工业软件介绍系列之一：CATIA与CAD
导读
INTRODUCTION
本文由「MES数字制造」作者tallrain原创，数字化企业经授权发布，并增加了一些资料配图。
CATIA是法国达索系统(Dassault Systemes)开发的商业三维CAD设计软件，由于其出色的曲面设计能力，在航空和汽车工业界占据主流地位。
达索系统是达索航空(Dassault Aviation)的子公司，于1981年成立。
达索航空于1929年建立，主要产品有幻影系列战斗机和猎鹰系列商用机。
创始人马歇尔·达索和“神秘”战斗机（图源：dassault-aviation官网）
根据维基资料，1977年达索航空由15名工程师研发出新一代电脑辅助设计软件CATIA，用于辅助飞机设计和制造。后来集团工程队伍发现公司内部财政不容许为此软件作进一步研发，于是集团开始研究成立新公司以及把软件外销的可能性。
1981年达索系统成立，当时成员共有25名工程师，出售更名后的CATIA系统。而IBM是他们第一名客户，之后IBM帮助达索把产品销售给航空、汽车工业的诸多客户。
图：第一张 IBM 传单和第一个徽标（来源：https://isicad.net/）
达索航空在二战后一直为法国政府设计及制造主力战斗机，是航空界的重要玩家。
而CATIA最初是公司内部由工程师开发的生产力工具，是服务于内部研发部门的。之后才转型为商业工业软件，服务全球客户。
这也体现了工业软件的3个重要特点：先有业务后有软件，软件是工业经验的积累，早期业务部门深入参与软件开发。
下面简单介绍一下CAD(Computer-Aided Design计算机辅助设计)的早期历史。
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1953年，受雷达操作中的交互式显示设备启发，麻省理工学院学者Douglas T. Ross形成了CAD的构想，并于1959年创造了计算机辅助设计这一词汇。
1963年，麻省理工学院Ivan Sutherland在博士论文过程中编写了计算机程序Sketchpad，并因此获得了1988年的图灵奖。Sketchpad被认为最早的CAD软件。
Ivan Sutherland和Sketchpad，图源：bimaplus
但是由于计算机硬件的限制，CAD软件一开始并没有得到快速发展。
下面是航空汽车工业一些重点CAD软件的原始版本发布时间：
◉ 1977年：CATIA。
◉ 1978年：Unigraphics(UGS前身)。
◉ 1982年：AUTOCAD。
◉ 1987年：Pro/ENGINEER(Creo前身)。
这4个软件现在依然是航空汽车工业的主流CAD软件，可谓历史悠久，与客户合作长远。
下面介绍下三维CAD曲面设计中一个重要的概念：贝塞尔曲线/曲面。在CAD软件中，我们用贝塞尔曲线/曲面来定义曲线/曲面，用曲率来定义线/面的弯曲程序，用控制点来改变其弯曲程序。
NURBS是非均匀有理B样条曲线(Non-Uniform Rational B-Splines)的缩写，1991年国际标准化组织(ISO)颁布的工业产品数据交换标准STEP中，把NURBS作为定义工业产品几何形状的唯一数学方法。
1946年，数学家开始研究样条形状，该形状通过分段的多项式公式推导出来，因为其和机械生产中的样条相类似，I. J. Schoenberg将其命名为样条曲线或样条函数。
之后，来自雷诺的工程师皮埃尔·贝塞尔(Pierre Bézier)和来自雪铁龙的工程师保尔·德·卡斯特里奥(Paul de Casteljau)进一步发展了样条曲线。
图源：historyofdesign，法国机械和电气工程师，计算机几何建模创始人之一Pierre Bézier，雷诺公司担任机械工艺主管，他于1958年研制的数控铣床是欧洲最早的数控机器之一。
1959年，卡斯特里奥开发了以其命名的算法，用于评估曲线的弯曲程序。
几乎同时贝塞尔也实现了类似的算法，并进一步加入了控制点，以用于通过计算机软件来改变曲线/曲面的弯曲程序。由于贝塞尔发表了他的工作成果，因此人们将通过在曲线上的控制点表示的那类曲线称为贝塞尔曲线。
贝塞尔曲线是三维CAD曲面建模的基础，而它的发明者同样是业界的工程师。
达索、雷诺、雪铁龙都是来自法国的公司，当我们现在感慨于欧美发达国家通过知识产权收割全球财富时，也不要忘记这些知识产权是如何缓慢地积累的。
