對(duì)于未來(lái) CAD 軟件的一些判斷

本文來(lái)自微信公眾號(hào)：知識(shí)自動(dòng)化 （ID：zhishipai），作者：陸云強(qiáng)

草圖工具環(huán)境的演變

從草圖開(kāi)始的建模流程，依然是主流的方式。雖然有些軟件迭代了數(shù)十年，但并不意味著草圖的功能以及用戶體驗(yàn)已經(jīng)滿足客戶今天的體驗(yàn)需求。從總體趨勢(shì)來(lái)看，AI 技術(shù)在草圖繪制過(guò)程中的參與度已經(jīng)越來(lái)越高了。

(資料圖)

從草圖繪制過(guò)程的趨勢(shì)來(lái)看，用戶使用草圖主要分為創(chuàng)建、尺寸標(biāo)注、編輯、重用這四個(gè)部分。在創(chuàng)建草圖過(guò)程中，軟件可以根據(jù)用戶鼠標(biāo)移動(dòng)的方向和草圖已經(jīng)繪制的輪廓，直接推理出草圖的形狀或者三維模型的形狀；草圖繪制過(guò)程完全可以根據(jù)公司模型數(shù)據(jù)庫(kù)，基于語(yǔ)義搜索或者草圖基本輪廓的繪制，重用現(xiàn)有的輪廓。草圖繪制向端到端方向的發(fā)展，草圖繪制和特征、零件、裝配前后意圖關(guān)聯(lián)在一起，進(jìn)行不同級(jí)別的快速概念設(shè)計(jì)。尺寸標(biāo)注也是草圖的重要功能，能夠一個(gè)尺寸命令盡可能標(biāo)注所有的尺寸，即使今天還有很多軟件無(wú)法做到。一個(gè)模型的尺寸會(huì)由草圖尺寸和特性尺寸組合在一起，草圖尺寸和特征尺寸可以與 GD&T 信息相互傳遞，從而在 DfAM 與 DFSS 的分析中，改變草圖的尺寸與公差或者特征尺寸與公差。

草圖的尺度是否可以統(tǒng)一納米級(jí)系統(tǒng)、毫米級(jí)系統(tǒng)、米級(jí)系統(tǒng)、甚至更大尺寸系統(tǒng)。現(xiàn)在有的軟件草圖線條最長(zhǎng)只能支持 500 米或者 1000 米，單個(gè)特征的最大尺寸不超過(guò) 1000 米，最小尺寸達(dá)到微米級(jí)，這些不同尺寸跨度的設(shè)計(jì)，目前基本都是由獨(dú)立不同的設(shè)計(jì)軟件完成。

草圖繪制系統(tǒng)也許也會(huì)隨著目的的不同而變得更加復(fù)雜或者變得更加的簡(jiǎn)便與直觀。其次，繪制設(shè)備的多樣化，草圖繪制和 3D 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)已經(jīng)在走向同時(shí)參與建模的過(guò)程中，比如，我們看到一個(gè)回轉(zhuǎn)體，我們要修改輪廓，不用進(jìn)入草圖編輯狀態(tài)，直接三維編輯的狀態(tài)下，改變輪廓后而創(chuàng)建或編輯草圖。

用戶在學(xué)習(xí)軟件，軟件也在用戶使用過(guò)程中不斷滿足用戶新提出的功能需求。軟件開(kāi)發(fā)商也在融入不同的新技術(shù)、新方法，希望引領(lǐng)主流價(jià)值觀。這是一個(gè)雙螺旋迭代的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程會(huì)越來(lái)越直達(dá)本質(zhì)。

與設(shè)計(jì)師的界面交互

一個(gè) CAD 產(chǎn)品主要由 2 大部分組成，產(chǎn)品功能與用戶體驗(yàn)。產(chǎn)品功能體現(xiàn)在能夠滿足客戶的功能需求。而用戶體驗(yàn)，則體現(xiàn)在設(shè)計(jì)人員與軟件之間的交互，需要迎合客戶的認(rèn)知與行為過(guò)程，理解用戶的下一步行動(dòng)。這些體驗(yàn)會(huì)極好地建立客戶與軟件之間的交流，客戶不僅僅可以理解軟件，軟件也能夠很好的了解客戶，兩者之間的溝通過(guò)程與形式在互相成長(zhǎng)，做到“人劍合一”。

鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、顯示器之間是一種交互，而手指、鍵盤(pán)、屏幕之間則是另外一種交互。還有全新的交互方式，如虛擬空間、手勢(shì)、語(yǔ)音之間的交互。更好的人與軟件之間的溝通方式正在不斷出現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)的過(guò)程，可以追隨直覺(jué)往前走。這就可以讓非科班出身的人，也能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)。這對(duì)于消費(fèi)品尤其重要。需求都是由消費(fèi)者產(chǎn)生的，消費(fèi)者早已對(duì)產(chǎn)品功能有了定義，但設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程只能通過(guò)科班人員來(lái)翻譯、來(lái)實(shí)現(xiàn)，這個(gè)過(guò)程本來(lái)就是信息失真的過(guò)程。

CAD 軟件交互發(fā)展變化，會(huì)有隨著 CAD 軟件由前端往后端發(fā)展的一個(gè)過(guò)程，也就是很多從無(wú)到有的過(guò)程會(huì)由軟件自動(dòng)化完成。其次，軟件交互的發(fā)展變化也會(huì)隨著 CAD 軟件由制造端參與為主向消費(fèi)端發(fā)展為主，每個(gè)人都會(huì)有屬于自己的 CAD 軟件，如影相隨，了解我們的需求，幫我們的想法轉(zhuǎn)換到可制造的“數(shù)碼寶貝”，達(dá)到“人劍合一”。VR / AR、觸摸屏、3D 鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、AI 在語(yǔ)音與圖像上的輸入等等，這些人與軟件之間溝通的途徑會(huì)隨著社會(huì)主流價(jià)值觀而改變，但不管哪種改變，目的都是更好的了解所想，實(shí)現(xiàn)我們所想。

人工智能對(duì)設(shè)計(jì)工具的加持

近幾年人工智能技術(shù)在工業(yè)軟件領(lǐng)域的滲透幾乎無(wú)處不在。一個(gè)沒(méi)有融入 AI 技術(shù)的軟件產(chǎn)品將沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力。

在 CAD 軟件領(lǐng)域，人工智能技術(shù)主要也是在 CAD 兩大方面滲透：一方面是用戶界面 UI，其實(shí)就是用戶體驗(yàn)的層面。隨著用戶的使用，軟件會(huì)學(xué)習(xí)每個(gè)人的操作習(xí)慣，軟件的界面會(huì)隨著對(duì)用戶習(xí)慣的學(xué)習(xí)而變化；其次對(duì)命令的推理，浮動(dòng)工具條也會(huì)隨著對(duì)用戶習(xí)慣而變化，這個(gè)過(guò)程會(huì)讓軟件界面變得更簡(jiǎn)單更直觀。另一方面是在軟件功能層面，創(chuàng)成式設(shè)計(jì)就是典型的利用了人工智能技術(shù)，人工智能技術(shù)在建模層面的引入將會(huì)讓建模未來(lái)分為兩類(lèi)，一類(lèi)叫人類(lèi)設(shè)計(jì)，一類(lèi)叫人工智能設(shè)計(jì)。即使是在人類(lèi)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，也會(huì)有一個(gè)半人工智能設(shè)計(jì)，人工智能技術(shù)已經(jīng)把很多工作通過(guò)自動(dòng)決策系統(tǒng)來(lái)完成。

CAD 的本質(zhì)是把人類(lèi)的想法實(shí)現(xiàn)的工具，人工智能技術(shù)讓其成為現(xiàn)實(shí)的可能性越來(lái)越近。隨著交互技術(shù)越來(lái)越豐富，CAD 軟件將會(huì)更加了解其“主人”，每個(gè)人都將擁有一位自己獨(dú)有的“私人訂制的夢(mèng)想實(shí)現(xiàn)助理”，每個(gè)人因?yàn)槠鋵?duì)生活的洞察而成為“造物主”。

軟件用戶的變化

如果從 CAD 軟件產(chǎn)生到今天來(lái)看，CAD 的用戶群里主要是由行業(yè)企業(yè)、中小型企業(yè)和個(gè)人用戶組成。但這些用戶從性質(zhì)上看，主要還是科班人員或者經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)訓(xùn)練的人員。但并不意味著 CAD 只能是專(zhuān)業(yè)用戶使用的工具，消費(fèi)者也在參與軟件的使用，畢竟有的時(shí)候，為了更好的便于溝通交流，消費(fèi)者也需要轉(zhuǎn)一下 CAD 軟件或者具有 CAD 功能的其他軟件。

像 Shapr3D 已經(jīng)可以讓非科班用戶，也可以容易的使用其工具實(shí)現(xiàn)自己的想法。而蘇州浩辰軟件的看圖王，雖然是 2D 軟件，但功能豐富。它不僅僅可以用來(lái)看 2D 圖紙，同時(shí)也開(kāi)發(fā)了基于消費(fèi)者用戶習(xí)慣的命令來(lái)創(chuàng)建與編輯圖紙。

即使是專(zhuān)業(yè)用戶市場(chǎng)，但隨著客戶數(shù)量的越來(lái)越多，客戶行業(yè)越來(lái)越豐富，這些讓 CAD 用戶的需求越來(lái)越多，應(yīng)用場(chǎng)景越來(lái)越豐富，從而構(gòu)建一條完美的長(zhǎng)尾曲線，長(zhǎng)尾曲線意味著各有所長(zhǎng)的那些企業(yè)都有自己的生存空間，大企業(yè)有自己主流的市場(chǎng)覆蓋，小企業(yè)有自己的場(chǎng)景覆蓋?，F(xiàn)在很多公司在基于更廣闊的用戶空間，來(lái)規(guī)劃產(chǎn)品的未來(lái)。

CAD 用戶在不斷使用軟件的同時(shí)，價(jià)值也會(huì)滲透到企業(yè)不同的部門(mén)不同的領(lǐng)域，從而又不斷地產(chǎn)生新功能的需求，新的產(chǎn)品需求。這意味，軟件就如護(hù)膚品種類(lèi)與廠家一樣，在基本材料大致相同的情況下，基于皮膚的區(qū)域、時(shí)間、功能在不斷的豐富。同一個(gè)客戶也會(huì)在購(gòu)買(mǎi)更多的產(chǎn)品滿足自己更多的需求。這個(gè)也和照相愛(ài)好者一樣，有一堆相機(jī)與鏡頭。

對(duì)于消費(fèi)者，企業(yè)為了更好的服務(wù)消費(fèi)者，更需要有工具直接為消費(fèi)者服務(wù)。工業(yè)軟件的使用者，將包括消費(fèi)者本身。或許，發(fā)展到那天，工業(yè)軟件也不必再使用“工業(yè)”這兩個(gè)字。

與圖像處理能力的配合

工業(yè)軟件是從目前來(lái)看還是一款基于重圖形交互的軟件，軟件的性能、穩(wěn)定性、健壯性都在影響著用戶體驗(yàn)?，F(xiàn)在的幾何引擎主要還是基于 CPU 單線程的限制，大型裝配體的性能除了在大型裝配體管理功能上來(lái)改善性能以外，在更高效的技術(shù)研究使用上各公司其實(shí)都在絞盡腦汁。

如何能夠利用現(xiàn)代圖形 API 實(shí)現(xiàn)更好的 3D 性能和 GPU 光線追蹤等高級(jí)功能，也是未來(lái)的方向。目前有些 CAD 軟件公司已經(jīng)在開(kāi)發(fā)自己的可視化引擎上投入多年。

更新 3D CAD 軟件的方式：安裝還是自動(dòng)更新

過(guò)去的幾十年，軟件補(bǔ)丁的安裝、軟件新版本的設(shè)計(jì)過(guò)程并沒(méi)有變得越來(lái)越簡(jiǎn)單，反而隨著軟件越來(lái)越大，過(guò)程的體驗(yàn)并沒(méi)有越好越好。當(dāng)然軟件供應(yīng)商把服務(wù)做好，企業(yè) IT 人員管理能力強(qiáng)，最終使用者這個(gè)過(guò)程的體驗(yàn)可能會(huì)小一些，但這些都是通過(guò)服務(wù)來(lái)改變體驗(yàn)，而不是 CAD 軟件技術(shù)本身的變化來(lái)發(fā)生改變。現(xiàn)在一款 3D CAD 軟件的安裝盤(pán)已經(jīng)動(dòng)不動(dòng)就幾十個(gè) G 的大小了。

軟件更新與升級(jí)過(guò)程的無(wú)感，甚至不用為升級(jí)而繳付顯而易見(jiàn)的費(fèi)用，這個(gè)目標(biāo)今天已經(jīng)通過(guò)軟件云化的過(guò)程實(shí)現(xiàn)，軟件云化過(guò)程現(xiàn)在主要通過(guò)兩種方式，一種是軟件重新開(kāi)發(fā)成云原生的方式；另一種是通過(guò)軟件 AppStream 化（私有云叫虛擬桌面）的方式；這兩種方式在大型工業(yè)軟件公司都有使用。這樣做讓軟件已經(jīng)沒(méi)有明顯的升級(jí)過(guò)程的感受，甚至客戶會(huì)忘記軟件還有升級(jí)這種事。下載軟件、安裝軟件只是因?yàn)榧夹g(shù)手段而衍生出來(lái)的商業(yè)模式。即是今天 Windows 桌面級(jí)的軟件，也可以通過(guò)軟件模塊化的重構(gòu)、微服務(wù)服務(wù)、容器等技術(shù)的使用，達(dá)到升級(jí)過(guò)程無(wú)感化。但這個(gè)事情也要看是否與商業(yè)模式有沖突。

在這邊要稍微提一下軟件云化所帶來(lái)變化。云本身就是一種可以無(wú)處不在的算力，再簡(jiǎn)單一點(diǎn)理解就是非常彈性租賃的“云”電腦。軟件上云，也讓軟件變成了可以租賃的“云”軟件。之所以強(qiáng)調(diào)“云”是因?yàn)樗麑?huì)改變軟件廠家之間的競(jìng)爭(zhēng)格局，而用戶也會(huì)隨著混合云在公有化私有化之間的移動(dòng)完全解決數(shù)據(jù)安全顧慮的問(wèn)題。但軟件上云以后至少可以解決一個(gè)問(wèn)題：一個(gè)賬戶在流量費(fèi)用或者月租費(fèi)用不變的情況下使用一家公司所有的軟件，那么是不是意味著越大的工業(yè)軟件公司，正在可以因?yàn)楫a(chǎn)品線的強(qiáng)大而可以切實(shí)讓客戶感受到。甚至云供應(yīng)商通過(guò)工業(yè)軟件云市場(chǎng)的服務(wù)把不同公司的產(chǎn)品線融入到一個(gè)賬戶，同樣的月費(fèi)可以使用任何你想要用的軟件。

未來(lái)新技術(shù)

在未來(lái)，預(yù)計(jì) CAD 將使用許多新技術(shù)，這些技術(shù)將幫助用戶更好地創(chuàng)建和管理設(shè)計(jì)。

人工智能將在 CAD 中發(fā)揮重要作用，幫助用戶更快地完成設(shè)計(jì)、提供更好的設(shè)計(jì)建議、自動(dòng)化設(shè)計(jì)流程、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和減少錯(cuò)誤。

3D 掃描也是快速發(fā)展的一門(mén)技術(shù)。3D 掃描技術(shù)將幫助用戶快速、準(zhǔn)確地將實(shí)物對(duì)象轉(zhuǎn)化為 3D 模型，并可以用于重建歷史建筑、維修機(jī)械部件等。它在建立數(shù)字孿生的初期有著很好的輔助作用。

虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) VR / AR 會(huì)加快應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)將幫助用戶更好地理解設(shè)計(jì)、模擬產(chǎn)品性能和使用體驗(yàn)、更直觀地與設(shè)計(jì)交互。

3D 打印更適合原型測(cè)試。3D 打印技術(shù)將幫助用戶快速制造出設(shè)計(jì)的樣品和零件，并可以用于快速原型測(cè)試、小批量生產(chǎn)等。

云計(jì)算無(wú)處不在。云計(jì)算將幫助 CAD 用戶更方便地存儲(chǔ)和共享設(shè)計(jì)文件、更快地訪問(wèn)和運(yùn)行軟件、更方便地在多個(gè)設(shè)備之間同步工作、更方便地與團(tuán)隊(duì)協(xié)作。

大數(shù)據(jù)的分析發(fā)揮作用。大數(shù)據(jù)將幫助 CAD 用戶更好地分析設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、提取更多有用信息、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。

這些技術(shù)都將在 CAD 的未來(lái)發(fā)揮重要作用，幫助用戶更好地創(chuàng)建和管理設(shè)計(jì)。