CAD软件的成长（从达芬奇草图到云CAD）
用了CAD软件画图那么久
你知道它的“前世今生”吗？
说到画图
不得不提近代工程制图达人达芬奇
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没错
就是那个大家熟悉的
画出世界名画《蒙娜丽莎的微笑》的达芬奇
除了是一位优秀的画家外
他还是一名博学家、发明家
在音乐、建筑、数学、物理、天文等方面均有所成就
他留下了大约共15000页的科研成果手稿
其中不乏这样充满奇思妙想的机械工程设计图
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比起现代数据严谨的工程图
14-15世纪期间达芬奇的草图更像是概念图
随着19世纪工业革命的发展
人们逐渐意识到精密度高的工程设计图的重要性
开始使用铅笔、丁字尺、三角尺、比例尺等绘图工具进行初始绘图
甚至使用通用绘图机等制图设备来进行高精准度的工程图绘制
该设备将T形尺、三角尺、刻度尺和量角器组合在一起
使绘图员可以在任何方向上创建垂直线
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各种制图设备的引入大大提高了制图的效率
但除了工程制图的困难外，当时设计过程本身也很复杂
由于缺少计算机
计算只能通过计算尺、机电计算器以及数学表格和工程数据手册来进行
这一过程充满了各种出错的可能性
没错，当时的“computer”是靠人去计算的
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1940年代中期的计算机研发主要由军事机构资助
用于计算如弹道轨迹表等信息
随后IBM等公司开始为大型工程组织提供计算机
并开发了许多解决特定工程问题的程序
当时的大型制造企业逐渐认识到
CAD系统对工程师和制图员生产率的重要性
并开展了很多内部研究
这时期的工作分为两类：
1.雷诺和福特等汽车公司专注于复杂曲面的数学定义
2.洛克希德加利福尼亚（也就是后来的洛马公司，大名鼎鼎的军工企业）等航空公司则专注于提高制图效率
一直到1960年代中期
除了历史上有名的PRONTO和Sketchpad
市场上基本没有什么商用图形系统
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· PRONTO，数控程序，最早的CAM系统，由“CAD/CAM之父”Patrick J. Hanratty于1957年在GE工作时开发，现今所有可用的3D机械CAD / CAM系统中有70％的历史可以追溯到Hanratty的原始代码
· Sketchpad，CAD行业大多认为这是第一个用于工程设计和绘图的交互式图形系统（说人话：第一个CAD），由Ivan Sutherland于1963年在MIT开发（确切的说，这只是他博士论文的一部分工作而已）。Sketchpad最大的创新在于，设计人员可以使用光笔在计算机的显示器上进行图形化操作与计算机进行交互。
CAD产业始于1969年Applicon公司和Computervision公司的成立
不久后Auto-trol Technology，Calma和M＆S Computing（Intergraph）也加入了他们的行列
1970年代是商业CAD的兴起
CAD产业几乎从零增长到十亿美元的硬件和软件业务
尽管汽车及航空机构的内部CAD研究主要还是使用大型计算机
但这时的商业CAD系统已经开始使用小型计算机
一套典型的CAD系统由一台16位的小型计算机组成（16KB内存、20M磁盘、1~4个终端）
大多包括大型数字化仪表、键盘、平板和数字绘图仪
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这些典型的CAD系统主要是二维绘图
并由大量专有硬件组成
早期的CAD系统只能处理2D
发展到3D最初是通过线框几何来实现
3D几何建模发展过程中有两个重要基础技术：曲面建模和实体建模
当时曲面定义的研究主要有两个重要的中心：法国和美国
法国的研究主要在汽车企业内部，分享比较滞后
美国的研究则更多在学术圈，通常会在学术期刊上发表
· 法国：1960年左右，Pierre Bézier向雷诺的管理层提议开发一种汽车曲面的数学定义方法。到1965年，这项工作进展顺利。1972年，雷诺开始创建数字模型并使用数据来驱动铣床。雷诺将该系统称为UNISURF，后来成为达索公司CATIA软件的重要组成部分。这项工作的一个重要成果是发明了众所周知的贝塞尔曲线和曲面（Bézier curves and surfaces），该曲线至今仍在许多图形应用中使用。
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· 美国：1960年代中期，MIT的Steven Coons开发了最早的曲面描述的数学方法之一，称为Coons patches。后来他于1969年移居雪城大学（Syracuse University），带了一位博士叫Rich Risenfeld。这位博士在1973年的毕业论文里提出了一种新的曲面描述方法：B样条。同时，Rich Risenfeld的学弟，另一位博士Ken Versprille则在研究有理B样条，其博士论文在1975年发表，提出了NURBS（非均匀有理B样条）。
直到1980年代后期，实体建模才真正成为商业现实
对于3D CAD软件来说，最重要的是其建模内核
而CAD历史上最主要的两种建模内核ACIS和Parasolid
都源自剑桥CAD团队
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· 剑桥大学CAD团队差不多在1965年创建，由于1974年政府资助的不稳定，该团队成立了一家名为Shape Data的公司，并于1978年发布业界第一个商业化的实体建模内核– Romulus。
· 1981年，Shape Data和Romulus被Evans＆Sutherland公司收购（由Sketchpad的Ivan Sutherland联合创始），并在原有Romulus的基础上开始着手创建Parasolid。Shape Data的核心创始团队1985年离开并新建了一家公司：Three-Space Limited，在Spatial Technology的资助下开发新的实体建模内核：ACIS。
1980年代，UNIX工作站兴起
并取代了许多当时价格高昂的小型机或大型机
使得硬件变得越来越便宜
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新一批的CAD玩家开始崭露头角并占据了可观的市场份额：
· McDonnell Douglas Automation（Unigraphics，UG的前身，后卖给EDS）
· SDRC（I-DEAS，UG的前身，后卖给EDS，之后一并卖给了西门子）
· 达索系统（Dassault Systèmes，作为达索航空集团的子公司，成立于1981年专门用以开发CATIA）
· Autodesk（1982年成立并推出AutoCAD）
· Parametric Technology（即PTC，1985年成立并于1987年推出Pro/E）
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随着CAD系统价格的下降
其使用方式也开始发生变化
过去需要专门的“CAD部门”来操作
此时已经开始分散到各个设计和制造部门中
由设计工程师自己使用
到1987年，PTC公司发布了Pro/ENGINEER
让当时的CAD行业发生了剧烈的动荡
简单的说：使其他所有厂商的CAD软件在一夜之间过时了
· Pro/ENGINEER彻底改变了用户对CAD软件的交互界面、易用性以及实体建模速度的期望。它基于特征参数、约束实现的3D实体建模，第一次完全实现了20多年前Ivan Sutherland在Sketchpad提出的理念，并广泛使用了UNIX的X-Windows。在它面前，其他基于专有操作系统并用Fortan和汇编写的CAD软件，一瞬间显得既慢又笨而缺乏竞争力。
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1981年8月，IBM推出了其第一台PC（个人计算机）——Model 5150
1980年代的舞台是UNIX工作站的
传统的CAD系统供应商此时正处于由UNIX工作站带来的转型冲击中
还没意识到PC市场的潜力
直到1990年前后，他们才意识到竞争的迫在眉睫
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而这一年，AutoDesk已经卖了30万套AutoCAD，达到1.79亿美元营收
并迅速发展成为行业第一的2D CAD软件（过去传统CAD系统累积20年总共卖了大约10万套CAD系统）
· Autodesk成立于1982年，并于同年9月推出当时第一款兼容PC的CAD软件：AutoCAD，基础单价1000美元。1983年底，Autodesk销售了近1,000份AutoCAD。1985年底，这个数量就翻了25倍，并在当年的AutoCAD 2.1版本里新增了对三维的支持。
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为了对抗这个强大的竞争对手，1994年前后
· Microsoft推出了第一款PC 32位操作系统：Windows NT
· 英特尔推出了第一款32位奔腾微处理器
· CAD的两大内核Parasolid和ACIS都发布了Windows NT版本
这意味着PC终于具备了3D CAD所需的计算能力
而典型PC系统的硬件价格不到UNIX工作站的一半
此时各厂商3D CAD软件基于曲面建模和实体建模的基础架构已基本定型
来自PTC特征参数化设计软件Pro/E的冲击也逐渐缓解
好不容易刚洗一局牌，大家还没来得及松口气
SolidWorks 95又把它打乱了
Onshape的大佬Hirschtick出场了
Solidworks公司1995年发布了SolidWorks 95
· 与Pro/E推出时基于UNIX工作站不同，Solidworks 95为直接在Windows上运行的3D软件，它具有Pro/E一样的特征参数化3D实体建模功能，同时可以直接输出2D的工程图，售价3995美元。Solidworks 95的优势很直接：以Pro/E 20%的价格，提供其80%的功能。
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很快，基本上所有的供应商都提供了其软件的Windows版本
相对于传统的老式CAD系统
该时期新一代的CAD系统通常被称为中端CAD系统
中端系统在某种程度上已经与全功能系统合并
经过1990年代中期重大的行业变革，到1990年代末
大多数3D CAD程序都达到了同一阶段
各自提供的功能已经基本类似
3D CAD软件的创新驱动开始放缓
“PDM”和“互联网化”这两个关键词逐渐成为了主要关注点
· PDM和PLM
进入21世纪后，相对于推出更加创新的3D CAD系统，CAD厂商们对产品数据管理（PDM）更加感兴趣——以试图减少产品概念、设计和制造周期的总时间。福特在2000年底发布的福特蒙迪欧至少证明了当时的水平：福特蒙迪欧是使用福特的C3P（CAD / CAM / CAE / PDM）平台通过互联网设计的，仅花费了传统时间的三分之一。这一成功证明，CAD软件、PDM和互联网的集成可以为设计人员和工程师提供一种高效的完美协作方式。
· CAD软件和互联网的发展
21世纪带来了计算平台的另一次发展，随着PC、智能手机和平板电脑的大规模引入，CAD在云、Web和移动技术上的支持成为必然趋势。
Alibre在2000年发布了Alibre Design，这是第一个能够通过Internet执行客户端-服务器3D建模的3D CAD软件。随后，Autodesk发布了AutoCAD 2000i，这是他们第一个基于Web的CAD软件（通过不断更新AutoCAD，Autodesk继续在21世纪取得成功）。在接下来的十年中，其他受欢迎的CAD程序（Revit，Creo，SolidWorks等）也得到了增长。
基于云的CAD则由SolidWorks在2010年首次提到它，之后花费了几年时间才成为CAD行业的主流话题。此趋势已帮助改变了整个CAD行业的工作方式。借助基于云的CAD，全球的设计人员可以同时处理CAD模型。
Autodesk于2013年发布了Fusion 360，顺应了这一趋势。紧随其后的是2015年的Onshape。而Solidworks的母公司达索系统却直到2019年1月才发布基于Web的三维设计应用：CATIA xDesign。
回顾整个CAD发展的历史
我们可以发现
CAD产业带来了更可靠的产品，使产品的生成成本更低
它改变了无数工程师的专业实践，降低了设计师的技术门槛
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随着新一代工业信息化系统的发展
很多设计直到投入生产已经几乎不需要实体图纸
而云CAD作为当下CAD发展主要趋势
意味着谁先抢占了这部分的市场的先机
谁将成为下一个市场霸主
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（转载自EverCraft，原作者吴越。有删改，侵删歉）
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