CAID与CAX模型入门之一——何谓CAID与CAX？+番外篇：动漫界的乱入
又开始写科普贴了……
没办法，新来的Green hands太多了。而根据我在本科的经验，那帮老师的水准……也就那样。如果上课上到你一头雾水，那不妨静下心（注意这三个字），好好看看本文，作为CAID与CAX系统的入门教程。
何谓CAID与CAX？
我们都知道CAD，也就是Computer Aided
Design，计算机辅助设计。有款软件估计用过的人不少，也就是传说中的AutoCAD，这是Autodesk的拳头产品。事实上，CA啥啥的，曾经是
热炒的概念，比如CAI，也就是Computer Aided
Instruction，计算机辅助教学。但是，这些东西现在几乎没有人提起了，也就在中学的计算机教材上还有这些老古董。但是，有三个概念却在制造业蓬
勃发展，除了众人皆知的CAD，另外两个就是CAE和CAM，分别代表Computer Aided
Engineering（计算机辅助工程）和Computer Aided Manufacturing（计算机辅助制造）。
所谓的CAE，其实很简单。我们在设计零件的时候，常常需要对零件进行各种测试。比如一个螺栓，我们需要测试它能承受多大的拉力或者剪力。在CAE
还没出现的时候，我们苦逼的设计师就必须要根据材料参数和载荷算出螺栓的最小许用尺寸，然后再在GB里面翻出合适尺寸的标准螺栓（估计这行绝大多数人都没
上过机械设计吧，算这玩意真是能算到三日不知肉味）。然而，CAE出现之后，瞬间解脱了。只要将相应的模型给出，让电脑自己去计算即可。这里有一个非常重
要的算法就是有限元。有限元的基本概念就是将实体分成有限的若干小部分，然后根据载荷进行模拟运算，事实上可以将它理解为类似于微分的某种东西。反正还是
以螺栓为例，只要将螺栓导入CAE系统，然后加载载荷，就可以给出各个部分的受力状况。这就是CAE。当然，CAE的范畴远远超出载荷分析，除了计算载
荷，它还可以用于注塑分析，看看某个模型用注塑方法可否正常加工（因为注塑如果冷却太快的话，是注塑不了的）。
然后就是CAM，CAM和另一个概念——NC密不可分。NC不是某部位残疾的意思，而是Numberic Control，也就是数控。给出模型，数控加工中心就可以根据模型将零件加工出来。非常简单。
CAD、CAE和CAM堪称是现代机加技术的核心。然而，这三者之间的界限也越来越模糊。比如CAM-I对于CAM的定义就是“通过直接的或间接的
计算机与企业的物质资源或人力资源的联接界面，把计算机技术有效地应用于企业的管理、控制和加工操作。“也就是说，CAD和CAE事实上被这帮做CAM的
也包含在内了。帮派斗争姑且放一边，CAD、CAE和CAM的融合事实上是一个大趋势。我们常说的三大CAD系统——UG
NX、CATIA、Pro|Engineer，都是同时兼具CAD/CAE/CAM功能的。对于这种大型系统，我们有一个外延更广的概念去称呼他们——
CAX系统。
话说让我想起了CAXA，我航出这个有年头了。CAXA事实上就是一套完整的CAX工具集，从2D的电子图板，到3D的实体设计（里面包含了CAE
的功能），到制造端的各种玩意（话说当年用这个在工训中心C了不少东西），从线切割到数控车到制造工程师等等。而所有这些功能，在三大CAX系统当中也是


一个都不缺的。
但是对于我们做工业造型的人而言，这些显然都太过于诘屈聱牙。不少工程师都很轻蔑的说你们不就是做表面文章么……
我手里攥着砖头在拍出去之前，还是满脸微笑得告诉他：从软件上说，你是对的。
三大CAX系统不可谓不强大。但是却也有两个极其严重的缺陷——效率问题和造型自由度问题。事实上这两个问题是一个问题。
我们都知道，CAX系统是所谓的”参数驱动“，更先进一些的理念是”变量驱动“，事实上主流的CAX软件全部都是这样。所有的图元，从点到线到面到体，都有一套完整的参照体系，在这个参照体系上，对对象进行完整的定义。要解释这一问题，需要动用一些初中的数学知识。
举例，我现在要在一个平面坐标里面点两个点。首先我们需要界定一个Universal坐标系，也就是X和Y轴，定义原点和坐标方向。然后才能给出确
切的(x1,y1)，这个，所有人都可以理解，现在看第二个点。我们有两种方法可以定义第二个点，现在就看我们想要用什么方法对其进行进行定义。
如果我们想要知道P2的绝对位置，那么很简单，定义一下(x2,y2)，搞定。但是，如果我现在有一个要求，当P1移动的时候，P2相对于P1保持静止，该怎么办？
这时候，我的要求实际上是P2相对于P1的一种位置关系，我们需要用两条信息对其进行定义。第一，P1的坐标(x1,y1)，第二，P2相对于P1的位矢量(x2-x1,y2-y1)。位矢量定义之后，P2相对于P1的位置就确定了。
那肯定会有人问，这两者之间有啥不同？
不同就在于“关系”上面。在绝对定位方法里面，P1移动的时候，P2是不动的，因为这两者之间毫无关系。但是第二种方法里面，当P1移动的时候，P2是会跟着移动的。而且在设计过程中，你可以随时调整这些参数，模型会根据这些参数实时调整，而不必推倒重来。
这就是CAX系统的方便之处。比如一个盒子，做过Rhino的都明白如果想要修改这个盒子的尺寸，有两种方法，Scale或者干脆推倒重建。因为参
数是预定义的，一旦在创建对象的时候将参数确定好，以后就不可以修改，但是在CAX系统当中，比如ProE，只要调整定义出来的长、宽、高就行了。
上文提到的“变量化设计”，指的是一种更为前瞻性的设计方法。仍然是一个盒子，我要求长是宽的两倍，宽是高的两倍，那么我们只要定义这个盒子的尺寸
为(x,2x,4x)，搞定，我们只要调整x，就可以得到一系列不同尺寸但是同样符合规格的盒子。一切只要进行一个变量的调整。这就是变量化设计。
但是说回来，为什么会让人不爽呢？
在ProE里面，“参照”是极其让人头疼的东西。任何对象，必须要有一个参照和完全的约束才能够定义，否则系统就认为它是孤魂野鬼。比如我要在一个
盒子的某个表面上画一个圆，我就必须要明确指定是哪个面、指定面上的两边，然后定义圆心到这两条边的距离，然后定义半径……真累啊。
对于设计师而言，这些实在是太麻烦了。灵感稍纵即逝，快速建模的时候，80%精力都花在这些该死的“参照”上，实在是一件让人非常不舒服的事情。
于是，一些自由风格的系统应运而生。这就是CAID系统，也就是Computer Aided Industrial
Deisgn，计算机辅助工业设计系统。这其中最老牌的当属Alias。当年在SGI工作站上的UNIX系统上就是重量级CAID系统，专攻汽车，时至今
日，Alias仍然是CAID系统当中的领导者。当然，CAID也由当年的一枝独秀到遍地开花。有第一个完全基于Windows的CAID系统
Rhinoceros，有仅次于Alias的老牌CAID系统SolidThinking，这些系统都是在CAID快速发展的今天设计师的必备之物。
CAID和CAX系统最大的一点区别就在于，CAID是不需要参数的，也完全不需要参照和约束。这就使得CAID系统的建模自由度和效率远远高于
CAX系统，尤其是体现在曲面建模领域。因为做曲面之前，先得定义曲线。而高自由度的曲线需要定义的东西太多。比如一个D3的空间曲线，需要有四个CV来
进行控制，如果每个CV都是用Universal坐标进行绝对定位，那么需要对12个参数进行约束，耐性再好的人做一个曲面估计已经开始烦了，面对一整台
汽车数百个曲面，完了还得仔细调整每个曲面之间的过渡，神仙也疯狂了。而CAID则不需要这些定义，给出点，我说在这儿就在这儿，不要问我为什么，不要问
我参照。
当然，这么做的劣势也是明显的，一旦对象发生变化，那么它将无法对模型进行自动调整。但问题在于，在ID领域，这种应用几乎没有，最多比如打开一台车的车门之类的东西，用Transform调整模型之后直接出效果图就行了，不必要像真正的CAX当中的装配体那么严谨。
为方便理解，我们举一个例子。引擎的装配当中，我们对活塞进行一个运动模拟。CAX系统当中只需要对活塞和气缸进行同轴约束即可，CAX系统会自动
约束其他所有的参数，而不需要设计师去进行调整，即便是气缸的角度发生了变化，活塞的角度也会跟着变化，因为他们之间已经有了一个同轴的约束。而CAID
系统当中就做不到了。当移动气缸的时候，就必须要手动移动活塞，否则就对不上了。这就是所谓的有得必有失，放弃了严谨的参照和约束系统，换来建模的高自由
度和曲面建模的效率。这种选择完全就是基于工业设计师的需求而做出的，毕竟严谨的参照和约束在工业设计领域应用并不多。

原文链接：http://extrtbcn.wordpress.com/2011/11/14/caidcax_1/

顶一个，lz是某航毕业的？

是。

原来是这样，这个是不是也就是参数化和非参化的区别？
所以CATIA或者UG也有设计能力？

好贴必顶

这只是区别之一。