CAD產業發展回顧思考之四
Pro/E野火版
工業界急切要求三維CAD實用化
Parasolid和Medusa等都屬于體素拼合系統，將立方體、圓柱體、圓錐體等用類似于搭積木的方法組裝成機械零件，這種操作方式并不符合設計師勾畫產品草圖時的構思習慣，而且無法表示自由曲面形體。當時CAD軟件提供的三維設計工具是線框造型，讓設計師在二維的構造平面上畫圖，由計算機自動將構造平面上的二維圖變換成產品模型空間中的三維圖，然后手工將線框蒙面，產生完整的三維表面模型。與此同時，早在1978年MIT David Gossard教授就提出了用功能形素設計產品的思想，例如機械中的傳動軸是由軸體、螺紋段軸頸、退刀槽、法蘭盤、鍵槽等構成，利用產品的功能結構知識，可以通過特征語義進行推理，指導產品的智能化設計和CAD/CAPP/CAE/CAM集成。于是特征設計的理論研究在1985年后迅猛展示，紛紛研制了多種試驗系統，莫衷一時。在這種形勢下Samuel Geisberg脫穎而出，提出了參數化特征造型的發展途徑，并且組建了Parametric Technology公司, 推出Pro/Engineer產品，為CAD三維設計樹立了新的常規。
Samuel Geisberg的功績
CAD是高技術，它的每一個重大進步都有代表性人物的創新思維和研究成果作支持。1963年I E Sutherland 的SKETCHPAD交互繪圖系統博士論文促成了CADAM系統的開發，1962-1968年 S A Coons和P E Bézier 的曲面理論對CAD曲面造型起了奠基作用，1970-1979年I C Braid的研究工作保證了邊界表示法實體造型的成功。但是Braid在算法中只考慮二次規則曲面體素，并未過問自由曲面，因為后者的求交、裁剪的數學處理更要難得多。
Samuel Geisberg出生于蘇聯，在列寧格勒大學任數學教授，1974年37歲時來到美國，先在CV工作，后來轉到Applicon領導實體造型組。他的改革思想未被Applicon公司接受，在Adage公司的資助下于1985年組建PTC公司，并用PC/AT機研制了實驗系統，進一步獲得了300萬美元的投資。1987年11月當Pro/E在AutoFACT上首次展示時引起觀眾的轟動。Pro/E發展了三維線框設計的思想，首先建立基準面，在基準面上勾畫二維草圖，用掃成方法將二維輪廓線引伸成三維形體。依次更換作圖平面，盡量用顯式操作生成形體，避免面面搜索求交、裁剪的集合運算。隨時記錄每個特征形素的生成操作過程，當修改某些標注尺寸值后，用尺寸驅動方法修改相應二維輪廓線，重新運行零件設計過程的全部操作命令，由此實現了參數化特征建模。Pro/E的總體目標是使曲面、實體、參數化特征設計融為一體，可以任意構造復雜零件和裝配件，而且修改設計方便。它的發展過程并非一帆風順，最大難點在于集合運算中的曲面求交、裁剪運算和參數化草圖設計中的幾何約束求解不能迅速達到可靠、高效，這就要求數學家深入鉆研，努力突破某些技術關鍵。Samuel Geisberg的最大功績在于發揮了他的數學專長，緊密結合CAD工程應用實踐和軟件開發技術，排除各種非議，使Pro/E得到普遍接受，為CAD技術發展樹立了一個嶄新的里程碑。
產品造型設計
CAD產業呼喚數學家的全身心投入
CAD必須要有堅實的數學理論作為基礎，但是光靠數學理論還不夠，還要將理論變成得心應手的軟件產品和針對工程應用中的各種特殊情況不斷開拓新的處理技術。這方面的例子很多。英國劍橋大學工程系約從1977年起用Bézier曲面研制了DUCT設計加工系統，利用一條脊椎線(Spine)和垂直于脊椎線的一組剖面線構造出形狀復雜的渦輪泵殼體、帶手把孔的塑料瓶、汽車排氣管等，構思非常巧妙。英國John Owen于1989年創建D-Cubed公司，開發了幾何約束求解軟件DCM，從二維發展到三維，以后又增加了幾何形體的撞碰和間隙檢測等功能，從1990年起已有130家CAD公司簽約將DCM組件納入自己的產品中。美國Geomagic公司創建于1996年，專作逆向工程幾何建模和測量驗證軟件，創始人是奧地利數學家Herbert Edelsbrunner，產品性能在同行業中名列第一，有多項算法申請了專利。除此之外，凡是成功的CAD公司都聘請了資深數學家從事深層次的軟件開發、維護。很多問題看似簡單，但在CAD應用中卻很難處理，必須另謀對策，研究工作越來越走向深入。但是在公司間激烈競爭機制下這些研究成果決不公開發表。于是企業的優勝劣汰更加加速，惟獨市場占有率高的優勝企業才能從豐厚收益中提取足夠的研究開發資金穩住優秀人才，保持產品的持續高速發展。
全參數化設計
風險投資是PTC成長的另一必要條件
美國的學術研究非常繁榮，它是建立在堅實的工業應用的基礎上。在機械工程和計算機系，高校的學術研究比工業界領先5-10年。只要你從事的是一項非常有生命力并代表社會發展方向的研究，馬上就有人來幫你商品化，并從華爾街找來錢，三到五年內把產品和公司做上市。Cisco是這樣產生的，Google也是這樣產生的，還有數不清的公司都是這樣產生的。
