对于未来 CAD 软件的一些判断

本文来自微信公众号：知识自动化 （ID：zhishipai），作者：陆云强

草图工具环境的演变

从草图开始的建模流程，依然是主流的方式。虽然有些软件迭代了数十年，但并不意味着草图的功能以及用户体验已经满足客户今天的体验需求。从总体趋势来看，AI 技术在草图绘制过程中的参与度已经越来越高了。

从草图绘制过程的趋势来看，用户使用草图主要分为创建、尺寸标注、编辑、重用这四个部分。在创建草图过程中，软件可以根据用户鼠标移动的方向和草图已经绘制的轮廓，直接推理出草图的形状或者三维模型的形状；草图绘制过程完全可以根据公司模型数据库，基于语义搜索或者草图基本轮廓的绘制，重用现有的轮廓。草图绘制向端到端方向的发展，草图绘制和特征、零件、装配前后意图关联在一起，进行不同级别的快速概念设计。尺寸标注也是草图的重要功能，能够一个尺寸命令尽可能标注所有的尺寸，即使今天还有很多软件无法做到。一个模型的尺寸会由草图尺寸和特性尺寸组合在一起，草图尺寸和特征尺寸可以与 GD&T 信息相互传递，从而在 DfAM 与 DFSS 的分析中，改变草图的尺寸与公差或者特征尺寸与公差。

草图的尺度是否可以统一纳米级系统、毫米级系统、米级系统、甚至更大尺寸系统。现在有的软件草图线条最长只能支持 500 米或者 1000 米，单个特征的最大尺寸不超过 1000 米，最小尺寸达到微米级，这些不同尺寸跨度的设计，目前基本都是由独立不同的设计软件完成。

草图绘制系统也许也会随着目的的不同而变得更加复杂或者变得更加的简便与直观。其次，绘制设备的多样化，草图绘制和 3D 结构的设计已经在走向同时参与建模的过程中，比如，我们看到一个回转体，我们要修改轮廓，不用进入草图编辑状态，直接三维编辑的状态下，改变轮廓后而创建或编辑草图。

用户在学习软件，软件也在用户使用过程中不断满足用户新提出的功能需求。软件开发商也在融入不同的新技术、新方法，希望引领主流价值观。这是一个双螺旋迭代的过程，这个过程会越来越直达本质。

与设计师的界面交互

一个 CAD 产品主要由 2 大部分组成，产品功能与用户体验。产品功能体现在能够满足客户的功能需求。而用户体验，则体现在设计人员与软件之间的交互，需要迎合客户的认知与行为过程，理解用户的下一步行动。这些体验会极好地建立客户与软件之间的交流，客户不仅仅可以理解软件，软件也能够很好的了解客户，两者之间的沟通过程与形式在互相成长，做到"人剑合一"。

键盘、鼠标、显示器之间是一种交互，而手指、键盘、屏幕之间则是另外一种交互。还有全新的交互方式，如虚拟空间、手势、语音之间的交互。更好的人与软件之间的沟通方式正在不断出现。实现的过程，可以追随直觉往前走。这就可以让非科班出身的人，也能够实现设计。这对于消费品尤其重要。需求都是由消费者产生的，消费者早已对产品功能有了定义，但设计实现的过程只能通过科班人员来翻译、来实现，这个过程本来就是信息失真的过程。

CAD 软件交互发展变化，会有随着 CAD 软件由前端往后端发展的一个过程，也就是很多从无到有的过程会由软件自动化完成。其次，软件交互的发展变化也会随着 CAD 软件由制造端参与为主向消费端发展为主，每个人都会有属于自己的 CAD 软件，如影相随，了解我们的需求，帮我们的想法转换到可制造的"数码宝贝"，达到"人剑合一"。VR / AR、触摸屏、3D 鼠标、键盘、AI 在语音与图像上的输入等等，这些人与软件之间沟通的途径会随着社会主流价值观而改变，但不管哪种改变，目的都是更好的了解所想，实现我们所想。

人工智能对设计工具的加持

近几年人工智能技术在工业软件领域的渗透几乎无处不在。一个没有融入 AI 技术的软件产品将没有竞争力。

在 CAD 软件领域，人工智能技术主要也是在 CAD 两大方面渗透：一方面是用户界面 UI，其实就是用户体验的层面。随着用户的使用，软件会学习每个人的操作习惯，软件的界面会随着对用户习惯的学习而变化；其次对命令的推理，浮动工具条也会随着对用户习惯而变化，这个过程会让软件界面变得更简单更直观。另一方面是在软件功能层面，创成式设计就是典型的利用了人工智能技术，人工智能技术在建模层面的引入将会让建模未来分为两类，一类叫人类设计，一类叫人工智能设计。即使是在人类设计的过程中，也会有一个半人工智能设计，人工智能技术已经把很多工作通过自动决策系统来完成。

CAD 的本质是把人类的想法实现的工具，人工智能技术让其成为现实的可能性越来越近。随着交互技术越来越丰富，CAD 软件将会更加了解其"主人"，每个人都将拥有一位自己独有的"私人订制的梦想实现助理"，每个人因为其对生活的洞察而成为"造物主"。

软件用户的变化

如果从 CAD 软件产生到今天来看，CAD 的用户群里主要是由行业企业、中小型企业和个人用户组成。但这些用户从性质上看，主要还是科班人员或者经过专门训练的人员。但并不意味着 CAD 只能是专业用户使用的工具，消费者也在参与软件的使用，毕竟有的时候，为了更好的便于沟通交流，消费者也需要转一下 CAD 软件或者具有 CAD 功能的其他软件。

像 Shapr3D 已经可以让非科班用户，也可以容易的使用其工具实现自己的想法。而苏州浩辰软件的看图王，虽然是 2D 软件，但功能丰富。它不仅仅可以用来看 2D 图纸，同时也开发了基于消费者用户习惯的命令来创建与编辑图纸。

即使是专业用户市场，但随着客户数量的越来越多，客户行业越来越丰富，这些让 CAD 用户的需求越来越多，应用场景越来越丰富，从而构建一条完美的长尾曲线，长尾曲线意味着各有所长的那些企业都有自己的生存空间，大企业有自己主流的市场覆盖，小企业有自己的场景覆盖。现在很多公司在基于更广阔的用户空间，来规划产品的未来。

CAD 用户在不断使用软件的同时，价值也会渗透到企业不同的部门不同的领域，从而又不断地产生新功能的需求，新的产品需求。这意味，软件就如护肤品种类与厂家一样，在基本材料大致相同的情况下，基于皮肤的区域、时间、功能在不断的丰富。同一个客户也会在购买更多的产品满足自己更多的需求。这个也和照相爱好者一样，有一堆相机与镜头。

对于消费者，企业为了更好的服务消费者，更需要有工具直接为消费者服务。工业软件的使用者，将包括消费者本身。或许，发展到那天，工业软件也不必再使用"工业"这两个字。

与图像处理能力的配合

工业软件是从目前来看还是一款基于重图形交互的软件，软件的性能、稳定性、健壮性都在影响着用户体验。现在的几何引擎主要还是基于 CPU 单线程的限制，大型装配体的性能除了在大型装配体管理功能上来改善性能以外，在更高效的技术研究使用上各公司其实都在绞尽脑汁。

如何能够利用现代图形 API 实现更好的 3D 性能和 GPU 光线追踪等高级功能，也是未来的方向。目前有些 CAD 软件公司已经在开发自己的可视化引擎上投入多年。

更新 3D CAD 软件的方式：安装还是自动更新

过去的几十年，软件补丁的安装、软件新版本的设计过程并没有变得越来越简单，反而随着软件越来越大，过程的体验并没有越好越好。当然软件供应商把服务做好，企业 IT 人员管理能力强，最终使用者这个过程的体验可能会小一些，但这些都是通过服务来改变体验，而不是 CAD 软件技术本身的变化来发生改变。现在一款 3D CAD 软件的安装盘已经动不动就几十个 G 的大小了。

软件更新与升级过程的无感，甚至不用为升级而缴付显而易见的费用，这个目标今天已经通过软件云化的过程实现，软件云化过程现在主要通过两种方式，一种是软件重新开发成云原生的方式；另一种是通过软件 AppStream 化（私有云叫虚拟桌面）的方式；这两种方式在大型工业软件公司都有使用。这样做让软件已经没有明显的升级过程的感受，甚至客户会忘记软件还有升级这种事。下载软件、安装软件只是因为技术手段而衍生出来的商业模式。即是今天 Windows 桌面级的软件，也可以通过软件模块化的重构、微服务服务、容器等技术的使用，达到升级过程无感化。但这个事情也要看是否与商业模式有冲突。

在这边要稍微提一下软件云化所带来变化。云本身就是一种可以无处不在的算力，再简单一点理解就是非常弹性租赁的"云"电脑。软件上云，也让软件变成了可以租赁的"云"软件。之所以强调"云"是因为他将会改变软件厂家之间的竞争格局，而用户也会随着混合云在公有化私有化之间的移动完全解决数据安全顾虑的问题。但软件上云以后至少可以解决一个问题：一个账户在流量费用或者月租费用不变的情况下使用一家公司所有的软件，那么是不是意味着越大的工业软件公司，正在可以因为产品线的强大而可以切实让客户感受到。甚至云供应商通过工业软件云市场的服务把不同公司的产品线融入到一个账户，同样的月费可以使用任何你想要用的软件。

未来新技术

在未来，预计 CAD 将使用许多新技术，这些技术将帮助用户更好地创建和管理设计。

人工智能将在 CAD 中发挥重要作用，帮助用户更快地完成设计、提供更好的设计建议、自动化设计流程、提高设计质量和减少错误。

3D 扫描也是快速发展的一门技术。3D 扫描技术将帮助用户快速、准确地将实物对象转化为 3D 模型，并可以用于重建历史建筑、维修机械部件等。它在建立数字孪生的初期有着很好的辅助作用。

虚拟现实和增强现实 VR / AR 会加快应用。虚拟现实和增强现实技术将帮助用户更好地理解设计、模拟产品性能和使用体验、更直观地与设计交互。

3D 打印更适合原型测试。3D 打印技术将帮助用户快速制造出设计的样品和零件，并可以用于快速原型测试、小批量生产等。

云计算无处不在。云计算将帮助 CAD 用户更方便地存储和共享设计文件、更快地访问和运行软件、更方便地在多个设备之间同步工作、更方便地与团队协作。

大数据的分析发挥作用。大数据将帮助 CAD 用户更好地分析设计数据、提取更多有用信息、提高设计质量和效率。

这些技术都将在 CAD 的未来发挥重要作用，帮助用户更好地创建和管理设计。