国际CAD产业的发展历史回顾与几点经验教训
第15卷第10期2003年10月
计算机辅助设计与图形学学报
J OURNAL O F COM PUTER -A I DED DES I GN &COM PUTER GRA P~I CS
V o l.15，N o.10
O ct.，2003
原稿收到日期：2003-06-05；修改稿收到日期：2003-06-20.本课题得到国家“八六三”高技术研究发展计划（2002AA 411010）
和国家科技部软件重大专项（2003AA 4Z3120）资助.叶修梓，男，1966年生，博士，教育部“长江学者奖励计划”特聘教授，博士生导师，主要研究方向为CAD 、几何造型、图形图像技术、生物信息学、G I S 及数据库应用等.彭维，男，1973年生，
博士后研究人员，主要研究方向为网络CAD 、协同设计、人机交互、模型检索等.唐荣锡，男，1928年生，教授，博士生导师，主要研究方向为CAD ／CAM .
国际CAD 产业的发展历史回顾与几点经验教训
叶修梓1，2
）
彭维1，2
）
唐荣锡3
）
1）（浙江大学计算机科学与技术学院
杭州310027）
2）（浙江大学CAD&CG 国家重点实验室杭州310027）
3）（北京航空航天大学飞行器制造工程系
北京100083）
摘要
详细回顾了过去40年以来国际CAD 产业的发展历程：CAD 技术在不断发展更新，CAD 产业格局也在不断
调整和变化.从历史发展中可以看到：计算能力的提高、工业需求的推动和造型技术的进步，始终是促进CAD 产业变革和发展的三大原动力，并造就了今天CAD 技术和CAD 产业的兴旺与繁荣，也促进了工业的高速发展.总结CAD 产业发展的几点经验教训可以使我们清晰地认识、更好地探索我国CAD 产业的发展和前进道路.关键词
计算机工业；CAD ；CAD 产业；CAD 技术；计算机图形学；造型技术中图法分类号T P391The h istor y of international CAD industr y —A review w it h Anal y sis
Y e x i uzi 1
，2）
Pen g W ei 1
，2）
T an g Ron g x i 3
）
1）（
C olle g e o f C o m P uter s cience ，Zhe j ian g Unioersit y ，H an g zhou 310027）2）（s tate k e y Laborator y o f CA
D &CG ，Zhe j ian g Unioersit y ，H an g zhou 310027）3）（D e P art m ent o f A ircra f t m anu f act urin g En g ineerin g ，B eihan g Unioersit y ，B ei j in g 100083）
Abstract T he p a p er first revie w s i n detail t he histor y o f t he CADi ndustr y develo p m ent i n t he last
f our decades.It can be seen fromt he revie wt hat ，i n t he p ast 40y ears ，
g reat p ro g resses have been m ade
to CADtechno lo g ies ，
and CADi ndustr y has ex p erienced re m arkable chan g es.T he ado p tion o f CADi n m anuf act uri n g i ndustries has accelerated t he develo p m ent o f t hese i ndustries.It is concl uded from t he histor y revie wt hat t he ra p i d develo p m ent o f com p utational environ m ents ，t he extensi ve i ndustrial a pp li-cation needs and t he evo lve m ent o f CAD techno lo g ies are t he t hree ke y f orces t hat had dri ven and w ill conti nue to dri ve t he advance m ent o f CADi ndustr y .L essons learnt from t he histor y are also p resented
at t he end o f t his p a p er ，
which ，w e ho p e ，m a y hel p us to i m p rove our dom estic CADi ndustr y .K e y words com p uter i ndustr y ；CAD ；CADi ndustr y ；CADtechno lo g ies ；com p uter g ra p hics ；m odeli n g
techno lo g ies
1
引言
本文通过对国际CAD 产业发展历程的回顾，一
方面说明过去CAD 工程软件所取得的辉煌，
另一方面总结CAD 产业发展的几点经验教训，并展望CAD 产业的美好明天.过去推动CAD 产业进步的
动力今天依然有效，而且必将推动CAD !
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!产业继续走
向未来.
CAD技术起步于20世纪50年代后期，伴随着CAD技术的诞生，CAD产业也开始萌芽发展.从20世纪60年代至今，国际CAD产业经历了4个不同的时期：
（1）60年代!70年代：开创时期；
（2）70年代末!80年代中：第一次发展时期；
（3）80年代末!90年代初：第二次发展时期；
（4）90年代中至今：第三次发展时期.
2国际C A D产业的开创时期
从CAD技术的发展上看，20世纪60年代至70年代是CAD技术的开始时期，CAD技术的研究最初起步于计算机图形显示硬件和交互式计算机图形学.
1960年，Ivan S ut herland使用M I T林肯实验室制造的TX-2计算机，开发了SKETCHPAD，被认为是迈出CAD工业的第一步，1962年，他完成的博士论文被认为开创了交互式计算机图形学研究先河；其后，美国的一些大公司和科研机构相继开展了计算机图形学的大规模研究开发.
随着在计算机屏幕上绘图成为可行，CAD技术也开始发展起来，并开始逐渐形成CAD产业.人们希望借助此项技术来摆脱烦琐、费时、绘制精度低的传统手工绘图.当时，CAD技术的出发点是用传统的三视图方法来表达零件，以图纸为媒介进行技术交流.因此在CAD技术发展初期，CAD的含义仅仅是图板的替代品，即计算机绘图（C om p uter A i ded D ra w i n g or D rafti n g），而非今天我们经常讨论的计算机辅助设计（C om p uter A i ded D esi g n）.CAD技术以二维绘图为主要目标一直持续到20世纪70年代末期，以后作为CAD技术的一个分支而相对单独、平稳地发展.直到今天，二维绘图仍然占有相当大的比重.早期应用较为广泛的计算机绘图软件是由美国洛克希德（Lockheed）公司开发的CADAM软件；现在二维绘图市场上占有优势地位的是A uto-CAD，M icroS tation等产品.
20世纪60年代出现的三维CAD系统还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元素间的拓扑关系.由于缺乏形体的表面信息，CAM及CAE均无法实现.
从计算能力的发展上看，20世纪60年代是大
型机的时代，当时的CAD系统使用11英吋矢量图形显示终端，用汇编语言开发软件系统.
从CAD产业的发展上看，20世纪60年代，第一批CAD产业公司纷纷成立，作为开拓者，这一时期创立的CAD公司对今后的CAD产业产生了很大的影响.
（1）1960年，M cD onnell D ou g las A utom ation公司成立，它开发了U ni g ra p hics.
（2）1962年，B ill B arnes创立A uto-T ro l公司，该公司开始是制造和销售数字化仪.
（3）1967年，Jason R.L e m on创立S truct ural D y na m ic R esearch C or p.（SDRC）.
（4）1968年，D av id E vans和Ivan S utherland创立E vans and S utherland（E&S）公司，生产图形硬件.
（5）1969年，C om p uter v ision（Cv）公司成立.
（6）1969年，A pp licon公司成立.
（7）1970年，CALM A公司成立.
（8）1970年，M&S C om p uti n g公司成立，它是I nter g ra p h［1］的前身.
（9）1972年，S I GGRAPH成立，对以后计算机图形学的发展产生重大影响.
3国际C A D产业的第一次发展时期20世纪70年代末!80年代中，由于工业界强烈的应用需求，曲面造型和实体造型技术获得了快速的发展，出现了一批在工业应用的CAD／CAM软件系统，国际CAD产业开始了第一次发展时期.
从CAD技术的发展上看，进入20世纪70年代，国际飞机工业和汽车工业蓬勃发展，在飞机和汽车制造中遇到了大量的自由曲面问题，当时只能采用传统的多截面视图和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，经常发生设计完成后，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.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，常采用按比例制作油泥模型，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.美国M I T的C oons和法国雷诺公司的B zier先后提出了新的曲面算法，使得人们可以用计算机处理曲线及曲面问题.在此基础上，1977年，法国达索飞机公司（D assau lt A v iation）成立一个开发部门，开发出三维曲面造型系统（C om p uter-
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A ided T hree -d i m ens ion Interactive A pp lication ，
CA T I A ）.CA T I A 的出现标志着CAD 技术从二维走向三维，同时也使得CAM 技术的开发有了实现的基础.CA T I A 的出现带来了一次CAD 技术革命.
20世纪70年代，
许多大型汽车和航空工业公司都进行了内部开发.那时的CAD 系统价格极其昂贵，而且软件商品化程度低，开发者本身往往就是CAD 大用户，不同开发者彼此之间技术保密.在20世纪70年代冷战时期，只有少数几家受到国家财政支持的军火商才有条件独立开发或依托某家厂商开发CAD 系统.例如：
CADAM 由美国洛克希德（Lockheed ）公司支持!；
CALM A 由美国通用电气
（GE ）公司开发；CADD S 由美国CV 公司开发"，波音（B oei n g ）公司支持；
I-DEA S 由美国SDRC 公司开发，
美国航空航天署（NA SA ）支持；U ni g ra p hics 由美国麦道（M cD onnell D ou g las ）公司开发#；
CAT I A 由法国达索飞机公司（D assault A via-tion ）开发.这时的CAD 技术主要应用在军用工业.一些民用工业，特别是大的汽车工业公司也摸索开发了一些曲面系统，如美国通用汽车公司、福特汽车公司、德国大众汽车公司、法国雷诺汽车公司等.
曲面造型系统带来的技术革新，使汽车开发手段比旧的模式有了质的飞跃，新车型开发速度也大幅度提高，许多车型的开发周期缩短了一半.CAD 技术给使用者带来了巨大的好处和丰厚的收益，汽车工业开始大量采用CAD 技术.
有了曲面模型，CAM 的问题可以基本解决.但由于曲面模型技术只能表达形体的表面信息，难以准确地表达零件的其他特性，如质量、重心、惯性矩等，对CAE 十分不利，其最大的问题在于分析的前处理特别困难.20世纪70年代末，开始出现早期的实体造型软件.实体造型采用基本体素和布尔运算来构造三维模型.1979年，SDRC 公司推出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-DEA S.由于实体造型技术在理论上有助于统一CAD ／CAE ／CAM 的模型表达，给设计带来了很大的方便，它代表着CAD 技术的发展方向.基于这样的共识，各软件纷纷仿效.可以说，
实体造型技术的应用标志着CAD 发展史上的又一次技术革命.
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，实体模型的计算及显示速度很慢，在实际应用中做设计显得比较勉强.在以后的10年里，
随着硬件性能的提高，实体造型技术才逐渐为众多CAD 系统所采用.在这段矛盾碰撞、
技术起伏跌宕时期，CV 公司最先在曲面算法上取得突破，计算速度提高较大.由于CV 公司率先提出了集成各种软
件、为企业提供全方位解决方案的思路，并采取了将软件的运行平台向价格较低的小型机转移等有利措施，因此一跃成为CAD 领域的领导者，并兼并了CALM A 公司，实力迅速膨胀.
从计算能力的发展上看，20世纪70年代末$
80年代初，
典型的CAD 系统是16位小型计算机，512KB 内存，20$S00M B 磁盘存储器，
售价12.5万美元.此时，CAD 用户还必须在笨拙的图形终端上工作，这些终端连接在诸如DEC （D i g ital E C ui p m ent
C or p .）
公司的PDP ／11小型机和数据通用（D ata G eneral ）公司的Nova 小型机上.共享中央处理器的
小型机系统有许多缺点，如果太多的用户一起工作，中央处理单元变得很慢，交互响应可能无法忍受.更糟糕的是，如果主机崩溃，所有的用户就会丢失运行中的所有数据.另一方面，
小型计算机非常昂贵，加上CAD 软件系统也太昂贵
（平均每座位9万美元），所以CAD 系统不得不用于那些精心挑选出来的任务.进入20世纪80年代，CAD 的工作就逐渐从分
时主机系统转移到单用户计算机.图形显示硬件也在不断地改进中，197S 年，A u-to -T ro l 推出了A uto -D raft ，这是第一个交钥匙（T urnke y ）的图形系统，即既包括硬件又包括软件的图形系统.1975年，T ektroni x 推出19英吋显示终端，能够比以前11英吋显示更大的图形.
从CAD 产业的发展上看，这个时期是由那些既
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81110期叶修梓等：国际CAD 产业的发展历史回顾与几点经验教训
!"#UG
（U n i g ra p h ics S y ste m ）后被美国通用汽车公司（GM ）收购，当ED S 从GM 独立出来时，GM 将UG 转让给了ED S ，UG 后来从ED S 独立出来，作为U n i g ra p h ics S o lution ，但很快又被ED S 将其与SDRC 一起私有化，UG 现作为ED S 的一个部分.
C om p uter V is ion 后被美国P ri m e 公司收购.其后又从P ri m e 公司独立出来，反收购P ri m e 公司.1997年，美国PTC 公司
（Para m et-ric T echno lo gy C or p .）收购了C om p uter V is ion.
洛克希德
（Lockheed ）公司，现为洛克希德-马丁（Lockheed-M arti n
）公司的一部分.CADAM 则先是被I BM 收购，后被I BM 转让给法国达索系统公司（D assault S y ste m es ）.
提供硬件又提供软件的厂商销售大多数的CAD系统，当时，5家最大的公司分别是C om p uter V ision，A pp licon，CALM A，A uto-T ro l和I nter g ra p h.同时，一些新的CAD公司也涌现出来.
（1）1975年，E lectronic D ata S y ste m（ED S）公司［2］成立.
（2）1980年，M atra D atavision公司成立.
（3）1981年，D assault S y ste m es公司［3］成立.
（4）1984年，C oC reate公司［4］成立，该公司前身是~P公司的一个部门.
这个时期，CAD产业还出现了一些新的发展动向，包括工业标准的制定和CAD专业杂志的出现，这些都说明CAD作为一个产业开始走向成熟.
（1）1979年，B oei n g，GE和N I ST合作开发出中性文件格式I GES，I GES后来成为工业标准，并被广泛用于传输复杂曲面数据.
（2）1983年开始制订STEP标准，1991年由ED S／U ni g ra p hics推出第一个STEP转换器.
（3）1980年，S teve W o lf创立CAD R e p ort杂志［5］.
（4）1986年，C harles F ound y ller创立CAD ENCE 杂志［6］，现已成为全球最大的独立CAD出版物.
（5）1986年，D ave W eisber g创立En g i neeri n g A utom ation R e p ort杂志［7］，其后又收购了A nderson R e p ort和A-E-C A utom ation N e w sletter.
!国际"#$产业的第二次发展时期20世纪80年代末!90年代初，单用户计算机系统的普及、参数化技术和特征造型技术的发展，使得CAD产业格局又面临新一轮的变革.
从计算能力的发展上看，单用户计算机系统的出现是CAD发展史上的一次重要转折.20世纪80年代，CAD的工作逐渐转移到单用户计算机（即每个计算机都配有自己独立的中央处理器、磁盘存储器和显示卡），由于单用户系统要比分时主机系统速度快、价格便宜，因此发展到现在，单用户计算机CAD系统的用户规模空前扩大，大型CAD系统的价格也从1981年的大约每座位9万美元降至10年后的不到2万美元，而中等CAD系统现在每座位平均5000美元.
从单用户计算机时代（1983年左右）开始，CAD 市场就被分离成几个不同的市场：CAD硬件和软件开发者为不同的企业工作；电子CAD、机械CAD、建筑CAD等被分离成不同的产业.其中，单用户计算机系统分为两个主要阵营：一个采用I BM PC体系结构，即微型计算机（PC），该结构基于I ntel x86微处理器；另一个采用M otoro la微处理器，以工程工作站为代表，其上运行的操作系统包括AT&T的U ni x，A pp le M aci ntosh的操作系统和A p o llo的D o-m ai nO S等.
从CAD产业的发展上看，单用户计算机的普及带来了CAD产业新的发展机遇.一些新成立的CAD 公司在PC机上开发出相对简单的二维绘图系统.
1982年4月，John W al ker创立A utodesk公司［8］，A utodesk公司是CAD发展史上的一个成功经典.公司最初只有16个人，他们的目标是要开发出售价在1000美元、能够运行在PC上的CAD程序.1982年11月在L as V e g as举行的COM DEX展览会上，A utodesk展示了全球第一个基于PC的CAD软件———A utoCAD.1985年，A utodesk公司的年销售额是2700万美元，到1994年，A utodesk公司年销售额达到4亿6500万美元.1986年底，A uto-CAD在全球销售达到5万软件拷贝，到1995年底，达到300万软件拷贝.1995年，A utodesk公司成为全球第五大CAD软件公司.同时，A utoCAD连续10年（1986!1995）获得PC W orl d M a g azi ne的“T he B est CAD P roduct”奖，连续8年（1990!1997）获得B y te M a g azi ne的“T he B est CAD P roduct”奖.
1985年，K eit h B entle y成立了B entle y S y ste m s 公司［9］，开发基于PC的CAD系统M icroS tation.最初只是I nter g ra p h I GD S的克隆版本.同年，M icro-C ontro l公司成立，推出了第一个基于PC的三维CAD产品———C adke y.
但是，当时PC CAD系统的性能因为I ntel的16位微处理器和M icroso ft的DO S操作系统而受到限制，所以，那些需要更强计算能力的三维实体模型和大型电子设计工作转移到了U ni x工作站上.供应商提供了为运行大型应用程序所需要的32位地址和虚拟存储器，但必须付额外的费用.在1987年以前，工作站的制造者（M otoro la和I ntel）都不能或不愿意为满足技术用户的需求而提供强大的计算引擎.
从CAD技术的发展上看，这一时期CAD技术正在经历一场巨大的变革.20世纪80年代中期，正当CV公司业绩蒸蒸日上以及实体造型技术逐渐普
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及之时，CV公司内部以高级副总裁S a m G eisber g 为首的一批人提出了参数化设计方法.从算法上来说这是一种很好的思路，它主要的特点是：基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改.此时的参数化技术方案还处于初级阶段，很多技术难点有待于攻克.由于参数化技术核心算法与以往的系统有本质差别，而CAD技术主要应用在航空和汽车工业中，对自由曲面的需求量非常大，参数化技术还不能提供自由曲面造型的有效工具；更何况当时CV的软件在市场上几乎呈供不应求之势，因此，CV 公司内部否决了参数化技术方案.在这种情况下，策划参数化技术的这些人集体离开了CV公司，于1985年成立了PT C（P ara m etric T echno lo gy C o r p.）公司［10］，开始研制参数化设计软件———P ro／E n g i neer.PTC公司开发的这种新的三维参数化设计系统比以前的三维造型系统需要更强的计算能力.早期的P ro／En g i neer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零件设计修改，使人们看到了它的潜力.参数化技术带来了CAD发展史上的新一次技术革命.
20世纪80年代末期，计算机技术迅猛发展，硬件成本大幅度下降，CAD系统的硬件平台成本从二十几万美元一下子降到只需几万美元.一个更加广阔的CAD市场完全展开，很多中小型企业也开始有能力使用CAD技术.由于他们设计的工作量并不大，零件形状也不复杂，更重要的是他们无钱购买大型高端软件，因此他们很自然地把目光投向了中端的P ro／En g i neer软件.介于高端和低端CAD系统之间存在着一个非常大的中端CAD软件市场，PTC 在成立之初即瞄准了这个充满潜力的市场，P ro／En-g i neer迎合众多中小企业CAD应用的需求，一举进入了这块市场，获得了巨大的成功.
其后，SDRC公司根据多年对参数化技术的研究经验以及对工程设计过程的深刻理解，发现了参数化技术尚有许多不足之处，他们以参数化技术为蓝本，对不足之处加以改进，提出了变量化设计技术，支持欠约束设计，并将其作为今后的发展方向. SDRC的决策者权衡利弊，从1990—1993年，历经3年时间，投资1亿多美元，将软件全部重新改写，于1993年推出全新体系结构的I-DEA S M aster S eries 软件.在早期出现的大型CAD软件中，这是第一家在20世纪90年代将软件彻底重写的厂家.后来，D assault S y ste m es也对其CAT I A软件也进行了彻
底重写，推出CAT I A V5.
!国际"#$产业的第三次发展时期20世纪90年代中期至今，计算机软／硬件技术
得到了不断的创新和发展，计算能力的提高对CAD 技术和CAD产业产生了巨大的冲击和影响，尤其是微机三维CAD系统的快速崛起，带来了国际CAD 产业的第三次发展时期.
从计算能力的发展上看，这一时期计算机工业经历了巨大的变化.回顾一下这段时期CAD硬件的发展，可以看到CAD硬件发展对CAD软件系统的影响.
20世纪90年代，CPU的革命性发展带来了图形系统的革命性发展，这对CAD系统的发展也是非常重要的.在20个世纪80年代，从三维模型中去除消隐线是一种需要花几个小时的处理工作.即使到了1991年，将这些工作从主机和小型计算机移植到新的工程工作站上，工作站也几乎不能以交互方式实时处理消隐的图形.
早在1992年，U ni x供应商就成功地将工程工作站作为一种适合于三维实体造型和原来由图形超级计算机所垄断的高级可视化任务的平台.其中的主要成绩应该归功于S ilicon G ra p hics公司的Ji m C larke在1984年开创的几何引擎.这种几何加速器的升级版本价格从8900!19000美元不等.几何加速器是最好的工作站图形卡的核心，其中包括~P 的V isualize48和SG I为其I ndi g o工作站配备的~i g h I M PACT加速器.将这样的加速卡装配在计算机上，如果这台计算机装配完全，至少价值5万多美元.
图形学的发展推动了从二维CAD向三维实体造型的转移.I M PACT加速卡第一次将纹理引擎包含进来，这样可以使工程师与高真实度显示的场景和模型进行实时的交互.与此同时，NT图形技术发展非常迅速，而且NT也与0p enG L兼容.0p enG L是由SG I开发的三维图形调用库，后来被M icro so ft采用到自己的高性能W i ndow s操作系统中；从1991年起，M icro so ft开始为W i ndow s NT操作系统开发0p enG L 图形接口.1995年，第一个支持W i ndow s NT的0p enG L图形卡T ri S p ectives面市.
在20世纪90年代中叶，I nter g ra p h（最早进入NT市场的公司之一）为NT工作站开发了第一个
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图形引擎，价格在5000!8000美元之间.1999年，当3D Labs引入O x yg en GVX1，基于NT的图形加速器突然降价，售价低于1000美元，其性能可以达到每秒钟对300万个三角形进行转换和照明.2000年出现了能力更强的NT适配器，这些适配器围绕集成图形和绘图流水线构造，它的生产者Nvi dia称其为图形处理单元.当年，一个基于G eF orce2的适配器只要不到300美元.
与此同时，W i ndow s NT市场上CAD开发商，如I nter g ra p1和N eT p ow er通过努力进入这个狭小的市场（当时U ni x在这个市场最强），以便在基于I ntel处理器开发方面与其他硬件制造商有所区别.与U ni x系统相比，I nter g ra p1和N eT p ow er的产品可谓是便宜货.然而，到1997年，D e ll公司决定进入工作站市场，从而使Inter g ra p1和N eT p ow er的战略与SG I公司的一样崩溃了.D e ll用比竞争对手低得多的价格出售，并以恰到好处的服务为客户提供计算机. 2000年，Inter g ra p1将其图形开发方面的生产线出售给3D L abs，并将其昂贵的工作站生产线出售给SG I；N eT p ow er则淡出了该市场.
同时，其他计算机硬件配件也越来越便宜.1991年，一个来自工作站的领导者S un M icros y ste m s的中等性能的三维U ni x工作站报价大约为3.3万美元.它使用SPARC芯片，40MH Z，32M B DRAM，一个207M B磁盘驱动器和一个图形加速卡，这种加速卡可以在一个20英吋的显示器（1152900真彩色）上每秒钟对2万个三角形进行转换和照明.到1999年，一个顶级D ell P recision320型的工作站价格降为4014美元，1.5GH z Penti u m4处理器，512M B DRAM，20GB硬盘驱动器，21英吋显示器（12801024真彩色，或更高），Nvi dia G eF orce2图像卡每秒钟可以对150万个三角形进行转换和照明.这种加速卡自带图形显存（32M B），其容量和1991年时的S un SPARC工作站的DRAM大小一样.
随着PC机的发展，M icro so ft的W i ndow s操作系统大行其道.现在，W i ndow s NT和它的后继版本W i ndow s2000占据了机械工程CAD、印刷电路设计和图形学相关领域.而U n i x工作站的没落开始于1994年10月W i ndow s NT第2版的出现.1995年11月，Inte l推出P entiu m P ro微处理器，W i ndow s NT的革命迎来了其第二次进步，这是Inte l在临界整型操作方面第一次超过其R ISC（R educed Instruction S et C om p uti n g）竞争者们的芯片（如S un S PARC，In-ter g ra p1的Inter p ro和A p o llo的S p ectru m）.Inte l极大地提高了性能价格比.性能的提高加强了Inte l在技术领域内的可信度，并且能以日用消费品价格换取高性能计算能力.到1997年，W i ndow s NT工作站的出货量超过了U n i x工作站的出货量.
计算机技术和图形硬件的发展、W i ndow s操作系统的普及使用，使CAD系统向一个非常好的方向发展.
从CAD产业的发展上看，这一时期CAD厂商群雄并起，产业格局发生巨大的变化.到1991年，尽管CV公司并购了V ersaCAD，CA LM A和C a m brid g e In-teractive S y stem s等公司，但由于来自通用计算机市场的竞争压力，使得其想要生产自己的计算机的愿望落空了；而将它的软件移植到工作站上又需要花费时间，以及因为软件质量问题，使其部分客户转移走了.因此CV公司的销售量还是从第一位降到了第三位.到1991年，A pp licon在CAD销售市场上掉到了第9位，而A uto-T ro l则从排名中消失了.M c-D onnell D ou g las A utom ation（现在为ED S／U ni-g ra p1ics）保持第6的位置.
1988年1月，美国PTC公司的新一代参数化设计软件P ro／En g i neer上市，引起轰动，销售量持续增长，公司业务发展迅速.PTC的崛起极大地改变了高端机械CAD应用一成不变的状况；同时，PTC 的快速成长也损害了原有的能获得高附加值的竞争者的利益.1995年，PTC成为全球CAD／CAM／CAE 系统提供商的第一位.
由于PTC开发的P ro／En g i neer相对独立于底层的硬件，因此PTC可以在1994年将软件移植到W i ndow s NT上.1995年，PTC发布P ro／En g i neer V15，这是第一个基于NT平台的高端三维参数化实体造型软件.但不幸的是，PTC依然陷入了硬件的陷阱，高额的利润使公司领导和投资商感觉太好.这种利润对于U ni x工作站的昂贵的成本来说似乎是可以接受的.一个每座位售价2万!3万美元的CAD软件包相对于用户购买的一台4万!6万美元的台式计算机来说是比较合理的.
1993年12月，原CV公司的Jo1n H irsc1tick创建了S o li d W orks公司［11］.1995年底，S o li d W orks发布S o li d W orks软件；1996年初，I nter g ra p1发布S o l-i d Ed g e软件.这一类软件的工作方式与P ro／En g i-neer的工作方式一样，但是只运行于PC机和W i n-
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doW s操作系统上.S o li d W orks和S o li d Ed g e简化了用户界面，充分利用W i ndoW s系统和0LE技术，很好地实现了CAD与0ffice的集成.同时，因为它们只运行在一种操作系统之上，所使用的一些软件组件是由第三方开发商提供，而不是完全由自己开发程序，所以开发软件花费较少.因此，新的CAD软件只售约4000!5000美元，这个价格大约与当年配有NT处理器的W i ndoW s工作站价格一样.1995—1996年，S o li d W orks和S o li d Ed g e分别上市后在CAD工业界又一次引起轰动，成为微机平台参数化特征造型系统的后起之秀.
由于PTC反应迟钝，它现在已无法威胁到W i ndoW s平台三维CAD产品.即使它降低了产品价格，但无法降低产品的成本.90年代中期PTC应该使自己的软件更易操作和安装，这样可以不用花太多的培训费用和支持服务，而让更多的人使用它.
A utodesk也错失了硬件市场的变化产生的机会，没有及早开始开发一个像P ro／En g i neer那样的三维实体造型系统，利用W i ndoW s系统和PC机提供的强大功能获取利润.与此同时，随着V isio产品进入原来A utoCAD所占据的市场，A utodesk从其旗舰产品A utoCAD获取利润的空间也变小了.在S o li d W orks和S o li d Ed g e出现之后，A utodesk意识到中端CAD软件市场的重要性.1996年8月，A u-todesk也发布了同类软件———M echanical D eskto p （M DT），但是，M DT没有获得成功；其后，A utodesk 又开发出I nventor软件，并加大力度不断完善它.
到1997年，全球CAD／CAM市场前5位的排名是：PTC，D assault S y ste m es，ED S／U ni g ra p hics，SDRC，A utodesk.
这一时期，国际CAD产业进入一个联合、收购、兼并频繁的时期.
（1）1997年，D assault S y ste m es以1.05亿美元收购D eneb公司，获得数字化制造与仿真产品.
（2）1997年6月，D assault S y ste m es以3.1亿美元收购S o li d W orks，获得中端三维CAD产品.
（3）1997年11月，PT C以2.62亿美元收购了CV公司，占有了CV近30年来积累起来的CADD S5和0p te g ra CAD／PDM用户市场.
（4）1998年，ED S从I nter g ra p h收购S o li d Ed g e 和EM S产品.
（5）1998年，D assault S y ste m es与I BM公司联合成立EN0V I A公司，注册在美国，合作开发第二
代产品数据管理系统（PDMII）.
（6）1998年，D assau lt S y stem es收购M atra D atav i-s ion的主要CAD／CAM产品，M atra D atav is ion转向为D assau lt S y stem es主要产品提供技术服务.
（7）1999年，D assau lt S y stem s收购Sm artS o lutions 公司，获得Sm ar T ea m产品.
（8）2001年，ED S收购SDRC公司，将其产品（I-DEA S等）纳入ED S的PLM产品线.
目前，20世纪80年代初的5大CAD公司（C om p uter V ision，A pp licon，CALM A，A uto-T ro l和I nter g ra p h）或已被收购并停止了原来的产品线，或在维持生存.国际上面向制造业的CAD产品已经被兼并成四大谱系：I BM／D assault，ED S／U ni g ra p hics，PTC和A utodesk.近年来，I BM／D assault更是后来居上、春风得意.
!几点经验教训
从国际CAD产业的发展历史中我们可以看到：国际CAD产业格局是在不断变化的，而CAD产业也在这种变化中得到发展上升.可以明确地说：计算能力的提高、工业需求的推动和造型技术的进步始终是促进CAD产业变革和发展的三大原动力.
以史为鉴，可知兴衰.回顾国际CAD产业的发展历史，从对比中我们可以归纳出几点经验教训.总结这些经验教训可以清晰我们的认识，更好地探索我国CAD产业的发展和前进道路.
经验教训一.在强烈的工业需求推动下，CAD 必须走产业化的发展道路
CAD产业的发展过程是在强烈的工业需求推动下完成的，也只有世界一流的应用才能孕育出世界一流的CAD软件.正是20世纪60!70年代航空工业和汽车工业的强烈应用需求，才催生了曲面造型和实体造型技术；也正是有了B oe i n g飞机公司、D assau lt飞机公司这样的工业界大客户，才造就今天的CA T I A.要推动我国CAD产业的发展，也必须与我国制造企业和行业的实际需要相结合，走产业化发展的道路.在产业化的发展中，需要注意几点问题：（1）从国外CAD软件的发展例子可以看出，最初的研究和原型开发多是由高校和研究机构完成的，而CAD软件产品必须由公司来完成.在产业需求非常强烈的环境下，由一些有优秀技术背景的人，在大量投资下（来自国家或企业的投资）按照软件工
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程方法进行开发，只有产业需求和大量投资才能刺激人们去开发成熟的商业软件.
（2）CAD软件的产业化要经历艰苦的应用磨合，不能指望迅速得到市场回报.CA T I A软件是从1976年启动开发的，但到1990年，年销售额也只有1.1亿美元，而公司的总人数却达到了670人.S o lid-W o rks最初开发于1994年，于1995年底推出第一版软件———S o li d W orks95，其后每半年推出一个新版本，到1997年才获得市场的认同，经历了3!4年的发展才在市场中站住脚跟.一般说来，CAD作为产品的设计开发工具，要使得设计人员在应用中感到得心应手，需要CAD软件开发人员与设计人员共同经历一个长时间的磨合过程，不断修改程序，不断排除错误.所以，一个CAD新产品或新版本上市，一般不容易立刻得到广大用户的接受，有一个较长的磨合期，使得投资回报的速度放慢；但是作为一种先进生产力，CAD产业投资回报的效益却是巨大的.
（3）一支稳定的开发队伍和足够的资金也是CAD软件能够获得成功的保证.对于我国的CAD 产业尤其需要解决好这两个问题.可以考虑由国家政府或者实力雄厚的大型企业对CAD产业进行投资，在满足这些企业和行业自身需求的基础上进一步发展.
经验教训二.要关注计算环境和计算能力的创新与发展
快速、廉价的计算机硬件环境造就了今天的CAD软件.CAD产业在不断联合、并购中提高产品优势，市场份额在不断地进行再分配.20世纪S0年代，价格昂贵的分时主机CAD系统让位于运行在廉价的微型计算机上的CAD应用软件.看准市场的发展机遇，A utodesk抢占了市场份额，从高价的计算机辅助绘图公司手中夺取了领导地位.B entle y S y ste m则开发出M icrostation，在CAD市场也占有一席之地.没有廉价的计算机硬件，就不可能有A u-todesk，也不可能有B entle y.同样的，没有计算能力的提高和计算机硬件价格的下降，就不会有P ro／En g i neer，更不会有S o li d W orks，S o li d Ed g e，I nventor 这些优秀的软件出现.
我们已经看到，创新的计算机环境和提升的计算能力对CAD软件产生了巨大的冲击.20年前，CAD厂商制造自己的计算机、操作系统和图形显示器.现在，CAD系统运行在像日用品一样的工作站上，这些工作站还可以用来玩游戏和从事商务应用.
M icroso ft的目标———每个桌子上都有计算机———已经实现了，激烈的竞争增加了软件的成本，并使那些组织结构成本高、销售和支持服务效率低的企业惨败.
今后的10年里，一些现在利润高，有竞争力的产品将可能衰落，而那些不为人所知的东西可能成为人们注意的焦点.为了把握三维CAD软件的发展未来，我们不仅要了解CAD工业界在做什么，而且要了解在整个计算机工业界里发生的事情.
当前，计算技术的发展方向主要是：分布式计算（D istri buted C om p uti n g）、协同计算（C o llaborati ve C om p uti n g）、移动计算（M obile C om p uti n g）和网格计算（G ri d C om p uti n g）.
经验教训三.CAD技术和理论的进步可以带动CAD产业格局的调整
软件产业是一个典型的快速发展而又竞争激烈的产业，也是最多后来居上、后发制人的产业.纵观国际CAD产业的发展历史，众多CAD厂商的成败无一不与其技术发展密切相关.其中，不乏因为技术落后而衰落的例证，如CV，I nter g ra p1等，也常有凭借新技术的突破而后来居上的例证，如PTC，S o li d W orks等.
30年来，CAD技术一直处于不断的发展与探索之中，计算机技术和CAD基础理论的每次重大进展，无一不带动数字化设计与制造水平的提升和产业格局的调整.技术发展永无止境，没有一种技术是常青树，CAD技术一直处于不断地发展与探索之中.正是这种此消彼长的互动与交替，造就了今天CAD产业的兴旺与繁荣，促进了工业的高速发展，也使得越来越多的人认识到CAD是一种巨大的生产力.
因此，我们要密切关注当前国际CAD以及相关技术的研究前沿，把握住未来CAD系统的发展方向.
经验教训四.CAD产业应该在联盟与合作中求得生存和发展
当前CAD技术日益成熟，市场日益扩大，国际CAD工业界普遍认识到联合、兼并是CAD产业继续发展的一种主要途径.国外CAD工业界有一条规则：不必事事自己从头做起，凡是能从市场上买到的，只要定价合理，外购一定比自制合算.
S o li d W orks和S o li d Ed g e就是利用Paraso li d几何引擎，充分利用W i ndow s的OLE技术，简化和改进了P ro／En g i neer的用户界面；同时，基于分工原
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则，这两家产品都只是专注于开发几何造型功能，至于有限元分析、机构运动和动力学分析、数控加工编程、装配误差分析等其他专业软件则与有关公司建立合作联盟.S o li d W orks将这种战略伙伴关系称作“金牌合作伙伴（G o l d Part ner）”，S o li d Ed g e称作“同行者（V o y a g er）”，联盟成员分工合作，共同发展.这种合作企业往往有二三十家，由于他们都采用Para-so li d几何引擎和0LE技术，因此相互间很容易做到无缝集成.当然，也不乏合作伙伴被收购的例子，如C os M os W orks被S o li d W orks所收购.
鉴于目前我国CAD产业还不十分成熟的现状，国内CAD厂商如果去购买国外的几何引擎、约束求解器等组件产品往往是成本过高，企业难以接受.因此，国内的软件企业更应当走一条联盟与合作的发展道路，充分利用国内20多年CAD技术的研究基础和积累，立足国内自主开发，各家厂商在产品开发和市场开拓中分工合作，做到术业有专攻，在合作竞争中不断扩大市场份额，求生存、谋发展，走出一条中国CAD软件产业的成功之路.
经验教训五.软件质量是软件产品在工业界获得成功应用的保证
软件质量包括产品质量和服务质量.由于三维CAD软件开发是一个非常复杂的软件工程，因此产品开发策略非常重要.只有严格采用软件工程的方法，才能保证三维CAD软件系统的开发质量，才可能保证开发的三维CAD软件产品能够在工业界获得成功的应用.
一个好的CAD软件开发策略涉及到关键技术研发、产品功能定义、设计、质量保证、技术支持、软件发行等方面.除了注重产品的功能开发外，还应当特别强调注重产品开发中的其他环节.例如在研发部门，除了要有一些功能组来进行草图、工程图、零件造型、装配和互联网集成等功能的开发外，还应该有一个产品定义组、质量保证小组、设计组和技术支持组.
产品定义组与销售和市场组紧密配合工作，听取来自客户的反馈，如客户的抱怨、客户对产品的建设性意见等，以定义未来产品的新功能.这些意见将会在下一个产品开发周期加以考虑.质量保证人员从多方面测试软件系统，以保证系统在用户界面、系统功能、使用性能上都达到预期的指标，并符合软
件工程标准.他们是系统的最初客户，对产品质量负有很大的责任.发布工程组由支撑环境组，文档组和应用程序接口组组成.技术支持组负责为客户分析遇到的问题，并提供解决方法.技术支持对产品定义来说是一个有价值的源泉，技术支持的质量反映了服务质量的一部分.
!结语
在国际CAD产业的发展历史上，从二十年前的五大公司，到现在四大谱系并存的局面，CAD技术在不断发展更新，CAD产业格局也在不断调整和变化，正是这种此消彼长的互动与交替，造就了今天CAD技术和CAD产业的兴旺与繁荣，促进了工业的高速发展.当前，国际上I nternet网络、数字化媒体、通信技术的普及和发展，使CAD技术又面临着一次新的发展契机；国内制造业信息化工程的实施，也为带动我国CAD产业的发展提供了新的机遇.
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10期叶修梓等：国际CAD产业的发展历史回顾与几点经验教训
国际CAD产业的发展历史回顾与几点经验教训
作者：叶修梓， 彭维， 唐荣锡
作者单位：叶修梓,彭维(浙江大学计算机科学与技术学院,杭州,310027;浙江大学CAD&CG国家重点实验室,杭州,310027)， 唐荣锡(北京航空航天大学飞行器制造工程系,北京,100083)
刊名：
计算机辅助设计与图形学学报
英文刊名：JOURNAL OF COMPUTER-AIDED DESIGN & COMPUTER GRAPHICS
年，卷(期)：2003,15(10)
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