無論是歐美還是中國，很多企業的信息化都是從CAD開始的。很多企業的高層管理者是從CAD中看到了信息化在企業中的巨大價值後，才下決心投入大量的人力物力進行企業信息化。CAD可以說是制造業信息化發展的壹個縮影。50年來，隨著CAD的不斷進步，企業也在不斷發展。CAD的發展歷史是怎樣的？未來有哪些發展方向，企業如何選擇這麽多CAD？我將帶妳走進CAD的世界，逐壹探討這些問題。
1.1從計算機圖形學到2D CAD
說起CAD(計算機輔助設計)的發展史，就不得不說說計算機的發展。1946: ENIAC(電子數字積分器和計算機)誕生了，這是第壹臺真正意義上的數字電子計算機。ENIAC的開發始於1943，完成於1946。領導者是約翰·W·莫奇裏和J·普雷斯珀·埃克特。這個大家夥重30噸，使用18000個電子管，功率25千瓦，主要用於彈道計算和氫彈的研制。
CAD:制造業信息化的縮影
自從計算機出現以來，工程技術人員就希望計算機不僅能進行“加、減、乘、除或與非”的運算，還能表達和處理圖形。由於當時的技術限制，直到20世紀60年代初，計算機只能進行被動的圖形處理。
20世紀60年代初，計算機圖形學成為壹門專門學科，並日趨成熟。與此同時，交互技術、分層存儲符號的數據結構等新思想不斷被提出，為CAD的應用和發展提供了理論基礎。這時，美國開始出現專門的CAD設備。此時的CAD更多的是作為畫板的替代品出現，CAD的概念還處於計算機輔助繪圖(或制圖)階段，遠沒有達到“輔助設計”的階段。
CAD:制造業信息化的縮影
20世紀70年代，美國公司applicon率先推出了完整的CAD系統。壹個面向中小企業的商用cad/cam系統應運而生。20世紀70年代末，美國安裝的cad工作站超過65，438+02，000臺，用戶超過25，000人。
CAD:制造業信息化的縮影
20世紀80年代，隨著個人電腦的迅速普及，CAD技術也迅速發展起來。劃時代的Autocad誕生於1982年，到1985年，已經賣出了65438+萬套。CAD已經進入普及階段。80年代中後期，國內少數企業開始逐步應用CAD。但由於此時電腦價格較高，企業中少數電腦壹般只作為特殊計算使用，所以CAD在國內並未普及，更多的是民間愛好者。
90年代，隨著windows系列操作系統的成熟和電腦價格的下降，CAD開始走下神壇。1991年，國務委員宋健提出了“擺脫海圖”的口號，正式拉開了CAD在我國普及應用的序幕。由於windows 95/98/NT操作系統和工作站加Unix操作系統構成了CAD系統的主流工作平臺，當前的CAD技術和系統具有良好的開放性，圖形界面和圖形功能日益標準化。
在20世紀90年代，當馬奔騰擠滿了競爭對手時，Autocad憑借其良好的穩定性、出色的開放性和符合windows規範的圖形界面開始迅速占領市場。1996 Autocad賣出了15萬套，成為世界2D CAD領域當之無愧的“無冕之王”。所以現在很多人提到CAD，都是指Autocad。1998年，歐特克發布了劃時代版本的Autocad R14，這是第壹款完全符合Windows 98的cad軟件。它的誕生，實際上確立了各種windows平臺的CAD軟件的接口標準和格式標準。我們今天能看到的2D CAD軟件的界面和按鈕風格，大部分都是來自Autocad R14。這個版本仍然被許多Autocad用戶使用。
但當時中國的知識產權保護制度並不完善，大部分企業的Autocad都是盜版的。雖然Autocad的盜版問題客觀上使其成為中國企業安裝量最高的cad產品，並幫助眾多中國企業第壹次認識到電腦繪圖的巨大魅力，但也為中國制造企業今天頻繁面臨盜版侵權訴訟埋下禍根。
此時，在政策的推動下，國內CAD軟件廠商開始大量湧現。國內cad廠商從壹開始就分為兩大陣營:以高華CAD、華正電子圖板、大恒CAD、穆凱CAD為代表的具有完全自主知識產權的CAD，以天河CAD、XTCAD、InteCAD為代表的基於Autocad的增值開發CAD。
這裏需要特別提到的是華政電子海圖和穆凱CAD。CAXA電子海圖的前身華正電子海圖已經成為國內機械行業裝機量最大的國產CAD。穆凱CAD是從畫法幾何的角度，基於我國工程師的使用習慣，對CAD內涵的全新詮釋。這兩個CAD模型可以看作是那個時代中國爭取自主產權CAD的縮影。
由於Autocad壟斷了國內90%以上的機械cad市場，具有自主知識產權的CAD產品面臨著壹個不可逾越的“鴻溝”，那就是對DWG格式的兼容。由於不能保存為DWG圖紙，讀取AutoCAD文件存在數據丟失，與AutoCAD用戶圖紙溝通存在障礙，使得國內CAD流失了大量客戶。到目前為止，雖然擁有自主知識產權的CAD做了很多努力，但是由於Autodesk的知識產權保護政策，擁有自主知識產權的CAD只能兼容較低版本的DWG文件格式，而不能兼容最新版本的DWG格式，這使得擁有完全自主版權的CAD飽受詬病。
21世紀，隨著中國加入WTO，中國制造企業的對外交往日益頻繁。同時，為了履行在全球範圍內保護知識產權的承諾，中國已經開始從政府層面加強對軟件正版化的管理。越來越多的企業開始將盜版AutoCAD軟件合法化。
此時，以忠旺、陳豪為代表的“新壹代”自主知識產權CAD開始躍上舞臺。這種以IntelliCAD為核心的二維CAD，幫助企業解決版權問題，號稱完全兼容DWG格式。在他們之後，包括穆凱耀創和偉恒在內的許多國內CAD公司都選擇在IntelliCAD平臺上開發自己的專有CAD軟件。目前，基於IntelliCAD內核的自主產權CAD已經成為可以與Autocad抗衡的壹大力量。
其實IntelliCAD並不是什麽“新產品”，而是壹直生活在Autocad的陰影下，命運多舛。早在1994年，美國Softdesk公司就開始開發壹套CAD軟件:Phoenix，號稱99%兼容AutoCAD。1996年，Autodesk與Softdesk合並，但由於美國反壟斷法的限制，鳳凰不得不在合並前出售。不得已，Softdesk以670萬美元的價格將Phoenix賣給了VISIO。1998年，VISIO發布了Intellicad98——現在意義上的intelli CAD 98誕生了。
此時的AutoCAD憑借R14版本的巨大成功，將包括IntelliCAD在內的所有競爭對手遠遠甩在身後。IntelliCAD決定在離開Visio後尋求新的商業模式。因此，IntelliCAD技術聯盟(ITC)的組織誕生了。ITC采用了半公開的程序代碼，任何對Intellicad感興趣的公司都可以花錢獲得修改後的程序代碼並公開出售。但是，所有的修改都必須向ITC公開，並且在發布時必須標記IntelliCAD。目前最新版本的IntelliCAD聲稱支持DWG 2008。
IntelliCAD因其許多缺陷而受到批評。忠旺和陳豪都對IntelliCAD做了大量修改，據說修改了4000多個bug。所以基於IntelliCAD平臺的產品的穩定性取決於開發者的技術水平和投入。
以Intellicad為核心的自主版權CAD的異軍突起，使得我國二維CAD市場呈現出Autocad、完全自主知識產權CAD、以IntelliCAD為核心的自主版權CAD三足鼎立的局面。
1.2 3D CAD的“核”戰
其實從CAD的發展歷史來看，CAD壹開始並沒有分為“二維”和“三維”。從20世紀50年代到60年代，計算機圖形學的發展突飛猛進，二維繪圖和曲面線條建模取得了巨大的成就，並形成了公認的標準，於是科學家們將視角轉向了實體建模技術。
1968年，日本的Norio Okino教授率先將實體的概念引入三維幾何建模，並主持開發了TIPS系統。二維CAD和三維CAD從此“分道揚鑣”。
時間進入20世紀70年代，世界工業強國的飛機和汽車工業蓬勃發展。在此期間，在飛機和汽車制造中遇到了大量的自由曲面。當時設計的自由曲面只能用多截面視圖和特征緯度近似表示。由於三視圖法的不完全性，經常會出現設計完成後，做出的樣品與設計師想象的相差很大，甚至完全不同的情況。設計人員無法保證自己設計的表面形狀是否能滿足要求，所以往往會按比例制作汙泥模型，作為設計審核或方案比較的依據。緩慢而復雜的生產流程大大拖延了產品的研發時間，更新設計手段的呼聲越來越高。
從65438年到0972年，美國羅徹斯特大學的H.B.Voelcker教授開始開發PADL系統。從1979開始，Volcker進壹步聯合美國工業力量，在國家自然科學基金的支持下，開發了PADL-2.0系統，並在1982推出了試用版。當時的Unigraphics(簡稱UGS，現為西門子PLM軟件的前身)、CALMA、Auto-Trol、AutoCAD 12都使用PADL2作為自己CAD/CAM商品系統的實體建模模塊。
當時正處於冷戰時期，3D CAD技術作為有效提高壹個國家工業能力的技術受到嚴密保護，尤其是航空航天等國防工業。只有少數軍工企業有條件開發和使用這項技術。例如，CADAM系統是在Lochheed的支持下開發的。通用電氣公司(GE)開發了CALMA系統。波音公司支持CV系統的開發。美國國家航空航天局(美國國家航空航天局)支持開發I-DEAS系統；美國麥道(MD)公司開發UG系統；法國達索公司開發了CATIA系統...
與此同時，壹些有實力的汽車企業也開始利用商業化的3D CAD技術開發自己的曲面建模軟件。比如大眾開發SURF系統；福特汽車公司開發了PDGS系統。法國雷諾汽車公司開發了歐幾裏德系統...
嚴格來說，此時的3D CAD只是為了滿足解決復雜曲面建模的需要而設計的，並沒有達到真正的“實體”。
與此同時，CAM和CAE技術也在蓬勃發展。在當時星球大戰計劃的背景下，在美國國家航空航天局的支持與合作下，美國SDRC公司開發了許多特殊的分析模塊，以降低龐大的空間試驗成本。但是在CAE分析中，最大的困難是表面模型技術只能表達車身的表面信息，很難準確表達零件的其他特性，如質量、重心、慣性矩等。於是在1979年，SDRC發布了世界上第壹個完全基於實體造型技術的大型CAD/CAE軟件──I-DEAS，SDRC也因為引導了3D CAD的實體革命而聲名鵲起。但由於當時計算機硬件條件和實體算法的限制，三維實體模型的發展並沒有繼續，SDRC也沒有“大開天地”。20多年後，被EDS忍痛收購。
除了硬件條件的限制，很多企業不願意使用三維實體建模的另壹個重要原因是不同算法下實體建模的體素組合的可靠性並不完全壹致。以至於當時銷售3D CAD軟件時，合同上要註明:“因使用該軟件造成的任何質量事故損失，我公司不承擔法律責任”。
1973，3D CAD領域的傳奇人物伊恩·布雷德(Ian Braid)畢業於劍橋大學。他與導師查爾斯·朗和同學艾倫·格雷爾合作，聘請荷蘭人彼得·維恩曼擔任營銷策劃，於1974年創辦了Shape Data公司，用Fortran語言開發了第壹代實體造型商品系統Romulus，並從1978投放市場。從此，影響至今的Parasolid內核誕生了。
1981年埃文斯&；薩瑟蘭獲得了形狀數據。1986年，在Ian Braid的支持下，開始開發美國版權的第二代實體造型Parasolid系統。1988左右，UG買了Parasolid，用來替代PADL2。經過20多年的應用，Parasolid已經成為當前CAD系統中最穩定的通用幾何開發平臺之壹。到目前為止，美國CAD領域的許多專家學者都認為Parasolid是美國對世界CAD發展做出的最重要的貢獻。
1986年，美國空間技術公司開始研發新壹代CAD通用支撐平臺，他們很快與Ian Braid達成合作意向。基於波音公司1980~1985開發的CAD系統TIGER，ACIS1.0於2月推出，19xx 65438。ACIS是伊恩·布雷德的同學艾倫·格雷爾，他的導師查爾斯·朗，伊恩·布雷德以Solid為前綴。1993年6月，Autodesk與Spatial公司簽約，采用ACIS作為三維機械設計系統MDT的開發平臺。此後，它成為貨物信息預報系統的最大用戶。
2000年7月5日，法國達索系統公司(dassault systemes)簽署合同，以265，438美元+50萬美元現金收購ACIS kernel。這意味著——全球裝機量最大的3D CAD軟件之壹CATIA也將采用ACIS內核。
目前Parasolid內核主要被NX，西門子PLM軟件的Solidedge，達索的Solidworks采用。ACIS主要被Autodesk旗下的MDT、Inventer、達索旗下的CATIA采用。以這兩個核心為核心的三維CAD軟件占據了三維CAD軟件世界市場份額的90%以上。3D CAD的核心算法(也稱內核)已經從各自為政的混沌狀態變成了Parasolid和ACIS的競爭。
細心的讀者可能會發現，上述3D CAD產品缺少壹個大家熟知的3D CAD產品名稱——Pro/Engineer。先介紹壹下Pro/Engineer的誕生歷史和它的“母親”——參數化技術公司(PTC)。
1974年，37歲的蘇聯人塞繆爾·蓋斯伯格來到美國，在CV公司工作，該公司為波音公司提供三維技術。當時CV公司是三維曲面線框建模的龍頭廠商，如日中天。它的強大和傲慢，不僅阻止了當時第壹個全三維實體造型CAD軟件I-DEAS的普及，也讓塞繆爾·蓋斯伯格這樣的壹批數學天才的智慧和才華無處施展。
Samuel Geisberg提出了壹種沿用至今的新的實體建模方法:基於特征、全尺寸約束、全數據關聯和尺寸驅動的設計修改。但他的想法沒有被CV公司采納。1985年，在風險投資人的支持下，他帶領自己的研究團隊離開CV公司，成立了參數化技術公司——PTC誕生了。兩年後，PTC推出了他們的全參數化3D建模軟件Pro/Engineer。
全參數化三維建模的思想和Pro/Engineer改變了以往實體建模軟件不是由尺寸參數驅動的歷史，更加符合設計師的構思習慣。壹推出就引起了全世界的關註。在過去的20年裏，今天的三維CAD軟件都采用了基於特征、全尺寸約束、全數據關聯和尺寸驅動設計的建模思想。今天，它已經發展成為PLM領域的領導者，年收入超過6543.8美元+0億美元。
1997 165438+10月，PTC以2.62億美元收購了其“母親”——CV公司，合並了CV的產品數據管理系統Optegra和CAD/CAM系統CADDS5的廣大用戶市場。CV公司終於為自己的傲慢付出了代價。
如果說DEAS開創了三維CAD的實體革命，那麽Pro/Engineer則開創了三維CAD的特征參數革命。
2篇發展文章
1999年，達索Systemes推出了全新的CATIA V5，改變了CATIA V4只能在UNIX平臺上運行，完全在Windows平臺上開發的歷史。至此，所有的高端3D CAD(CATIA、Pro/E、NX)都進入了Windows時代，這也引發了3D CAD更加激烈的競爭。
時間壹進入21世紀，3D CAD領域就投下了壹顆重磅炸彈，EDS收購SDRC，與UGS合並。新的UGS(現更名為西門子PLM軟件)已經制定了清晰的路線圖，那就是整合SDRC I-DEAS和UG的優勢，打造全新的3D CAD軟件——NX！
可能很多人不知道UG直到上壹個大版本UG18才具備素描時的導航功能，但是在NX時代，從NX1開始就具備了強大的導航功能，這是整合了I-DEAS的結果。當然NX系列相比UG18提升的不止這些。其實NX到現在也沒有完全消化I-DEAS的優秀設計思想。
PTC還在2002年發布了Pro/Engineer的最新版本——wild fire。相比之前的版本，Wildfire系列的Pro/E最顯著的改進在界面。對Pro/E發展歷史比較了解的人可能都知道，在wildfire誕生之前，Pro/E的所有操作都是通過漸進式菜單實現的，wildfire為其忠實支持者提供了圖標按鈕。但也有發燒友認為漸進式操作菜單對於熟悉Pro/E的用戶來說效率更高，所以直到現在，Pro/Engineer wildfire還是保留了壹些漸進式操作菜單。
隨著技術的不斷成熟和用戶的增加，各種三維CAD軟件的價格也在不斷下降，客觀上促進了三維CAD的快速普及，並由此引發了2D CAD是否會被淘汰的爭論。
其實2D CAD更方便溝通，生產加工現場自動化程度不是很高，對平面圖紙有現實需求，所以2D CAD退出歷史舞臺可能不是壹時之事。
在這種情況下，各個CAD廠商都有壹定的對策。
以Autodesk為代表的二維CAD廠商壹改過去只關註軟件平臺開發的風格，開始關註行業應用。Autodesk開始自行開發各種行業版本，陸續推出機械版和電氣版。忠旺陳豪也開始轉戰機械行業，與過去曾與AutoDesk合作的Autocad增值開發者聯手，在IntelliCAD平臺上開始行業增值開發。
3潛在客戶
3.1的發展方向之壹:無歷史約束的建模。
PTC將三維CAD軟件帶入了基於特征、全尺寸約束、全數據關聯和尺寸驅動設計的時代。但凡事有利有弊。習慣了2D CAD的人在開始學習3D CAD的時候會遇到壹個很大的障礙:建模。
建模實際上包括兩個方面:
首先，用戶必須熟悉3D CAD的特性，以及這些特性可以實現哪些造型功能。熟悉了這些，再利用各種功能來構建用戶想要的模型。通常，壹個零件建模將使用從幾萬到幾萬個特征。為了管理這些特征，方便回溯，大多數3D CAD都有這樣的“特征樹”。
光有特征是不夠的，還要計算建模需要的參數，比如拉伸多少，開洞多深。以前做二維設計的時候，很多工程師習慣畫圖，尤其是復雜曲面，非常寫意。在三維CAD時代，因為實現了全參數化，意味著所有的圖形都必須用數學公式和模型來表示，工程師再也不能徒手設計了。
在很多企業中，3D CAD已經成為制約工程師奇思妙想的“最酷”的東西，有些工程師甚至要花1/3的時間去思考應該用什麽特征和參數來建模，才能達到想要的效果。所以很多工程師都希望3D CAD就像壹塊泥巴，可以自由揉搓成想要的形狀，不受特征和參數的限制。
這個看似矛盾的需求，其實很多3D CAD廠商壹直在為之努力。他們倡導的概念叫做無歷史建模，翻譯過來就是沒有歷史約束的建模。大多數致力於不受歷史約束建模的3d CAD公司都很小，包括CoCreate，Kubotek USA，SpaceClaim，IronCAD，Think3…..
細心的讀者可能已經發現:
2004年，IronCAD和CAXA宣布合並重組，IronCAD的總裁是CAXA美國的總裁。
CoCreate在2007年被PTC以2.5億美元收購；
2008年，Think3與埃克塞特合資成立北京埃克塞特信息技術有限公司；
同樣在2008年，PLM領域的“大腕”西門子PLM軟件發布了基於同步建模技術的NX6和SolidEdge2008，而這兩款產品最大的賣點正是“無歷史約束建模”所倡導的:無論什麽時間、什麽數據源，都可以正確編輯模型。
雖然西門子PLM軟件並不是世界上第壹個發明“無歷史約束建模”或將“無歷史約束建模”技術商業化的廠商，但無可爭議的是，西門子PLM軟件是第壹個將“無歷史約束建模”技術完全融入自己產品並在全球推廣的軟件廠商。
與西門子PLM軟件相比，達索Systemes和PTC並沒有宣傳他們的CATIA和Pro/Engineer應用了無歷史約束的建模技術，但實際上在他們的最新版本中或多或少都能看到這種技術。例如，CATIA V6和Pro/Engineer Windfire 5.0都支持編輯和粘貼任何來源的模型以及對原始模型執行布爾運算的功能。
可以說，“沒有歷史約束的建模技術”從“暗流湧動”成為了歷史的必然。
3.2第二個發展方向:軟件越來越“綠色”
如今，人們越來越關註產品對環境的影響，世界各國也紛紛出臺各種環保法規，提高市場準入門檻。從企業股東到消費者，每個人都在不斷提高產品的環保意識。面對各種苛刻的環保法規，制造企業必須從設計環節做出應對，於是幾大3D CAD廠商開始為客戶提供關於“綠色”設計的解決方案。
典型的例子就是達索系統公司旗下的Solidworks公司。
2008年，Solidworks與LCA(生命周期評估)的制造商Gabi Software展開了代號為“Sage”的研究合作，旨在實現Gabi與Solidworks的完美融合。
Gabi Software的前身是德國斯圖加特大學IKP研究所，該研究所為Gabi組織了壹個全球環境評估組織——PE International。通過分布在世界各地的專家，Gabi可以量化材料、流程、產品和基礎設施的環境性能，包括超過65，438+000，000種影響模式。它可以從溫室氣體、能源、最顯著的環境影響、生命周期成本和社會影響等不同角度評價可持續性。
2009年9月10日，Solidworks發布了Sage項目的研究成果——SolidWorks2010。在該版本中，SolidWorks增加了環境評估模塊Sustainability，可以根據碳排放、空氣酸化、水體富營養化、總能耗四個因素來衡量產品在整個生命周期中的環境影響。對於上述每個因素，當前值、與原始設計的基線比較和貢獻百分比以儀表板的形式顯示。
由於Solidworks 2010使用了與其兄弟CATIA V6相同的內核，因此我們有理由相信，可持續性模塊在未來很可能會成為達索Systemes旗下兩款3D CAD軟件的“標配”。
與達索系統公司相比，3D CAD領域的另外兩家巨頭在處理“綠色”挑戰方面非常具有戲劇性。
Synapsis Technology是壹家提供EMARS的公司，EMARS是壹種針對材料、組件和產品的合規管理解決方案。PTC公司在5438年6月+2008年2月將其收入囊中，2009年6月發布集成EMARS的Windchill 9。
而西門子PLM軟件則沒有回避Synapsis技術與PTC的關系，與之合作。2009年，集成了壹些EMARS功能的Teamcenter 8推出。
面對“綠色”，PTC和西門子PLM軟件這兩個競爭對手達成了協議，這和大洋彼岸的達索Systemes頗為相似。
3.3第三個發展方向:“機”與“電”越來越親密。
隨著時代的進步，我們會發現我們身邊的產品越來越少，純“機械”或者純“電子”的產品。即使像手機這樣被歸類為電子產品的產品也有機械零件。過去機械設計的3D CAD軟件和電子電路設計的ECAD軟件是兩個不同的類別，兩者之間的信息溝通非常不方便，極大地影響了機電混合產品的設計效率和質量，於是幾大CAD廠商開始探索機電壹體化設計之路。
2005年，PTC收購了ECAD領域的OHIO Design Automation，並將InterComm，壹個* * *享受PCB設計數據的工具，作為其PLM解決方案的壹部分。在Pro/ENGINEER Wildfire 4.0的後期版本中，增加了ECAD協作模塊，使Pro/E具備了壹定的電路設計能力。
2008年4月，SolidWorks將曾經的金牌合作夥伴Priware Limited收入囊中，將其ECAD轉換工具CircuitWorks作為插件嵌入到SolidWorks2008SP4之後的版本中。利用該插件，SolidWorks用戶可以將其他ECAD設計的電路板圖形信息導入到SolidWorks模型中，以驗證電路板與機械零件的適應性。
因為EDA的專業性和特殊性很強，客觀來說，在壹個CAD軟件中完美實現機械電子設計是非常困難的。但PTC和SolidWorks在這方面做了有益的嘗試，解決了工程設計中的壹些實際問題。隨著時代的進步，我們有理由相信機電壹體化設計將是未來CAD的壹個重要發展方向。
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