｕｅｌＧｅｉｓｂｅｒｇ脱颖而出，提出了参数化特征造型的发展途径，并且组建了Ｐａｒａ－
ｍｅｔｒｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ公司， 推出Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ产品，为ＣＡＤ三维设计树立了新的常规。
Ｓａｍｕｅｌ Ｇｅｉｓｂｅｒｇ的功绩
ＣＡＤ是高技术，它的每一个重大进步都有代表性人物的创新思维和研究成
果作支持。１９６３年Ｉ Ｅ Ｓｕｔｈｅｒｌａｎｄ 的ＳＫＥＴＣＨＰＡＤ交互绘图系统博士论文促成了ＣＡＤＡＭ系统的开发，１９６２－１９６８年 Ｓ Ａ Ｃｏｏｎｓ和Ｐ Ｅ Ｂéｚｉｅｒ 的曲面理论对ＣＡＤ曲面造型起了奠基作用，１９７０－１９７９年Ｉ Ｃ Ｂｒａｉｄ的研究工作保证了边界表示法实体造型的成功。但是Ｂｒａｉｄ在算法中只考虑二次规则曲面体素，并未过问自由曲面，因为后者的求交、裁剪的数学处理更要难得多。
Ｓａｍｕｅｌ Ｇｅｉｓｂｅｒｇ出生于苏联，在列宁格勒大学任数学教授，１９７４年３７岁时来到美国，先在ＣＶ工作，后来转到Ａｐｐｌｉｃｏｎ领导实体造型组。他的改革思想未被Ａｐｐｌｉｃｏｎ公司接受，在Ａｄａｇｅ公司的资助下于１９８５年组建ＰＴＣ公司，并用ＰＣ／ＡＴ机研制了实验系统，进一步获得了３００万美元的投资。１９８７年１１月当Ｐｒｏ／Ｅ在ＡｕｔｏＦＡＣＴ上首次展示时引起观众的轰动。Ｐｒｏ／Ｅ发展了三维线框设计的思想，首先建立基准面，在基准面上勾画二维草图，用扫成方法将二维轮廓线引伸成三维形体。依次更换作图平面，尽量用显式操作生成形体，避免面面搜索求交、裁剪的集合运算。随时记录每个特征形素的生成操作过程，当修改某些标注尺寸值后，用尺寸
ＣＡＤ产业发展的回顾与思考（之四）
ＰＴＣ／ＰｒｏＥ参数化特征设计新天地
■我国ＣＡＤ／ＣＡＭ领域著名专家，北京航空航天大学教授，博士导师
唐荣锡
作者近照
驱动方法修改相应二维轮廓线，重新运行零件设计过程的全部操作命令，由此实现了参数化特征建模。Ｐｒｏ／Ｅ的总体目标是使曲面、实体、参数化特征设计融为一体，可以任意构造复杂零件和装配件，而且修改设计方便。它的发展过程并非一帆风顺，最大难点在于集合运算中的曲面求交、裁剪运算和参数化草图设计中的几何约束求解不能迅速达到可靠、高效，这就要求数学家深入钻研，努力突破某些技术关键。ＳａｍｕｅｌＧｅｉｓｂｅｒｇ的最大功绩在于发挥了他的数学专长，紧密结合ＣＡＤ工程应用实践和软件开发技术，排除各种非议，使Ｐｒｏ／Ｅ得到普遍接受，为ＣＡＤ技术发展树立了一个崭新的里程碑。
ＣＡＤ产业呼唤数学家
ＣＡＤ必须要有坚实的数学理论作为基础，但是光靠数学理论还不够，还要将理论变成得心应手的软件产品和针对工程应用中的各种特殊情况不断开拓新的处理技术。这方面的例子很多。英国剑桥大学工程系约从１９７７年起用Ｂéｚｉｅｒ曲面研制了ＤＵＣＴ设计加工系统，利用一条脊椎线（Ｓｐｉｎｅ）和垂直于脊椎线的一组剖面线构造出形状复杂的涡轮泵壳体、带手把孔的塑料瓶、汽车排气管等，构思非常巧妙。英国Ｊｏｈｎ Ｏｗｅｎ于１９８９年创建Ｄ－Ｃｕｂｅｄ公司，开发了几何约束求解软件ＤＣＭ，从二维发展到三维，以后又增加了几何形体的撞碰和间隙检测等功能，从１９９０年起已有１３０家ＣＡＤ公司签约将ＤＣＭ组件纳入自己的
２００５年４月?中国制造业信息化?
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产品中。美国Ｇｅｏｍａｇｉｃ公司创建于１９９６年，专作逆向工程几何建模和测量验证软件，创始人是奥地利数学家ＨｅｒｂｅｒｔＥｄｅｌｓｂｒｕｎｎｅｒ，产品性能在同行业中名列第一，有多项算法申请了专利。除此之外，凡是成功的ＣＡＤ公司都聘请了资深数学家从事深层次的软件开发、维护。很多问题看似简单，但在ＣＡＤ应用中却很难处理，必须另谋对策，研究工
作越来越走向深入。但是在公司间激烈竞争机制下这些研究成果决不公开发表。于是企业的优胜劣汰更加加速，惟独市场占有率高的优胜企业才能从丰厚收益中提取足够的研究开发资金稳住优秀人才，保持产品的持续高速发展。
风险投资，ＰＴＣ成长必要条件
美国的学术研究非常繁荣，它是建
立在坚实的工业应用的基础上。在机械工程和计算机系，高校的学术研究比工业界领先５－１０年。只要你从事的是一项非常有生命力并代表社会发展方向的研究，马上就有人来帮你商品化，并从华尔街找来钱，三到五年内把产品和公司做上市。Ｃｉｓｃｏ是这样产生的，Ｇｏｏｇｌｅ也是这样产生的，还有数不清的公司都是这样产生的。
■本刊记者 江彦
Ｃｈｒｉｓ Ｇａｒｃｉａ，是美国ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ公司研发副总裁。每年，他将两次到中国进行工作访问，一方面了解中国用户的最新市场需求，另一方面，他还要到杭州与叶修梓博士带领的团队——事实上的
ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ公司在全球的第五个研发中心进行工作研讨和检查。
今年２月２６日，记者专程到杭州就本刊所关注的问题采访了ＣｈｒｉｓＧａｒｃｉａ先生。
记者：ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ作为国际知名的、并且是三维ＣＡＤ技术研究领先供应商，对未来三维ＣＡＤ技术发展趋势的判断，三维ＣＡＤ技术是否还会有较大的突破？同时，用户应用的发展有了哪些新的需求？
Ｃｈｒｉｓ Ｇａｒｃｉａ：首先，ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ不是一家ＰＬＭ供应商，ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ专注于三维ＣＡＤ软件开发，是一个从了解客户需求开始、为客户解决问题的公司。这就是我今天作为ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ公
访美国ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ公司研发副总裁Ｃｈｒｉｓ Ｇａｒｃｉａ
司的研发副总裁来到中国，了解中国制造业用户的产品设计需求的目的所在，也是我此行的重点。
中国制造业的崛起，已经成为“世界工厂”，我们了解中国制造业存在的一些问题，我相信，ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ可以在ＣＡＤ领域帮助中国制造业用户解决问题，做出重要的贡献。
关于ＣＡＤ技术和应用，我们注意到，用户的问题主要是性能、速度的问题，尤其是在超大型产品零件的装配方面，不仅是在中国，在全世界，这都是一个很关键性的问题。
ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ在全世界有许多用户，用户要设计单一个体的零件已经不是问题。但是，越来越多的用户应用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ软件设计大型装配文件，这是一个具有挑战性的问题。这不仅是ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ公司将面临的问题，而且是整个ＣＡＤ领域都将面临的问题，我们会把这个问题当作关键性的问题去解决。
为了解决性能、速度方面的问题，
Ｃｈｒｉｓ Ｇａｒｃｉａ简介：
Ｃｈｒｉｓ Ｇａｒｃｉａ，美国ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ公司研发副总裁，负责ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ公司所有软件产品的研制、开发、维护、发布、文档、翻译、质量保证、集成和系统管理工作。在加入ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ公司之前，Ｃｈｒｉｓ担任自动化软件提供商Ｘｙｇｅｎｔ， Ｉｎｃ．公司的董事长兼ＣＥＯ，并且是该公司的创始人。Ｃｈｒｉｓ还曾经担任自动化制造应用提供商ＴｅｃｎｏｍａｔｉｘＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓＩｎｃ．公司的管理职务，并且是该公司的Ｖａｌｉｓｙｓ软件产品线的创始人。
Ｃｈｒｉｓ
Ｇａｒｃｉａ先后获得美国ＳａｎｔａＣｌａｒａ大学商业管理硕士学位，ＳａｎＪｏｓｅ州立大学计算机科学与工程学士学位。
专注三维ＣＡＤ创业界领先