幾個3D CAD 軟體分享

背景：
第一份工作到2000年前後時，適逢機械設備業開始從2D CAD要導入3D CAD，
受命評估與導入3D CAD，所以有機會大概看了幾套3D CAD軟體。
那時候網路上的資訊沒有現在這麼多，
多數資料都要依賴3D CAD的軟體代理商提供，
俗話說"老王賣瓜，自賣自誇"，賣東西的怎麼可能會說自己的東西不好，
因此從軟體代理商那邊拿到的資料參考就好，不要盡信。

在我開始進行評估的時候，有Pro/Engineer Wildfire 2000 (慣稱ProE)、Solidworks、Inventor、Solid Edge、MDT、UG、CATIA、Solid Designer(被PTC併購成為Creo Direct)等等。

當時在機構業界中2D CAD的標準幾乎就是AutoCAD的DWG/DXF(建築、土木也用)，
從1990年到現在2017年，DWG幾乎還是2D  CAD的標準，
當初的開發商Autodesk也因為這個軟體而成為CAx產業的一方之霸，
到現在 Autodesk 還是不小：

圖片來源：DE

Creo (Pro/Engineer，ProE)：
至於3D CAD在台灣當時的霸主毫無疑問就是ProE，
因為台灣過去十幾年主要的產業發展主力電子業幾乎都是用ProE，
用ProE的原因很簡單，
因為台灣電子業主要技術跟客戶來自美國，美國的電子業主要就是用ProE，
所以想作他們生意的自然就會跟著用ProE，
加上各公司配合客戶要求導入PDM、ERP、MES等，
都作了不少的ProE二次開發(程式)，所以要拋棄ProE換軟體幾乎是不可能的事情。

我認為美國電子業會用ProE的原因應該不是功能比較強，
因為其實更早就有Catia、UG(Ideas)等功能更強、更高階的3D CAD軟體存在於市場中，
但是這兩個軟體主要用是在航空跟汽車相關產業，軟硬體價格高貴到不行；
但那時候的電子業(現在常聽到的幾個大廠)普遍在車庫創業起家不久的情況下，
根本用不起這兩個價格高貴的軟體，
自然而然就給了ProE機會，利用比較較便宜的硬體平台需求(Sun Sparc，約幾十萬)跟軟體價格(約百萬)進入市場，
那時候用3D CAD的價格是現在的CAD使用者很難想像，
所以當時盜版橫行也是必然的；
其實對很多使用者來說AutoCAD也不便宜，盜版更多。

所以要評估 3D CAD，超高知名度的ProE當然不可能忽略，
那時候ProE是複式代理，很多廠商在賣，
因為公司屬於大同的一部分，大同是老牌電子廠，也接了很多美國電子廠的OEM，所以也用很多ProE，
大同公司內就有一個CAD/CAM中心直接就負責代理銷售Pro/E(還有AutoCAD)，
當時工作的公司AutoCAD授權超過200套，
既然屬同集團內子公司，要評估3D CAD怎麼可能不看Pro/E？！

所以就被安排去上了三天的課，
三天下來結論就是ProE有夠難用，怎麼可能用在機械設備這種少量多樣、零件數量眾多的產業上；
再加上幾乎所有市購品都只有2D圖塊，
一台機器設備會用到很多市購品，怎麼可能額外花很多時間去建市購品3D CAD模型？

所以當然很容易就有了結論，
時機未到，機械設備設計上需要等3D CAD軟體以下幾個條件成熟 ：

1. 硬體效能夠強，可以處理幾千件零組件的計算與畫面移動、旋轉等動作
2. 軟體能順暢處理大型組合件
3. 市購品廠商提供3D CAD模型
這三個條件缺一不可，

當然軟體商最常掛在嘴邊上的軟體操作性要能簡單、方便、操作使用；
還有最重要的一點，不能太貴！

機械設備業屬於少量多樣化產品的行業，產品單價雖然高，但是營業額卻不高，
而且相對機械設計人力比例佔產品成本比重高，
如果軟體太貴時，老闆實在負擔不起。

ProE不適合的原因主要是因為：
機械設備的零組件少量多樣，不適合大量製造的製程，基本上都是以車、銑、鑽、磨為主，連放電跟線切割都要避免(成本考量)，
形狀通常不會太過於複雜，少數會用到鑄造，形狀已經算比較複雜，包括必需考慮脫模角度，
所以一般來說，設備零件考慮到加工製造的的成本效益很少會用到曲面。

相對消費性產品考慮量產與外觀，
零件製造方法會以鈑金沖壓、塑膠射出為主，
需要公母模的布林計算、鈑金展開、沖壓模或射出模設計，
這些都需要用到複雜的形狀與曲面能力，
這也是ProE在主要市場消費性電子產品設計上，軟體功能強項發展多在複雜的零件形狀設計(曲面)，以提供外觀設計跟大量製造的模具所需；
但是這些曲面、模具設計功能到了機械設計用途就變成一無是處。

機械設備設計需要的3D CAD功能是：
1. 很強的大型組合設計能力
2. 零件簡單形狀的快速設計
3. 大量的市購品資料庫可以引用
4. 正確的料表計算與階層區分跟重量計算
5. 機構動態模擬

偏偏以上這些都不是當初ProE軟體設計功能時的主要考慮，
所以 Pro/E 用在機械設計上就不免出現很多被使用者嫌棄的地方；
曾經有少數機械設計廠商靠CAD軟體工程師幫忙使用ProE設計了一些機械，真是不可思議，花這麼多時間跟軟體的操作不便奮戰。

所以當時的結論就是ProE並不適合機械設備業使用。

接下來分享一些其他3D CAD我觀察到的狀況：

Mechanical Desktop (MDT)：
AutoCAD也想要具備3D 設計功能，
在2002還是2004版左右，AutoCAD開始支援可以繪製3D模型，
但是那是假3D，還是以線架構為主，鋪面後上材質(顏色)，看起來像，但是不是，沒有實體。
為了進一步強化，再以AutoCAD為基礎推出了一個Mechanical Desktop產品，簡稱MDT，
希望能夠讓原來習慣使用AutoCAD進行機械設計的客戶轉過來使用MDT，
可惜核心畢竟就是不適合，硬要在既有功能上加上3D CAD功能很沒有效率；
但是因為AutoCAD有非常龐大的使用者族群，
加上AutoCAD使用者族群中有相對充沛的二次開發者跟程式，
因此還是有不少用者真的有拿來用在一些夾治具上。
AutoCAD對許多CAD使用者來說熟悉度高，但是3D功能不足、操作性不好。

Solidworks(SWX)：
在中低階3D CAD中SWX算早的，從1995年開始(維基百科)，
一開始使用的也是ACIS核心，但是我猜Solidworks的目標應該是Pro/E，第二年就改為曲面功能較強的Parasolid核心；
在Windows平台上開始，在使用操作性上觀念與從Unix系統開始的ProE完全不同，一推出市場可以說就大受好評與期待；
發展到後來甚至被 Dassault 看上而併購，讓 Dassault 集團高階有 Catia，低階則有 Solidworks。

因為操作性好，加上價格也比較便宜，漸漸的吃掉一些Pro/E的既有與潛在市場。
對機械設備業來說，早期應該會看到很多SWX展示相機實體薄殼範例的展示，
很強很方便的曲面設計功能；
但是在組合件，尤其是大型組合件表現並不好，
聽說剛開始連40件組起來都會有問題，
原因在於載入所有元件的資料與幾何形狀後計算能力無法負擔。

這個部分是 Inventor的一個切入點，
將資料切個成多個部分，視需要載入系統中，可以減少系統的負擔。

但是SWX也積極地改善，
讓一開始在這方面相對Inventor在大型組立件居於劣勢的SWX扳回來，
大型組立件的操作效能顯著改善，
再挟著比Inventor早進入市場的高知名度，
有意無意的放任盜版使用策略(AutoCAD發展初期也是)，成功進入大專院校與許多機械設備業者。
其他的功能上改善在近年來也逐漸完善，可以符合機械設備業者的使用需求。

至於市購品3D模型，Solidworks成功地與部分二次開發業者結合，
讓二次開發業者可以利用參數化功能，透過規格指定參數自動產生模型，
加上網路與硬體效能的發展迅速，
透過網路在網頁上遠端輸入規格指定參數，在業者端的平台產生3D CAD模型，再供使用者下載3D CAD模型，
設備搭配用的關鍵零組件廠商導入3D CAD的進度比較系統業者快，
在幾年前就解決機械設備業者所需要的市購品3D CAD模型來源問題，
幾乎多數的機械用市購品零組件都可以找到3D CAD模型可以使用，不需要自己建模，
現在會有這麼多3D市購元件可以用其實要感謝Solidworks。

最早投入的設備廠商族群包括台灣中部的木工機械業(一面倒的使用Solidworks)；
其他許多機械設備廠在有木工機械設備業者當範例的情況下，也逐漸有信心進行導入3D CAD；
其他像自行車廠也是非常成功的案例，
除了極少數的廠商使用ProE (SRAM)、Catia(Giant)跟國外自行車廠使用Inventor (Scott、RM)以外，目前台灣自行車相關行業也幾乎是一面倒的使用Solidworks。

操作的方便性，讓Solidworks在學生族群中廣為流行與使用(盜版為主)，
對最後進入3D CAD且不擅於訓練工程師使用CAD軟體的機械設備設計業者來說，
等於撿到一批既成的使用者，
讓SWX在機械設備業者使用的3D CAD數量上成為佔有率第一名的軟體，威脅到電子業慣用的ProE。

不過因機構相關的AutoCAD資料很多，
加上有許多資料實在不需要用到3D來表現，或者必須用2D來表現，
因此在市場上也出現3D CAD用Solidworks，2D用AutoCAD這種分屬兩家公司軟體的有趣現象。

Inventor：
AutoCAD所屬的Autodesk公司，靠賣AutoCAD賺了很多錢，
在MDT發展不順的同時，眼看3D CAD市場一直沒有產品拿出來攻市場，在1999年時推出開發全新的Inventor(維基百科)，
使用ACIS核心(ACIS的儲存檔名是sat)，
在Inventor 2.0版的時候，曾經展示了超過2000件零件的設計能力，
對機械設備業者來說可說是眼睛一亮，好像可以...
但是就這樣要轉過去用？門都沒有！大家都抱著先觀察看看別人用再說。

Inventor晚進市場，面對先進入的ProE(功能屬性不足，完全沒有辦法競爭)跟Solidworks(幾何功能、知名度、穩定性不足)，幾乎是障礙重重。

但是Autodesk有錢，不斷在市場上併購不同的CAD二次開發商，
將一些支援Solidworks、Inventor功能的軟體產品併購後放進Inventor，
例如Studio(作動畫)、Dynamic Simulation(作剛體運動模擬)、Design Accelerator(機械元件產生器，齒輪、軸、螺絲、皮帶等等)，
讓Inventor功能越來越適合給機械設備使用，並斬斷對其他3D CAD的支援，
試圖從其他方向來強化，
但強化的方向相對地離ProE市場也越來越遠；實務上對增加市佔率的幫助很有限。

2005年左右，Autodesk出了一招怪招，
將Inventor、AutoCAD、AutoCAD Mechanical、Mechanical Deskstop綁成一包一起銷售，
打著買2D送3D的策略強攻市場，
因為價格訴求策略成功，與傳統AutoCAD使用者族群數量龐大，這一招很成功推升了Inventor的銷售量，
也讓一些觀望3D CAD導入的使用者，因為本來就有AutoCAD版本更新需求，在升級時被換到同時擁有Inventor的版本；
但是這也出現一個很有趣的情況，
很多使用者因為從頭到尾只用AutoCAD，
根本不知道自己有Inventor跟AutoCAD Mechanical可以使用，
甚至電腦中其實同時有 Solidworks 或 Pro E加上 Inventor 兩套3D CAD軟體，
卻完全忽略Inventor的存在。

Autodesk後來出招更狠，
在2011年推出一個設計包產品(這一招其實是學Microsoft跟Adobe)，
把併購的其他軟體，例如3ds Max Design、Showcase、Alias、Navisworks、AutoCAD Electrical等等放進一個包裝中給客戶，
一副就是大促銷或者是以多勝少打群架的概念，
可惜對多數的機械設備業者很難接受，
光是學個Inventor都只用到其中15%~30%不到的功能，
還要學介面與功能完全不同的其他軟體(而且很多還沒有中文介面)，根本是買爽的；
我個人覺得其實Autodesk也是賣爽的，
複雜的產品組合整慘了代銷的代理商與經銷商的業務與工程師；
不過確實有效的增加了一點銷售量。

Autodesk有提供30天試用與免費的教育版，軟體下載網頁。

CATIA：
Dassult的CATIA從1970年代就開始發展，法國人拿來設計飛機使用，
早期都在大型主機上(Unix)使用，可以想見軟硬體建置費用很驚人，維基百科；
在達梭跟波音兩大廠的加持之下，目前幾乎可以說是航空業的標準，
只要碰到作跟航空業相關的，幾乎都會碰到用CATIA；
後來也進入汽車業，成為主要的設計工具之一；
功能強大、價格高昂，CAD功能上遠超過機械設備業所需；
在設備業者所需的組合、動態、BOM相關功能成本又太高，設備業者實在難以負擔導入。

NX(UG + I-DEAS)：
NX屬於西門子集團，是來自於併購的 UGS(Unigraphics)，
UGS比CATIA更早，1969年開始(維基百科)，
其實這是一個好軟體，操作方便且功能強大，可惜在台灣有點“高貴”，
所以使用者族群限制在利用其CAM的功能為主，
而且是靠著有一位懂加工程式跟程式開發與UG的工程師Sam Huang，解決了不少模具3D加工上的問題才得以成功；
也有少數廠商有直接用在設計上，例如中部的文具大廠SDI跟少數車用零組件產業。

NX裡另外有一個子產品，I-DEAS，發展比較晚，1982年由 Ford 跟 GM 開始用在汽車設計上，
後來被UGS併購，UGS又被Siemens併購改名為NX；
所以也有部分汽車與零組件業者使用 NX 作為設計工具，還有附加的圖文管跟模擬分析功能，解決方案的觀念綁住。
不過Siemens NX產品主要功能是來自於UGS，
I-DEAS的功能並沒有移植到NX中，算是NX產品線中的一個子產品，
立場有點尷尬，感覺像個孤兒，只是維持著供應給部分習慣使用I-DEAS的使用者。

NX功能上比Catia適合用在機械設備業者，
歐洲(例如ASML)跟日本有一些設備商有用，
但是價格也貴，在台灣學校的使用者很少，
所以也不列入考慮。

Solid Edge：
Solid Edge其實是一套相當不錯的3D CAD軟體，
可惜因為早期原廠的支援跟經銷商推廣的不好，在台灣的使用者不多；
說不多其實也不少，
早期SolidEdge藉著低費用(聽聞是NTD30K/set)進入ITRI專案，
所以從ITRI擴散出來或輔導的一些公司幾乎都是用SolidEdge，
但是聽說本來ITRI負責評估導入者是想引進Solidworks；
在以往碰到的功能比較的經驗上，
SolidEdge 在大型組合件的效能令人驚豔，在修改設計操作的使用彈性上也備受期待。


所以對機械設備業者來說，
若要選擇適合的 3D CAD軟體，坦白說就功能需求性與價格考量來說，
主要就是Solidworks、Inventor跟Solid Edge三套，其他的在CP值上都划不來。

如果現在讓我重新選一次，
我可能會選Solid Edge作為設計工具，
可惜3D CAD市場經過十幾年的廝殺，在台灣的分布趨勢大概已經形成，
3D CAD高階市場CATIA為主，NX分一點，
中階市場ProE為主、Solidworks迎頭趕上，
低階市場以Solidworks為主，在大專院校廣泛受學生歡迎利用；
Inventor占了幾乎全部的高職教育市場跟接近3~4成的機械設備業市場；
SolidEdge分一點機械設備市場。
*這裡的高中低階指得是以曲面應用功能需求作分類。

PS. 2017/11跟一家設備公司設計人員聊天，他們公司從Inventor換到SolidEdge，又換回來Inventor，抱怨SolidEdge有些問題一直無法解決，逼得他們公司不換回來不行，看來Inventor有些優點是SolidEdge所比不上的，另外就是SE原廠真的該多加油，有些客戶的抱怨反應處理的速度實在太慢了。

PS. 2108/3 最近換工作到生涯第五間公司，公司裡面的3D CAD同時有SolidEdge跟Inventor，習慣影響很大，用慣了Inventor，覺得這SolidEdge有夠難用的，很多設定不曉得躲在哪裡，很多功能相對Inventor少而難用；還好當初沒有選SolidEdge...

近幾年3D CAD要再大幅擴增市場占有率的機會不太，
因為產業應用的功能與二次開發功能都已漸進成熟，
資料的依賴性與習慣性已經很難說換3D CAD就換；
而且說實在話，3D CAD工具對整個設計流程來說，影響的比例也不像軟體者說的那麼誇張；
近年比較常看到會換3D CAD的多半是因為老闆不爽CAD原廠或代理經銷商，而不是從需求的角度換。

網路上其實還可以找到很多其他3D CAD軟體，
有Client端執行的版本、雲端版、永久授權版、租賃版等等；
也有免費的Open Source版(例如FreeCAD)，
但是除非對CAD軟體很有興趣、玩軟體，
不然如果是工作上的用途，建議還是就市面上比較普遍的商業版為主要考量，
有時候免費的東西在使用成本上很高，而且後續軟體的維護與更新上都有可能出問題，
原有的資料格式可能會無法支援而造成其他無法預見的問題。

基本上，如果使用者想要從機構工程師就業角度考量要學那一套3D CAD軟體，
個人觀察到各個市場使用的3D CAD大概可以分成以下：
航空與汽車：CATIA、NX(UG)...
模具與加工：NX(UG)、(Creo)ProE...
電子業、3C產品、消費性產品(如自行車)：Creo(ProE)、Solidworks、Inventor、Solid Edge
機械設備業：Solidworks、Inventor、Solid Edge、Creo(ProE)、NX(UG)...

至於AutoCAD，雖然有的公司幾乎已經可以完全擺脫，
但是還是很重要，重點可以擺在視圖、投影、標註、公差、基準，
這些都還是機械製圖的基礎 ;
不管到那一套3D CAD的附屬2D CAD中，這些都是必要的，
而且有一些3D CAD中附屬的圖面標示功能與使用不便的情況下，
很多2D CAD作業都還是回到AutoCAD，所以會還是比較好。

以上提到的公司與產品商標名稱均屬該公司所有，
相關評論也是個人心得，不代表軟體功能作或作不到、適合或不適合等。

其他相關的參考：

CAD / CAE軟體的教育版
幾個CAE軟體的分享