998当年玩的CAD系统的前世今生

寂静回声

998时不时谈到87年玩的3维CAD，许多人惊愕，是因为他们潜意识，把目前使用的电脑等于过去也在用，然而他们忘记了，现在的办公电脑真正的名称是微型计算机，而998当年玩的是图形终端工作站
微机真正替代工作站，大规模进入办公领域也只不过是2000年之后的事。整个70-80-90年代，是小型计算机、工作站的天下。
一、手工制图时代
工程制图在18世纪后期开始迅速发展，并随着19世纪工业革命的发展而加快。这一过程中，专利申请的增长促进了技术图纸的发展，因为设备专利的申请必须以特定格式提交图纸。那时的工程图更像是一门艺术，是一种很少有人具备的技能。初始绘图使用铅笔、丁字尺、三角尺、比例尺等绘图工具进行，制图书籍经常会花很多页描述如何削铅笔以及如何握住铅笔以获得平整的线条（话说，当年的我上工程制图第一课，也是学如何削铅笔）。为了偷懒提高效率，此时有个重要发明：通用绘图机。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。

一些图纸为了长期保存，铅笔图绘制完成后，会在原始图样上粘上一张描图纸，然后使用笔和墨水复制每一行。制图员通常需要利用各种模板和设备以保持图纸上标注字体的一致。

Leroy Lettering Set 刻字套装，由1867年的百年企业Keuffel＆Esser出品
上述的刻字模板和绘图机养活了好几家百年企业，有些至今仍在销售。

最终，不同的工程学科发展出了自己的工程设计和制图方法，比如建筑师的风格适用于他们的工作
二、Computer的本意
在第二次世界大战之后的数十年中，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。所以每次计算和工程图都要检查多次，尤其是当错误的后果可能是灾难性时。
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（实际上，术语“computer”最初是用来描述手动进行这些计算的人员的）。差不多十年后，IBM等公司开始为大型工程组织（特别是国防和汽车行业）提供计算机。

IBM1960年推出的IBM 1620计算机，月租金3000美元——相当于现在的2.4万美元
三、CAD的先驱
当时的大型制造企业（尤其是汽车、国防和航空航天）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：雷诺和福特等汽车公司专注于复杂曲面的数学定义；而洛克希德加利福尼亚（也就是后来的洛马公司）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。
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，由被后世称为计算机图形学之父和虚拟现实之父的Ivan Sutherland于1963年在麻省理工学院开发。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。

四、元老级商业CAD五巨头
CAD产业始于1969年Applicon公司和Computervision（CV）公司的成立。几年后，Auto-trol Technology，Calma和M＆S Computing（Intergraph鹰图，所有创始人均来自IBM，他们在IBM成功地完成了Apollo8任务之后的2个月后创建了M&SComputing公司）也加入了他们的行列。它们均在美国，其中三家出自麻省理工学院。在整个1970年代，CAD产业几乎从零增长到十亿美元的硬件和软件业务。新公司不断加入竞争，但市场主要由这五家供应商主导，所以咱们就称它们为CAD“元老五巨头”吧。经过1980年代后期的变革，这五家都没落了，只有两家活到21世纪。
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。

1964年的小型计算机：PDP-7

CV公司早期的交互终端产品
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。当时包括五巨头在内的大多CAD公司都是设备制造商，他们开发软件其实主要是为了销售硬件（所以在15年后的变革中，它们都面临着巨大的转型危机）。一个典型的单站CAD系统在1972年价格大约为15万美元（相当于今天的90万美元）

五、三维CAD的理论基础
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（只含有顶点和连接点的线框）。实体和曲面都是通过这些代表几何棱边的线来定义。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。两者都很重要，并且基本在同一时期发展，其中大学的学术研究成果在其中发挥了举足轻重的作用。曲面建模技术主要由汽车和飞机行业需求推动，主要因为这两个行业对流线型曲面的需求导致手工设计和制造钣金零件的时间和成本越来越高。
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。
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）
当然，那时也有许多其他的飞机和汽车公司在曲面定义技术上开展了大量工作。比如波音在1970年代末和1980年代初就特别活跃，并且还是IGES（初始图形交换规范）的早期支持者之一。1981年，波音公司提议将NURBS加入IGES，并在1983年实现。（IGES大家相当熟悉了吧，IGES第一版在1980年发布）

六、三维CAD之母：剑桥大学
虽然从1960年代末到1970年代初，三维实体建模研究至少在彼此独立的八个地方同时开展，但是一直没有真正可用的产品，直到1980年代后期，实体建模才真正成为商业现实。当然，也有许多人认为第一款3D 实体建模商业产品是MAGI公司1972年发布的SynthaVision，SynthaVision以其在迪斯尼电影公司1982年的电影TRON中的使用而闻名，这是第一部完整的动画长片（其续集“创:战纪”2011年在国内上映）。
在所有研究实体建模技术的团队中，不得不提剑桥大学CAD团队。因为对于3D CAD软件来说，最重要的是其图形内核，而CAD历史上最主要的两种图形内核ACIS和Parasolid，都源自剑桥CAD团队。下面这些软件都还在用或者曾经用过这俩内核：
ACIS：AutoCAD、Autodesk Inventor、Fusion 360、Revit、CATIA
Parasolid：UG NX、Solid Edge、Solidworks
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。
Shape Data的4位创始人之2：Charles Lang和Ian Braid，另外2位为Alan Grayer和Peter Veenman，前三位均来自剑桥CAD团队，首字母构成了ACIS的ACI，其中Charles Lang是彼时剑桥CAD团队的老大
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。
1988年，Three-Space Limited首次发布ACIS，2000年随Spatial Technology一并被达索收购。
同年，Shape Data发布了Parasolid，几经易手最终2007年被西门子收购。

七、Unix工作站的CAD
1980年代早期，CAD系统的售价差不多为单站12万美元（相当于今天的35万美元），依然是软硬件组成的一整套系统，装在有空调的机房由专门的“CAD部门”操作。此时CAD产业的主要获利能力依然来自硬件，由前文提过的“元老五巨头”主导（1985年行业第一的CV年营收可达3.5亿美元），过着不错的日子。然而，此时计算机行业发生了一个重要的变化，那就是UNIX工作站的兴起，并在如Apollo Computer（1980年成立）、Sun Microsystems（1982年成立）等新兴电脑公司的加入下获得了爆发式的发展。曾经的小型机或大型机很快被UNIX工作站取代

Sun公司1982年推出的sun-1系列工作站
与旧的基于小型机的产品相比，基于工作站的CAD系统具有许多优势。首先，购入门槛低了很多，单站费用迅速下降到约75,000美元，并在几年内降至50,000美元以下；其次，由于工作站可以联网了，各工作站可独立工作，不存在过去主机发生故障则所有挂在其上的终端都无法使用的问题。
很快“五巨头”面临着一个巨大的困境：那就是硬件需要朝着工作站标准过渡，同时需要向软件和服务型业务转换。他们曾经在硬件产线方面投入了大量的人力物力，而现在这些业务面临着解散。

与此同时，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（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）

CATIA V1（1981）、V2（1984）、V3（1988）
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。航空及汽车制造业的巨头公司，也从过去完全内部研发CAD软件，开始对外购买商用CAD软件。比如波音在1984年就成为CATIA的稳定客户，并在1988年宣布将其用于其最新的777客机。
到1980年代末，此时CAD行业的领头者已经变成了：达索系统（CATIA）、PTC（Pro/Engineer）、McDonnell Douglas（Unigraphics）以及SDRC（I-DEAS）。曾经的“五巨头”已经大多几经易手。

八、第一款基于特征的参数化CAD
这里不得不提一提PTC了，这家1985年才成立的CAD公司，在1987年前累积获得435万美元的投资（那时候就有风险投资了），一直在做研发，直到1987年的9月，Pro/ENGINEER发布，基础定价12500美元，实售基础定价9500美元。
Pro/ENGINEER的发布让当时的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。

1989年的Pro/ ENGINEER
1987年9月Pro/ENGINEER刚发布时，CAD行业“五巨头”中的CV、M＆S Computing（Intergraph鹰图）和Calma（GE）依然“在位”，仅18个月后，PTC一举”夺位“。之后五到六年中，PTC的竞争对手也在其主流产品包中增加了基于特征的设计和参数化功能，并获得了不同程度的成功。UGS，SDRC和达索过渡的很好，而“元老五巨头”则很快就退出了CAD产业的舞台

九、微型计算机的CAD
微型计算机的发展实际上早于UNIX工作站。一开始的微机更多为计算机爱好者的组装，而不是标准的商业产品。直到1981年8月，IBM推出了其第一台PC——Model 5150。尽管1980年代微机和Mac得到迅速发展，但相对于UNIX工作站的性能和图形处理能力，微机还是有不少欠缺，因此还没有对整个CAD产业产生巨大的冲击（1980年代的舞台是UNIX工作站的）。传统的CAD系统供应商（比如“五巨头”）此时正处于由UNIX工作站带来的转型冲击中，所以还没意识到微机市场的潜力。

Model 5150，售价1995美元，16KB内存、无硬盘、安装intel处理器、微软操作系统
Autodesk成立于1982年，并于同年9月推出当时第一款兼容微机的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。

AutoCAD V2.1
1990年，AutoDesk已经卖了30万套AutoCAD，达到1.79亿美元营收。AutoCAD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）。1994年，转折开始了。
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。
这意味着微机终于具备了3D CAD所需的计算能力，而典型微机系统的硬件价格不到UNIX工作站的一半。
这时，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。

十、中端CAD的崛起
Solidworks公司由Hirschtick于1993年创建，1994年吸引了PTC第三号员工的加入（因为招了不少PTC的员工触犯员工竞业协议，在Solidworks 95发布前，Solidworks差点被PTC告趴下）。到1995年发布SolidWorks 95时，该公司已筹得累积约1370万美元的投资。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。

1995版SolidWorks
很快，基本上所有的供应商都提供了其软件的Windows版本。
1996年4月Intergraph(鹰图）发布了Solid Edge（1997年被EDS收购）。同年9月AutoDesk发布了其第一款3D实体建模产品：Mechanical Desktop，并在1999年又发布了Autodesk Inventor。PTC则对Pro/ ENGINEER做了及时的调整。而达索的方式则更为简单粗暴：1997年用3.1亿美元把Solidworks收购了。

1997年的Solid edge V3
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。随着时间的推移，尽管仍然存在一些明显的差异，但中端系统在某种程度上已经与全功能系统合并。到1990年代末，大多数3D CAD程序都达到了相同的程度，都提供了相似的功能，3D CAD世界中对新创新的推动终于开始放缓。此时许多1960年代的元老们也几经收购易手，这些公司最终合并为四个主要竞争对手：
Autodesk，1982年成立；
达索系统，1981年组建；
PTC，1985年成立，1998年4.9亿美元收购了元老CV（彼时后者已收购了另外一个元老Calma）；
UGS，1999年由EDS收购了元老Intergraph鹰图的机械软件业务后与其Unigraphics部门重新组建而成，1999年以1千万美元收购了元老Applicon的剩余业务，2007年被西门子工业软件一并收购。
2010 年 7 月6 日, 瑞典海克斯康集团与美国Intergraph(鹰图)公司就并购达成协议。

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哈哈，真的佩服你搜索能力，无与伦比，哈哈，CV的教材我一直保留到今天，

可到了鸟国，没有屁用，纯粹玩铅笔，一大把彩色铅笔，图纸送凯德，分析送有限元，人家是纯粹专业化与职业化的，

要你，是最初那个思路，怎么实现那个运动，用什么实现，怎么算的，具体画出来，有人画，哈哈，

我自己用计算机画图，都新世纪了，现在也特溜，就是这类劳力很容易会，几天就行，不会的，他们一辈子都不会，只能按钮，

glzme

Intergraph鹰图现在用于画化工行业的图纸，之前还问我要不要去他们公司，他们让我去的部门老实说我看不懂要做啥的，所以拒绝了