士兵般排列整齊的繪圖板上，一支支鉛筆在比窗簾還要長(zhǎng)的圖紙上描繪著；高大寬敞的廠房里，工人們圍著一架飛機(jī)忙碌，零件不停地被裝上去，然后又被換下來(lái)。這是以往在飛機(jī)研究所和制造廠經(jīng)常見(jiàn)到的一幕，他們圍著忙碌的這個(gè)大家伙有個(gè)專(zhuān)有的名稱(chēng)：全尺寸木制樣機(jī)。

全尺寸木制樣機(jī)，顧名思義，就是和真飛機(jī)一樣大小的木頭制造的飛機(jī)，它曾是飛機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中的必經(jīng)階段。飛機(jī)是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，稍有差錯(cuò)，設(shè)計(jì)出來(lái)的零部件之間就可能存在不協(xié)調(diào)，沒(méi)法實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能，怎樣消除這些差錯(cuò)呢？聰明的工程師們自有解決之道，他們?cè)谀X海中構(gòu)思出每一個(gè)零件的樣子，繪制在圖紙上，再用木頭把它生產(chǎn)出來(lái)，最后裝配在一起就成為了全尺寸木制樣機(jī)。在樣機(jī)上，設(shè)計(jì)上的不合理之處很容易被發(fā)現(xiàn)，零件之間不協(xié)調(diào)的地方也得以暴露，于是工程師們開(kāi)始重新構(gòu)思，修改圖紙，再把零件用木頭做出來(lái)裝上樣機(jī)，反復(fù)協(xié)調(diào)幾次之后，金屬的真家伙就可以生產(chǎn)然后試飛了。

上面提到的場(chǎng)景已經(jīng)成為往事了，這一切都?xì)w功于計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和信息技術(shù)的進(jìn)步。上世紀(jì)六十年代以來(lái)，信息技術(shù)飛速發(fā)展，直接促進(jìn)了制造業(yè)的信息化。而制造業(yè)信息化的先鋒，就是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)（CAD，Computer Aided Design）。

從繪圖桌前解放出來(lái)

學(xué)過(guò)機(jī)械制圖的人都知道，手工繪圖是非常枯燥繁瑣的勞動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間在繪圖板前做沒(méi)有創(chuàng)造性的繪圖工作會(huì)讓人心情煩躁。以前設(shè)計(jì)一架飛機(jī)，圖紙數(shù)量動(dòng)輒幾十噸，早期的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)起到的就是代替手工繪圖的功能，用電子圖板把人從繪圖桌前解放出來(lái)。電子圖板是早期的CAD軟件，工程師能夠通過(guò)鼠標(biāo)鍵盤(pán)在屏幕上方便地繪制和修改圖紙，并用繪圖儀打印出來(lái)。二十世紀(jì)六十年代，通用汽車(chē)和大名鼎鼎的洛克希德飛機(jī)公司都推出了自己的電子圖板軟件，CAD這一專(zhuān)有名詞也是這個(gè)時(shí)期出現(xiàn)的。

七八十年代以來(lái)，CAD技術(shù)開(kāi)始超越電子圖板的階段，CAD軟件工程師們開(kāi)始嘗試在虛擬的三維空間中表示真實(shí)存在的物體。他們最早用幾何體的棱邊來(lái)表示一個(gè)物體，比如12條邊就可以表示一個(gè)立方體。后來(lái)曲面造型理論的發(fā)展使人們可以用外表面來(lái)表示一個(gè)物體，比如6個(gè)正方形圍在一起就是一個(gè)立方體。再后來(lái)，工程師們已經(jīng)能夠在虛擬的三維空間中隨心所欲地表示一個(gè)物體，還可以讓它具有除了外形之外的一些屬性，比如密度。

無(wú)紙化設(shè)計(jì)的到來(lái)

今天，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止用于在虛擬空間定義一個(gè)零件，它貫穿了產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)到生產(chǎn)裝配的全過(guò)程，由此產(chǎn)生了無(wú)紙化設(shè)計(jì)和虛擬樣機(jī)的概念。借助于先進(jìn)的CAD軟件，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，技術(shù)人員在虛擬空間中設(shè)計(jì)好每一個(gè)零件，把它們裝配在一起構(gòu)成虛擬樣機(jī)，對(duì)虛擬樣機(jī)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，然后對(duì)零件進(jìn)行修改。在計(jì)算機(jī)中修改設(shè)計(jì)是非?？斓?，往往只需要點(diǎn)擊幾下鼠標(biāo)修改幾個(gè)數(shù)字。

例如，在飛機(jī)設(shè)計(jì)中虛擬樣機(jī)完全代替了全尺寸木制樣機(jī)，每一個(gè)零件在虛擬空間中都有數(shù)字模型——除了鉚釘；虛擬樣機(jī)出來(lái)之后，飛機(jī)的一些重要數(shù)據(jù)就可以立即得到，比如重量和重心；在虛擬樣機(jī)中還可以觀察飛機(jī)的工作情況，比如起落架的收放是否正常、駕駛員的視野是不是像預(yù)想的那樣良好。虛擬樣機(jī)滿(mǎn)足要求之后，把整架飛機(jī)的數(shù)字模型發(fā)給制造廠，零件的數(shù)字模型可以直接用于數(shù)控機(jī)床加工，既保證質(zhì)量又提高效率。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程采用無(wú)紙化設(shè)計(jì)之后，開(kāi)發(fā)周期縮短了很多，由于全過(guò)程都在計(jì)算機(jī)里的虛擬空間進(jìn)行，不浪費(fèi)一張紙，因此非常合乎環(huán)保潮流。

波音777飛機(jī)成為有史以來(lái)第一架采用無(wú)紙化設(shè)計(jì)的飛機(jī)，這是一項(xiàng)革命性的技術(shù)成就。據(jù)估計(jì)，如果采用傳統(tǒng)的圖紙，光紙張就要消耗數(shù)十噸，算上中途修改消耗的，要上百?lài)嵓垙?，相?dāng)于地球上又少了幾十棵大樹(shù)。到了21世紀(jì)，幾乎每一種新飛機(jī)的研制都采用了無(wú)紙化設(shè)計(jì)技術(shù)，題圖是歐洲新一代軍用運(yùn)輸機(jī)A400M主要結(jié)構(gòu)的虛擬樣機(jī)。據(jù)報(bào)道，我國(guó)自主研發(fā)的新一代支線(xiàn)客機(jī)ARJ21也采用了無(wú)紙化設(shè)計(jì)技術(shù)。

技術(shù)or藝術(shù)？

CAD技術(shù)最早由飛機(jī)制造業(yè)催生，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)、機(jī)械等一切制造業(yè)領(lǐng)域，用于縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，提高產(chǎn)品品質(zhì)。然而，它并不只是技術(shù)，還是一門(mén)藝術(shù)。

看一看時(shí)下最新款轎車(chē)的外表，優(yōu)美、流暢的線(xiàn)條，水滴般的外形，無(wú)不給人以美的享受，這種外形不是由技術(shù)要求決定的，而是由美學(xué)上的要求決定的。創(chuàng)造出這一優(yōu)美外形的，正是CAD藝術(shù)。在二十年前，這是不可想象的，因?yàn)槟菚r(shí)的汽車(chē)造型手段太簡(jiǎn)單了，只能用一些簡(jiǎn)單的曲面來(lái)構(gòu)造汽車(chē)外形。

今天，借助于CAD軟件強(qiáng)大的曲面造型功能，工程師可以輕易地造出高質(zhì)量的優(yōu)美外形，把數(shù)字模型傳遞給數(shù)控機(jī)床加工成模具，轎車(chē)外殼就可以用模具沖壓出來(lái)了。CAD造型已經(jīng)成了汽車(chē)設(shè)計(jì)中不可或缺的手段，即便是最著名的意大利汽車(chē)設(shè)計(jì)師，也需要造型師將他的天才創(chuàng)意變?yōu)殡娔X中的數(shù)字模型。不僅是汽車(chē)，在一切工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，只要對(duì)產(chǎn)品的外形有美學(xué)上的特殊要求，都離不開(kāi)CAD藝術(shù)，例如手機(jī)、家電，甚至是潔具。

CAD技術(shù)并不滿(mǎn)足于在工業(yè)領(lǐng)域獲得成功，在廣告、動(dòng)漫影視這些新興行業(yè)，CAD也扮演了越來(lái)越重要的角色。新產(chǎn)品出來(lái)之前，一張成功的效果圖比實(shí)物更能吸引消費(fèi)者的眼球，刺激人的購(gòu)買(mǎi)欲望。在動(dòng)漫影視行業(yè)，CAD成為了影視特技的一部分，徹底顛覆了以前的特技制作方式，創(chuàng)造著一幕幕視覺(jué)盛筵。

終極目的

同計(jì)算機(jī)技術(shù)本身一樣，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)非常成熟了，它的未來(lái)還會(huì)是今天的這個(gè)樣子嗎？答案當(dāng)然是否定的。

一方面，它將與計(jì)算機(jī)輔助分析（CAE）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）等技術(shù)更加緊密地融合在一起，構(gòu)成制造業(yè)信息化的核心。

另一方面，它將超越制造業(yè)進(jìn)入更廣闊的空間，同多媒體技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)等一道成為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的一部分。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種高度逼真地模擬人在虛擬環(huán)境中的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、運(yùn)動(dòng)等感覺(jué)的技術(shù)，它可以讓人對(duì)虛擬世界產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)。采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，使用者不再是信息被動(dòng)的接受者，而是成為虛擬世界的一部分，通過(guò)自己的行動(dòng)與虛擬環(huán)境產(chǎn)生互動(dòng)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以用在各種模擬器上以提高工作效率和節(jié)省成本，也可以用于娛樂(lè)讓我們的生活更加精彩。有一天，在虛擬世界中，我們可以回到過(guò)去，在六千萬(wàn)年前的侏羅紀(jì)公園與恐龍一起賽跑；也可以奔向遙遠(yuǎn)的宇宙，體驗(yàn)一下星際航行的感覺(jué)。

所有技術(shù)的終極目的都是一樣的，那就是讓我們生活得更好。

【責(zé)任編輯】唐宇