Рис. 1 – Рабочая станция Calma Digitizer, введенная в 1965 году, позволяла вводить координатные данные и превращаться в считываемые компьютером данные.
Автор:David Cohn
Перевод: Жусупов М.В.
Источник: Evolution of Computer-Aided Design https://www.digitalengineering247.com...
Несмотря на то, что часть пользователей считает применяемые в настоящее время CAD-системы новыми продуктами, многие из них стали популярными более десяти лет назад, а корни их генеалогического дерева уходят на глубину более 50 лет.
Истоки современного инженерного проектирования и черчения восходят к начертательной геометрии, которая развивалась в XVI–XVII веках. Методы черчения совершенствовались по мере появления чертежных приборов, однако собственно создание технических чертежей вплоть до конца 1940-х годов изменилось крайне незначительно.
Во время Второй мировой войны значительный импульс к развитию получили вычисления в реальном времени. В этой связи особенно следует отметить Массачусетский технологический институт (Massachusetts Institute of Technology – MIT), где к началу 1950-х годов десятки сотрудников работали над проблемами числового программного управления станками и автоматизации проектирования. Однако основные вехи в развитии CAD-систем, в современном их понимании, связываются с работами двух человек. Их звали Patrick Hanratty и Ivan Sutherlan.
Рис. 1 – Рабочая станция Calma Digitizer, введенная в 1965 году, позволяла вводить координатные данные и превращаться в считываемые компьютером данные.
Hanratty широко известен как Отец CADD / CAM
. В 1957 году, работая в GE, он разработал PRONTO (Программа для операций с числовыми инструментами), первую коммерческую систему программирования с ЧПУ. Пять лет спустя Сазерленд представил своего диссертацию в Массачусетском технологическом институте под названием Sketchpad, человеко-машинная графическая система связи
. Среди ее функций - первый графический интерфейс пользователя, использующий легкую ручку для управления объектами, отображаемыми на CRT.
В 1960-е годы появились другие разработки, в том числе первый цифровой преобразователь (от Auto-trol) и DAC-1, первая производственная система для создания интерактивной графики. К концу десятилетия было создано несколько компаний для коммерциализации своих новых программ САПР, включая SDRC, Evans & Sutherland, Applicon, Computervision и M & S Computing.
К 1970-м годам исследования переместились с 2D на 3D. Основные вехи включали работу Ken Versprille, чье изобретение NURBS для его диссертация основывалась на современной 3D-моделировании кривых и поверхности, а также на разработке Alan Grayer, Charles Lang и Ian Braid из модельного модельера PADL (Part and Assembly Description Language).
С появлением UNIX в начале 80-х годов коммерческие CAD-системы, такие как CATIA и другие, начали появляться в аэрокосмической, автомобильной и других отраслях. Но именно внедрение первого IBM PC в 1981 году послужило основой для широкомасштабного внедрения CAD. В следующем году группа программистов сформировала Autodesk, а в 1983 году выпустила AutoCAD, первую значительную программу CAD для IBM PC.
Рис. 2 – Известный чертеж сопла в AutoCAD был создан Дон Стримбу с помощью AutoCAD 2.18
AutoCAD стала важной вехой в развитии CAD. Его разработчики поставили перед собой 80% функциональности других программ САПР дня, что составляет 20% от их стоимости. С тех пор все более продвинутые редакционные и инженерные функции стали более доступными. Но это было в значительной степени 2D.
Это изменилось в 1987 году с выпуском Pro / ENGINEER, программы САПР, основанной на твердой геометрии и параметрических методах, основанных на характеристиках для определения деталей и сборок. Он работал на рабочих станциях UNIX - компьютеры того времени были просто недостаточно мощными, но это был игровой чейнджер. В последующие годы этого десятилетия было выпущено несколько ядер 3D-моделирования, в первую очередь ACIS и Parasolids, которые легли бы в основу других параметрических CAD-программ, основанных на истории.
К 1990-м годам ПК был способен к вычислениям, требуемым 3D CAD. В 1995 году, когда вышел первый выпуск Desktop Engineering , был выпущен SolidWorks. Это был первый значительный твердотельный модельер для Windows. За этим последовали Solid Edge, Inventor и другие. Десятилетие также показало, что многие из оригинальных разработчиков САПР с 1960-х годов, приобретенные более новыми компаниями, и консолидация отрасли в четыре основных игрока - Autodesk, Dassault Systemes (которая приобрела SolidWorks в 1997 году), PTC и UGS (теперь Siemens PLM) наряду с множеством небольших разработчиков.
Современная эра САПР была отмечена усовершенствованиями в моделировании, внедрением анализа и управлением создаваемой нами продукцией - от концепции и проектирования до производства, продаж и обслуживания (что стало известно как PLM, управление жизненным циклом продукта). Но что из мира завтрашнего дня?
Инженерам и дизайнерам предлагается создать больше, быстрее и качественно
, - говорит Bill McClure, вице-президент по разработке продуктов в Siemens PLM. Он отмечает, что САПР действительно сильно не изменилась, помимо добавления дополнительных функций и обновления пользовательского интерфейса. Нам нужен новый способ работать, чтобы не отставать от требований
, - говорит он. Синхронная технология Siemens была разработана для решения этой тенденции, поскольку она сочетает в себе точность и контроль функционального дизайна с быстротой и гибкостью явного моделирования. В результате дизайнеры тратят меньше времени на планирование конструкции модели, меньше времени на ожидание изменений дизайна и меньше времени на ремоделирование импортированных или данных клиентов для новых целей.
Брайан Шеферд (Brian Shepherd), исполнительный вице-президент по разработке продуктов в PTC, описал Creo как ответ PTC на этот вопрос о следующих 20-летних CAD
и утверждает, что он будет решать проблемы с удобством использования, взаимодействия и управления контентом с помощью CAD.
Рис. 3 – PTC Creo, новая линейка продуктов компании, запланированная на 2011 год, будет поставлять специализированные апплеты (2D-дизайн, 3D-параметрический дизайн, рендеринг, анализ и т. Д.), Подход, который ближе к приложениям Apple iPad и iPhone, чем к традиционным CAD.
Почти все доходы от САПР прошли через параметрических модельеров, следуя парадигме, которую изобрел Pro / E
, - говорит он. Но параметрическое моделирование - абстрактный подход для создания геометрии. Вы строите рецепт, а затем рецепт создает геометрию. Прямое моделирование намного легче понять людям
, - говорит Шеперд. Мы считаем, что правильный ответ - это сочетание параметров и явного моделирования
.
Creo обещает сделать это, выпустив серию приложений, которые позволят пользователям проектировать в 2D, 3D прямых или 3D параметрических режимах, с обновленными данными и многоразовыми в любом из этих режимов. Он также предлагает различные пользовательские интерфейсы для разных пользователей и позволяет пользователям включать данные из любой системы САПР.
Парадигма, основанная на характеристиках, не приведет нас к следующему уровню, - говорит Майк Пейн.
Для привлечения большей аудитории к САПР необходимо что-то вроде прямого моделирования
. И Пейн должна это знать. На протяжении многих лет он был вице-президентом по развитию в PTC, был соучредителем SolidWorks, техническим директором Dassault Systemes, генеральным директором Spatial Corp. и соучредителем и бывшим генеральным директором SpaceClaim.
Роберт Buzz
Кросс, старший вице-президент группы Industrial Industry Group в Autodesk, видит три технологии, которые окажут наибольшее влияние на будущее САПР: новые, очень дружелюбные, очень интерактивные интерфейсы, встроенное моделирование и облако
. Первый, пояснил он, привлечет новых пользователей и будет поддерживать более быстрые итерации дизайна. Встроенные симуляции позволят пользователям анализировать проектные данные по мере их модели, так что дизайнеры сразу узнают результат любых изменений до того, как они совершают это
. И облако , обеспечит огромную вычислительную мощность для каждого устройства, даже мобильных устройств.
С недавним выпуском Autodesk собственной версии Macintosh для AutoCAD 2011 Mac может быть готова увеличить долю рынка в качестве технической рабочей станции. Неудивительно, что Кросс с энтузиазмом. Глядя на демографию пользователей, я вижу много роста Mac
. Но другие более осторожны.
Microsoft Windows по-прежнему поддерживает более 90% доли рынка клиентских операционных систем
, - говорит МакКлюр. До тех пор, пока это не изменится, собственные версии программ САПР на других платформах будут интересны некоторым пользователям, но не будут представлять значительную возможность на рынке
. Он отмечает, что затраты на разработку и поддержку нескольких аппаратных платформ сложны.
В разработке многоплатформенных приложений нет экономии масштаба, - говорит председатель и главный исполнительный директор Alibre Пол Грейсон.
Будет ли недорогое программное обеспечение САПР откусить от доли рынка крупных компаний? Это зависит от того, кого вы спросите. Грейсон говорит, что это уже происходит, в то время как Payne отмечает, что именно это сделала AutoCAD в 1983 году.
Как только AutoCAD сможет делать все, что могут сделать дорогие системы, игра закончилась, - говорит он.
Парень громкости побеждает. Все знают, что кроме крупных компаний САПР
.
Но похоже, что большие
САПР кое-чему научились. Shepherd говорит, что Creo PTC будет включать ролевые приложения
, причем некоторые из новых инструментов компании очень низкие
. Может быть, бесплатно . Но потом он хеджировал, отметив, что компания должна иметь возможность финансировать инновации для своих высокопоставленных пользователей. Для них он говорит: Я думаю, что мы уже в цене, что имеет смысл
.
Даже Майк Риддл, основатель Evolution Computing и программист, играющий важную роль в самом раннем выпуске AutoCAD, не видит большой жизнеспособности в недорогих CAD. Когда предприятия начинают тратить деньги на такие вещи, как CAD после рецессии, они начинают с недорогостоящего САПР для некритических мест, но недостатки в реализации и функциональной совместимости в конечном итоге приводят предприятия обратно в
. полноводные
системы - не для возможностей, но для надежности
Использование растущего числа ядер процессора имеет важное значение для будущих реализаций, в то время как использование ядер GPU, вероятно, останется специализированным. Программное обеспечение, которое не станет массовым многоядерным в реализации, останется позади, поскольку наши модели станут больше
, - отмечает Риддл. Тем не менее McClure быстро заметил, что общая производительность САПР не ограничена процессором
, а другие согласны. Многопоточность дает большие преимущества для таких вещей, как анализ и рендеринг, но большинство людей хотят видеть улучшенную скорость в регенерации геометрии, что является принципиально последовательным процессом.
Как насчет сенсорных интерфейсов и жестов? Жесты станут все более распространенными, - говорит Кросс.
Специальные операции, такие как панорамирование, масштабирование и поворот, особенно выигрывают от сенсорных взаимодействий
.
Kross видит, что он становится основным, в то время как McClure рассматривает эти технологии как отличный интерфейс для карманных и планшетных устройств. Однако неясно, что сенсорный интерфейс будет иметь большое влияние на приложения для разработки приложений
. Он отмечает, что CAD обычно требует высоких уровней точности, а сенсорный жест
не доказал, что позволяет такую точность.
Оба McClure и Shepherd поставили под сомнение жизнеспособность работы на инженерной рабочей станции в течение долгих часов с оружием, расширенным для работы на сенсорном дисплее.
Так что, помимо этих новых технологий, CAD стал зрелым? Нет такой вещи, как отсутствие возможности для инноваций для любого инструмента проектирования
, - говорит Риддл. Зрелая технология - это еще один способ сказать, что нынешний подход полностью разработан
.
Существуют ли какие-либо геометрические формы, которые мы еще не можем моделировать? Я думаю, мы можем моделировать практически все фигуры, но это еще слишком сложно
, - говорит Кросс. И, согласно Пейну, речь идет не только о том, можем ли мы или не можем моделировать все. Речь идет скорее о том, могут ли все пользователи или не могут моделировать все. Сегодняшние системы требуют от специалиста даже вспомнить, как он построил модель. Мы должны поставить ум в программное обеспечение, вместо того, чтобы люди были Top Guns
.
Что касается ожиданий на горизонте, возможно, самые дикие спекуляции пришли от Грейсона: Прямой интерфейс человека к машинам. Представьте, что вы ищете Google, думая о поисковой фразе, и ответ появляется в вашей краткосрочной памяти, или манипулируя 3D-объектами в вашем мозгу, когда компьютер манипулирует виртуальными представлениями этих объектов на своем дисплее
.
Это то, что мы найдем в системах САПР будущего? Если мы это сделаем, помните, что вы сначала прочитали его здесь.