CADblog.pl
na Facebook
 

numer 1(15) 2011
HD już dostępny
(więcej informacji
w archiwum)

Wydania archiwalne 2009/2010...

numer 4(14) 2010
HD już dostępny
w archiwum

numer 3(13) 2010
HD już dostępny
w archiwum

numer 2(12) 2010
dostępny
w archiwum

W aktualnościach
m.in.:

• Pożegnanie wersji beta!

• Za głośno – źle...

• Tylko do 28 lutego...

• Milion edukacyjnych licencji SolidWorks

• Solid Edge ST3 po polsku

numer 1(11) 2010 dostępny
w archiwum

numer 9(10) 2009
już dostępny
w archiwum

numer 8(9) 2009
już dostępny
w archiwum

Wydanie specjalne
numer 7(8) 2009
już dostępny
w archiwum

Numer 6(7) 2009
już dostępny
w archiwum

Numer 5(6) 2009
już dostępny
w archiwum

Numer 4(5) 2009
już dostępny
w archiwum

Numer 3(4) 2009
już dostępny
w archiwum

Numer 2(3) 2009
już dostępny
w archiwum


Numer 1(2) 2009
już dostępny
w archiwum


 Numer 0 (1) 2009
– dostępny
w archiwum

W aktualnościach
m.in.:

• Aktualizacja NX na Mac OS X

• „Mój system 3D CAD”

• Moduł CAM w NX6

• DS Forum 2009
za nami

• ST 2 dla SolidEdge

• SW receptą na trudne czasy?

• Astroid na moim biurku

• Nowy pakiet:
NX 6.0 Designer

• Czwartkowe warsztaty

• PLM w Cobra Automotive...

• Precyzyjne w 3D (...)

Drodzy Czytelnicy!

CADblog.pl, zarówno w postaci strony www,
jak i e-czasopisma,
z założenia ma zapewnić bezpłatny dostęp do wszystkich informacji, publikacji, artykułów zamieszczanych na jego łamach.
Nie planowałem i nie planuję żadnych ograniczeń dostępu, ani żadnych opłat związanych z lekturą jego zawartości.

Jeśli chcieliby Państwo dobrowolnie wesprzeć rozwój tej inicjatywy, w tym także kontynuowanie publikacji na temat rozwiązań niekomercyjnych (systemy CAx
i inne dostępne niedopłatnie), będę wdzięczny za dokonanie wpłaty
na nr konta podany w zakładkach
„O mnie” i „Kontakt”.

Dziękuję serdecznie
Maciej Stanisławski

Historia komputerowych systemów wspomagających projektowanie,
wytwarzanie i analizy inżynierskie

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. http://pl.youtube.com/watch?v=mOZqRJzE8xg

Fot. 1. Tak wyglądała praca z systemem Sketchpad. Powyższy link prowadzi do pełnej prezentacji filmowej. Gdy uświadomimy sobie, ile lat dzieli nas od demonstracji tego wynalazku, w pełni docenimy jego nowatorstwo i... jego znaczenie.

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.

Fot. 2. Współcześnie sprzedawana deska kreślarska formatu A3,
z przykładnicą i głowicą kreślarską umożliwiającą skokową (co 15 stopni) zmianę kąta, dostępna jest już za ok. 230 złotych. Czy to właśnie jest najtańszy „odpowiednik| systemu CAD? Z pewnością nie, bo jest wiele komputerowych systemów oferowanych za darmo.

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.

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.

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). 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.

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/E. Ale to już inna historia...

Dalszy ciąg „Historii CAD” dostępny w numerze pilotażowym magazynu CADblog.pl, już wkrótce do pobrania w archiwum.

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

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

Sprzęt potrzebny do CAD

„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.

Ciekawostka:

Ivan Shuterland to nie tylko wybitny matematyk i inżynier, ale także zapalony... motocyklista. Oto jego zdjęcie na BMW K100 – wg. http://www.cc.gatech.edu/classes/cs6751_97_fall/projects/abowd_team/ivan/ivan.html

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...”

powrót do początku strony | powrót do strony głównej

Blog monitorowany przez: