Historia CAD/CAM/CAE

Trudno nie zgodzić się ze stwierdzeniem, że to właśnie AutoCAD wyznaczył pewien obowiązujący przez lata standard w dziedzinie oprogramowania inżynierskiego (przez wiele lat otrzymywał rokrocznie tytuł „The best CAD product”, nadawany przez czasopismo „PC World”, a także prestiżowe nagrody magazynu „Byte”). To prawda, że założona w 1993 roku firma SolidWorks, jako pierwsza zaoferowała szerokiemu gronu użytkowników system CAD 3D pracujący w środowisku Windows i na platformie PC. Historia systemów CAD i wszystkich z nimi związanych sięga jednak znacznie dalej, niż do lat 80. (czy nawet 60.) ubiegłego stulecia. Co ciekawe, pierwszym inżynierskim systemem komputerowym – we współczesnym rozumieniu tego słowa – był system CAM.  A wszystko zaczęło się od…

OPRACOWANIE: Maciej Stanisławski

Wszystko zaczęło się od twierdzeń Euklidesa z Aleksandrii (ok. 350 p.n.e.), które po latach wykorzystane zostały jako podwaliny dla opracowania geometrii wykorzystywanej w systemach CAD. To właśnie w latach 60. na MIT powstał „Sketchpad” (z ang. szkicownik) – pierwszy profesjonalny system wspomagający projektowanie. Jego autor, Ivan Sutherland, użył systemu komputerowego, który w nowatorski sposób wykorzystywał pióro świetlne jako narzędzie do wprowadzania danych bezpośrednio na ekran monitora.

Proszę wyobrazić sobie, jak wyglądało wtedy takie urządzenie: nikomu nie śniły się układy scalone wysokiej skali integracji, czy monitory TFT. Potężny komputer zbudowany na tranzystorach, wykorzystujący czytniki i drukarki (właściwie: dziurkarki) taśmy papierowej jako urządzenia wejścia/wyjścia, wyposażony w dysk twardy wielkości średniego biurka. I w oparciu o taki „hardware” powstawali przodkowie współczesnych programowych rozwiązań. Ale, jak wspomniałem na samym początku, pierwszym był system do cyfrowego programowania maszyn obróbczych „PRONTO”, wynaleziony (to dobre określenie) w 1957 roku przez dr Patricka J. Hanratty’ego. Można więc z czystym sumieniem uznać go za pierwszy system CAM – i to w dodatku komercyjny. Dlatego w wielu anglojęzycznych opracowaniach wymieniany jest właśnie Hanratty jako „ojciec CAD/CAM”, we współczesnym rozumieniu tych pojęć.
Ale projekty pierwszych „programowanych” maszyn, wykonujących swe czynności w sposób zautomatyzowany, pozostawił po sobie nie kto inny, jak geniusz swej epoki – Leonardo da Vinci. Jego wizje maszyn do cięcia drewna, wykorzystujących system dźwigni i przekładni, umożliwiały „wykonywanie powtarzalnych czynności w sposób gwarantujący większą dokładność, niż miałoby to miejsce przy wykonywaniu ich przez ludzi.” Czy zatem kołki umieszczone na obracającym się kole, uruchamiające we właściwej kolejności odpowiednie dźwignie (podobnie jak wiele lat później bębny pianoli uruchamiające młoteczki odpowiedzialne za wydobycie określonych dźwięków) – a w zasadzie nie tyle same kołki, co ich układ – nie były pierwszymi programami? Spełniały dokładnie takie same, chociaż skrajnie uproszczone funkcje.

Leon Batista Alberti w latach 1435-1436 napisał dwie obszerne prace, w których udowadniał konieczność stosowania w szerszym zakresie euklidesowej geometrii przy opracowywaniu projektów. A to przecież zaledwie XV wiek! Na właściwe rysunki techniczne, spełniające już pewne standardy, ba – wykonywane nawet według pierwszych określonych norm (David E. Weisberg, autor książki „The Engineering Design Revolution” wysuwa hipotezę, iż standaryzacja rysunków technicznych wymuszona była rozwojem prawa patentowego i koniecznością rozpatrywania coraz większej liczby zgłaszanych wniosków), trzeba było jednak poczekać do XVIII wieku i dziewiętnastowiecznej rewolucji przemysłowej.
Powoli rodzą się standardy narzędzi kreślarskich, które dopiero w drugiej połowie XX. stulecia wyparte zostały ostatecznie przez komputery. Ale też nie do końca. Przykładnice, głowice kreślarskie, różnego rodzaju „pantografy” (np. „Universal Drafting Machine” z początku XX wieku)  pozwalające kreślić dowolne krzywe, ale także – a może przede wszystkim – proste linie, produkowane są do dzisiaj (fot. 2). I tutaj pozwolę sobie na małą dygresję i zachęcę Państwa do zastanowienia się nad prostym pytaniem:

Co miały umożliwić systemy CAD 2D?
To proste. Systemy CAD opracowano właśnie z myślą o zastąpieniu tradycyjnych technik kreślarskich. I innych wspomnianych narzędzi. Wszystkie wykonywane wcześniej rysunki wymagały od inżyniera umiejętności precyzyjnego (doprowadzonego niemalże do perfekcji) prowadzenia ołówka, pióra i innych przyrządów kreślarskich, a także benedyktyńskiej cierpliwości przy nanoszeniu jakichkolwiek zmian i poprawek. Przez długie lata metalowe ostrze nożyka, stalówki, czy też żyletki towarzyszyło na równi z „gumką myszką” projektantom i konstruktorom podczas żmudnego przenoszenia ich wizji z umysłu na papier, a ten ostatni nie zawsze okazywał się wystarczająco cierpliwy. Komputery pozwalały na wielokrotne i nieporównywalnie szybsze dokonywanie wszelkich zmian. I nie tylko pierwsze systemy CAD okazały się w praktyce elektronicznymi odpowiednikami desek kreślarskich, przykładnic, zestawów krzywików etc.

Równolegle z rozwojem przyrządów kreślarskich, następował rozwój urządzeń do wykonywania obliczeń matematycznych. W okresie międzywojennym wykorzystywano mechaniczne arytmometry, elektromechaniczne biurkowe kalkulatory, ale także suwaki logarytmiczne (które zresztą były bardzo długo w powszechnym użyciu; pamiętam, jak na początku lat 80. dostałem wspaniały suwak w prezencie od swojego dziadka), czy nawet… liczydła. W latach 30. ukazała się, wielokrotnie wznawiana w okresie późniejszym, książka opisująca metody wykonywania skomplikowanych obliczeń (także z wykorzystaniem wspomnianych urządzeń), autorstwa dr Richarda Buringtona. Jak podaje David E. Weisberg, książka¹ ta niestety zawierała sporo błędów, które prostowane były praktycznie przy okazji każdego kolejnego wydania.

Ryzyko błędów…
Skoro o błędach mowa, w zasadzie każdy proces projektowania związany jest z wielkim ryzykiem popełnienia błędów. Jeśli na wczesnym etapie powstawania projektu popełniony zostanie błąd – z pozoru nawet nieistotny – jego konsekwencje mogą narastać w postępie geometrycznym i doprowadzić do katastrofy. Teoretycznie systemy komputerowe miały być krokiem naprzód w kierunku eliminacji ryzyka popełniania błędów projektowych. W praktyce doskonale zdajemy sobie sprawę, iż nie jest to do końca prawdą. A swoją drogą, zbytnie zautomatyzowanie i kontrolowanie wszelkich możliwych błędów ogranicza w pewnym sensie swobodę twórczą współczesnych inżynierów. Skąd bowiem możemy mieć pewność, iż algorytmy systemu CAD lub CAE nie zakwalifikują nowatorskiego i bezpiecznego rozwiązania jako… błędnego, i nie podważą sensowności jego rozwijania?

MIT i CAD
Dwuznacznie brzmiący śródtytuł wskazuje na ścisły związek istniejący między Massachusetts Institute of Technology i komputerowymi systemami wspomagającymi pracę inżynierów-projektantów. Podczas II wojny światowej MIT stał się niejako placówką badawczo-rozwojową i zapleczem naukowym dla armii Stanów Zjednoczonych. W latach 40. powołano tam Laboratorium Serwomechanizmów (pod kierunkiem prof. Gordona Browna), a jego pracownicy naukowi zajmowali się m.in. pracami nad prototypowymi systemami radarowymi.

Jaki związek mogły mieć wczesne systemy radarowe z późniejszymi programami CAD? Chodziło m.in. o przecieranie szlaku i zdobywanie doświadczenia w dziedzinie graficznej interpretacji zjawisk matematycznych. Kropki na ekranach radarów, symbolizujące współrzędne wrogich jednostek, z czasem stały się węzłowymi punktami CADowskiej geometrii.

Jeden z odcinków „Sondy” – popularnonaukowego programu telewizyjnego, nadawanego przez Telewizję Polską w latach 1977–1989, poświęcono zagadnieniom CAD. Emisja miała miejsce 14. lutego 1985 roku (sic!). Program prowadzony był przez Zdzisława Kamińskiego i Andrzeja Kurka, a współtworzony przez Marka Siudyma oraz przez kilka lat również przez Tomasza Pycia. Emisja nowych odcinków została zakończona we wrześniu 1989 roku z powodu śmierci obu prowadzących, którzy zginęli w wypadku samochodowym pod Raciborzem.
Według dostępnych (m.in. dzięki Tomaszowi Pyciowi) zapisów, na antenie ukazało się prawie pięćset programów premierowych. Łącznie z powtórzeniami i programami zrealizowanymi po wrześniu 1989 r., ukazało się ponad 560 programów. Brak taśmy w ówczesnej telewizji spowodował wykasowanie wielu odcinków programu − szczególnie tych najstarszych. Zapisy zostały utracone bezpowrotnie, ale niektóre programy możemy oglądać – niestety nieoficjalnie – także dzisiaj (kliknij obrazek).
Dlaczego nieoficjalnie? Otóż wątpliwości budzą prawa autorskie do materiałów filmowych wykorzystywanych w programach. Co prawda zarówno Andrzej Kurek, jak i Zdzisław Kamiński wszystkie materiały wykorzystywali za zgodą zainteresowanych (otrzymując je z przedstawicielstw zagranicznych firm, za pośrednictwem ambasad i innych instytucji), ale w chwili obecnej TVP nie dysponuje kompletem dokumentów, które – w przypadku ew. sporu – mogły być wykorzystane jako dowód…

Z końcem wojny Laboratorium przystąpiło do prac nad systemem stabilizacji i kontroli lotu samolotów bojowych (ang. skrót: ASCA), a także nad rozwojem symulatora lotu, pozwalającego na emulowanie zachowań różnych typów ówcześnie stosowanych płatowców. Powstała konieczność opracowania własnego systemu komputerowego – pisząc „systemu” mam tutaj na myśli zarówno fizyczną maszynę (komputer), jak i jego środowisko programowe. W tym samym czasie powstał ENIAC (na uniwersytecie w Pensylwanii), potężny komputer lampowy, o kubaturze równej średniej wielkości hali sportowej. Ale na MIT również opracowywano własną maszynę elektroniczną; projekt ten, powstający w związku z ASCA i wspomnianym symulatorem, nazwano Whirlwind². Jak się okazało, komputer ten odegrał istotną rolę w rozwoju systemów CAD. Zaprojektowany i zbudowany w celu m.in. obsługiwania symulatora lotów, od samego początku miał możliwość wykonywania skomplikowanych operacji matematycznych w czasie rzeczywistym. I należało zapewnić systemowi możliwość przedstawiania ich wyników w możliwie krótkim czasie. W taki oto sposób powstał pierwszy komputerowy monitor, wtedy jeszcze w postaci prymitywnej z dzisiejszego punktu widzenia aparatury z kineskopem systemu CRT.

Przy okazji starano się rozwiązywać bieżące problemy, wynikające np. z częstych awarii wykorzystywanych w ówczesnych komputerach lamp próżniowych. W stosunkowo prosty sposób, wykorzystujący urządzenia do pomiaru i kontroli napięcia, udało się wdrożyć system kontroli, pozwalający na odpowiednio wczesne wykrycie tych lamp, które uległy już wyeksploatowaniu i w najbliższym czasie mogły ulec spaleniu. Mimo prostoty rozwiązania, budowa komputera stała się bardziej skomplikowana, ale uzyskano dużo większą niezawodność i dłuższe okresy aktywności (pracy) komputera. Na marginesie warto chyba wspomnieć,
iż Whirlwind wykorzystywał 12 500 lamp próżniowych!

Poważniejszy problem stanowiła kwestia pamięci. Przywołany tutaj wcześniej ENIAC dysponował wbudowaną pamięcią pozwalającą na przechowywanie zaledwie 20 słów (ciągów znaków)! Takie rozwiązanie w żadnym razie nie mogło sprostać wyzwaniom, jakie postawiono Whirlwindowi. Szybko udało się rozbudować jego pamięć tak, by można było adresować w niej do 256 słów, a wkrótce osiągnięto imponujący jak na owe czasy wskaźnik bliski 1024 słowom. W 1949 roku jeden z twórców Whirlwinda, Jay Forrester, rozpoczął próby nad magnetycznymi nośnikami pamięci, ale dwa lata wcześniej, grupa naukowa pracująca nad komputerem w ramach Laboratorium Serwomechanizmów została przekształcona w Lab’s Electronic Computer Division, a w 1951 roku stała się niezależnym Laboratorium Komputerowym MIT.
Whirlwind taktowany był zegarem o częstotliwości 1 lub 2 Mhz, co pozwalało mu na wykonywanie do 20 000 operacji na sekundę. Jego „język” pozwalał na wykorzystywanie 32 różnych poleceń, ale tylko 27 z nich było zaimplementowanych do systemu na stałe. Komputer ten wykorzystywany był na uczelni do końca lat 50.
Ten przytoczony tutaj i trochę zapewne przydługi opis pozwala uzmysłowić sobie, jak niewyobrażalne koszty wiązały się z budową i wykorzystywaniem systemów komputerowych. Nic więc dziwnego, że na ich kupno i użytkowanie pozwolić mogły sobie jedynie nieliczne instytucje i przedsiębiorstwa. Bardziej dostępne dla szerokiego grona maszyny liczące, z początku również wykorzystujące układu lampowe (z czasem wyparte całkowicie przez tranzystory), pojawiły się i rozwijały w latach 50. Trafiły do grup inżynierów zatrudnionych w przemyśle głównie w sektorach zbrojeniowym, motoryzacyjnym i lotniczym.

Ciekawostka:

Ivan Shuterland to nie tylko wybitny matematyk i inżynier, ale także zapalony… motocyklista. A oto kilka spośród jego „Złotych myśli” (w swobodnym tłumaczeniu):

„Ekran monitora graficznego podłączony do komputera daje nam szansę na opracowanie i poznanie koncepcji, których nie można by zrealizować w świecie fizycznym. To prawdziwe cudowne szkiełko pokazujące nam świat matematycznych cudów…”

„Trudno o większą satysfakcję, kiedy mierzymy się z trudnym problemem i znajdujemy – proste rozwiązanie. A najlepsze rozwiązania zawsze są proste…”

Co rozumiem pod pojęciem „bardziej dostępne”? To, iż miesięczna rata leasingowa w przypadku np. stosunkowo „popularnego” Librascope LGP-30 (Librascope General Purpose), wolniejszego zresztą od dzisiejszych kalkulatorów kieszonkowych, lub maszyny IBM model 1620 z roku 1960, wynosiła ok. 3 000 USD! Dla dla porównania, w przypadku dużych systemów jak np. IBM 360 model 60, rata wynosiła… ok. 40 000 USD miesięcznie.
I właśnie przy użyciu tych tańszych maszyn, w biurach inżynieryjnych pracujących na potrzeby zakładów przemysłowych, zaczęto – zupełnie niezależnie od siebie – opracowywanie systemów CAD we współczesnym rozumieniu znaczenia tego terminu.
W latach 50. nie istniał jeszcze komercyjny system graficzny, nie licząc może Control Data Digigraphics, którego sprzedano zresztą zaledwie kilka egzemplarzy. Coraz więcej przedsiębiorstw wytwarzających elektroniczne maszyny liczące i tworzących dla nich oprogramowanie, zaczęło dostrzegać konieczność opracowania takich systemów – gdyż tam właśnie dopatrywano się możliwości zwiększenia wydajności pracy inżynierów konstruktorów. Ale też sami użytkownicy ówczesnych maszyn rozpoczęli prace nad własnymi rozwiązaniami programowymi. Najczęściej były to systemy 2D, ale czyniono już pierwsze próby, stanowiące podwaliny dla dzisiejszych programów klasy 3D. Dla przykładu, inżynierowie Renault (i Citroena) skoncentrowali się na sposobach matematycznego definiowania powierzchni (krzywe „Beziera” nazwane tak zostały od imienia ich twórcy, pracującego właśnie dla Renault; jak widać korzenie CATII sięgają bardzo daleko, ale też stąd system ten postrzegany jest jako jeden z lepiej radzących sobie z zagadnieniami modelowania powierzchniowego), podobnie jak Forda, którego PDGS CAD używane bywa okazjonalnie do dzisiaj (wg D. E. Weisberga) [ czytaj także: „UNISURF i krzywe Beziera” ].

Z kolei zespoły pracujące dla Lockheed’a (oddział California) położyły nacisk na szybkość wykonywania rysunków, co w rezultacie zaowocowało powstaniem systemu CADAM. W połowie lat 60. w laboratoriach General Motors opracowano i wdrożono system DAC (Design Automated by Computer); warto jeszcze wspomnieć rozwijany przez McDonnel-Douglas program CADD z 1966 roku.

Profesjonaliści na start
Era profesjonalnych producentów ukierunkowanych na rozwój, sprzedaż i dystrybucję komercyjnych systemów CAD 2D, zaczęła się w 1969 roku i wiązała się z przedsiębiorstwami Applicon i Computervision³, które w ciągu kilku lat połączyły się z Auto-trol Technology, Calma i M&S Computing (Intergraph). Z tego połączenia narodziła się United Computing, oferująca różne rozwiązania CAD, często występujące pod ich oryginalnymi nazwami (Auto-trol), albo pod nowymi, zmienionymi… United Computing też zresztą zmienił swoją nazwę – na UGS… Niedawne przejęcie tej firmy przez koncern Siemens sprawiło, że nazwa UGS przechodzi powoli do historii. Na szczęście firma nie zdecydowała się na zmianę polskiej domeny www.ugs.pl.

Komputerowe systemy wspomagania prac inżynierskich i projektowania zaczęły masowo opuszczać laboratoria i znajdować coraz więcej odbiorców. Rozpoczęła się kariera CAD, który przez szereg kolejnych lat rozwijać się będzie jako system 2D…

Systemy te przestały być narzędziami wybranej grupy „szczęśliwców pracujących za zamkniętymi drzwiami”, zaczęły powoli zmieniać się w swego rodzaju standard dla wielu użytkowników zewnętrznych. Ale nim to nastąpiło, warto przypomnieć, iż z końcem lat sześćdziesiątych XX stulecia, systemy CAD nadal rozwijane były jako wewnętrzne narzędzia, opracowane na potrzeby specjalistów zatrudnionych najczęściej w dużych przedsiębiorstwach przemysłowych i współpracujących z nimi w coraz szerszym zakresie instytutach naukowych. Tacy potentaci w sektorze przemysłu motoryzacyjnego, jak: Ford (system PDGS), General Motors (CADANCE), Mercedes-Benz (Syncro), Nissan (i jego CAD-I, który wdrożono w 1977 roku), Toyota (TINCA i CADET autorstwa Hiromi Arakiego), czy w przemyśle lotniczym: Lockheed (CADAM), McDonnel-Douglas (CADD) i Northop (NCAD, będący nadal w użyciu!) – wszystkie te podmioty posiadały rozbudowane systemy CAD (ale były to w zasadzie zindywidualizowane systemy wewnętrzne) wykorzystywane tylko na ich potrzeby.
Większość ówczesnych systemów CAD pozwalała jedynie na zastąpienie tradycyjnych metod kreślarskich. Główne korzyści wynikające ze stosowania tych „inteligentnych desek kreślarskich” sprowadzały się w zasadzie do zredukowania liczby popełnianych podczas rysowania (projektowania) błędów, a także – do zwiększenia możliwości ponownego wykorzystania już wykonanych rysunków, bądź ich fragmentów.

Od 2D do 3D
Najsłynniejszym chyba programem 2D z tamtego okresu i do tej pory zresztą będącym w użyciu od ponad 30 lat (chociaż nic poza nazwą w zasadzie nie łączy obecnej wersji z pierwowzorem) jest CADAM (Computer Aided Drafting and Manufacturing – komputerowo wspomagane rysowanie i wytwarzanie) – współczesną jego wersję można pobrać ze strony www.cadam.com.
W 1975 roku francuska firma lotnicza Avions Marcel Dassault nabyła od Lockheeda kod źródłowy CADAM i na jego podstawie, w 1977 roku, zaprezentowała pierwsze oprogramowanie 3D z prawdziwego zdarzenia. Jak już zapewne się Państwo domyślają, mowa tutaj o CATII (CATIA – Computer Aided Three Dimensional Interactive Application). Oj, przydały się „eksperymenty” z krzywymi Bezierra prowadzone jeszcze w latach 60. we Francji w zakładach Renault i Citroena. Między innymi dzięki badaniom i rozwiązaniom Casteljau, Beziera, Coonsa i Forresta, w 1975 roku ukazała się publikacja autorstwa K. Vesprille’a pod tytułem „Computer Aided Design Applications of the B-Spline Approximations Form”; publikacja, która bardzo szybko stała się podstawą dla kompleksowego opracowania na temat krzywych 3D i zasad modelowania powierzchniowego wykorzystywanych do dzisiaj.

Etapy ewolucji systemów CAD:
1. Tworzenie elektronicznej dokumentacji płaskiej
2.  Parametryzacja i tworzenie dokumentacji 3D
3.  Zarządzanie większą ilością danych
4.  Swobodna wymiana informacji z innymi systemami
5.  Systemy PLM

Z kolei pierwszym programem wykorzystującym modelowanie za pomocą brył (ang. solid modelling⁴ – modelowanie bryłowe) a nie powierzchni, wcale nie był system CAD. W 1972 roku ukazał się SynthaVision opracowany przez MAGI (Mathematics Application Group, Inc.) – który służył do przeprowadzania w przestrzeni 3D analiz związanych z… promieniowaniem radioaktywnym. Modele 3D wykorzystywane w programie SynthaVision były zdumiewająco podobne do tych wykorzystywanych w późniejszych systemach CAD 3D. Mimo stałego wzrostu wydajności komputerów, tego typu modelowanie 3D było jednak nadal zbyt skomplikowane i „pamięciożerne”, by znaleźć szersze zastosowanie praktyczne. Grupa naukowców podjęła działania, które miały w efekcie odmienić ten stan rzeczy.

Modelowanie bryłowe
Na Uniwersytecie w Cambridge pracownicy naukowi pod kierunkiem Charlesa Langa, a równolegle grupa Herba Voelckera na Uniwersytecie w Rochester, przeprowadziły dokładne badania dotyczące możliwości modelowania bryłowego. Co ciekawe, ich osiągnięcia wyznaczyły dwa zupełnie inne kierunki, dające w zasadzie zbliżone, a w każdym razie – porównywalne efekty. A zespoły odpowiedzialne za rozwój oprogramowania CAD kontynuowały swoje prace w oparciu o ich wyniki. I tak na podstawie dokonań zespołu Voelckera powstał w 1978 roku modeler PADL (Parts and Assembly Description Language), który z powodzeniem został użyty w kilku komercyjnych systemach CAD z początku lat 80. Z kolei na podstawie wyników prac drugiego zespołu, również w 1978 roku doczekaliśmy się modelera BUILD (w wyniku rozwinięcia struktur B-rep⁵, związanych zresztą pośrednio z siatką mesch wykorzystywaną w systemach analiz MES), pierwszego modelera rzeczywiście pozwalającego na wykorzystywanie brył i ich elementów w procesie projektowania.
W tym samym czasie komputery błyskawicznie zwiększały swoją moc obliczeniową, wydajność i szybkość pracy, przy jednoczesnym bardzo wyraźnym spadku ich cen, ze szczególnym wskazaniem na rozwijający się rynek „małych” maszyn w postaci minikomputerów, mających jednak zaimplementowane języki typu Fortran, a także w miarę wygodne terminale graficzne. Zaawansowane były także prace nad językami wyższego rzędu, jak „C”, czy też systemem operacyjnym UNIX. Dzięki temu systemy CAD wykonały kolejny krok w stronę szerszej rzeszy inżynierów.

W poszukiwaniu standardów wymiany…
Firmy zajmujące się opracowywaniem systemów CAD 2 i 3D zaczęły osiągać coraz większe profity. Nic w tym dziwnego, bo chociaż lata siedemdziesiąte okazały się okresem, kiedy to powstało wielu oferentów komercyjnych systemów CAD, to na początku lat osiemdziesiątych większość firm (i to nie tylko liczących się potentatów) korzystała z oprogramowania wspomagającego pracę inżynierów-projektantów, zarówno w sektorach automotive i przemyśle lotniczym, ale także elektroniki użytkowej (wtedy jeszcze często „elektryki użytkowej”) i innych. Na rynku konkurowały ze sobą takie programy, jak: Auto-Draft (opracowany przez Auto-trol), Calma, CADDS, CADAM (przejęty od Lockheeda przez IBM), IGDS (M&S Computing) i Unigraphics (firmowany przez McAuto’s, które w 1976 roku wchłonęło firmę United Computing).
Obecność na rynku i wykorzystywanie coraz większej liczby systemów spowodowało konieczność poszukiwania pierwszych standardowych formatów zapisu i wymiany danych pomiędzy różnymi systemami. Dzięki współpracy Boeinga, General Electric i NBS (z ang. Narodowe Biuro Standardów) powstał IGES – skuteczne narzędzie translacyjne, pozwalające na konwertowanie różnych zbiorów krzywych 3D, czy też powierzchni – na jeden format danych czytelny dla innych systemów. O jego popularności może świadczyć fakt, iż przyjęty wtedy format IGES stosowany jest również obecnie.
Wspomniałem o znaczeniu „hardware’u” w rozwoju i upowszechnianiu „software’u” spod znaku CAD. Nie wspomniałem o – w zasadzie pierwszym – minikomputerze, który pozwalał na swobodne wykorzystywanie ówczesnych systemów CAD, a do tego nie potrzebował specjalnych agregatów chłodzących i urządzeń zasilających – co w cale nie było wtedy regułą. Ten „popularny” komputer zaprezentowany został przez firmę DEC na początku 1980 roku pod nazwą MicroVAX . Ustanowił nowy standard stosunku jakości i możliwości do ceny. Dzisiaj moglibyśmy określić go mianem uniwersalnej stacji roboczej dla małych i średnich biur projektowych, chociaż nie jest to najlepsze porównanie – musimy pamiętać o ówczesnych realiach i sposobach budowania komputerów jako zamkniętych środowisk sprzętowych i systemowych, o nieporównywalnie mniejszej niż obecnie możliwości wymiany komponentów, podzespołów etc.

„Boom”
Tymczasem na rynku systemów CAD, firma M&S Computing zmieniła nazwę na Intergraph (1980) i pomyślnie wprowadziła na rynek nowy system CAD – IPO (1981). Kolejne powodzenie w sprzedaży odniósł InterAct (1983), który został opracowany pod kątem wykorzystania minikomputerów DEC z serii VAX i MicroVAX. Sukces, jaki odnotowano oferując jako jeden produkt sprzęt komputerowy wraz z zaimplementowanym oprogramowaniem, zmusił inne firmy do poszukiwania podobnych rozwiązań. Oczywiście nie każda poszła tą drogą, ale producent sprzętu komputerowego – Hewlett Packard – powołał własną grupę do rozwoju systemów CAD, co zaowocowało powstaniem systemu PE CAD, opracowanego właśnie na maszyny HP.

Źródło: MIT

W tym samym 1981 roku Avion Marcel Dassault powołał Dassault Systemes i… nawiązał współpracę w zakresie działań marketingowych z IBM, który zajął się tym samym sprzedażą nie tylko własnych rozwiązań (sprzętowych), ale także – oprogramowania CATIA. W 1982 roku CATIA V1 (która tak naprawdę była w tamtym okresie w zasadzie nakładką na CADAM, pozwalającą na modelowanie 3D) trafiła do sprzedaży właśnie poprzez sieć IBM. Chciałoby się powiedzieć, iż ta owocna współpraca trwa do tej pory i nawet rozwija się nadal, ale pojawiają się pewne symptomy świadczące obecnie o jej powolnym rozwiązywaniu.
W 1981 roku na rynek CAD zawitał także „nowy gracz”, którym okazało się GE (po przejęciu CALMA).

Swoistą rewelacją okazał się dynamiczny rozwój systemów komputerowych opartych na otwartej architekturze UNIX’a. W szybkim tempie DEC (mikrokomputery VAX) utracił swoją, do tej pory niekwestionowaną pozycję lidera na rynku „stacji roboczych do zastosowań CAD”. Z rynku zaczęły wypierać go komputery serii Apollo, Sun Microsystems i Silicon Graphics. Sytuacja taka zmusiła również innych producentów sprzętu, angażujących się nie tylko w sektor CAD, do podjęcia odpowiednich działań. I to zapewne dlatego UNIX nie jest obecnie wiodącym standardem.
Koniec końców, IBM ustanowił w 1981 roku standard PC, a firma Autodesk, założona w 1982 roku, zademonstrowała pierwszy system CAD dedykowany dla komputerów klasy PC. Był nim AutoCAD (Release 1), którego premiera odbyła się w październiku 1982 roku. W ślad za nim pojawiały się kolejne: CADRA 2D CAD w 1983 roku (Adra Systems); w 1984 roku założona zostaje firma Bentley Systems i pojawia się jej słynny program MicroStation. W tym samym roku pojawia się implementacja IGDS CAD dla środowiska PC, a w 1985 roku – pierwszy system 3D dla PC – czyli CADKEY (Micro-Control Systems).

Apple wprowadza na rynek pierwszy komputer standardu Macintosh 128 (w 1984 roku), a już rok później pojawia się bardzo dobry system CAD dla tego komputera – MiniCAD, który zresztą okazał się najlepiej sprzedającym się oprogramowaniem CAD dla Mac.

UNIX się nie poddaje…
Nie zmienia to jednak faktu, iż komputery PC ustępowały możliwościami i mocą obliczeniową innym systemom minikomputerowym. Autodesk rozwijał dynamicznie swój system CAD 2D w oparciu o standardy PC, ale tylko na stacjach roboczych UNIX’a można było w pełni korzystać z możliwości modelowania bryłowego, środowiska 3D, coraz bardziej zaawansowanego renderingu. W 1981 roku Unigraphics prezentuje swój UniSolid CAD, wykorzystujący jądro PADL-2 (opracowane przez zespół Voelcker’a), a już chwilę później pojawia się kolejny modeler, Romulus B-rep (zastąpiony zresztą później przez Parasolid, znany chyba większości użytkowników systemów CAD).
Pojawienie się coraz większej ilości danych zawartych w projektach wymusiło kolejne poszukiwanie nowego standardu zapisu i wymiany danych. IGES przestał wystarczać, doszły bowiem informacje dotyczące założeń materiałowych, wykończenia powierzchni, tolerancji etc. W 1984 roku w Europie narodził się PDES (Product Data Exchange Specification), który miał określić potrzeby nowego standardu i im sprostać.

Ciekawostka:
Mimo nowych tendencji na rynku, niektóre z firm próbowały nadal rozwijać i doskonalić swoje wewnętrzne standardy systemów CAD. Przykładem może być TIGER 3D CAD Boeinga, który rozwijany był przez kilka lat od 1980 roku. Cóż z tego, kiedy w 1988 roku Boeing zakończył prace nad „swoim” systemem i oficjalnie ogłosił, iż nowy model samolotu – Boeing 777 – projektowany będzie w środowisku CATIA. Proszę pomyśleć, jaki zastrzyk finansowy uzyskały dzięki temu IBM-Dassault…

1985 rok przynosi nową wersję CATII – V2, pierwszą w pełni niezależną od CADAM. Inny francuski producent oprogramowania – Matra Datavision – demonstruje oprogramowanie Euclid-IS, system 3D łączący w sobie elementy geometrii planarnej (w celu zwiększenia szybkości operacji) i CGS⁶. Także w 1985 roku na rynek wkracza nowy dostawca systemów 3D – Parametric Technology Corp. (PTC).
Można zaryzykować stwierdzenie, że od tego momentu odnotowujemy istotną zmianę na rynku systemów CAD: następuje proces konsolidacji oprogramowania, najczęściej w wyniku przejmowania coraz większej liczby mniejszych firm przez duże podmioty.
Oczywiście, cały czas powstają nowi producenci oprogramowania CAD, ale stosunkowo szybko są oni wchłaniani przez już istniejące przedsiębiorstwa. Wspomniane przejęcie CALMA przez GE w 1981 roku, czy – CADAM przez Dassault (1986 rok) to wybrane przykłady coraz liczniejszych tego typu działań i znak nowej tendencji, utrzymującej się do dzisiaj.

Jak wyglądał rynek oprogramowania CAD w połowie lat osiemdziesiątych?
Najmocniejszą pozycję miały systemy: CADDS, IGDS i InterAct, Unigraphics, CALMA, CADAM i CATIA, I-DEAS (ten ostatni pojawił się w 1982 roku). Bardzo szybko dołączył do nich zaprezentowany w 1987 roku Pro/Engineer (PTC), pracujący pod kontrolą systemu UNIX, a po niespełna osiemnastu miesiącach od swojej premiery stał się jednym z liderów ówczesnego rynku.
Niektórzy twierdzą, że to właśnie oprogramowanie spod znaku Pro/E zmieniło oczekiwania użytkowników systemów stosunku do systemów CAD. Korzystniej niż w przypadku konkurencji wyglądał interfejs użytkownika, łatwość użycia programu i oferowana szybkość modelowania. PTC stworzyło pierwszy system CAD 3D, który nawiązywał bezpośrednio do zaprezentowanej 20 lat wcześniej idei Ivana Sutherlanda i jego rewelacyjnego w swoim czasie Sketchpada. To właśnie w Pro/E pojawiły się ikony odpowiadające konkretnym poleceniom, rozwijane menu wykorzystujące UNIX-owy system okienek, interaktywne pola wyboru, „pop-up” i inne. Niestety
(z punktu widzenia PTC), inne strony programu okazały się nie tak mocne, jak u konkurencji. Jakość krzywych 3D nie była aż tak wysoka, podobnie funkcje modelowania powierzchniowego nie okazywały się równie skuteczne; dodatkowo problemem była wymiana danych pomiędzy innymi systemami. Wszystko to sprawiło, iż rozwój i ekspansja Pro/E na rynku nie były aż tak dynamiczne, jak zapewne mogłyby być, gdyby lepiej dopracowano słabe strony systemu. Pro/E był liderem, ale… jednym z wielu.

Tak czy inaczej, 3D stało się faktem. A kolejnym kamieniem milowym okaże się wprowadzenie systemu Windows NT na platformy PC i prezentacja pierwszego programu CAD 3D dla tego środowiska przez młodą, założoną w 1993 roku firmę SolidWorks. Reakcja rynku była podobna, jak kilka lat wcześniej na wprowadzenie Pro/Engineer.

Wyzwanie dla producentów sprzętu
Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na komputery o rosnących możliwościach obliczeniowych przy utrzymaniu relatywnie niskiej ceny zakupu, rozpoczęła się między producentami sprzętu prawdziwa batalia, w której mierzyły się takie uznane marki, jak Apollo Computers (czy ktoś z Państwa o niej słyszał?), Sun Microsystems, SGI, HP, DEC i IBM. W 1987 roku pozycję lidera utrzymywał IBM, na II miejscu uplasował się DEC, trzecie przypadło w udziale Apollo Computers.

Stan taki utrzymał się do 1989 roku (wydaje się, że to było wczoraj, a upłynęło zaledwie… hmm… dwadzieścia lat!), kiedy to HP przejął firmę Apollo i przesunął się na drugie miejsce, zaraz po IBM. Pojawiły się pierwsze procesory RISC, a także wyspecjalizowane karty graficzne przeznaczone do realistycznego fotorenderingu w środowisku 3D. HP i Sun umocniły swoją pozycję producentów stacji roboczych ogólnego zastosowania, synonimem stacji graficznej stały się komputery spod znaku SGI, a DEC poszukiwał sposobów na odzyskanie swej doskonałej (na początku lat 80.) pozycji…

Recesja końca lat 80. sprawiła, że ceny oprogramowania musiały ulec kolejnej obniżce, co odbiło się na kondycji finansowej tych producentów, którzy już wcześniej powoli zaczęli tracić swoje udziały w rynku. I tak na początku kolejnej dekady, spośród liczących się firm pozostały w zasadzie Dassault Systemes (CATIA), Parametric Technology (Pro/E), MDC (Unigraphics) i SDRC (I-deas).
A co z Computervision i CALMA? Zostały przejęte w 1988 roku przez Prime Computer, doprowadzone do skraju bankructwa i wraz z Intergraphem podzieliły los tych producentów, którzy nie wykorzystali swojej szansy i nigdy już nie odzyskały raz utraconej pozycji… Pojawiło się natomiast miejsce dla nowych „graczy”. A twórcy oprogramowania nie tracili czasu i doskonalili swoje produkty, bardzo często za wzór przyjmując rewolucyjne rozwiązania, którymi cały czas mógł chwalić się Pro/E.

Użytkownicy systemów CAD 3D mieli okazję przekonać się, jak wygodnie można pracować w oferowanym przez oprogramowanie spod znaku PTC środowisku, zwłaszcza z interfejsem użytkownika, a także jak szybko odbywa się w nim modelowanie 3D. Ale to w oczywisty sposób stymulowało konkurencję do poszukiwania podobnych (lepszych) rozwiązań. Rozwiązań potrzebnych „na już”, zwłaszcza, że wielu użytkowników w oczekiwaniu na nowe wersje używanych przez nich systemów wstrzymywało się z zakupem.
Ale rynek zdążył już okrzepnąć, a konsekwencją presji związanej z koniecznością przyspieszania procesów produkcyjnych, dywersyfikacji oferowanych wyrobów i jednoczesnej redukcji kosztów, było zainteresowanie oprogramowaniem CAD ze strony praktycznie wszystkich liczących się wytwórców, nie tylko z sektora lotniczego, motoryzacyjnego, czy budowy maszyn. Również coraz więcej średnich i małych przedsiębiorstw decydowało się na zakup kolejnych licencji lub stanowisk.

Wielcy konsekwentnie starali się realizować strategię odejścia od tradycyjnych technik projektowania (desek kreślarskich), czego idealnym przykładem mogą być działania Boeinga, realizującego wszystkie swoje projekty w CATIA, eliminując wiele błędów już na wczesnych etapach projektowania, co przekładało się na redukcję kosztów i szybkość wdrożenia nowych rozwiązań.
Sukces Boeinga sprawił, iż wiele firm z branży zdecydowało się iść w jego ślady, nie tylko rezygnując z papierowej dokumentacji sensu stricte, ale przede wszystkim – opierając swe działania na oprogramowaniu oferowanym przez jednego producenta, unikając tym samym problemów wynikających z pracy nad tym samym projektem w różnych systemach CAD.

Dla zaznajomionych z tematem może się wydać, iż takie podejście było pierwszym krokiem w kierunku stworzenia podstaw dla rozwiązań PLM i można powiedzieć, że niewiele się mylą, chociaż źródeł PLM należy szukać akurat w przemyśle motoryzacyjnym, oczywiście także tym zza oceanu, ale to inna historia, którą podejmiemy we właściwym czasie i miejscu. W każdym razie, to m.in. Mercedes-Benz, Chrysler, Renault i Honda, podobnie jak Boeing, zdecydowały się na CATIA. A wracając do „budowniczych samolotów”, GE Aircraft Engines i Pratt & Whitney wdrożyły system Unigraphics. Przykłady z innych sektorów? Proszę bardzo, Caterpillar pozostał przy Pro/E.
Zmian własnościowych wśród producentów oprogramowania, na początku tej dekady w zasadzie nie było, nie licząc faktu, iż z końcem 1991 roku Unigraphics został przejęty przez EDS (Electronic Data Systems Corp.). Natomiast zatrzęsły się firmy (Computervision i Intergraph), które tradycyjnie dostarczały wyspecjalizowane oprogramowanie na dedykowane, specjalnie dla CAD stworzone platformy sprzętowe. Przestały się już liczyć minikomputery, a UNIX zaczął być wyznacznikiem standardu dla CAD. Użytkownicy poszukiwali tańszych rozwiązań, nie wymagających inwestycji w drogi specjalistyczny sprzęt, co było o tyle uzasadnione, iż samo oprogramowanie do tanich także przecież nie należało. Teoretycznie już wtedy można było przewidzieć, co będzie po Unixie.

I tak do 1993 roku rynek systemów CAD podzielił się z jednej strony na dostawców „tańszych” rozwiązań – tutaj należy wymienić IBM-Dassault Systemes (CATIA), EDS-Unigraphics (Unigraphics) i PTC (Pro/E), a zaraz za nimi SDRC (I-deas), a z drugiej strony – na gigantów poprzednich dwóch dekad: Computervision (CADDS), który odłączył się od Prime Computer po upadku tego ostatniego w 1992 roku i Intergraph (I/EMS); firmy z drugiej grupy już nie odbudowały swej pozycji, utraconej jak się okazało na zawsze.
Ale i tym, którzy „przetrwali”, nie było łatwo. Ich produkty stawały się do siebie coraz bardziej podobne – w sensie oferowanych funkcjonalności i możliwości. Każdy z nich pozwalał na szkicowanie, operacje na węzłach, oferował użytkownikom modelowanie bryłowe, drzewa historii operacji, powierzchnie NURBS i oczywiście interfejs bazujący na okienkach. To, w jaki sposób zachęcić użytkowników do wyboru właśnie tego, a nie innego oprogramowania, stanowiło klucz do osiągnięcia sukcesu na rynku. Ale na tym nie kończyły się problemy dostawców oprogramowania. Możliwości modelowania w 3D oparte były na jądrach obliczeniowych b-rep: na ACIS (Spatial Technology), Parasolid (EDS-Unigraphics) i Designbase (Ricoh).

Wspomniane firmy udostępniały licencje obejmujące nie tylko jądra 3D b-rep, ale także kompletne biblioteki, możliwe do zaimplementowania do istniejących rozwiązań CAD, co znacząco wpływało na podniesienie ich możliwości. Polityka cenowa była bardzo agresywna (równanie w dół, do granic opłacalności), co sprawiło, że nawet najmniejsi producenci systemów CAD mogli w końcu pozwolić sobie na integrację funkcji modelowania bryłowego 3D z oferowanymi przez nich rozwiązaniami. Dość powiedzieć, iż modeler ACIS, mimo swych ograniczeń w stosunku do np. Parasolid, cieszył się dużą popularnością i sprzedawany był błyskawicznie; Spatial w 1993 roku dysponował listą ponad 70 producentów rozwiązań 3D CAD, bazujących na jego kodzie. Wśród nich najsłynniejszym był… Autodesk.

Skoro jesteśmy przy Autodesku i w pierwszej połowie lat 90., warto wspomnieć, iż korzystając z rosnącej fali popularności komputerów klasy PC, Autodesk stał się w 1992 roku dostawcą nr 1 oprogramowania 2D, z przychodami sięgającymi 285 milionów dolarów (o połowę więcej, niż pozostali rynkowi gracze). Autodesk zdecydował się na nabycie modelera ACIS od firmy Spatial już w 1990 roku i cztery lata później mógł z dumą ogłosić, iż sprzedał ponad milion licencji AutoCAD 2D i że wprowadza wersję 13, oferującą już możliwości modelowania 3D w oparciu o ACIS.
I właśnie wtedy nastąpiło coś, co kolejny raz (podobnie jak w przypadku wzrostu popularności platform UNIX) zrewolucjonizowało rynek CAD: Intel wprowadził do sprzedaży pierwsze procesory 32-bitowe Pentium, a Microsoft zaprezentował swój 32-bitowy system operacyjny dla pecetów, jakim było oczywiście Windows NT, przez ładnych kilka lat stanowiące klasę samą w sobie.
I w tym samym roku firmy oferujące swoje modelery 3D przedstawiły ich kolejne wersje, dostosowane właśnie do pracy w środowisku Windows NT.

Co to oznaczało? Mniej więcej tyle, że „o ile wcześniej trzeba było lat i milionów dolarów, by wprowadzić i rozwijać systemy CAD 3D, to od tej pory ich opracowywanie, rozwijanie i wdrażanie można było przeprowadzić w czasie krótszym niż rok, dysponując stosunkowo niewielkim budżetem”*. A to oznaczało, iż systemy te powinny być relatywnie tanie.
W 1993 roku taką drogę obrał niewielki i mało znany producent oprogramowania, opracowując od podstaw pierwszy system CAD oferujący pełen zakres możliwości 3D w środowisku Windows. Był nim SolidWorks…

Początki PLM, czyli narodziny systemów PDM
Rozwój i upowszechnienie się systemów CAD zaowocowało szybkim przyrostem dokumentacji rysunkowej w postaci elektronicznej, a także szeregu innych dokumentów z nimi związanych (opisy techniczne i technologiczne, arkusze kalkulacyjne zestawień materiałowych etc.). Już w połowie lat 80. niektóre z firm zaczęły specjalizować się w opracowywaniu oprogramowania pozwalającego na kontrolę i zarządzanie obiegiem tego typu dokumentów w firmie (np. SherpaWorks). Smaczku tym inicjatywom dodał sukces Boeinga, który model 777 opracował nie korzystając w ogóle z dokumentacji papierowej; stało się jasne, że systemy pozwalające zarządzać wszystkimi dokumentami związanymi z produkcją i projektem (nie tylko rysunkami), mają przed sobą świetlaną przyszłość.

Z początkiem lat 90. liczba dostawców oprogramowania PDM (z ang. Product Data Management) gwałtownie wzrosła. Tym bardziej, że wśród nich znaleźli się dotychczasowi producenci systemów CAD. EDS/Unigraphics wprowadził swój pierwszy program klasy PDM – InfoManager – w 1991 roku. W 1992 roku powstała firma Metaphase, która była spółką joint-venture między SDRC i Control Data. W tym samym roku pojawiła się także Workgroup Technology Corporation.
Zainteresowanie systemami PDM okazało się tak wielkie, że niektórzy z dotychczasowych producentów systemów CAD poważnie zaczęli zastanawiać się nad… zmianą branży. Trudno się dziwić, skoro np. Adra Systems, która od połowy lat 80. oferowała oprogramowanie CADRA 2D na platformę PC, a od 1992 roku wersję 3D tego systemu, w 1994 roku osiągnęła przychody ze sprzedaży swojego nowego produktu – MatrixOne PDM na poziomie większym, niż ze sprzedaży systemów CAD!

3D CAD i Windows…
W międzyczasie jasnym już było, że przyszłość należeć będzie do systemów CAD 3D, chociaż rynek aplikacji 2D był (i nadal pozostaje) ogromny, tyle tylko że – przynajmniej teoretycznie – bez perspektyw rozwoju. Aplikacje 3D bazujące na modelowaniu bryłowym b-rep i coraz częściej także na powierzchniowym opartym o krzywe NURBS, osiągnęły taki etap swojego rozwoju, iż producenci zaczęli przywiązywać większą wagę nie tyle do fundamentów ich technologii, co do łatwości obsługi, rozszerzania możliwości dostępnych dla przeciętnych użytkowników, funkcjonalności etc. Nie sposób nie odnieść wrażenia, iż było to nadal elementem walki konkurencyjnej ze standardami, które wyznaczyło przed paru laty PTC swoim Pro/E. Z drugiej jednak strony, w owym czasie wszystkie liczące się systemy dysponowały podobnym potencjałem.
I wtedy, w 1995 roku, na rynek wkroczył dość agresywnie SolidWorks, reklamując swój system 3D jako „dający 80% możliwości Pro/E za 20% jego ceny”**! Nawiasem mówiąc, kampanie reklamowe dyskredytujące w oczach użytkowników programy konkurencji, a prowadzone między Pro/E i SolidWorks, jeszcze do niedawna można było obserwować za oceanem na łamach czasopism (także w e-wydaniach) poświęconych problematyce CAD. Ale ważne było coś jeszcze – SolidWorks od początku powstał nie na UNIX, ale na platformę PC, a konkretnie – na Windows.

Ale jeśli spodziewają się Państwo, iż reakcja pozostałych producentów na „pierwsze wydanie” SolidWorks była podobna do tej, jaka miała miejsce w 1987 roku po premierze Pro/E, to są Państwo w błędzie. Sytuacja na rynku była już zupełnie inna; w 1987 roku wszyscy za sprawą PTC zmuszeni byli dokonać zmian w kodach źródłowych swoich systemów, w architekturze swych programów. Już sam interfejs bazujący na okienkach był wtedy ewenementem, a przecież do 1995 roku stał się czymś oczywistym. Na dobrą sprawę, pojawienie się SolidWorks zmusiło tych, którzy jeszcze tego nie zrobili, do zainteresowania się możliwościami Windows NT i do szybkiego opracowania nowych wersji swoich programów właśnie na tą platformę. A Windows budził zainteresowanie, chociażby ze względu na znakomicie opracowane narzędzia, takie jak MFC, Visual C++ i inne, pozwalające m.in. na szybkie i sprawne tworzenie aplikacji dla tej platformy systemowej. Na tyle szybkie i sprawne, że do końca 1995 roku wszyscy producenci CAD 3D dla UNIX dysponowali już wersjami przystosowanymi do pracy w Windows.

Pierwszą profesjonalną witrynę, a później portal, uruchomiła firma Autodesk.
Domena www.autodesk.com funkcjonuje od 1995 roku…

Czy było to kłopotliwe na dłuższą metę? Opracowywanie dwóch wersji każdego programu? Z pewnością tak, z drugiej jednak strony producenci musieli liczyć się z tym, że dla części użytkowników stabilność i wydajność stacji roboczych pracujących pod Unixem będzie priorytetowa, a dla innych dostępność komputerów klasy PC będzie się liczyć bardziej, nawet kosztem słabszych osiągów. Wkrótce potem stało się oczywiste, że różnica w osiągach i wydajności będzie się zacierać; poczciwe PC dysponowały coraz wydajniejszymi procesorami, a także mocnymi kartami graficznymi produkowanymi przez licznych dalekowschodnich wytwórców, co dawało dużo więcej możliwości wyboru i swobodniejszej konfiguracji sprzętu, niż w przypadku komputerów zarządzanych przez Unix.

Dostawcy 3D CAD dla Unixa szybko odczuli presję cenową, wynikającą z tego, że wielu użytkowników wybierało SolidWorks 95 – jako rozwiązanie kilkukrotnie czasami tańsze. Z kolei oferenci koncentrujący się przede wszystkim na programach 2D, zmuszeni zostali do szybszego wdrożenia własnych wersji oprogramowania 3D dysponujących wydajniejszymi modelerami niż np. ACIS, gdyż część użytkowników – tych poszukujących wydajniejszych narzędzi – wybierała droższy system – jakim był SolidWorks w odniesieniu do programów 2D lub słabszych funkcjonalnie 3D. W taki sposób narodził się rynek „średniego klienta”. Swego rodzaju miarą sukcesu, jaki odniósł SolidWorks, był fakt, iż po dwóch latach od ukazania się pierwszej edycji SW, Dassault Systemes zdecydowała się przejąć całą firmę za niebagatelną kwotę 320 milionów dolarów.

1996 rok przyniósł premierę oprogramowania 3D podobnego do SolidWorks i także opracowanego od podstaw na platformę Windows. Mowa tutaj o Solid Edge (wtedy jeszcze Intergraph’u; przypomniałem sobie, jak mój były szef zwykł mylić oba systemy, zapewne przez zbieżność pierwszych członów ich nazw, co prowadziło czasami do dosyć niezręcznych sytuacji). Sukces, jaki odniósł bazujący na ACIS Solid Edge, zaowocował przejęciem Intergraphu przez EDS-Unigraphics w 1997 roku, a więc krótko po tym, jak Dassault Systemes zakupiło SolidWorks.
Dla Autodesku oznaczało to, iż użytkownicy jego systemu 2D decydując się na podjęcie pracy w 3D, przejdą do konkurencji. A przecież stanowiły ją nie tylko SolidWorks i SolidEdge, ale także oprogramowanie Bentley Systems i wiele innych. Lider oprogramowania 2D nie spoczął na laurach i w 1996 ukazał się Mechanical Desktop, który był tak naprawdę pierwszym prawdziwym oprogramowaniem 3D Autodesku, a który błyskawicznie… stał się numerem jeden wśród systemów CAD 3D pod względem sprzedaży na świecie.

A inni? Computervision, tracąca systematycznie swoją pozycję na rzecz innych producentów, zaprezentowała w 1997 roku program DesignWave, który był kolejnym 3D CAD na PC, a bazował na… Parasolid używanym przez Unigraphics.
Jak podają miarodajne źródła, przełom 1996 i 1997 roku był jednocześnie ostatnim okresem wielkich transakcji na amerykańskim rynku systemów CAD. General Motors zdecydowała się na wdrożenie Unigraphics, a Ford zastąpił swój „wewnętrzny system”, jakim był PDGS CAD, rozwiązaniami dostarczanymi przez SDRC – czyli I-deas. Od tej pory konkurowanie na rynku stało się trudniejsze, a dynamika wzrostu sprzedaży już nie osiągnęła poziomu z przełomu lat 80. i 90. Konsekwencją konieczności dywersyfikacji oferty był rozwój oprogramowania klasy PDM, a wkrótce potem… systemów PLM, a także standardu Web 2.0.

Era akwizycji
Druga połowa lat 90. to w zasadzie „era akwizycji”. I nie chodzi tutaj o tabliczki z hasłem „akwizytorom dziękujemy”, ale o fakt, iż wielcy producenci oprogramowania zrozumieli, iż nie da się budować pozycji rynkowej oferując tylko i wyłącznie „goły” system CAD, obojętnie 2D czy 3D, niezależnie od tego, jak dobry by on nie był. Trzeba było poszerzać ofertę o coś więcej. Tymi nowymi obszarami dla niektórych producentów okazało się PDM, szybko ewoluujące w kierunku współcześnie znanych i coraz bardziej rozpowszechnionych systemów PLM. Słowo „współcześnie” zabrzmiało w moich uszach tak, jakbym pisał o bardzo odległych czasach, zamierzchłej przeszłości – ale w dziedzinie oprogramowania i technik komputerowych zmiany następują błyskawicznie, a 12 lat, które upłynęły od przejęcia przez Dassault Systemes młodej, ale dobrze prosperującej firmy SolidWorks wydają się czymś więcej, niż jedną zaledwie dekadą.
To właśnie Dassault Systemes zaczęło w 1997 roku swoisty „boom” na akwizycje, dokonując przejęcia SolidWorks. W tym samym roku EDSUnigraphics przejęło Solid Edge od Intergraphu. Dassault nie poprzestało na wchłonięciu SolidWorks i dokonało jeszcze jednego „zakupu” – wybór padł na Deneb Robotics (firmę założoną w 1985 roku), która już wtedy uznawana była za jednego z liderów rynkun aplikacji do wizualizacji. 1998 okazał się rokiem spokojnym, ale już w 1999 roku Parametric Technology przejęło Computervision, a Dassault Systemes – Matra Datavision. Konsolidacja na rynku dostawców oprogramowania pogłębiała się.
Jednocześnie – począwszy od drugiej połowy lat 90.–  coraz większego znaczenia nabierała globalna sieć www. Wszyscy producenci oprogramowania – nie tylko CAD – szybko zrozumieli znaczenie dostępu do sieci, możliwości „B2B” etc. Jednym z pierwszych było Alibre, które stosunkowo szybko zaanonsowało wprowadzenie rozszerzeń systemów pozwalających na obsługę serwerów i wymianę danych 3D CAD poprzez Internet.

Głównym celem było jednak umożliwienie podglądu danych 3D z poziomu przeglądarek internetowych, a także poszerzenie możliwości wymiany danych poprzez sieć dla obecnych na rynku rozwiązań klasy PDM. Udało się to zrealizować po raz pierwszy zdaje się że właśnie Dassault Systemes, która w 1996 roku wprowadziła tzw. CATIA Confrerencing Groupware, które pozwalało „internetowej społeczności” na szybką wymianę nie tylko samych danych, ale także na umieszczanie adnotacji, wprowadzanie zmian w projekcie – wszystko „on line”.

W 1997 roku pojawił się CATWeb Navigator, a wreszcie – w 1998 roku – używana do tej pory i znana wielu użytkownikom Enovia.
W 1998 roku doszło również do kolejnego połączenia w ramach już istniejącej grupy – EDS ogłosiło utworzenie Unigraphics Solutions (Unigraphics i iMANdivision), a w 1999 roku prezes firmy podkreślił, iż od tej pory jej działania koncentrować się będą na sektorze PDM wspieranym przez możliwości drzemiące w rozwiązaniach sieciowych; niejako potwierdzeniem tych słów było wprowadzenie rozszerzeń obsługujących Internet do oprogramowania iMAN PDM. W tym samym roku Parametric Technology ogłosiło swoje połączenie z SupplierMarket.com (firmie zależało na podkreśleniu „e-technologiczności” nowo wprowadzonej aplikacji Windchill PDM Software), Dassault Systemes ogłosiło przejęcie Smart Solutions (i oprogramowania SmarTeam Web), a CoCreate (będące formalnie częścią koncernu Hewlett-Packard) wprowadziło OpenSpace Web 3D.

Ewolucja 3D
Jeśli chodzi o same systemy CAD, przebyły one długą drogę. Każdy z liczących się producentów oferował oprogramowanie CAD 3D działające w środowisku Windows, praktycznie każdy z tych systemów pozwalał na pracę, czy też podglądanie wieloelementowych złożeń, oferował szkicowanie i jednocześnie zarządzanie złożeniami, drzewa historii operacji, parametryczność etc.
W 1999 roku Autodesk zaprezentował swój pierwszy system bazujący na innym niż AutoCAD jądrze systemowym: mowa tutaj o Inventorze bazującym na kernelu ACIS od Spatial Technology. Systemy CAD „okrzepły” i trudno było spodziewać się jakichś nowych, rewolucyjnych rozwiązań. Rok po roku ich możliwości stopniowo podnoszono, ale bez przełomowych zmian w technologii. Uwaga producentów skupiła się na otoczce systemów CAD – narzędziach do zarządzania projektami (nie tylko dokumentacją), a także na możliwościach z zakresu wizualizacji…

Producenci pod presją…
Podobnie jak Ford model T wyznaczył pewien standard w produkcji samochodów, tak ponad 80 lat później model Mondeo wyznaczył standard w sposobie projektowania i organizacji procesów produkcyjnych nowych samochodów. Gdy w 2000 roku nastąpiła prezentacja wspomnianego modelu, Ford nie ukrywał, iż zaprojektowany on został z wykorzystaniem zintegrowanej platformy 3D CAD, wykorzystującej w pełni narzędzia PDM i możliwości wymiany i kontroli danych poprzez Internet.
Było to oprogramowanie Ford C3P (CAD CAM CAE PDM), pozwalające na oszczędność ponad 30% czasu w stosunku do „tradycyjnych” rozwiązań CAD. Sukces Forda dowiódł, iż integracja możliwości CAD z PDM i Internetem pozwala na znaczące zwiększenie możliwości i wydajności oprogramowania. Inżynierowie zyskali zupełnie nowe standardy współpracy i wymiany; podczas pracy w ramach jednego projektu kontaktować się mogły ze sobą zespoły rozsiane po biurach projektowych danego koncernu na całym świecie. Pomijając wszystkie inne czynniki, proszę sobie uświadomić, iż oznaczało to… pracę nad projektem przez 24 godziny na dobę nieprzerwanie (uwzględniając różnice czasowe).
Istotne było także to, iż korzystano z tego samego cyfrowego modelu zarówno w działach marketingu, jak i w biurach odpowiedzialnych za sam projekt, czy też w działach analiz, wytwarzania etc. PDM powoli stawał się coraz bardziej współcześnie rozumianym PLM.

W praktyce oznaczało to, iż coraz więcej firm, niemalże jednego dnia, z „dostawców systemów CAD” przeistoczyło się w „dostawców rozwiązań PLM”. Ale to temat do kolejnej części naszego cyklu, która opublikowana zostanie w najbliższym czasie. Postaram się opisać w niej zmiany, które nastąpiły w minonej dekadzie, z uwzględnieniem rozwoju bezpłatnych rozwiązań CAD…

(ms)

Sprzęt potrzebny do CAD (kartka z historii)

„Pierwotnie do CAD stosowano wyłącznie duże systemy komputerowe (ang. Mainframe) oraz minikomputery. Obecnie do tego celu stosuje się także komputery osobiste, choć bardziej skomplikowane funkcje mogą być realizowane wyłącznie na dużych maszynach. Systemy CAD wymagają komputera o dużej mocy obliczeniowej oraz dobrej grafice, rozdzielczości nawet 1024 x 1024 punkty i lepszej. Konieczne jest także skomplikowane oprogramowanie (programy CAD pisane są najczęściej w językach C, Forth, Pascal lub Fortran).

Wśród komputerów osobistych stosowanych do CAD przoduje IBM PC (a szczególnie model AT), który powinien być wyposażony w co najmniej 512 KB pamięci, koprocesor arytmetyczny, pakiet grafiki o podwyższonej rozdzielczości (np. EGA lub PGA) oraz dysk stały. Do CAD nadają się także komputery z procesorem MC 68000 (autor niniejszego opracowania z pierwszym w życiu systemem CAD zetknął się właśnie na wyposażonym w tego typu procesor komputerze ATARI serii ST – przyp. redakcji). Istnieją również systemy CAD przeznaczone dla mniejszych komputerów, np. AutoCAD dla komputerów pracujących pod kontrolą CP/M oraz VersaCAD dla Apple II, jednak ich możliwości są bardzo ograniczone.

Urządzeniami wyjściowymi są monitory tv, drukarki o możliwościach graficznych, urządzenia zapisujące obraz na taśmie filmowej (ang. microfilm recorder), a przede wszystkim plotery, które wykreślają rysunki dużych formatów o rozdzielczości dziesiątych części milimetra.

Stosuje się także wiele urządzeń wejściowych, które są pomocne przy tworzeniu rysunku. Najpopularniejsze to pióra świetlne (ostatnio wychodzą z użycia), myszki, manipulatory o trzech stopniach swobody oraz tabliczki graficzne (ang. digitizer) i urządzenia przetwarzające na ciąg cyfr obraz zarejestrowany kamerą telewizyjną. (…)”

Wyjątek z książki wydanej w Polsce w II połowie lat 80.:
D. Madej, K. Marasek, K. Kuryłowicz. Komputery Osobiste, s. 260-262. WkiŁ, Warszawa 1987

Przypisy:

¹ Chodzi tu o „Handbook of Mathematical Tables and Formulas” Richarda S. Burningtona; jedno z ostatnich jej wydań ukazało się w 1950 roku
² Whirlwind – z angielskiego: trąba powietrzna
³ Nawiasem mówiąc, Computervision swoją pierwszą licencję CAD sprzedała w 1969 roku firmie Xerox…
⁴ Solid modeling – modelowanie za pomocą brył; od modelowania powierzchniowego różni się innym sposobem definiowania i rozpoznawania przez system struktur konstrukcji
⁵ Boundary modeling – modelowanie w oparciu o ograniczone obszary powierzchni, scalane następnie w bryły 3D (B-rep)
⁶ Constructive Solid Geometry (CSG) – prymitywne elementy składowe (proste elementy graficzne) łączone są w całość poprzez operacje Booleana (przekroje, przenikanie, łączenie etc.) tworząc bardziej złożoną geometrię

Źródła:
http://www.cadazz.com
http://mbinfo.mbdesign.net/CAD-History.htm

Przeczytaj także o:
• systemie CAD-3D na ATARI ST
• Krzywych Beziera i UNISURF CAD