设计制造业伴随着人类发展有着漫长的历史，但计算机辅助设计软件(Computer Aided Design Software，下文简称CAD软件)的兴起和蓬勃发展也就是近五六十年的事情。追溯历史，它的发展壮大与用户需求、硬件水平和商业模式是息息相关的。

现在世界上公认的第一款CAD 软件叫PRONTO，由Dr. Patrick J. Hanratty早在1957年研发的。到七十年代末，第一批真正意义上的商用CAD 软件厂商应运而生，CAD软硬件的市场也从1970年的2500万美金到1979年的10亿美金。上世纪八十年代，第一款个人电脑于1981年问世，次年11月Autodesk发布了个人电脑上的第一款CAD产品AutoCAD Release 1。进入九十年代，CAD软件的市场得到空前的发展。一方面大型的航空航天及汽车企业纷纷各自统一使用主流CAD软件；另一方面由于个人计算机的普及，CAD软件厂商的门槛大大降低。英特尔的奔腾处理器的飞速发展给传统的基于UNIX操作系统的老牌厂商造成极大的冲击，CAD厂商相应推出三维产品来满足用户需求，这段时期是CAD发展的黄金时期。

随后从九十年代末直到近几年，市场主流三维软件不管是界面，还是功能已经高度趋同化，市场竞争进入白热化，利润空间也逐年减少，各大厂商又将眼光瞄向了PDM和PLM市场。大量的CAD数据需要管理和控制，PDM和PLM的市场需要高涨起来。主流的CAD软件商也先后发布了Window NT版本迎合市场需要。随着互联网被确定为未来的发展方向，很多软件都支持了客户端和服务端模式。但普遍认为，这段时期技术上没有重大突破，可以称作成熟期。

与之对应，制造类企业也面临着市场竞争加剧，需要快速研发，协同合作，提高产品质量和性能，降低成本，这就要求CAD软件生产商在今天的竞争中强调的不再是个别功能而是一个整体的解决方案。产品的制造千差万别，大到海上钻井平台，小到消费电子产品。它们都会经历一个研发孵化期，快速成长期，成熟期，衰退期和终结期。

以铲车，一种常见的工业机械的设计制造为例，铲车的设计可能是全新的设计，但更多的情况是在已有的产品基础上改进的。在传统的设计流程中，即使在不同阶段有各种计算机辅助工具可供选择，但并不意味着整体流程可以高效实施。比如早期的概念设计在转化成工程设计时，数据结构不兼容，文件格式转换会丢失大量信息；工程设计进入到仿真阶段又会碰到设计缺陷发现太晚，需要返工；物理样机也会让设计成本大幅上升；制造的全球化给上下游产业链的有效合作提出更高的要求。试想如果有一个计算机辅助解决方案能使从概念设计、工程设计、仿真、制造等各个环节都能无缝链接，就可以缩短研发周期，使产品加速进入成长期，提升成熟期的利润空间，延迟产品的衰退期，会使企业节省成本，提高利润，在竞争中立于不败之地。这就是我们下面会阐述的数字样机(Digital Prototyping)的概念。据Aberdeen Group的独立调查，目前使用数字样机概念的顶尖制造商可以1）减少一半以上物理样机的需求；2）产品提前58天投放市场；3）节省了48%的设计成本；4）最大程度地在设计中引入了创新。

下面以Autodesk数字样机为例，介绍铲车的设计制造流程是如何被改进的。

如果是一个全新的设计，那么设计师可以使用Autodesk  Alias从草图开始到三维概念建模。在设计的各个环节设置评审来淘汰一些不完善和不成熟的设计，用专业的可视化软件，比如Autodesk Showcase,可以在设计的各个评审阶段看到在各种工程场景下直观和精确的模型渲染，而不需要做出实体样机，这样省时、省力也节约了成本。概念设计后Autodesk  Alias的三维概念模型可以进入到工程设计阶段进行三维实体建模。因为有了交互支持，工业设计数据可以顺利导入三维工程设计软件Autodesk Inventor。

如果新型铲车的设计是在以前某个设计的基础上加以改进，那么由于有了完善的数据管理，可以简便地引入原来的模型，然后进行外形和内部结构的改进。由于铲车的零部件很多，主机厂通常会将一部分的设计分包给外协单位或上下游产业链，这就产生了协同合作，数据分享的要求。真实情况是，这些外协单位有可能还停留在二维设计环境，他们极大可能使用的是AutoCAD、AutoCAD Electrical 和AutoCAD Mechanical。在设计过程中，如设计不符需要, 可以及时反馈。在设计完成后可以导入出处不同的设计及标准的外购件以完成装配，必要时进行尺寸的干涉检测和功能验证。当然突出的反应速度和逼真的渲染功能在设计验收时是十分必要的。Inventor, AutoCAD Electrical 和AutoCAD Mechanical之间的顺畅交互使不同的制造厂商和部门之间的密切合作成为可能。

在工程设计的过程中Autodesk Inventor的运动仿真模块可以对铲车头部材质进行受力分析和运动仿真，使设计者在没有物理样机的前提下就能及早发现设计缺陷，进行优化，节省设计时间并降低研发成本。完成了三维实体建模，下一步是到专业分析部门进行仿真优化，Autodesk Simulation Moldflow的注塑模仿真来优化塑料件的设计和制造，发现问题并提出优化方案返回到设计部门或外协单位进行修改。进入到产品的制造阶段，实体造型数据直接进入到CAM软件，产生出可以直接输入到数控机床的数控代码进行实际的小规模加工了，也可二维出图进行加工。物理样机经过各方测试，确保无误后可以进行量产。最后，Autodesk Vault作为数据管理软件可以最大化的数据重用和不同团队的分工协作，可以高效最大程度地节约时间和成本。对于用户来说，利用兼收并蓄的解决方案来打通整个设计制造流程，可以方便地根据自己的流程做出定制。

另外需要指出的是在几大计算机辅助设计制造软件商巨头之外还存在大量专业和特殊制造的软件企业。AutoCAD等软件都提供了强大的平台和开放环境，使专业的二次开发变得分外便捷，如此也打造了一个庞大的生态系统给用户提供了更多更专业化的选择。

前面简单回顾了CAD软件的历史和现在，你可能会问，那么下一步呢？本文作者认为这个行业会在未来十年迎来它的又一次黄金期。随着云技术的崛起，三维打印及层叠制造的普及，人们面对的是又一次到来的工业革命。现代企业关心的是如何将传统的IT业务外包给云运营商如Amazon, Google等以降低企业IT的运营成本，按需付费，大规模提高计算存储能力。同时社交网络和用户社区、云端数据、创客和设计个人化、手持终端设备等市场趋势都对CAD软件商提出了新的要求和思路。除了现有老牌CAD软件企业，我们将看到更多顺应新技术、新商业模式的新生力量迅速崛起。广大用户将看到越来越多的CAD相关的云服务，比如实时渲染，云端仿真，模型分享，团队协同设计，远程三维打印等。可以预见的是只有保持对新的发展趋势的前瞻和创新，企业才能领先其竞争者，长盛不衰！