行业观点 | 工业软件漫谈之CAD发展历程及启示

近年来，由于“断供事件”频发，工业软件以一种肩负时代使命的姿态受到关注，引起国家及各级政府高度重视，一时间政策、资金蜂拥而至。工业软件市场迎来了备受瞩目的“高光时刻”，这也是国产工业软件发展历史中从未有过的时刻。

对于没有接触过工业软件的大众而言，这个领域似乎听起来有些陌生，我们常常听到的是“芯片”等硬件，但其实工业软件的重要程度不亚于芯片。

工业软件是现代工业之魂，被公认为是“工业制造的大脑和神经”，广泛应用于制造、电力、石化、国防等行业，与各行业的业务环节研发、生产、管理、协同等紧密相连，已经成为衡量一个国家工业竞争力的核心指标。

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工业软件的分类

工业软件本身就是工业知识的沉淀，需要经历漫长的成长过程，从数学基础开始，经过漫长的物理机理的冶炼，再经过计算机与技术的精练，最后还要经过工程知识的淬火，才能打磨成为一个成熟可用的工业软件产品。

综合行业通用分类方法，工业软件分为4大类：研发设计类、生产制造类、经营管理类、运维服务类。

其中，研发设计类工业软件包含设计建模(CAD)、仿真分析(CAE)、电子设计（EDA）、工艺规划（CAPP）、加工制造（CAM）、产品数据管理（PDM）等。研发设计类工业软件无疑是工业软件中最难征服的“高山”，是集数学、物理、计算机等基础学科和工程知识的集大成者。

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三维CAD是企业数字化的重要环节

在研发设计类工业软件中，三维CAD是最核心、最基础的工业软件之一，目前在我国的工业制造企业中，以三维CAD软件进行产品设计已十分普遍。制造强国的基础就是产品正向创新设计，产品正向创新设计的首要工具就是三维CAD软件。
三维CAD是企业数字化的重要环节，运用三维CAD软件所创建的产品三维模型是后续所有产品数字化应用（仿真分析、工艺设计、数控加工、产品装配、采购检验、维护服务、市场营销等）的数据源头，支撑的是千万亿产值的制造业运转，其重要性不言而喻。

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三维CAD软件发展历程及启示

CAD即计算机辅助设计，它是协助我们设计与制造事物的基石。国际CAD的历史从1957年开始，这也是世界上公认的一个时间点，那一年国际上第一个数控编程程序诞生。
1963年，麻省理工学院（MIT）的Ivan Sutherland在博士论文中开发了第一个真正的CAD软件，名为“Sketchpad”。这是一个**性的系统，它的出现打开了CAD的新局面，设计人员可以使用光笔在电脑屏幕上绘图，以图形方式与计算机进行交互，为60年代中至70年代末计算机辅助绘图技术的发展，奠定了原型示范基础。


1965年美国飞机制造商洛克希德公司**在IBM2250上开发了二维绘图系统，称为CADAM。1966年，麦克唐纳公司紧随其后，也在IBM2250上开发了二维绘图系统CADD。
时间来到1973年，Unigraphics (UG) 软件诞生于联合计算公司。1977年，达索飞机公司成立了CAD/CAM部门，开发他们自己用的三维CAD软件，它们的特点是曲面设计与加工。到了1981年，达索公司决定将它们的软件部门**出来，成立达索系统公司，把这个软件注入到这家公司，它就是CATIA。

1982年Autodesk发布了PC电脑的第一款二维CAD软件AutoCAD。1988年PTC发布了第一个参数化设计软件Pro/Engineer，这款软件基于全参数化建模思想诞生，改变了过去实体造型软件将模型的几何形状孤立描述的特点，将设计特征与制造特征统一起来，有利于生命周期的产品开发，不但与工程设计发生关系，也更加符合设计人员的思维习惯。
到了90年代初，PC计算能力越来越强，1995年的时候Windows操作系统面世，使得在PC与Windows上面开发三维CAD软件成为可能。1995年SolidWorks发布了第一个Windows三维CAD软件，1996年，Intergraph发布了一款类似SolidWorks的基于Windows的三维CAD软件产品Solid Edge，Autodesk在1999年也发布了自己的三维CAD软件Inventor。                  
2014年达索系统推出3D Experience数字业务云平台，2015年Onshape发布了第一个云原生三维CAD软件，2019年西门子工业软件推出数字业务云平台Xcelerator。

回顾历史就是为了启示未来，从CAD软件的发展历程来看，航空航天、汽车等大型企业的应用需求催生了三维CAD软件，并使其逐渐成熟。这个过程并非一蹴而就，而是经过长年累月的知识积累，像高端三维CAD软件NX和CATIA花费了50年的时间来打磨软件，而SolidWorks和Solid Edge则花了30年时间来不断提升。
同时，随着软硬件信息技术和界面交互技术的发展，推动了三维CAD软件的发展。过去，在大型机上使用的CAD系统价格昂贵，操作复杂，因此用户较少。然而，在Windows平台上，三维CAD软件变得更加方便、高效，并且价格也更低廉。成本的降低实际上引发了一场**，使三维CAD软件成为普通工程师和主流用户的选择。
再者，数字建模技术的发展及底层核心技术组件化，使得三维CAD软件能够快速地发展起来，也极大地推动了三维CAD软件的发展。

最后，从全球几大工业软件厂商的发展历程来看，不管是西门子工业软件、达索系统，还是欧特克，PTC，无一不是从CAD软件起家的。它们最初专注于三维CAD软件，然后逐渐扩展到CAE、CAM、EDA、PDM等其他软件，进而兼并收购。在兼并收购之后，它们开始研发数字业务平台，将所产生的数据与这些工具本身进行融合。

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小结

纵观上述国际一流三维CAD软件的发展历程，可以发现三维CAD软件的研制需要大的资金投入成本，漫长的时间打磨成本，然而面对“强者愈强”的竞争局势，市场留给我们的时间本就并不多。

当前，我国正在由“制造大国”向“制造强国”转变，产业升级正当时，工业企业对技术赋能需求迫切。同时，研发设计软件“卡脖子”问题日益突出。自主可控的三维CAD软件技术是我国制造业数字化转型的关键，也关系到我国智能制造产业的长远发展，对于国产三维CAD软件厂商而言任重而道远。