bandao.com那些年用过的CAD你可知道它们的前世今生？波士顿时间10月23日，PTC宣布将以4.7亿美元收购Onshape，一周后的11月1日，收购完成。

　　关于本次交易的双方，PTC不用多说，国际CAD软件厂商之一，2018年营收超过10亿美元，Pro/E是其1987年推出的产品，颠覆了当时的CAD行业。

　　不管是Onshape、Pro/E、Solidworks还是CATIA，都有一个共同的名称：CAD软件。CAD对于机械工程师来说必不可少，很多人可能都用过不只一种。

　　我们都痴迷于精巧的机械和宏伟的建筑，不过，千年前伟大的建筑和机器总是很少有图纸可描述它们当年是如何制造的。现存的机器和建筑物的工程图可以追溯到14和15世纪期间。因为它们更多是文字和附图，很少具有尺寸标注，所以更适合称为“草图”而不是“工程图纸”bd半岛官网。

　　那期间最有名的一些工程图，出自达芬奇之手。当然，达芬奇那时候的设计还是偏艺术性的，更像概念插图，而不是工程图。即使如此，当年熟练的工匠能够严格按照他的草图来构建他的许多设计模型。（这位达芬奇就是那位画鸡蛋的蒙娜丽莎作者，大多数人不知道的是，他也是一位伟大的机械工程师，甚至可以说是现如今机械设计的先驱）

　　渐渐得，人们开始意识到图纸需要更高的精度来体现它的价值。工程制图在18世纪后期开始迅速发展，并随着19世纪工业的发展而加快。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。（还真是知识产权保护的意外惊喜）

　　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。

　　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。

　　（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。

　　（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，大名鼎鼎的军工企业）等航空公司则专注于提高制图效率。

　　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。

　　（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）。

　　（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D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。

　　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（想必学过图形学的小伙伴都知道）。

　　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）。【牛人的博士论文总是让我等望尘莫及啊】

　　（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）

　　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，但是一直没有线年代后期，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

　　关于内核，讲个Solidworks的逸闻：Solidworks1993年开发时用的是ACIS，1994年发布时换成了Parasolid；1997年Solidworks公司卖给了达索公司而后者2000年收购的内核却是ACIS；Parasolid内核却在2007年被达索最大的竞争对手西门子工业软件收购...西门子光收授权费就乐呵呵了，为此达索没少为Parasolid打反垄断官司要求总之你不能给我断供巴拉巴拉之类的；2012年前后Solidworks又不得不把内核换成与CATIA此时一致的CGM内核...

　　（1985年行业第一的Computervision年营收可达3.5亿美元），过着不错的日子。

　　（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。

　　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。

　　（那时候就有VC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。

　　1987年9月Pro/ENGINEER刚发布时，CAD行业“五巨头”中的Computervision、M＆S Computing（Intergraph）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Dassault过渡的很好，而“元老五巨头”则很快就退出了CAD产业的舞台。

　　个人计算机（PC）的发展实际上早于UNIX工作站。一开始的PC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PC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，PC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PC市场的潜力。

　　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。

　　（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。

　　（至少不用像当初面对Pro/E那样，重写整个软件的架构）。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。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bd半岛官网，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。

　　（产品数据管理软件，该类软件已成功用于CATIA的波音777无纸化设计中），另一个则是“互联网化”，即使用户能够在Web浏览器中查看3D CAD模型。

　　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。

　　（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。

　　先说观点：Onshape虽然还没有达到盈亏平衡，但未来可期，并不是一定要卖，对于Hirschtick来说还有很多选择。所以Onshape被卖的原因，很可能是为了Onshape未来更好的发展，大概率是为了更好的打开市场（技术应该不是Onshape所欠缺的）。而选择在目前这个时机卖，至少在Hirschtick看来应该是最好的出售时机，云市场经过多年的教育已经接近成熟，为了应对未来的挑战，PTC正好亟待弥补云CAD的短板。

　　Onshape最近一轮融资是2016年bd半岛官网，1.05亿美金，到今年总共有员工100名左右。虽然在2015年前一直在研发而没有任何营收，但目前已具有5000付费企业用户。若按Hirschtick的预估，10000个付费企业用户可以使Onshape达到营收平衡，那么按Onshape目前的官网报价企业用户为2100美元/人/年，所以Onshape年亏损是1000多万美元左右？不管怎么算，就算Hirschtick不再做任何新的融资计划，Onshape银行账户上躺着的现金应该还够用好几年的。所以，Onshape并不是一定需要卖身（不是说不能卖，只是说非必须）。

　　但是，相对于20年前（1995年）Solidworks 95的发布，2015年Onshape所处的CAD产业环境已经发生了变化。20年前，Windows NT刚刚发布，中端CAD市场由Solidworks 95开启，从1993年到1995年三年期间研发的Solidworks 95已经具备十分完整的中端CAD功能，且对用户的吸引力十分巨大（价格只有当时Pro/E的四分之一不到），各种综合因素使得Solidworks 95从研发到实现足够营收的周期比较短，Solidworks 95 被达索收购时的6000付费企业用户所代表的价值比目前Onshape的5000要大，说白了既存在产品上的降维打击，又不愁卖。而20年后，不仅一款CAD软件要求的功能已经十分的复杂（直到2018年Onshape才算完成核心所有模块的开发），而且SAAS付费获客的培养难度也越来越长期（并且单价还下来了），同时CAD产业的竞争对手产品体系十分完备，总之，虽然技术上作为第一款线D CAD软件具有行业的颠覆性，但市场推广上的玩法已经跟20年前完全不一样了。而此时，Hirschtick都已经奔60岁了。所以，Hirschtick卖掉Onshape大概是是为了更好的市场发展。

　　从云CAD市场的角度，虽然Onshape是最彻底的，但却不是最早的。AutoDesk的云CAD产品Fusion 360（虽然是半云）在2013年就发布了，而达索公司的CATIA xDesign（跟Onshape一样的全云）也在2019年1月发布。也就是说，这时候3D CAD软件的云化处于已有具有相对成熟的用户基础，但还没有完全铺开的阶段。虽然对“中端”的定义与20年不同，但新一批中小型企业的需求已经被激发，就像当初中端CAD对用户的吸引一样，云化将覆盖更大一部分的用户群体。而这时候，除了AutoDesk和达索已经有自己对应的云化中端产品外，另外两巨头PTC和西门子PLM其实都缺乏这一块的产品。只不过，西门子PLM一向服务的是世界500强级别超大的航空航天汽车企业，中端市场不在它眼里，它的云化路线大概率是把自己的NX、Solid Edge、Teamcenter之类的云化，买Onshap对其作用不大。所以对于Onshape来说，此时卖给PTC无疑是最好的时机。

　　观点归纳三句话：PTC要打中小型市场、PTC缺云化CAD产品、PTC的竞争对手已经抢占了先机。

　　先看看这几家公司2018年的年营收：达索为34亿欧元（相比上一年增长7.7%），AutoDesk为27亿美元（相比上一年增长34%），西门子PLM业务为34亿美元（相比上一年增长30.8%），而PTC为12亿美元（相比上一年增长6.7%，如果去除掉IoT业务的线%）。也就是说，PTC不仅体量在所有竞争对手中最小，在增长上也最低，甚至在2017年时增长基本为零。PTC目前CAD产品Creo主要针对大型企业用户，新用户的增长十分有限。新用户市场的新增需求将主要来自中小型企业，而PTC CEO Heppelmann悲催的发现，近年来70%以上的新用户市场被Autodesk Inventor和Solidworks抢去了。所以，PTC在CAD领域为了应对新的增长点，不得不重视中小型企业市场。

　　基于云的CAD由SolidWorks在2010年首次提到它，之后逐渐成为CAD行业的主流话题。最早正视该趋势并迅速推出中小型企业云化CAD解决方案产品的为Autodesk（正如其发现PC时代的先机一样），其于2013年发布了Fusion 360（虽然为半云化）。紧随其后的则是Onshape在2015年的发布，Onshape为第一个线D CAD软件。Solidworks的母公司达索系统直到2019年1月也发布了基于Web的三维设计应用：CATIA xDesign。而PTC在云化CAD产品的布局上却是缺席的。

　　虽然PTC在1987年推出时颠覆了整个CAD行业，但在1995年Solidworks 95刚推出期间，由于当时PTC对于中端CAD市场的低估，PTC仅仅推出了Pro/E的低价版Pro/JR应对彼时中端市场的挑战（定价9000美元），在Solidworks 95（3995美元）、Solid Edge（5995美元）等的冲击下，PTC错失了当时的最佳时机。以至于PTC至今仍面临着下有Solidworks、Inventor，上有CATIA、NX的两面压力。所以在云化CAD产品阶段，面临SAAS服务带来的又一次可能的冲击，PTC的竞争对手已经抢占了先机，而PTC把握时机最好的办法就是直接把Onshape给收购了

　　最初，CAD主要用于重工业。但是，如今我们很难找到一个不使用它的行业：机械工程、AEC部门、航天、时尚、工业设计、娱乐、计算机图像动画、土木工程、医学... 。实际上，现在基本上任何产品的设计、仿真、制造都离不开CAD。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。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（都是以数字化的形式出现），所以制图作为一门专业也在逐渐消失，而对CAD技能的掌握仍不断得到重视，成为比较重要的职业技能。

　　至于这次PTC对Onshape的收购，会否如22年前达索对Solidworks收购一样，掀起又一场CAD行业的飓风呢？鉴于目前1500万全球机械工程师中只有一两百万具有正式商用CAD授权的这个事实，我只能说：风起于青萍之末。