vignette|redresse=1.2|Animation illustrant la modélisation paramétrique d'un composant CAO, caractéristique des logiciels de conception 3D modernes.
L'histoire de la conception assistée par ordinateur (CAO) — autrefois principalement désignée sous le terme de dessin assisté par ordinateur (DAO) — retrace l'évolution des logiciels développés pour accompagner les ingénieurs et les concepteurs dans la modélisation et la fabrication de biens physiques. Ces outils interviennent dans des secteurs extrêmement variés, allant du BTP et des infrastructures à l'aérospatiale, en passant par l'industrie automobile et l'électronique de précision.
Histoire Fondements historiques, mathématiques et technologiques Les racines conceptuelles de la CAO remontent à Euclide (v. 350 av. J.-C.), dont les postulats géométriques constituent encore le socle théorique des systèmes modernes. La formalisation de la géométrie euclidienne a en effet permis de structurer les algorithmes nécessaires à la représentation graphique et à la modélisation géométrique des produits.
Années 1940 Dès la fin des années 1940, avec la mise en service des premiers ordinateurs dans les universités de Manchester et de Cambridge (1948–1949), l'informatique s'est rapidement étendue de la recherche scientifique vers le secteur industriel. Dès 1953, Boeing commence à s'équiper de machines-outils à commande numérique (CN), ouvrant la voie à l'intégration des calculateurs dans les processus de production et de prototypage. Ce contexte technique (mémoires à tores, bandes magnétiques, systèmes d'E/S mécaniques) et la démocratisation des machines à commande numérique ont jeté les bases matérielles de l'émergence de la CAO et de la fabrication assistée par ordinateur (FAO).
Années 1950 Au milieu des années 1950, une équipe de chez Boeing développe le Boeing Parts-Programming System, un système conçu pour convertir les plans d'atelier en instructions pour les machines à commande numérique (CN). Ce projet est considéré comme l'un des tout premiers exemples pratiques de compilation dans le secteur industriel (étroitement lié aux premiers compilateurs tels que le FORTRAN), et fut réalisé en langage machine afin de répondre aux exigences spécifiques du contrôle des outils. Cette approche a nécessité une collaboration interdisciplinaire étroite entre les programmeurs et les « parts programmers » (spécialistes de l'usinage). À l'époque, la gestion des multiples interfaces physiques des machines (bandes magnétiques analogiques ou numériques, rubans Mylar, cartes perforées) constituait un défi technique majeur.
En 1956, le MIT — sous l'impulsion de Doug Ross — propose le langage APT (Automatically Programmed Tooling) afin d'uniformiser la programmation des machines CN. Les entreprises du secteur aéronautique collaborent alors pour produire un compilateur APT commun (achevé vers 1961), Boeing y participant activement, notamment dans le domaine des post-processeurs. L'introduction de l'APT permet, par ailleurs, d'intégrer plus facilement les données issues des systèmes de définition de surfaces (marquant les premiers liens entre la CAO et la FAO) et favorise la diffusion de standards communs entre fournisseurs et constructeurs.
En 1957, Patrick J. Hanratty, alors employé chez General Electric, développe PRONTO (Program for Numerical Tooling Operations), le premier système commercial de programmation pour la commande numérique (CNC), ce qui lui vaudra plus tard le titre de « père de la CAO/FAO ».
En 1959, Norman Sanders rejoint la division aéronautique de Boeing à Renton, à une époque où le dessin industriel est encore entièrement manuel. La complexité croissante des projets (comme le passage du 707 au projet du 727) et l'augmentation de la puissance de calcul incitent les ingénieurs à expérimenter la modélisation mathématique des surfaces et des lignes par ordinateur. Ce contexte rend possible l'adoption de solutions automatisées pour définir la géométrie des aéronefs l'énorme volume de données imprimées issues des calculs pousse les techniciens à se demander si l'ordinateur ne pourrait pas tracer des lignes continues. Chez Boeing, le technicien Art Dietrich parvient à connecter un traceur analogique (Electronic Associates) à l'ordinateur : la machine, capable de dessiner sur des feuilles de 30×30 pouces, est utilisée avec une première série de programmes (Plot1, Plot2..., puis Tplot pour le fonctionnement sur bande). La vente de ce logiciel à son fournisseur est citée comme la toute première vente de logiciel par Boeing. Parallèlement, le concept de « Master Dimensions » émerge comme un ensemble de données numériques définissant les surfaces. Les premiers traceurs n'offrant pas une précision suffisante pour le dessin technique, la solution consiste paradoxalement à changer de support. En 1961, on remplace la tête de fraisage d'une machine CN par une pointe de diamant (diamond scribe) pour graver les lignes directement sur des plaques d'aluminium. Cette méthode de traçage sur aluminium permet d'atteindre des niveaux de précision acceptables pour l'ingénierie. Pour valider le procédé, une comparaison est effectuée sur des coupes spécifiques (« canted cuts ») : la précision est telle qu'elle convainc les responsables du projet de définir le 727 à partir de données numériques. La confiance accordée à ces données marque l'une des premières applications industrielles intégrées de la CAO et de la FAO : la même définition mathématique stockée en mémoire sert à la fois à la conception et à la génération des instructions de fabrication.
Un avantage immédiat et imprévu réside dans la possibilité de transférer ces définitions tridimensionnelles aux sous-traitants sous forme de données (boîtes de cartes perforées) plutôt que par des plans papier. À titre d'exemple, Boeing fournit à la Rohr Aircraft Company des jeux de données perforées et les instructions nécessaires pour les utiliser sur leurs propres machines CN ; il s'agit d'un cas précoce de transfert électronique de définition de produit, bien avant l'ère des fichiers numériques et des réseaux. Toutefois, l'adoption de la CN et de la CAO/FAO ne fut pas linéaire. Chez Boeing, l'usage de l'informatique s'est développé de manière cloisonnée entre l'ingénierie et la finance, ne convergeant qu'au milieu des années 1960 avec l'arrivée de l'IBM 360. Dans les ateliers, la multiplicité des supports de contrôle et la réticence initiale des opérateurs face au changement (illustrée par le slogan de l'époque « APT don't cut no chips ») furent des obstacles surmontés grâce à des démonstrations pratiques et aux efforts de standardisation collective. L'expérience de Boeing dans ce domaine a également conduit à la création des premiers départements destinés à l'informatique graphique (vers 1962) et à la production de films générés par ordinateur dès le début des années 1960. La diffusion de tables traçantes contrôlées par ordinateur (comme celles de Gerber) a ensuite amorcé le déclin progressif du dessin manuel. L'activité de Boeing est ainsi considérée comme l'un des moteurs de la transformation graphique de l'outil informatique.
Années 1960 Cette décennie marque la naissance de la conception assistée par ordinateur (CAO). En 1957, les bases du premier système sont jetées, avant de connaître un essor majeur dans les années 1960 grâce aux travaux de Patrick Hanratty, considéré comme le « père de la CAO/FAO ». Au sein de General Motors, il contribue à la création du système DAC (Design Automated by Computer). Hanratty fonde ensuite en 1971 la société MCS (Manufacturing and Consulting Services), dont les codes sources sont à l'origine de nombreux logiciels de CAO mécanique (MCAD) encore utilisés aujourd'hui. Parallèlement, Evans et Sutherland fondent en 1968 leur société spécialisée en informatique graphique, tandis que Computervision commercialise en 1969 le premier progiciel de CAO auprès de Xerox.
En 1963, Ivan Sutherland présente au Massachusetts Institute of Technology sa thèse de doctorat intitulée Sketchpad, A Man-Machine Graphical Communication System. Ce système expérimental permettait alors au concepteur de dessiner sur un écran à rayons cathodiques à l'aide d'un crayon optique. Sketchpad introduit des concepts révolutionnaires pour l'époque, tels que la gestion des contraintes géométriques, ainsi que les notions d'objets et d'instances. Il est considéré come le premier véritable logiciel de CAO à proposer une interaction graphique directehttps://partsolutions.com/60-years-of-cad-infographic-the-history-of-cad-since-1957/.
À ses débuts, la CAO est principalement l'apanage des grandes industries de l'aérospatiale e de l'automobile, en raison du coût exorbitant des calculateurs. Les premiers logiciels, essentiellement limités au dessin 2D, sont développés en interne par les services informatiques des entreprises, souvent en collaboration avec des centres de recherche universitaires. Parmi les exemples notables figurent le DAC de General Motors, le CADD de McDonnell-Douglas, le PDGS de Ford et le CADAM de Lockheed. La division Digigraphics de Control Data Corporation lance alors le premier système commercial avec crayon optique, vendu au prix de l'unité. Dans le même temps, la recherche européenne se concentre sur la modélisation 3D : l'équipe de Charles Lang à Cambridge, ainsi que les chercheurs français Paul de Casteljau (chez Citroën) et Pierre Bézier (chez Renault), développent des algorithmes de calcul pour les courbes et surfaces complexes, jetant ainsi les bases fondamentales de la CAO tridimensionnelle moderne.
Vers la fin des années 1960, l'intérêt commercial pour la CAO s'intensifie avec l'émergence de sociétés comme Applicon, Auto-trol, Computervision, Evans & Sutherland, SDRC et United Computing. Beaucoup de ces entreprises ont perduré, soit sous leur nom d'origine, soit en évoluant vers de nouvelles entités. Les pionniers tels que Hanratty, Sutherland et Lang ont conservé un rôle prédominant dans l'évolution technologique du secteur.
Années 1970
Durant les années 1970, la conception assistée par ordinateur (CAO) quitte progressivement le milieu de la recherche académique pour s'imposer dans le secteur industriel. Au début de la décennie, l'essentiel des logiciels est développé en interne par de grands groupes automobiles et aérospatiaux, souvent en étroite collaboration avec les universités. Parmi les pionniers de ce développement interne figurent Ford (PDGS), General Motors (CADANCE), Mercedes-Benz (SYRCO), Nissan (CAD-I, 1977), Toyota (TINCA, 1973 ; CADETT, 1979), ainsi que Lockheed (CADAM), McDonnell-Douglas (CADD) et Northrop (NCAD). À cette époque, la majorité des programmes sont encore bidimensionnels (2D) ; ils remplacent le dessin technique manuel tout en réduisant les erreurs et en facilitant la réutilisation des plans. Le développement de la CAO se concentre alors sur l'automatisation du dessin en deux dimensions. Ces systèmes permettent de tracer des lignes et des cercles sur écran, exigeant des opérateurs des compétences hybrides entre dessin industriel et programmation informatique. Des entreprises comme United Computing, Intergraph et IBM développent des applications majeures, bien qu'elles soient encore limitées par la puissance de calcul du matériel de l'époque. Le logiciel CADAM, conçu par Lockheed, s'impose comme l'un des outils les plus emblématiques de cette période. Il servira d'ailleurs de base au développement de CATIA par les Avions Marcel Dassault à partir de 1977, lequel demeure aujourd'hui l'un des logiciels de CAO les plus utilisés au monde.