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国产三维CAD华天软件STNOVATION 几何造型内核CRUX IV 解析

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国际主流的建模设计模式国产三维CAD华天软件STNOVATION 几何造型内核CRUX IV 解析

官方网址:http://www.hoteamsoft.com/

1.SINOVATION概述

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SINOVATION体现国际最先进设计制造水平的自主版权三维CAD/CAM软件,软件易学易用;具有混合建模、参数化设计、直接建模、钣金以及产品设计动态导航技术;提供CAM加工技术、冲压模具、注塑模具设计以及消失模设计加工、激光切割控制等专业技术提供产品制造信息PMI及可以与PDM、CAPP,MPM等管理软件紧密集成的三维数模轻量化浏览器;支持各种主流CAD数据转换和用户深层次专业开发。

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模块组成

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2.梅敬成博士(华天软件首席科学家)国产三维CAD华天软件STNOVATION 几何造型内核CRUX IV 解析

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梅敬成,男,1964年3月出生,国籍:法国,籍贯:湖北黄冈麻城市。1990年毕业于法国国立工艺学院机械工程专业,博士学历。回国前在法国think3 公司工作。2011年到山东山大华天软件有限公司工作,担任首席技术官职务。

梅敬成博士1984年毕业于华中科技大。同年,刚过弱冠之龄的梅敬成负笈欧洲,来到法国高等材料与机械构造研究院,苦心孤诣,潜心问学。1992年获得博士学位后,先后入职法国达索系(DASSAULT SYSTEMES) 公司、法国think3公司,从事CAD/CAM/CAE研究。业精于勤,为人所尊;累累硕果,为人所羡。

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梅博士与导师合影

梅敬成早年远赴法国高等材料及机械构造研究院攻读机械工程专业,之后顺利考取法国国立工艺学院攻读博士学位。毕业后,梅敬成怀揣着激情和梦想,来到享有世界声誉的法国CAD软件公司CISIGRAPH,负责CAD/CAM软件的研发。

梅敬成作为开发部数学水平最高的研发工程师,很快成为技术骨干,对所有的项目提供算法支持。期间还开发了一款高效的STL接口,不到一年时间给公司带来了上百家客户,如奔驰、宝马等知名汽车制造商。作为资深顾问,梅敬成在著名软件公司DASSAULT SYSTEMES工作一段时间后,于1999年底加盟think3。作为公司的前沿研发经理,梅敬成和他的团队把一款通用机械CAD软件(ThinkDesign)开发成了世界上顶级的工业设计和冲压模设计软件,成为think3公司最有价值的部分。

ThinkDesign :外板件回弹补偿,冲压回弹面补偿、模面优化.

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附注:唐荣锡文章(CAD产业发展的回顾与思考(九))片段:

2003年10月28日,Autodesk在京举办的CAD与企业信息化和数字城市——技术高峰对话会上,我们已就自主发展几何平台问题与 Carl Bass先生作了一次交锋。Bass认为,当前国际上已推出了5个主流平台,这就是 Spatial/ACIS、UGS/ Parasolid、PTC/Granite one、 Catia/CAA和Autodesk/ Shape manager,中国新开发的平台必须与这些已有平台几何兼容、特征兼容。笔者认为,为慎重起见,还应加上Bentley/ Microstation和日本千代弘明( Hiroaki Chiyokura)创建的DesignBase/XVL平台。DesignBase是曲面系统,XVL是超轻量级网上传输3D图形语言,两者的共同理论基础是 Gregory曲面片,ACIS也早已使用了 Gregory曲面片技术。

当前在不同CAD系统间交换产品数据时,一般只能传输几何信息,特征信息都被丢失,需要从几何信息中重新识别和提取特征。因此,我国要想真正建立实用的CAD平台,必须首先占领功能特征建模这一制高点,规划好功能特征的表达形式,牢牢掌握与国外CAD系统全面交换特征信息的主动权

CAD技术在不断发展,软件技术在创新,需要通过软硬件平台作为载体来实现。最近从Think3的网页www.think3.com上读到有关该公司新开发的曲面体产品整体形状建模( Global shape modeling)白皮书,可以在已经设计好的产品三维装配模型上局部修改外形,使所有波及到的零件自动适应新的形状整体光滑、美观的要求这一技术的核心,其实就是建立产品的全局关联功能特征模型,让相互配合的零部件自动满足产品的一系列功能约束条件。

身在法国享有世界声誉的CAD软件公司里,梅敬成尽管如鱼得水,但他一直在寻找报效祖国的最佳方式。2008年think3进军中国市场,成立了北京Extech合资公司。公司总部派梅敬成到北京做执行副总裁,全权负责产品的规划和研发。

2010年12月怀揣着“发展国产自主知识产权的三维CAD/CAM软件”的激情和梦想,加盟山东山大华天软件有限公司,担任华天软件副总经理、首席技术官、技术研究院执行院长。

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2011年至今,梅敬成一直主管华天软件的技术研发工作。二十多年的CAD研发经验,带领华天软件在CAD研发技术上至少提升了数年。直到现在,他依然活跃在产品研发的第一线,指导员工解决算法难题。根据梅敬成的介绍,我国工业软件技术受制于国外公司,尤其是尖端、核心的技术,发达国家的技术不愿意向外转移,导致国内很多关键设备、核心技术都依赖进口,致使产业安全存有隐患。因此在面向航天器这种高端制造领域对软件性能卓越、安全可控的需求下,国产高端三维CAD/CAM软件的优势就凸显出来。梅敬成透露,实现对超大规模数据模型的浏览需求,是整个研发过程中的一个关键难题。“当时他们购入了一套国外沉浸式CAVE展示系统,但超大数模的读取问题使得这个系统一直没有投入使用。为了解决这一技术难点,我们的团队从三个方面实现了技术突破:首先通过改善算法并吸取国外先进经验,解决了数据的读入问题,并将数据从精确的数学模型变成简化的数据结构,实现了数据轻量化,保证高性能浏览;同时,华天软件还建立了一种能快速浏览产品三维模型的自主产权的轻量化格式——SVL,这个格式对下一步的模型浏览、工艺下发等都具有重要意义;最后是大型数模浏览的问题,通过对数据管理、优化来达到数模浏览流畅的要求。” SVL格式的部分关键技术指标,如对超大数模的轻量化转换和浏览,已经达到或超越国际先进水平。研发团队由“被问题所困”到“创新式地解决问题”,最终赢得航天领域的认可。现在轻量化转换和浏览技术已经形成独立产品“三维轻量化浏览器SView”。SView已经广泛应用于三维下厂、设计协同、电子手册等方面。

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"华天软件"从哪些大的切入点解决中国传统制造业目前面临的困境?

梅敬成:主要是从三个方面切入。

(1)产品的性价比,这也是企业最关注的现实问题。首先,我们研发的软件技术跟得上世界一流水平;其次,软件价格上充分降低企业的采购成本。可以说从方方面面都能保证企业的使用效果。

(2)国家核心工业领域的信息自主安全可控。比如在航天领域,华天软件在信息化自主可控方面做许多工作,如对航天器设计数据的自主可控和长期存档等。

(3)结合中国制造业普遍需求进行技术创新,给各行各业提供专业的解决方案。在航空航天领域,提供三维可视化方案、沉浸式仿真、离散式质量数据采集、高端精细电磁仿真等。在石化行业,提供国内唯一的石化设备专业设计平台SVPV软件,设计效率提高50%以上。在船舶工业领域,我们提供核心冲压板料三维曲面处理软件,为复杂曲面船板冷弯成形自动加工装备提供软实力,进而为建造大型舰船和实现数字化造船提供了基础性数控装备。在冲压模具方向,研发诸多面向技术含量非常高的冲压模具的核心技术和亮点功能:如“回弹补偿”、“凹R角回避”、“间隙设计”、“模具智能结构设计”等。在工业机器人方向,我们研发了支持机器人本体设计、并可以对本体进行仿真分析。在智能数控设备领域,我们为国内高端通用和专业数控设备提供嵌入式三维CAD/CAM解决方案,满足数控编程的需求。在数字化制牙方向,我们支持扫描数据和CT数据的三维重建和处理,为数字口腔医疗行业提供了舒适的个性化定制服务。在3D打印领域,为3D打印云平台提供在线展示组件,快速实现模型的上传、修复、实时浏览、个性化编辑、体积估算等业务。

在3D精确几何上,依托目前国内最大的3D CAD/CAM研发团队,梅敬成博士主导开发具有自主知识产权的3D精确几何工具——SINOVATION,通过引进、消化、吸收和再创新,华天软件成为国内少数的具有全部源代码的CAD/CAM系统开发商。

华天软件基于3D技术开发的一系列具有自主知识产权的高端工业软件,如三维CAD/CAM软件SINOVATION、三维轻量化浏览器SView、石化静设备专业设计平台SVPV、三维工艺设计软件SVMAN、数字化工厂设计仿真平台SVDF、以及数字化口腔和3D打印软件。

3.SINOVATION产品发展史

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SINOVATION软件作为一款从日本引进源代码技术基础上开发的工业设计软件,华天软件购买日本UEL公司CADmeister软件源代码!

三维CAD软件不只是设计工具,还包含知识和经验的凝练,不掌握源代码,就只能永远跟在别人的后面。“国外的软件公司都有工业背景,UEL公司原来就是主要为丰田公司的汽车生产服务的,20多年都是围着制造业在转。”制造业发达,才可能有高端的制造业软件,因为软件归根结底是对生产经验的一种总结。

依托目前国内最大的3D CAD/CAM研发团队,梅敬成博士主导开发具有自主知识产权的3D精确几何工具——SINOVATION,通过引进、消化、吸收和再创新,华天软件成为国内少数的具有全部源代码的CAD/CAM系统开发商;

在三维CAD/CAM领域,自主版权的三维CAD/CAM软件SINOVATION,拥有全部的软件源代码,可为用户量身定做专用的高效设计制造平台。在3D可视化领域,自主知识产权的三维轻量化浏览器SView,支持各种通用CAD的数据直接读取。在三维工艺、汽车整车信息化、建筑BIM、工业机器人等多个领域,华天软件都有拥有自主研发技术,占据一席之地。

华天软件拥有三维内核和约束求解器两大核心技术,有实力有能力和欧美产品直接竞争市场,扭转长期依赖国外工业软件的局面,实现国产化替代。

1)2007年11月开始,华天软件与日本UEL公司进行历时半年之久的考察交流与合作洽谈,就CAD/CAM核心技术合作事项达成一致,并于2008年5月25日正式签约。

2)2009年4月,华天软件在北京正式发布了具有中国自主版权的CAD/CAM软件系统SINOVATION V1.0

3)2010年3月正式发布SINOVATION V2.0,增强CAM加工、注塑模具、冲压模具功能,提供面向冲压模具设计的棱线扭转、回弹补偿等功能。

4)2011年5月完成并正式发布SINOVATION V3.0版本,完善建模、装配、工程图功能,并全新开发了DWG/DXF接口,实现对DWG/DXF数据的最佳交换。

5)2012年3月完成并正式发布SINOVATION V5.0,升级了CAD系统内核平台,新的平台支持充分发挥了64位操作系统高效能、支持多线程处理,提供直接建模、满足冲压模具设计需求的凹R回避功能等。

6)2014年1月基于新平台发布SINOVATION V6.0,提供主流的Ribbon界面,支持Direct3D显示技术,改进数据转换功能,支持实时预览及手动控标拖拽,改进了易用性和操作性等。

7)2014年12月完成并发布SINOVATION 7.0,改进操作性,增加钣金设计、铸造工艺设计、针对冲压模具的间隙设计等功能。

8)2015年12月完成并发布SINOVATION 7.2,改进基础功能与操作性如插入零件、重心点提取、移动复制改进、基本基准面显示等,铸造工艺功能改进,间隙设计改进。

9)2016年12月完成并发布SINOVATION 8.0,重点增加模具结构设计EDD模块。对平台做了大量的改进,如为了提高大规模数据的操作性,对打开文件、装配更新、STL图形显示、数据保存等进行了效率上的改善。改进基础功能与操作性如直接打开或保存为其他格式的数据、支持双启动、选项面板等。改进数据交换。

10)2018年12月完成并发布SINOVATION 8.1,在基础改进基础上进一步加强模具功能,增加如MISUMI标准件的支持调用,STL精确变形,模具结构设计EDD强化等。

11)2019年9月发布SINOVATION 9.0版本,2020年7月发布SINOVATION 9.1版本,将平台改进的成果纳入,并重点支持冲压模具的A面重构,研发Mold Creator模块支持注塑模具设计等市场。

自2009年SINOVATION V1.0发布以来,针对机械、汽车、模具、航天等领域用户的实际使用需求,华天软件不断改进产品的易用性、操作性,有针对性地研发回弹补偿、间隙设计、铸造工艺、石化静设备设计等新模块或新产品,旨在提高用户的设计效率,缩短产品研发周期。

SINOVATION是结合国内外工业界最佳实践、体现国际最先进制造水平的拥有自主版权的高端三维CAD/CAM软件,是华天软件在国家的支持下与国内外优势企业精诚合作的结晶。它充分考虑了工业产品设计需要,具有灵活强大的建模功能、复杂曲面的创建能力、强大的装配功能、易于定制的制图标准与快速的工程图出图能力,支持国际主流CAD数据的交换等功能。SINOVATION软件在汽车、覆盖件模具与塑料模具的设计制造上具有很强的工程背景,其软件技术在日本及欧美受到各大汽车制造厂、模具制造企业的好评和肯定,无论是车体造型设计、引擎零件装配设计还是冲压、塑料模具设计、模具加工,SINOVATION都以专业系统自居,其融合了汽车厂及一流模具制造厂的专业技术与实际经验,为中国制造业提供了最佳设计制造解决方案。

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A.SINOVATION软件包含了国际先进制造企业的设计制造技术与经验;

B.与同类软件相比最注重工程细节设计;

C.工业验证的数据格式转换工具,降低企业不必要的投资;

D.高压缩率高保真的轻量化交流格式便于三维的应用拓展;

E.拥有全部的CAD/CAM软件源代码,可为用户量身定做专用的高效设计制造平台;

F.可基于SINOVATION,为企业提供集成化的设计开发环境,实现产品数据的紧密集成和过程管理;

G.借助SINOVATION,用户将极大的降低软件使用和维护成本,显著提升产品创新能力,轻松应对市场。

华天软件拥有SINOVATION的全部源代码,与同类CAD/CAM软件相比,SINOVATION更注重工程细节设计和思维的开放性,可为用户量身定做专用的高效设计制造平台。我们的关注点一直在如何更好地满足用户需求,并为用户提供性价比高持续性强的专业设计系统的开发上,这是其他国内企业所不具备的,尤其是代理企业。

SINOVATION软件是针对现代机械制造业创新设计和工程设计的需求,在CRUX内核基础上开发出的具有完全自主知识产权的可扩展的高端三维CAD/CAM系统。

SINOVATION在核心平台、通用构件、行业专用软件三方面取得了重大突破,打破了国外CAD/CAM三维软件系统的市场垄断,大大促进我国制造业设计与创新能力的提升。

其完美的实用性、杰出的功能特点与优良的系统架构有着密不可分的关系。

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4.1软件架构 4.1.1 CRUXIV内核

三维CAD系统的关键在于几何造型内核,它是三维数字化设计系统的算法核心,直接影响到整个数字化设计系统的运行效率、稳定性、健壮性和可扩展性。

SINOVATION软件采用具有国际先进水平的自主产权几何内核CRUXIV。该内核具有强壮的建模能力,集线框、曲面和实体造型于一体,并将这三种表示统一于数据结构中,为各种3D造型应用的开发提供了几何造型平台;内核扩展性强,能够满足汽车、机械、电子、模具等行业CAD/CAM软件开发的要求;可提供目前最先进的设计功能,如知识重用、简易的操作应用、数据管理及特殊应用开发等功能。

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4.1.2平台结构

SINOVATION软件平台结构由下至上主要包括基础层、核心层、框架层、通用功能层和行业应用层五部分。

其中,基础层主要对CAD/CAM平台起到支撑作用,管理相应的内存使用、图形显示、与操作系统的交互和系统日志等。

核心层主要包括各种模型、工程图、加工、分析等函数库,以及与各类函数库相关的显示、数据库管理和开发等,它是上层功能实现的基础,也是CAD/CAM平台的核心部分。

框架层通过GUI、命令管理、参数化管理、插件管理、调度管理和监控等模块对CAD/CAM平台进行开发、管理和优化。

通用功能层提供了通用建模、工程图、装配建模、设计导航、CAM、数据交换等通用功能,涵盖了企业进行设计和制造的基础功能模块。

行业应用层则是在CAD/CAM一体化平台和支持自定制的API应用开发平台的基础上,逐渐形成面向航天、模具等行业的专业化CAD/CAM系统,建立典型产品或零部件的专业设计系统,可提供注塑模、冲压模、消失模、铸造、工装夹具设计等专业功能以及典型产品和零部件的设计向导。

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4.3与PDM集成

由于国外主流CAD软件在产品模型数据访问上和接口上的限制,导致国产PDM深化应用受到了限制,严重影响用户使用。SINOVATION提供了与PDM产品数据管理系统的集成接口,为实现SINOVATION与PDM系统的紧密集成提供了可靠地解决方案,可保证用户产品数据的准确定,提升用户设计制造效率。

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5.STNOVATION基本功能介绍:

SINOVATION软件提供了灵活的鼠标操作、清晰规范的面板控制管理方式、快速对象选取功能,极大的提高了用户的工作效率。

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高效率的特色设计工具

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方便快捷的装配设计

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高效便捷的二维出图

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熟悉的二维制图环境

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高精度的CAM加工

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6.输出SVL轻量化浏览格式国产三维CAD华天软件STNOVATION 几何造型内核CRUX IV 解析

(1)SVL格式是华天软件自主研发的轻量化浏览格式,支持G级大数据量。

(2)在SView中可以直接打开带SVL数据的SV文件,查看轻量化信息。

(3)支持在SV的casm文件上直接嵌入SVL浏览数据,使得SView3.1以上的版本可以直接浏览SV的装配文件。

7.轻量化浏览工具

官网:http://www.sview3d.com/

SView作为一款轻量化浏览器,可以支持Catia、ProE/Creo、SolidWorks、UG NX、Inventor、Parasolid、Solid Edge 、ACIS、CGR、Fbx、IFC、IGES、JT、OBJ、Fbx、PDMS、Rhino、U3D、3ds等数据的轻量化转换和浏览,提供Windows、IOS、Android、HTML5等平台的产品应用和集成控件,让三维应用范畴从产品的设计研发,拓展到工艺、生产、营销、售后、培训等各个阶段,为用户个性化的三维应用提供更有力的技术支撑。

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内嵌轻量化协同交流工具SView,可以将SINOVATION产品数模输出为轻量化SVL格式,从而可以在Web浏览器或手机上轻松打开,进行查看、批注、测量等操作,轻松即可对产品进行展示或评审,促进沟通,加快研发进程。

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8.产品设计动态导航(NAVI)

产品设计动态向导系统(NAVI)是支持典型产品设计的可视化、流程化工具,将工程计算、设计规范、CAD建模技巧、设计流程等进行有机结合。

(1)通过对产品设计方法的总结使设计规范化;

(2)设计导航系统帮助企业把设计经验诀窍组织起来,实现企业设计技术和经验的积累;

(3)应用简便,可以作为新入职员工学习产品设计的入门指导工具;

(4)无需二次开发即实现企业自行定制产品的设计导航,从而提高设计品质和缩短周期。

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动态设计导航技术通过在客户现场的实例制作,已经应用于活塞、发动机、阀门等零部件的设计过程中,极大地简化了设计人员的工作,提高了设计效率。下面以阀门为例说明动态设计导航所实现的功能和效果。阀门在动态设计导航中的主要设计流程如图所示,它可以实现从设计到校核、出图各环节的数据统一,更改同步更新。

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通过内嵌的公式,可以快速计算相关阀门参数,并根据阀门的模板,更新零件模型。通过性能校核,完成阀门各零部件的验证。

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最终,形成阀门的三维模型和工程图,如图所示。

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9.回弹补偿

冲压模具设计解决方案为专业设计人员提供了一套经过业界验证的CAD解决方案组合,包括高效的冲压工艺设计、精确的冲压回弹补偿和专业的冲压模具结构设计等功能。其中回弹补偿、间隙设计等技术代表了模具业目前最先进的制造水平,实现三维模具的快速布局与结构设计。

模面精细化处理-回弹补偿:充分利用分析或成型结果,获得高精度的补偿变形,为CAM提供加工依据,缩短调试周期,缩短供货时间。

(1)采用多种回弹补偿方式,针对模具设计前期预防和后期整改提供相应的解决方法。

(2)操作简单,根据目标设定后,修改过程完全自动化,为设计意图精确调整形状。

(3)基于板料的变形理论和算法,保留原始曲面的质量。

10.消失模具设计解决方案

FM-CAM是目前业内唯一专门针对消失模开发的设计与加工软件。它可直接继承设计模型与相关数据,达到充分利用三维实体模型的目的,提供了模型查验与修正、面一起着色、快速识别并附加加工余量、切片分层、坐标系定义、负角智能消除、拼接、路径自动化生成、路径编辑、NC路径输出等功能。

(1)读入冲压结构设计环节的模型数据自动添加加工余量。

(2)支持NX以及CATIA的数据读入。

(3)分层后自动创建加工坐标系。

(4)可智能对负角进行判断与分离。

(5)客户可针对不同类型的加工自定义加工参数。

(6)可自动化生成路径。

(7)可将NC数据输出为EXCEL格式。

11.注塑模具整体解决方案

注塑模设计与加工解决方案是根据注塑模具设计与制造现场的经验与技术,将产品成形工艺与工程分析数据相结合,开发出的适用于注塑模具设计的专用软件包。此解决方案涵盖了模型可行性分析、模具构想设计、智能分模创建模具、详细设计、快速配置与编辑标准件、设计验证、电极设计、工程图创建与自动报表等整个过程,体现出高品质、灵活、高效的设计理念,为注塑模具设计制造提供了专业的技术应用平台。

采注塑模设计专用术语,符合注塑模设计的实际流程。

完善的成型性检讨,并提供变形补偿调整功能。

具有自动分型创建功能,可直观地辨认型芯、型腔,并进行自动分离观察。

水道设计直观快捷,并自动进行干涉检查。

参数化的标准模架库是设计工作更灵活方便。

丰富的模具部件及智能化的结构部件快速创建支持。

提供专业的电极设计及制造功能,大大提高了注塑模设计及生产效率。

12.铸造工艺设计解决方案

铸造工艺CAD/CAE模块是将铸造工艺设计的理论和方法融入到SINOVATION软件中,实现了全三维设计过程。铸造工艺CAD/CAE模块配置了专用的工程图设计模块,使铸造工艺CAD设计更为合理、准确、高效,提高工艺设计的效率和准确性;精确地计算设计,大大降低了铸件材料成本,其中铸造工艺设计的理论和数据参考了《铸造手册-铸造工艺》。

设计的数模可以进行STL数据的输出,为模流分析软件提供数据源。

冷铁设计功能,在铸件附近创建随型实体,可根据热节分析快速创建冷铁。

高效的热节分析功能,无需进行数据转换即可对模型进行分析,可设置点模数范围,使得热结位置及范围的显示更加准确直观;可以帮助设计人员更为精确、快速的获得热结位置、范围,提高冒口等工艺设计的工作效率。

13.目前市面上的CAD内核;国产三维CAD华天软件STNOVATION 几何造型内核CRUX IV 解析

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CAD内核:

虽然很重要,但市场很小,内核公司单独存在是无法存活的。2000年Spatial被达索系统收购。历经14年之后,著名的几何建模内核ACIS终于归到了大型CAD厂商手中。跟它的前一代几何内核一样,嫁个大户人家,是最好的选择。然而,在此之前,CATIA跟ACIS一点关系没有。CATIA都是土生土长的内核。高傲自负的法国人一直在为CATIA完善自己的几何造型引擎,从原来的曲面造型到后来的基于BRep的实体造型。甚至,CATIA也没有购买通用约束求解器,而是自己开发。

直到后来,CATIA决定把底层部分独立出来,单独做成独立的生意。达索也是花了好几年时间,才把所谓的几何内核独立出来,就是CGM。

因此,购买ACIS,对CATIA而言,主要出于商业需要和数据交换。如此一来,Parasolid和Acis分别被西门子、达索控制着,已发展为巨大的深坑,并成为两个大的阵营。AutoCAD、MDT和Inventer、Microstation均采用ACIS几何造型器为内核。而UG、 SolidWorks、SolidEdge则采用Parasolid几何造型器。

在这些三维 CAD的实体几何造型内核中,老将Parasolid和ACIS是几何建模系统的两棵老根,由于一开始就相对独立发展,比较著名,也成就了一代又一代的CAD厂商;加上达索的CGM,是市面上能买到的三款商业化几何引擎。

ACIS,Parasolid,OPENCASCADECAD几何内核对比

1.ACIS

ACIS是美国spatial technology公司的产品,是应用于CAD系统开发的几何平台。它提供从简单实体到复杂实体的造型功能,以及实体的布尔运算、曲面裁剪、曲面过渡等多种编辑功能,还提供了实体的数据存储功能和SAT文件的输入、输出功能。

ACIS的特点是采用面向对象的数据结构,用C++编程,使得线架造型、曲面造型、实体造型任意灵活组合使用。线架造型仅用边和顶点定义物体;曲面造型类似线框造型,只不过多定义了物体的可视性;实体造型用物体的大小、形状、密度和属性(重量、容积、重心)来表示。

ACIS产品使用软件组件技术,用户可使用所需的部件,也可以用自己开发的部件来替代ACIS的部件。ACIS产品包括一系列的ACIS 3D Toolkit几何造型和多种可选择的软件包,一个软件包类似于一个或多个部件,提供一些高级专业函数,可以单独出售给需要特定功能的用户。ACIS产品可向外出售接口源程序,同时鼓励各家软件公司在ACIS核心开发系统的基础上发展与STEP标准相兼容的集成制造系统。

2.Parasolid

Parasolid是一个几何建模内核,最初由Shape Data Limited开发,现在由Siemens PLM Software(前身为UGS Corp.)拥有,可以被其他公司许可用于其3D计算机图形软件产品。

Parasolid的功能包括模型创建和编辑实用程序,如布尔建模操作,特征建模支持,高级曲面设计,加厚和挖孔,混合和切片以及图纸建模。Parasolid还包括用于直接模型编辑的工具,包括逐渐变细,偏移,几何替换以及通过自动再生周围数据来移除特征细节。Parasolid还提供广泛的图形和渲染支持,包括隐藏线,线框和绘图,曲面细分和模型数据查询。

3.ACIS和Parasolid对比

国产三维CAD华天软件STNOVATION 几何造型内核CRUX IV 解析

4.OPENCASCADE

Open CASCADE (简称OCC)是一开源的几何造型引擎。基于该建模引擎发展了若干CAD/CAE/CAM软件,如国外的FreeCAD、HeeksCAD,国内的AnyCAD。Open CASCADE(简称OCC)为开源社区比较成熟的基于BREP结构的建模引擎,能够满足二维三维实体造型和曲面造型,国内研究和使用它的单位也越来越多.OCC可以分为建模、可视化和数据管理(OCAF)三大模块。其中建模为核心组件;可视化组件基于OpenGL,相对其他的三维可视化OpenGL平台(如Coin3d,OpenInventor,Ogre3d,OSG,VTK等),功能简单,并且显示效果比较差,不能充分利用GPU硬件加速;OCAF采用树的方式管理数据,使用比较复杂,效率比较低,并且不适合自定义扩展。因此,不推荐使用OCC的可视化和数据管理组件.

CAD几何建模技术自20世纪60年代以来已发展近60年,取得了辉煌成就,被评为20世纪十大工程技术创新。经过几十年市场竞争演化,CAD技术与产品已形成垄断。自2000年以来,德国西门子公司和法国航空巨头达索公司开展了大规模并购,打造全生命周期工业软件体系,进一步巩固强化其技术和市场优势。在CAD技术产品发展过程中形成的关键“卡脖子”中间件也分别被西门子、达索收购,西门子掌控了几何引擎ParaSolid、几何约束求解引擎DCM,达索则收购了几何引擎ACIS和多领域约束融合技术公司Dymola,实现了几何建模与功能建模的融合,在多领域融合引擎技术上占得先机,并推出了CATIA V6 3DE。

特别需要指出的是,AutoDesk公司为了自身技术安全,1998年以源代码方式购买了ACIS技术,独立发展几何引擎,打造了ObjectARX架构体系。在西门子公司收购DCM后,AutoDesk在新一代云CAD开发中,抛弃了DCM,自行开发几何约束引擎VCS。

同样为了技术安全及不受制于西门子公司,达索公司在几何约束引擎方面采用了俄罗斯LEDAS公司开发的几何约束求解引擎LGS。LGS(2D 3D)组件包括二维(LGS 2D)和三维(LGS 3D)约束求解器,第一个版本的研发时间为2001年,该组件采用C++编写,算法采用高度优化的非线性求解器(Highly Optimized In-house Non-linear Solver)、几何分解方法以及启发式方法。LGS在约束求解方面被认为是仅次于D-Cubed的几何约束求解引擎,主要客户对象包括Cimatron(现属 3D Systems)、CD-adapco(现属Siemens PLM Software)、ASCON、Dassault、ODA等。LEDAS为Dassault提供了12年的约束求解技术支持,并将约束求解器集成在CATIA V5中。

拥有高水平的内核,是发展自主CAD/CAM/CAE和的核心工作。然而,世界上几何引擎不多了,基本处于垄断地位。中国人手里的中望的Overdrive内核(本来是美国VX CAD的内核,2010年被中望收购)和华天的CRUX IV (华天CAD系统SV的内核)等。

然而,这件事情完全不能商业化。例如中望,也曾经考虑做一套更商业化的内核。然而市场需求并不支持。最大的几何内核Parasolid一年的生意,也就是3000多万美元。如果做内核, 跟Parasolid去竞争争,是不可能活不下去的。

由于处于商业上的原因,西门子的UG,对于出售给中国内核,一直都不是太热心。于是中国很多项目,只能二选一,一般都是在跟Spatial公司进行合作。尽管ACIS的价格很高,但国内CAD厂商都只能让步。

中望3D的overdrive内核源于VX CAD,具有三维混合建模和加工功能,同时也具有A级曲面设计能力。作为独立自有的几何内核,优势是可以让CAM软件无缝的读取中望3D数据,保证数据的安全性和效率;独立自有内核的CAD也可以提供强大、灵活的API接口,让应用软件开发商基于此进行二次开发,这一策略与中望在2D CAD领域相似。

拓展知识:

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