導讀

INTRODUCTION

計劃開始寫《工業(yè)軟件介紹》系列，第一篇是《CATIA與CAD》，之后有《Teamcenter與PLM》、《Kepware與IIoT》等。寫這個系列的初衷，是要解釋工業(yè)軟件與通用軟件的 區(qū)別 、為什么開發(fā)工業(yè)軟件這么難，同時順帶說明科學與技術(shù)的關(guān)系。

文章信息

本文由「MES數(shù)字制造」作者tallrain原創(chuàng)，數(shù)字化企業(yè)經(jīng)授權(quán)發(fā)布，并增加了一些資料配圖。

CATIA是法國達索系統(tǒng)(Dassault Systemes)開發(fā)的商業(yè)三維CAD設(shè)計軟件，由于其出色的曲面設(shè)計能力，在航空和汽車工業(yè)界占據(jù)主流地位。

達索系統(tǒng)是達索航空(Dassault Aviation)的子公司，于1981年成立。

達索航空于1929年建立，主要產(chǎn)品有幻影系列戰(zhàn)斗機和獵鷹系列商用機。

創(chuàng)始人馬歇爾·達索和“神秘”戰(zhàn)斗機（圖源：dassault-aviation官網(wǎng)）

根據(jù)維基資料，1977年達索航空由15名工程師研發(fā)出新一代電腦輔助設(shè)計軟件CATIA，用于輔助飛機設(shè)計和制造。后來集團工程隊伍發(fā)現(xiàn)公司內(nèi)部財政不容許為此軟件作進一步研發(fā)，于是集團開始研究成立新公司以及把軟件外銷的可能性。

1981年達索系統(tǒng)成立，當時成員共有25名工程師，出售更名后的CATIA系統(tǒng)。而IBM是他們第一名客戶，之后IBM幫助達索把產(chǎn)品銷售給航空、汽車工業(yè)的諸多客戶。

圖：第一張 IBM 傳單和第一個徽標（來源：https://isicad.net/）

達索航空在二戰(zhàn)后一直為法國政府設(shè)計及制造主力戰(zhàn)斗機，是航空界的重要玩家。

而CATIA最初是公司內(nèi)部由工程師開發(fā)的生產(chǎn)力工具，是服務(wù)于內(nèi)部研發(fā)部門的。之后才轉(zhuǎn)型為商業(yè)工業(yè)軟件，服務(wù)全球客戶。

這也體現(xiàn)了工業(yè)軟件的3個重要特點：先有業(yè)務(wù)后有軟件，軟件是工業(yè)經(jīng)驗的積累，早期業(yè)務(wù)部門深入?yún)⑴c軟件開發(fā)。

下面簡單介紹一下CAD(Computer-Aided Design計算機輔助設(shè)計)的早期歷史。

非常推薦大家點擊下圖查看e-works此前編譯的一篇文章：

1953年，受雷達操作中的交互式顯示設(shè)備啟發(fā)，麻省理工學院學者Douglas T. Ross形成了CAD的構(gòu)想，并于1959年創(chuàng)造了計算機輔助設(shè)計這一詞匯。

1963年，麻省理工學院Ivan Sutherland在博士論文過程中編寫了計算機程序Sketchpad，并因此獲得了1988年的圖靈獎。Sketchpad被認為最早的CAD軟件。

Ivan Sutherland和Sketchpad，圖源：bimaplus

但是由于計算機硬件的限制，CAD軟件一開始并沒有得到快速發(fā)展。

下面是航空汽車工業(yè)一些重點CAD軟件的原始版本發(fā)布時間：

? 1977年：CATIA。

? 1978年：Unigraphics(UGS前身)。

? 1982年：AUTOCAD。

? 1987年：Pro/ENGINEER(Creo前身)。

這4個軟件現(xiàn)在依然是航空汽車工業(yè)的主流CAD軟件，可謂歷史悠久，與客戶合作長遠。

下面介紹下三維CAD曲面設(shè)計中一個重要的概念：貝塞爾曲線/曲面。在CAD軟件中，我們用貝塞爾曲線/曲面來定義曲線/曲面，用曲率來定義線/面的彎曲程序，用控制點來改變其彎曲程序。

NURBS是非均勻有理B樣條曲線(Non-Uniform Rational B-Splines)的縮寫，1991年國際標準化組織(ISO)頒布的工業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標準STEP中，把NURBS作為定義工業(yè)產(chǎn)品幾何形狀的唯一數(shù)學方法。

1946年，數(shù)學家開始研究樣條形狀，該形狀通過分段的多項式公式推導出來，因為其和機械生產(chǎn)中的樣條相類似，I. J. Schoenberg將其命名為樣條曲線或樣條函數(shù)。

之后，來自雷諾的工程師皮埃爾·貝塞爾(Pierre Bézier)和來自雪鐵龍的工程師保爾·德·卡斯特里奧(Paul de Casteljau)進一步發(fā)展了樣條曲線。

圖源：historyofdesign，法國機械和電氣工程師，計算機幾何建模創(chuàng)始人之一Pierre Bézier，雷諾公司擔任機械工藝主管，他于1958年研制的數(shù)控銑床是歐洲最早的數(shù)控機器之一。

1959年，卡斯特里奧開發(fā)了以其命名的算法，用于評估曲線的彎曲程序。

幾乎同時貝塞爾也實現(xiàn)了類似的算法，并進一步加入了控制點，以用于通過計算機軟件來改變曲線/曲面的彎曲程序。由于貝塞爾發(fā)表了他的工作成果，因此人們將通過在曲線上的控制點表示的那類曲線稱為貝塞爾曲線。

貝塞爾曲線是三維CAD曲面建模的基礎(chǔ)，而它的發(fā)明者同樣是業(yè)界的工程師。

達索、雷諾、雪鐵龍都是來自法國的公司，當我們現(xiàn)在感慨于歐美發(fā)達國家通過知識產(chǎn)權(quán)收割全球財富時，也不要忘記這些知識產(chǎn)權(quán)是如何緩慢地積累的。