1.2 NX软件与CAD技术的发展历程
在当今高效益、高效率、高技术竞争的时代，要适应瞬息万变的市场要求，提高产品质量，缩短生产周期，最大限度地提供满足客户需求的产品和服务，就必须采用先进的设计和制造技术。产品设计技术的发展是影响机械制造业发展的主要因素，NX软件的发展与CAD技术的发展存在密切的联系。
1.2.1 NX软件的发展历程
20世纪70年代，美国麦道飞机公司为了解决自动编程的问题，成立了专门的数控小组，其研究成果逐步发展成为CAD/CAM一体化的UG软件。在20世纪90年代，该软件被EDS公司收并，为通用汽车公司服务，并于2007年5月正式被西门子收购。因此，UG软件有着美国航空和汽车两大产业的发展背景。自UG 19版以后，此产品更名为NX。NX软件是西门子新一代数字化产品开发系统，它可以通过过程变更来驱动产品革新。
1．NX软件的发展历史
（1）1960年，McDonnell Douglas Automation公司成立。
（2）1976年，McDonnell Douglas Automation公司收购Unigraphics CAD/CAM/CAE系统的开发商——United Computer公司，Unigraphics雏形产品问世。
（3）1983年，Unigraphics II进入市场。
（4）1986年，Unigraphics融合了业界领先的、为实践所证实的实体建模核心——Parasolid的部分功能。
（5）1989年，Unigraphics宣布支持UNIX平台及开放系统结构，并将一个新的与STEP标准兼容的三维实体建模核心Parasolid引入Unigraphics。
（6）1990年，Unigraphics作为McDonnell Douglas（现在已经并入波音公司）的机械CAD/CAM/CAE的标准。
（7）1991年，Unigraphics开始了从CAD/CAM大型机版本到工作站版本的移植。
（8）1993年，Unigraphics引入复合建模的概念，可将实体建模、曲面建模、线框建模、半参数化及参数化建模融为一体。
（9）1995年，Unigraphics首次发布Windows NT版本。
（10）1996年，Unigraphics发布了能够自动进行干涉检查的高级装配功能模块、先进的CAM模块及具有A类曲面造型能力的工业造型模块，占领了巨大的市场份额，已成为高端、中端及商业CAD/CAM/CAE应用开发的常用软件。
（11）1997年，Unigraphics新增了包括WAVE在内的一系列工业领先的新功能，WAVE这一功能可以定义、控制和评估产品模板，被认为是当时业界最有影响的新技术。
（12）2000年，Unigraphics发布新版本——UG V17。新版本的发布，使UGS成为工业界第一个可装载包含深层嵌入“基于工程知识”（KBE）语言的世界级MCAD软件产品的主要供应商。
（13）2001年，Unigraphics并购SDRC的I-DEAS软件，公司更名为EDS PLM Solutions，同时提出了产品生命周期管理（PLM）的新概念。Unigraphics发布新版本——UG V18，新版本对旧版本中的对话框做了大量的调整，实现了在更少的对话框中完成更多的工作，使设计更加便捷。
（14）2002年，Unigraphics发布新版本——UG NX1，开始将I-DEAS与UG进行融合。
（15）2003年，Unigraphics发布新版本——UG NX2，这也象征着世界两大领先的产品Unigraphics和I-DEAS的统一进程的第二步。
（16）2004年，Unigraphics发布新版本——UG NX3，该版本是将I-DEAS的重要功能移植入UG软件的第一个版本。
（17）2005年，Unigraphics发布新版本——UG NX4，该版本以UG在数字化模拟和知识工程领域的领导地位为基础，并针对产品式样、设计、模拟和制造开发了新功能，它带有数据迁移工具，能够对希望过渡到UG的I-DEAS用户提供很大的帮助。
（18）2007年4月，UGS公司发布了UG NX 5.0——下一代数字产品开发软件，可以帮助用户以更快的速度开发创新产品，实现更高的成本效益。
（19）2007年5月10日，全球领先的产品生命周期管理软件和服务提供商UGS公司宣布，西门子已经完成对UGS公司的收购，并于2007年5月4日生效。UGS公司从此更名为Simens PLM Software，并作为西门子自动化与驱动集团的一个全球分支机构展开运作。
（20）2008年6月，Siemens PLM Software发布了NX 6.0，建立在新的同步建模技术基础之上的NX 6.0在市场上产生了重大影响。同步建模技术的发布是NX软件发展中的一个重要里程碑，并且向MCAD市场展示了西门子的郑重承诺。
（21）2009年10月，Siemens PLM Software推出其旗舰数字化产品开发解决方案——NX7。NX7引入了“HD3D”（三维精确描述）功能，即一个开放、直观的可视化环境，有助于全球产品开发团队充分发掘PLM信息的价值，并显著提升其制定产品决策的能力。此外，NX7还新增了同步建模技术的增强功能。
（22）2011年10月，Siemens PLM Software发布了NX 8.0，NX 8.0在其CAE方案中加入了大量的增强功能，包括用于解决世界上最具挑战性的仿真问题及应用广泛的NX Nastran®软件。
（23）2012年11月，Siemens PLM Software发布了NX 8.5，NX 8.5集成了众多以用户为中心的增强特性和新功能，可全面提升产品设计和制造环节的灵活性和生产效率。
（24）2013年9月，Siemens PLM Software发布了NX9正式版软件，此版软件仅支持64位操作系统，主要在用户交互方面引入了Microsoft Ribbon方法，采用了如同微软Office 2010的用户界面的Ribbon（带状工具条）功能区型界面。此外，还引入了NX“创意塑型”这种新方法来创建高度程式化的模型；在2D草图绘制方面引入了同步技术概念，无须预先创建约束即可更改逻辑，还可以自动识别各种关系（如相切）。
（25）2014年12月，Siemens PLM Software发布了NX10，引入了NX布局，这是一种易于使用的2D概念设计环境，它已经被完全集成到NX制图应用模块中。NX布局提供了多个专用工具来支持2D设计和布局。用户可以探索2D环境中的概念，然后使用这些数据来生成3D模型和装配。此外，还引入了对双监视器的支持。如果用户在两台监视器上工作，就可以将导航器放在第二个监视器上，将主监视器仅仅用于显示图形。
（26）2016年7月，Siemens PLM Software发布了产品开发解决方案——NX11，可以在协同受管环境中工作的同时提高产品开发和制造方面的生产力水平，并且通过Web访问帮助信息，可以从软件内部及Windows开始菜单访问帮助系统。
（27）2017年10月，Siemens PLM Software发布的NX12可在单个多学科的平台上提供产品设计、开发和制造的高级技术。NX12基于NX11中引入的主要增强功能（如Convergent Modeling）构建，由于支持直接操作扫描的或优化的小平面几何体，因此其提供的优化工具支持创成式设计工作流程。为了支持不断普及的增材制造，本版本将高级工具与传统建模方法相结合来设计轻量级部件，以定制设计验证检查器增强新功能，从而确保可制造性。
（28）2019年1月，Siemens PLM Software正式发布NX1847版本，该版本的发布是本行业的又一个重大里程碑。NX1847是为了纪念德国西门子集团创始于1847年而开发的。该软件可以实现在线升级，会自动检查更新包，比较容易保持NX软件的最新版本，便于用户了解软件的新功能及性能改进。此外，该版本针对产品的各方面均带来了重要的新功能和增强功能，可以让用户在协同环境中工作的同时提高产品开发和制造方面的生产效率。
2．NX1847新功能
Siemens PLM Software使用Continuous Release模式交付其NX软件产品。这种新的交付模式可以使用户更快地获得新的增强功能和质量改进内容，同时减少有效部署NX所需要的工作量。西门子由此成为第一家以这种方式提供产品的主要CAD / CAM / CAE供应商。
1）设计功能
在设计环境中，NX1847建模的所有方面都有所增强，包括传统建模和Convergent Modeling增强功能，以及可视化和用户交互等核心功能。
NX1847使用3D注释和基于模型的定义方法来交流设计意图，引入用于比较PMI的新功能，有利于跟踪定义模型的注释的更改。此外，引入新技术数据包（TDP）解决方案，更容易与用户和供应商共享信息，从而改善协同和供应商数据交换。
NX1847增强了在NX 12.0.2中引入的嵌入式虚拟现实（VR）应用程序，其中的新工具可让用户以更高层次进行设计互动。使用嵌入式VR工具，可以实现数字化映射。
2）加工功能
NX减材制造和增材制造中的新功能能够变换制造部件的方式。NX1847增加了增强型CNC编程自动化、新高速加工方法和高级机器人自动化生产等功能，有助于用户快速提供更高质量的部件；改进了增材制造，有助于用户更轻松地设置构建托盘和设计临界支撑结构，并且比以前更好控制。
3）Simcenter 3D
Simcenter 3D是针对3D仿真的统一、可伸缩、开放和可扩展的环境。在NX1847的Simcenter 3D中，引入了新的尖端仿真功能，加强了与Simcenter产品组合的连接，并扩展了集成多学科环境以涵盖更广泛的仿真覆盖范围，主要包括用于创成式设计和增材制造过程仿真的新的和增强的仿真解算方案，使Simcenter 3D能够提前对工程和制造工艺进行仿真。此外，Simcenter 3D的仿真覆盖范围已经过扩展，可涵盖传输仿真等新解算方案，这样可以使总体传输仿真处理时间减少大约80%。NX1847还包括通过Simcenter 3D和Simcenter产品组合（如STAR-CCM+）之间协同而形成的数字化主线新纽带，以进行航空声学和航空声振分析。NX1847使用基于NX的Convergent Modeling功能构建的添加增强功能，可以对收敛体直接划分网格，从而简化扫描或优化数据的分析过程。总体而言，Simcenter 3D可以帮助工程师进行创新，并降低预测产品性能所需的工作量、成本和时间。
1.2.2 CAD技术的发展历程
CAD技术起步于20世纪50年代后期。在发展初期，CAD的含义仅仅是图板的替代品，即Computer Aided Drawing（or Drafting），而非现在的CAD（Computer Aided Design）所包含的全部内容。此时，CAD技术是在传统的三视图的基础上，通过在计算机屏幕上绘图来表达零件外形，并以图纸为媒介进行技术交流，也就是二维计算机绘图技术。
1．曲面造型技术
20世纪60年代出现的三维CAD系统只是极为简单的线框造型系统。这种初期的线框造型系统只能表达基本的几何信息，不能有效地表达几何数据间的拓扑关系，这是因为缺乏形体的表面信息，并且CAM及CAE均无法实现。
20世纪70年代，正值飞机和汽车工业的蓬勃发展时期。在此期间，设计者在飞机及汽车制造中遇到了大量的自由曲面问题，当时只能采用多截面视图、特征纬线的方式来近似表达所设计的自由曲面。由于三视图方法表达的不完整性，因此经常发生在设计完成后，制作出来的样品与设计者所想象的有很大差异甚至完全不同的情况。而且，设计者对自己设计的曲面形状能否满足要求也无法保证，所以还经常需要按比例制作油泥模型，并以此作为设计评审或方案比较的依据。这种既慢且繁的制作过程大大拖延了产品的研发时间，因此要求更新设计手段的“呼声”越来越高。
此时，法国某学者提出了贝塞尔算法，使得人们在用计算机处理曲线及曲面问题时变得可以操作，同时也使得法国的达索飞机制造公司的开发者们能在二维绘图系统CADAM的基础上，开发出以表面模型为特点的自由曲面建模方法，推出了三维曲面造型系统CATIA。该系统的出现，标志着计算机辅助设计技术从单纯模仿工程图纸的三视图模式中解放出来，首次实现使用计算机完整地描述产品零件的主要信息，同时也使得CAM技术的开发有了现实的基础。
然而，此时的CAD技术价格极其昂贵，而且软件商品化程度低，这主要是因为开发者本身就是CAD技术的大用户，要求技术保密。只有少数几家受到国家财政支持的公司，在20世纪70年代后期才有条件独立开发或依托某厂商发展CAD技术。例如：CADAM由美国洛克希德（Lochheed）公司支持，CALMA由美国通用电气（GE）公司开发，CV由美国波音（Boeing）公司支持，I-DEAS由美国国家航空航天局（NASA）支持，UG由美国麦道（MD）公司开发，CATIA由法国达索（Dassault）公司开发。这时的CAD技术主要应用于军品制造领域。
但受此项技术的吸引，一些民品制造企业也开始摸索开发一些曲面造型系统为自己服务，如汽车业“巨头”大众汽车公司开发的SURF、福特汽车公司开发的PDGS、雷诺汽车公司开发的EUCLID，丰田、通用汽车公司等也开发了自己的CAD系统。但是由于无军方支持，开发经费及经验不足，他们开发出来的软件商品化程度都比军方支持的系统低，功能覆盖面和软件水平也相差较大。
曲面造型系统带来的技术革新，使汽车开发手段与旧的模式相比有了质的飞跃，新车型的开发速度也大幅度提高，许多车型的开发周期由原来的大约6年缩短到大约3年。CAD技术给用户带来了巨大的好处及颇丰的收益，因此汽车工业开始大量采用CAD技术。
2．实体造型技术
20世纪80年代初期，CAD系统的价格依然令一般企业望而却步，这使得CAD技术无法拥有更广阔的市场。为了使自己的产品更具特色，在有限的市场中获得更大的市场份额，以CV、SDRC、UG为代表的系统开始朝各自的发展方向前进。20世纪70年代末期到80年代初期，由于计算机技术的大跨步前进，CAE、CAM技术也开始有了较大发展。SDRC公司在当时“星球大战计划”的背景下，由美国国家航空航天局支持，合作开发出了许多专用分析模块，用以降低巨大的太空实验费用，同时在CAD技术方面也进行了许多开拓；UG则着重在曲面技术的基础上发展CAM技术，用以满足飞机零部件的加工需求；CV和CALMA则将主要精力都放在CAD市场份额的争夺上。
曲面模型技术可以基本解决CAM的问题。但由于表面模型技术只能表达形体的表面信息，难以准确表达零件的其他特性，如质量、重心、惯性矩等，对CAE十分不利，最大的问题就在于分析的前处理特别困难。基于对CAD/CAE一体化技术发展的探索，SDRC公司于1979年发布了世界上第一个完全基于实体造型技术的大型CAD/CAE软件——I-DEAS。实体造型技术能够精确表达零件的全部属性，在理论上有助于统一CAD、CAE、CAM的模型表达，给设计带来了惊人的便利性，代表着未来CAD技术的发展方向。基于这样的共识，各软件公司纷纷仿效，使得实体造型技术“风靡全球”。可以说，实体造型技术的普及应用，标志着CAD发展史上的第二次技术革命。
但是新技术的发展往往是曲折和不平衡的。实体造型技术既带来了算法的改进和未来发展的希望，也带来了数据计算量的极度膨胀。在当时的硬件条件下，实体造型的计算及显示速度很慢，在实际应用中进行设计显得比较勉强；以实体模型为前提的CAE属于较高层次的技术，普及面较窄；另外，在算法和系统效率的矛盾面前，许多赞成实体造型技术的公司并没有加大力量去解决这个矛盾，而是转去攻克相对容易实现的表面模型技术，各公司的技术取向再度“分道扬镳”，实体造型技术也因此没能迅速在整个行业全面推广。
3．参数化技术
如果说在此之前的实体造型技术都属于无约束的自由造型，那么在20世纪80年代中期，有人提出了一种比无约束自由造型更新颖、更好的算法——参数化实体造型方法。从算法上来说，这是一种很好的设想，它的主要特点包括基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。但是当时的参数化技术方案还处于发展的初级阶段，很多技术难点有待于攻克。而且参数化技术核心算法与以往的系统有本质差别，若采用参数化技术，必须将全部软件重新改写，则投资及开发工作量必然很大。当时的CAD技术主要应用在航空和汽车工业，而这些工业对自由曲面的需求量非常大，参数化技术还不能提供解决自由曲面的有效工具（如实体曲面问题等）。在此情况下，一个新的公司成立了，即参数技术公司PTC（Parametric Technology Corp.），并开始研发被命名为Pro/E的参数化软件。早期的Pro/E软件性能很低，只能完成简单的工作，但由于第一次实现了尺寸驱动设计修改，使人们看到了它今后将给设计者带来的便利性。
20世纪80年代末期，随着计算机技术的迅猛发展，硬件成本大幅度下降，CAD技术的硬件平台成本从二十几万美元下降到几万美元。自此CAD技术迎来了一个更加广阔的市场，很多中小型企业也开始有能力使用CAD技术。20世纪90年代，参数化技术变得更加成熟，充分体现出其在许多通用件、零部件设计上存在的简便易行的优势。可以认为，参数化技术的应用主导了CAD发展史上的第三次技术革命。
4．变量化技术
参数化技术的成功应用，使得它几乎成为CAD业界的标准，但是技术理论上的认可并不意味着实践上的可行性。由于CATIA、CV、UG、EUCLID都在原来的非参数化模型基础上开发或集成了许多其他应用，包括CAM、PIPING和CAE接口等，在CAD方面也进行了许多应用模块开发，因此重新开发一套完全参数化的造型系统面临着很大的困难。因为这样做意味着必须将软件全部重新改写，而且他们在参数化技术上并没有完全解决好所有问题，所以他们采用的参数化系统基本上都是在原有模型技术的基础上进行局部、小块的修补。考虑到这种“参数化”的不完整性，以及需要很长时间的过渡，CV、CATIA、UG在推出自己的参数化技术以后，均宣传自己采用的是复合建模技术，并强调复合建模技术的优越性。
这种把线框模型、曲面模型及实体模型叠加在一起的复合建模技术，并非完全基于实体，只是主模型技术的“雏形”，难以全面应用参数化技术。由于参数化技术和非参数化技术的内核本质不同，在使用参数化技术造型后，进入非参数化系统还要进行内部转换，才能被系统接受，而大量的转换极易导致数据丢失或其他不利条件。因此，这样的系统在参数化技术上和非参数化技术上均不具备优势，系统整体竞争力自然不高，只能依靠某些实用性模块上的特殊能力来增强竞争力。
在参数化技术的发展过程中，开发人员发现该技术尚有许多不足之处。首先，“全尺寸约束”这一硬性规定就干扰和制约着设计者创造力及想象力的发挥。全尺寸约束，即设计者在设计初期及全过程中，必须将形状和尺寸联合起来考虑，并且通过尺寸约束来控制形状，通过尺寸的改变来驱动形状的改变，一切均以尺寸（即所谓的“参数”）为出发点。一旦所设计的零件形状过于复杂，设计者通过修改大量尺寸以获得所需要的形状就很不直观；再者，如果在设计中关键形体的拓扑关系发生改变，失去了某些约束的几何特征就会造成系统数据混乱。
一种比参数化技术更为先进的实体造型技术——变量化技术，可以弥补参数化技术的不足。变量化技术既保持了参数化技术原有的优点，又克服了参数化技术的许多不足。变量化技术的成功应用，为CAD技术的发展提供了更大的空间和机遇。
CAD技术基础理论的每次重大进展，均带动了CAD/CAM/CAE整体技术的提高及制造手段的更新。技术发展永无止境，没有一种技术是“常青树”，CAD技术一直处于不断的发展与探索之中。正是这种“此消彼长”的互动与交替，推动了CAD技术的发展与应用，促进了工业的高速发展。