二维/三维CAD设计软件技术 ---工业软件的关键和起点

 导读

为了更好的推动行业“十四五”智能制造发展，大力支持国产化技术开发与应用，2021年中国化工经济技术发展中心（石油和化工智能制造智库）面向行业征集了首批24项石油和化工行业“十四五”智能制造适用技术。24项技术均为国产优秀技术代表，已在行业应用并取得了显著成效，涵盖工程管理、生产运营管理、生产控制与优化、设备管理、安全生产管理和工业互联网（数字化）平台等六大类，现通过智库微信公众号发布，以供行业学习参考。

“十四五”智能制造适用技术之二/三维CAD设计软件技术

广州中望龙腾软件股份有限公司

1

现状与需求

CAD软件属于研发设计类工业软件，是实现工程设计数字化、产品研发数字化的主要工具，也是数字化和智能制造过程中数据产生的源头，其贯穿于数字化设计、数字化制造、数字化交付和数字化运维全流程。

工业软件的发展依托于工业体系的建立，由于欧美等发达国家率先建立了较为完善的工业体系，相较于发展中国家的工业软件企业，其在研发设计、生产过程管理和生产控制领域均具备较强的先发优势和整体竞争优势，Autodesk凭借成熟的技术，在我国CAD工业软件市场占有主导地位。随着制造企业在产品设计与生命周期各阶段对工业软件的需求不断增加，研发设计类软件的重要性在我国显著提升。虽然我国大型及复杂制造、建造领域的高端工业软件市场仍被国外知名企业占据，但随着国内工业软件企业的技术水平不断进步，与国外软件的差距正在逐渐缩小，国产CAD软件技术已基本达到国际先进水平。

2

架构与场景

（1）二维CAD架构

最底层包括运行时扩展、跨平台基础库和内存池技术。

运行时扩展技术使用 C 语言实现了运行时类型识别功能，定义了 ZRX 扩展模块的动态加载和卸载协议，具备了运行时扩展的基础能力。跨平台基础库定义了一套统一的基础类型，并封装了一系列的库函数，例如文件系统、字符串处理等，保持源码的一致性。

内存池技术提供了一套安全、高效的堆内存分配与释放机制，各模块通过内存池申请堆内存，可以有效的减小内存碎片，提高堆内存分配与释放的效率。

第二层包括 DWG 数据库、几何库技术。

DWG 数据库主要负责组织 DWG 文件的数据，实现序列化（将数据结构或对象转换成二进制串的过程）与反序列化（将在序列化过程中所生成的二进制串转换成数据结构或者对象的过程）功能。

几何库提供了完整的三维空间几何计算能力，包括点、向量、矩阵的计算，曲线、曲面的采样、求交、延伸、投影的计算等。

第三层是服务层，它对外层提供图形交互，COM 访问以及图形处理服务。

最外层是应用程序框架层，主要以 MFC 的多文档框架为基础实现软件的图形界面。这一层还包含 LISP 引擎以及指令系统，VBA 程序框架和文档框架。

（2）三维CAD架构

3D几何建模内核层次示意图

第一层为内存与数据管理层，包含内存分配与管理、序列化与反序列化、统一数据扩展框架等模块，为各种不同类型的数据库对象提供访问方法，实现内存池管理和数据优化，以及全平台统一的数据管理和数据访问功能，是整个几何建模内核架构的基础。

第二层为几何对象数学算法层，包括基础数学库、几何算法库、拓扑结构定义以及三维数据定义等模块，实现几何向量计算、矩阵变换；实现点、线、面的基础求交算法、投影算法、相切性判断；实现非均匀有理B样条（NURBS）算法；实现拓扑几何布尔运算、拓扑变化接口支持等功能。

第三层为三维造型实现层，包括三维建模引擎、三维图形渲染引擎、三维参数化设计引擎、数据交互管理、装配设计管理等模块。实现各种基础建模算法，同时为模型校验、模型修复等功能提供支持。

3

应用价值

中望CAD在中韩（武汉）石化、新安化工和中石油工程公司等单位应用，取得了良好效果。主要价值点有以下几个方面：

提供全流程一体化解决方案。中望公司对CAx领域的技术和产品有完整的布局，构建成一个全流程一体化的解决方案，提升设计生产效率和灵活性，缩减成本，缩短上市时间，提升质量和服务，挖掘价值，提升企业竞争力。

功能便捷，实施成本低。3DCAD采用Ribbon界面，界面设计充分考虑交互体验，命令直观易懂，工作流精炼便捷。界面支持深度定制，用户可根据个人需求调整菜单中所包含要素，可定义鼠标行为，自定义快捷键，可以根据用户角色来设置功能界面，个性化设置内容可一键导入导出，帮助企业批量定制。

高兼容性。支持最新的主流数据格式，能够与Windchill, Teamcenter, 思普等各种PLM集成，可以融入客户原有的PLM系统。

支持国产Linux操作系统。可支持国内多家CUP处理器（鲲鹏、飞腾、龙芯、兆芯、海光等），并且应用国内多款操作系统（红旗、中标麒麟、银河麒麟、深度、统信UOS等）。

（020-38289780）