附录二 常见机械CAD软件简介 国际上有影响的CAD系统大致可分为两类：一类发展较早，系统庞大，称它们为传统型CAD系统；另一类是近几年发展起来的，功能新颖，虽然目前规模较小，但有较好的发展前景的，称它们为改进型CAD系统。当然这二者并无严格界限，而且它们之间技术上也正在相互渗透，处于共同发展之中。 传统型CAD系统，一般已有之十余年的历史。它们起源于60年代末或70年代初期。如CADDS是CV公司1969年推出，UGII是1975年起家，SDRC公司于1967年成立，CADAM系统是洛克希德飞机公司1965年着手研制，CATIA起源于1975年，还有像Applicon、Inter－graph、CDC的ICEM、Calma的DDM、Auto－Trol的S7000等也是在同一时期发展起来的。这些现代有名的CAD/CAM软件都是规模巨大、功能复杂的系统，它们开发的工作量已达数千人年．而且又有很多用户在这些支撑软件的基础上进行了大量的二次开发工作。因此，这些系统既要从技术上继续发展，又要照顾到现有用户工作的继承性，它们包袱沉重，处境困难。有些系统支撑不住，就被别的公司吞并，如CADAM。有的公司几经周折，改写或部分改写原有系统，有了新的发展，如Intergraph从1987年开始彻底改写原有的机械CAD/CAM系统成为I/EMS，CV公司全部重写了CADDS4系统等。有的公司购买或移植其他公司的优秀软件，以求改进自己系统的功能。如UG巨子1988年将Shape Data公司的Parasolid纳入UGI，集成效果好。Euclid移植了雷诺汽车公司的Unisurf和SurfAPT。CDC购买了Pro/Engineer的核心软件，AutoDesk公司计划买下Acts等。这些系统性能有很大改进，在竞争中求生存，在生存中继续发展，使它们的业务继续上升。传统型CAD系统大多数未在数据模式、系统结构、设计思想和用户界面等方面作根本性的改进。有文献指出：近一二十年来，虽然CAD/CAM事业终究在成长着，但缺乏技术上的突破。不像汽车制造技术那样，对汽车的安全可靠、车型式样、舒适方便及废气排放等方面做出了如此大的进步，达到了来预料的水平。而现今的CAD系统对许多用户来说使用太麻烦，三维CAD系统是如此复杂和不可靠，仅有极少数具有天赋的专家才能使用好它们。 从总体上看，现有CAD系统主要存在以下三方面问题： 从产品模型定义看。大部分系统不提供产品统一的完整的模型，如几何形状、尺寸公差、材料特性、表面状况、技术条件和工艺参数等要由不同系统提供，难以与后续环节CAM(CAPP、NC编程和加工)、质量保证和组织管理等方便集成，往往需要设计专门接口或进行复杂的数据交换。从工程设计方法看。大多数传统型CAD系统是几何驱动型，即它只能构造产品的最终几何模型。没有概念设计，初步设计和详细设计的统一环境，设计工作要顺序进行，难以实现平行工程，新产品设计中难以发挥真正的作用。从用户使用方便程度看。目前的系统菜单布满屏幕，有的深度达九层，过于繁杂，交互步骤太频繁。要有较高深几何造型理论概念的高级技术人员才能应用，难以为一般工程技术人员所掌握。 基于上述原因，近几年来涌现出几个新的改进型CAD系统，它们不是在原有系统上作些改进，而完全是新的设计，在不同方面作了较大的技术改进。这些新的CAD系统，有的作为一个核心软件出现，可以与其他CAD软件方便集成，组成系统。有的作为独立的CAD系统面向市场，向传统的CAD系统提出挑战，发动攻势，如Pro/Engineer。这些系统的共同特点是： 采用面向对象的数据库管理系统，不仅存储管理几何模型，还可以扩展描述产品的完整模型； 采用国际通用标准化的UNIX操作系统、X—window、PHIGS等开发环境，使系统独立干硬件，便于移植到不同机型； 在统一环境下处理线框、曲面、实体模型； 混合使用NURBS．和解析曲面，几何模型采用准确的边界表示；使用C＋十语言编程。 这些特点，基本上概括了新一代CAD系统的一些共同发展趋势。 90年代以来，随着计算机技术的飞速发展，计算机产品(包括软件)在走系统开放、标准化、模块化和专业化道路。CAD/CAM软件发展也出现类似的新趋势，如美国Spatial Technology公司采用优秀的ACIS几何建模软件。提出软件组件、软件总线、几何建模发动机和几何模型数据结构标准化等新概念；ACIS几何建模软件有可能成为一种世界建模标准，因此目前有相当一部分CAD/CAM软件开发商加入这一行列，共同采用ACIS几何建模软件作为CAD/CAM系统的核心或基础模块，然后在此基础上集中力量开发自己的更优秀的CAD系统，如Autodesk公司的Auto－CAD R13、Bentheysystem公司的Microstation、HP公司的Solid Designer、 3D/Eye公司的 Trispectives和加Intergraph公司的 Solid Edge等就属这类CAD系统，使传统的CAD/CAM软件公司南临新的严峻挑战。 1．传统型CAD系统 当前在国际范围内，最值得我们注意跟踪的机械CAD软件有法国达索公司的CATIA、美国麦道公司的UG巨、SDRC公司的互一DEAS、Applicon公司的Bravo、CDC公司的ICEM、Prime公司的CADDSS、法国的Euclid和美国的Intergraph等。，这些公司技术积累根底厚、系统功能强、集成度高，市场占有率大，业务经营有方，都有继续迅速发展的实力后盾。 (1) CADDSS系统 CADDS是美国CV(Computer vision)公司产品，CV公司是国际上最有影响的CAD/CAM技术方面的公司。早期，在1969年从美国DATA GENERAL公司分离出来时，仅是几个人的小公司。同年推出的CADDS设计和绘图系统，第一个装在当时的小型机上，1973年CV公司推出三维系统CADDS3，1981年CV公司推出新一代的CADDS4。CV公司为了增强自己在CAD/CAM市场上的竞争力量，于1983年7月买了英国剑桥CIS公司的Medusa软件。1988年CV公司增加了工业界第一个基于NURBS的实体造型功能，到1993年，该软件可在DEC、Sun和HP各种工作站上运行。CV公司的发展经历了曲折的道路。 80年代工作站的迅速发展，使当时以发展turnkey系统为主的CV公司陷于困境。不得不干1987年底并入Prime公司。但是，一度以生产小型计算机闻名的Prime公司自己，于1992年7月宣布关闭硬件部门，并将公司改组成为计算机软件与信息服务公司，重点发展CAD相关软件，又重新打起CV牌子。近年，CV公司在已经形成综合性的集成系统的基础上，为了改善系统的新能，CV公司将已花费几千八年的几百万行程序的系统CADDS4全部重新改写过，得到工业界的信任。在全世界已安装5万多套，具有70多个应用软件。CV公司的CADDSS最近赢得Cadcam杂志最高产品荣誉—六星级。CIMdata公司于1991年11月出版的“机械CAD购买指南(第一版)”为购买者介绍了基于实体的机械CAD系统，对11个具有先进实体建模系统进行了评估。CIMdata从各家公司产．品在用户界面、几何造型、装配及工程数据管理等方面进行综合性评测，其结果是CADDSS评价最高，总评列为第一。 主要功能及特点 ① CADDSS提供“参数模型设计”、“变量几何图形”及各种“特征”式的模型设计方法。由于采用参数化的几何图形实体，因此用户在设计时可考虑多种方案，修改资料会自动传递。采用参数模型设计，对同7系列零件，只需修改原来参数即可。CADDSS提供称为PDES/STEP的特征库，这时只需输入尺寸及位置即可。另外，用户可使用“Feature Teacher”软件，可自行建立特征，以满足使用需要。 ② CADDSS提供的数据管理系统是同时控制多项工程的工具。CADDSS除提供设计者统一的数据库外，其数据管理系统还可为设计、测试、制造、市场推广及维护部门提供全面信息。 ③ CADDSS是一个综合性的多功能CAD/CAM集成化系统，它不仅满足机械领域里各方面的CAD工作需要，而且在电子和工程建筑行业中也有很多用户。 (2) Unigraphics II (UG-II) CAD/CAM系统 UG一II起源于美国麦道(McDonnell Douglas)公司的产品，它是麦道公司从1975年买下一家小公司(United Computing Corporation)后发展起来的。其中麦道资讯系统分部有雇员 9500入，年营业额超过几亿美元。1991年11月并入美国通用汽车公司EDS分部，EDS现是世界上最大的软件公司，位居IT(Information Technology)榜首，共有7万名雇员，1991年营业额达八亿美元。 UG—II是一个集CAD、CAE和CAM于一体的机械工程辅助系统。适用于航空航天器、汽车、通用机械以及模具等设计、分析、制造工程。该软件可在HP/Apollo 9000/400，700系列、Sun Spare Station系统、DEC 5000系列、FujTSU－S－Family工作站上运行。自称安装总数近三万台，广泛用于航空、汽车、发动机和其他机械行业。 主要功能及特点: UG—II的曲面实体造型起源于英国形诺数据公司(Shape Data Ltd)的Parasolid系统，采用了标准的R—rep结构的实体模型。UG-II发展了概念(Concept)设计思想，即草图设计(Sketching)：基于“变量几何”的设计思想，通过修改参数而改变设计。基于特征的实体造型(Feature—based modelling)。尺寸驱动编辑功能(Dimension—driven Editing function)：用户利用编辑技术，指定草图的约束，特征参数和几何关系，利用尺寸驱动生成所需的实体模型。 UG—II具有统一的数据库，实现了CAD、CAE、CAM之间无数据交换的自由切换，实现2~2.5轴、3~5轴连动的复杂曲面加工和镗铣，能生成SIEMENS、FANUC等机床代码的后置处理。通过Manufacturing Operation模块，基于几何造型数据，可模拟和修改刀具路径。 UG—I提供二次开发工具GRIP、UFUNG、ITK，允许用户扩展UG—I功能。同时也以工业标准软件工具集(PARAsolid，Geometry Toolkit)提供用户，作为开发目的系统工具。 (3) I—DEAS系统 I—DEAS是美国SDRC(Structural Dynamics Research Corporation)公司机械设计自动化集成系统的软件产品。 该公司成立于1967年，早期以工程计算与结构分析为主，后来逐步发展为CAD/CAM软件公司。该公司共有4000余名职工，其中2000余名从事软件开发、维护与培训工作。从第5版本发展到第6版本共用了1150人年，从第6版本更新为第7版本，估计将用1200人年。I－DEAS软件可在众多的工程工作站上运行，如SUN、HP、IBM、DEC、SGI等都有运行版本。 近年来Roekwell国际印刷机械公司，洛克希德宇航、卫星和导弹研究和开发部，美国GE航空发动机公司，摩托罗拉雷达技术部都先后引进I－DEAS软件。SDRC现在全世界15个国家开设42个办事处，在1990年，SDRC年营业额的59%来自欧洲与亚洲，近几年来LDEAS软件在中国的装机台数迅速增至350台套以上。 主要功能及特点： 由于SDRC公司早期是以工程与结构分析为主逐步发展起来的，所以工程分析是该公司特长，如I－DEAS有很强的有限元模型生成和后置处理功能，并有多种解算器及优化设计软件。由于解算器是I－DEAS集成化软件的一个组成部分，所以对分析计算无需附加输入文件。这样就减少了大量的计算准备工作，并保证了建模、解算和结构显示之间的苏剧统一性和正确性。I－DEAS新版本提供流场分析和动力分析模型以及与分析软件ABAQUS、ANSYS和NASTRAN备有接口。 具有完整的机械设计软件，其中包括零件设计、特征定义、曲面实体设计、装配设计、误差分析、运动机构设计、图形布置和工程图绘制等主要软件模块，其中误差累计及灵敏度分析模块可用于产品的允差分析以及查找产品允差的分配情况。其灵敏度分析还可用于确定产品装配过程中的极限尺寸。 应用“外来”数控加工模块SDRC公司自己没有数控加工模块，它把引进的加工模块集成到自己系统中，所以它的数控加工方面相对较弱。 (4) CATIA系统 CATIA是法国达索(Dassault)飞机公司Dassault Systemsl程部开发的产品。在早期阶段1975年》，达索飞机公司为自己开发NC编程系统，逐步形成十几个人的小班子，计划研制CAD/CAM系统。CATIA系统是在CADAM系统(原由美国洛克希德公司开发、后并入美国IBM公司)基础上扩充开发的。CADAM是一个功能很强的二维绘图系统，但远不能满足CAD/CAM技术日益发展需要。为此，自1981年法国Dassault Systems与IBM建立合作伙伴。成立公司后，在CAD方面购买原CADAM系统源程序，在加工方面购买了有名的APT系统源程序，故该系统一开始就在较高的起点上进行。 经几年努力，很快形成系统，并成为商品。Dassault System。工作人员现为600余人。该系统的工作环境是IBM937X，43XX，30XX及RISC/6000和5080图形显示系统，可在多种操作系统下工作。 该系统的国外用户占总销售额的90%，Dassault Systems现为法国软件企业的主要出口者。到1991年，在全世界30个不同国家拥有1500家用户，其中5O%在欧洲，30%在北美洲。20%在亚洲。美国波音飞机公司到1991年拥有8台IBM ES900y720和一台IBM ES900…900作为主机，共有2000多台图形终端使用CATIA软件，在飞机CAD/CAM中全面使用计算机技术，使Boeing 777成为“无纸飞机”。 主要功能及特点： CATIA第3版是集成化的CAD/CAE/CAM系统，它具有统一的用户界面、数据管理、兼容的数据库和应用程序接口。 CATIA第3版由20个独立计价的模块组成，根据需要可任意选用，即：基础模块、库管理模块、接口模块、交互式图形界面模块、三维设计模块、实体几何造型模块、工程绘图模块、高级曲面设计模块、数控铣编程模块、数控车编程模块、机器人模块、建筑设计及设备布置模块、结构设计模块、电路设计模块、管路设计模块、图象设计模块、运动机构设计模块，有限元造型模块、数据存取管理模块及数据存取管理服务模块。 (5) Intergraph系统 此CAD系统是美国Intergraph公司的产品。该公司于1969年由五名工程师发起成立，当时名叫M&Computer的小公司，营业额仅有10万美元，第二年增至30万美元。于1973年推出基于DEC－PDPII /小型机的turnkey CAD系统，并有自己的图形系统IGDS和数据库管理系统DMRS。1978年把当时的turnkey系统转移到VAX系列机上，并拥有成套的土木建筑CAD、地图制作和工厂设计CAD系统，到80年代初被国际上公认为最好的建筑工程(AEC)CAD软件。于1981年M随计算机公司更名为INTERGRAPH，并开始进入机械CAD领域。1984年突破Turnkey系统的约束，推出了自己的Interpro32工作站。1986年销售额上升到6.07亿美元，第一次进入全美500家最大企业行列，位居第417位，雇员达到5700人。1988年推出全世界最早的对“的大型彩色显示器，开发了全新的图形支撑系统Micro station，这一软件具有从32位工作站直到PC机的宽档次兼容性能。由于Intergraph公司发势头较好，先后收购或兼并几个著名公司，于1991年又推出了新一代机械CAD系统—I/EMS 。接受了美国海军有史以来最大的一笔定货合同，总数为3.63亿美元，时间延续长达12年，有关舰船设计、制造、维修和管理的综合系统。1992年在美国500家大企业中名列第315，年销售额达11.8亿美元，公司雇员达10300人。 主要功能和特点： ①它是目前世界上唯一的既生产自己的工作站、服务器、PC机、光盘驱动器、多种工程扫描仪及出版用胶片激光记录仪等硬设备，又为用户提供多种多样CAD/CAM软件的公司，为用户提供从硬件、软件和外设的全面服务。 ②它的CAD软件销售位居世界的前列，在建筑、工程和结构的CAD软件方面，十年来一直位居第一把交椅，在AEC总销售额中占有30%～40%的份额、起着领导地位的作用。在地图CAD和印刷电路板CAD方面也位居首位，机械CAD方面软件销售情况也不错。 2．改进型CAD系统 目前最有影响的改进型CAD系统有，Three Space ltd公司的ACIS，Cimplex Inc公司的Cimplex系统， ARIES Tech公司的 Concept Station系统， Intergraph公司的 I/EMS系统，Parametric Tech公司的Pro/Engineer系统和ICAD Inc公司的ICAD系统等。 (1) Pro/Engineer系统 Pro/Engineer系统是美国参数化技术公司(Parametric Technology Corporation)的产品。该公司成立于1986年，它虽然成立较晚，但由于没有沉重包袱，设计思想先进，在短短的几年里很快开发出一个面向机械工程的Pro/Engineer系统。它的一面世，就以它的尺寸驱动、基于特征设计的实体造型软件深得用户欢迎。有的热情用户把它称作下一代CAD系统，并将取代现存的CAD系统。从1988年销售额仅为327万美元，到1989年达1103万美元，增加了三倍以上，从这种商业上的成就可知Pro/Engineer确实是一个设计思想新颖的好软件。当时PTC公司也公开宣称，将与IBM公司的CADAM和CATIA，Prime公司的CADDS和Medusa，麦道公司的UGII，SDRC公司的I－DEAS，以及法国MATRA公司的Euclid等产品进行竞争。同时也有人指出，上述这些系统已在几万台工作站上运行，有很深的工业应用根基。仅在市场上销售一二年产品Pro/Engineer的小公司PTC竟如此自以为是，怎能和这些公司的产品相比呢！不出所料。一年后很多人指出它存在的问题或不足之处有数十条之多。甚至有的用户扬言要控告PTC，它未能实现软件应有功能的承诺。在这样严峻的舆论压力下，PTC公司继续埋头苦干，不断改进，采取得新的进展，在1992年的AUTOFACTll会议上得到了充分肯定。1991年PTC售Pro/Engineer共计2500套，1991年比990年增长了62%，而UG I增长23%，CATIA增34%，CV仅增长10%。 1992年PTC已获得简项大家合同，一项是美国能源部的两家防御系统供应商承包Sandia国家实验所及Allied-signal inc向PTC订购600套Pro/Engineer。另一项是PTC将在未来数年内向全美50家大制造商之一的Caterpillar公司提供2000套Pro/Engineer软件。同时，PTC被“MACHINE DESIGN”杂志评为1992年度“CAD/CAM机械设计领导奖”。在最近四年里，Pro/Engineer成为三线机械设计领域里最富有魅力的系统，原因如下： 该公司每年均推出两个强化功能的新版本，而且不断扩大应用范围，以确保产品满足客户的多种需要。这种更新版本的速度是一般公司跟不上的，它们往往需要一到二年的时间。 Pro/Engineer仅生成实体模型来描述工程师所设计的产品模型，不再应用线框和表面模型转换成实体模型的手段，思路清晰。由于它有完整而统一的模型，在整个设计的相关环节上反应出来。如一旦工程图有任何修改，三维模型随之改变，NC加工的刀具路径亦会自动更新。 Pro/Engineer采用基于参数化，特征设计的三维实体造型系统，这样便于在新产品的开发中实现概念设计，也可方便地依照工业标准的零件族概念建库。所以，它在1992年的基于参数化、变量几何和特征造型的CAD系统测验中名列前茅。 真正采用UNIX，X－WINDOW等国际上标准的软件开发环境，一开始就建立在工作站上，使系统独立于硬件，便于移植。它已在五十多种不同档次的工作站上运行，其中包括DEC、HP、IBM、SUN和SGI等。使用户可自由选择合适的硬件平台，深得用户欢迎。 Pro/Engineer用户界面简洁，概念清晰，符合工程技术人员的设计思想与习惯，并且售价合理。 Pro/Engineer功能： 它是一套机械设计自动化软件。整个系统建立在统一的数据库上，使每一部门都能同时对一件产品模型工作。是一个参数化、特征定义的实体造型系统。具有完整而统一的模型，能将整个设计至生产过程集成在一起。它共有二十余个模块供用户选择； Pro/ENGINEER 参数化特征定义实体造型的基本模块  Pro/ASSEMBLY 参数化组装管理系统  Pro/CABBLING 电缆布线  Pro/INTERFACE 与其他CAD系统进行数据交换标准接口软件  Pro/DESIGN M维平面参数化概念设计与分析  Pro/DETAIL 从实体模型直接绘制标准工程图纸  Pro/DEVELOP 用户二次开发工具  Pro/DRAFT 二维绘图系统  Pro/FEATURE 用户自定义特征设计功能  Pro/LIBRARYACESS 常用的标准件数据库  Pro/MANUFACTURING 生成制造过程规划、刀路轨迹及生产时间和成本价格的估算  Pro/MESH 实体模型的有限元同格自动划分  Pro/MOLDESIGN 模具设计  Pro/PLOT 常用绘图机的接口  Pro/PROJECT 复杂项目管理软件  Pro/SHEETMETAL 钣金件的设计与制造  Pro/SURFACE 复杂曲面造型  Pro/VIEWONLY 视图功能  Pro/DIAGRAM 电子、导管及其他工业的流程图设计  Pro/COMPOSITE 复合材料结构设计  Pro/NC-CHECK NC加工过程虚拟仿真模拟  Pro/LANGUAGE 语言翻译功能，Menu、Help等功能用德、日等语言显示  Pro/CAT 与CATIA双向数据交换接口  Pro/CDT 与CADAM 2D双向数据交换接口  Pro/HARNESS－MFG 电子线路和电缆布线的CAD/CAM软件  上述各模块在设计到制造过程中的位置如图1所示。  图1 Pro/ENGINEER 软件模块层次结构图 (2) ICAD系统 ICAD系统是美国ICAD公司的产品。它是一个面向机械产品和工艺设计自动化的先进的工程知识库软件。该公司成立于1984年，到1989年销售300余套。ICAD软件与一般的CAD/CAM系统不同，它不是一个几何造型系统，而是利用工程知识库方法和面向目标的程序设计技术描述完整的产品模型，包括产品的几何形状(借助于其他CAD系统)、材料类型、函数约束，以及其他有关分析、制造和测试方面的有关信息，然后把有关产品的工程知识存储起来，便于工程技术人员快速地设计出新的产品。开发这一软件的出发点是这样：现有的CAD系统一般是几何设计系统，它能很方便地描述产品的几何形状，随之可方便地生成有限元分析模型，自动生成工程图纸和数控加工走刀路线等。但一个产品的设计工作远非如此，一个完整设计，首先应输入有关设计规范，约束条件。还要占有大量的现有设计资料、分析结果、材料性能表、数据库、标准零件目录及其他各种表格。然后工程技术人员利用自己的工程知识进行手工设计，生成材料表，进行成本分析等，并借助于传统的CAD系统进行几何形状设计。若设计结果不满足，还要改变设计规范，约束条件进行重新设计，直到满意为止。目前，这些恰恰是传统设计方法的细脖子，严重影响着设计自动化工作的展开。ICAD系统是为解决这一设计工作的细脖子开发的，它将使整个设计工作减少大量的手工劳动，重复劳动及繁琐的统计管理工作。利用这一系统后，原来一个工程师用传统的设计方法设计一根发动机曲轴需用4到6个月时间，而现在仅需两天时间。很明显，利用ICAD系统设计有如下优点： 大大节省了设计时间； 系统可以逐步积累优秀的设计经验，不因人员调动而流失； 便于不同工程部门对同一产品组织并行设计工作； 提供全部设计过程的完整文档资料； 很容易从产品的数据库生成某一具体型号的目录； 不仅生成工程图纸，同时还形成有关技术报告； 使分析工具集成到整个设计过程中； 使设计和制造工作高度集成化； 改进了设计质量，降群低设计成本; 建立了一个有关机械设计/制造工程信息和技术信息的中央库。产品模型信息将包括：物理数据,如几何、尺寸、位置、材料和成本等．；描述复杂的设计规则、关系、工程标准和设计过程；维护质量标准和产品生命期的支球还有制造信息，包括制造条件、工程要求、刀具和夹具、成本、工艺计划、制造记录和性能规范等。 ICAD系统最重要之处、在于一般CAD系统是为单个设计提高效率的良好工具，而ICAD系统是为设计人员构造一个生成设计的过程模型，将大大加速设计开发工作。 参考文献 陈在平 等 《控制系统计算机仿真与CAD ---- MATLAB语言应用》. 天津大学出版社，2001年9月，第一版； 曹志奎 等 《机械CAD技术基础》. 上海交通大学出版社，1996年5月，第一版； 童秉枢 等 《现代CAD技术》.清华大学出版社，2000年7月，第一版 孙家广 《计算机辅助设计技术》.清华大学出版社，2000年9月，第二版