浏览：次 2019-01-24 09:26
在工程设计CAD领域，中国建筑科学研究院由专业人员独立开发的PKPM等建筑设计系列配套软件取得了巨大成功，近十年来基本上主宰了国内市场，年销售额持续保持在3千万元，并且向4千万元迈进。但是建研院的发展经历带有特殊性，他们的成功经验并未带动我国整个CAD软件产业前进。相反，我们感到，中科院计算所CAD开放实验室在开发石化、化工行业工厂设计软件中的艰苦创业历程却有更大的典型性。他们从1995年起与中石化北京石化工程公司和扬子石化设计院合作，软件开发与工程设计两支专业队伍紧密结合，切实面向国内行业需求，坚持自主创新，加上组织技术措施得当，使得PDSOFT系列软件--配管设计、工艺流程图设计在国内市场上崭露头角，开始展示出强大的生命力。四年多来软件开发组大体维持在20人规模，其中三分之一以上是博士和在读博士生。开发配管软件共用了两年时间。每年的费用投入接近一百万元。软件上市后，还有大量的维护和服务工作，所以目前还入不敷出，需要用其他来源收入大量垫补。
但是这毕竟是发展软件产业的一条可行道路，步伐稳健，前途光明。中科院计算所经过体制改革，应用软件开发从CAD开放实验室分离出来，成立了中科辅龙公司，归属联想二部。
至于机械设计CAD系统，国产软件的最大市场仍是结合甩图板工程的二维绘图系统。技术上相对成熟，已经有一批知名度较高的品牌，像清华同方OpenCAD和MDS2000，华中InteCAD和开目CAD，北航海尔CAXA/EB，中科院凯思博宏PICAD和大恒HMCAD，浙大大天GS-iCAD等。这些软件从开发到上市，已有5~10年历史，其中最大装机量大概还没有突破十万套。
三维CAD国产软件在技术上还未定型，仍在不断改进基础算法和体系结构。像清华的CAD/CAM集成系列软件，早期产品采用的是以数据为中心的系统模型。GHCAD3.0改用以执行为中心的开放式支撑系统。到GHMDS1.0，系统模型转向采用面向对象结构。GHMDS2.0版引入总线（也称Broker）结构。最新版GHMDS4.0采用基于组件的两级总线结构，将应用组件连接到应用总线上，以便减轻核心总线的负担和增强异构数据进行格式转换的灵活性。这一快节奏发展过程再现了国外CAD系统30年来的成长缩影，从中得到的丰富经验是我国CAD界的一份宝贵财富。
基础算法中的瓶颈是NURBS曲面求交和裁剪、曲面间的光滑拼接和过渡、实体造型的布尔运算、几何约束求解等，很难使算法作到百分之百可靠，运行中不死机。于是一届一届投入博士生攻关。类似的程序调试工作非常细致、繁琐，很难写出原理上创新的论文。加上在国外，CAD的研究高潮已经过去，多媒体图形图像算法和网络技术成为新的热点，研究生开始对CAD产品开发出现厌战情绪，不能全身心投入，年轻教师队伍也不稳定。软件开发成了拉锯战。
从1996年起北航制造系统研究所首先引进ACIS几何造型平台，在它基础上开发了"金银花"CAD/CAM集成系统并且迅速进入国内市场。其他几所学校接着引进，稍后又引进了Parasolid平台。这种决策是正确的。我们还认为，从国家全局出发，也应该引进DCM2D/3D几何约束求解模块，甚至还可考虑引进最新版Microstation/J连同它的5种工程配置，分别面向机械、建筑、工厂设计、地理工程和土木工程应用。
宋健同志早在1995年的全国科技大会上指出，"我国应创立一批拥有自己的知识产权，具有较大生产规模的民族高技术产业，形成与发达国家你中有我，我中有你，势均力敌的格局"。1999年12月召开的第五届计算机应用联合学术会议大会特邀报告上王选同志谈到技术跨越的范例，北大方正一步跨入国际第四代整版激光照排系统，使用了国际最新技术和设备，但是有自己的高含金量"卖点"，方正有9个专利，买了欧洲3个专利。
"七五"期间当机械工业部全面铺开CAD软件开发时，美国华裔CAD专家关龙宝先生建议，集中使用投资从美国连人带产品买下一家CAD小公司。当然，为了用好国外技术，国内必须要有自己强大的开发队伍，有最前沿的需求刺激，有独到的技术创意，有优异的企业运行机制。我国信息产业的支柱----联想和方正都曾认真调研过CAD市场需求，都得到了一致结论，目前条件不成熟，不能介入CAD软件产业。
波音公司在1980~1985年孕育了TIGER系统，其中的NURBS曲面造型精髓被融进了当前最流行的两种CAD几何造型平台Parasolid和ACIS中。
通用汽车公司从60年代末至70年代中自己开发CADANCE系统，结果并不成功，但是从中培育了一个Fortran版小型软件包，含有二维绘图、曲面造型和数控加工编程等功能，称作AD2000，以后又升级为Anvil4000。它的源程序卖给了CDC、Calma、Auto-trol等公司，有力推动了70年代末、80年代初的小型机CAD/CAM系统蓬勃发展。
法国雷诺汽车公司一位制造工程师贝齐埃在1962年52岁时提出了一种全新的数学方法，用于构造汽车自由曲面，举世闻名。由他领导研制的Unisurf曲面造型和UniAPT曲面加工系统，从1972年起应用于汽车外形打样和模具加工，为计算机辅助几何设计CAGD研究方向奠定了最初的坚实理论基础和正确的发展方向。
达索飞机公司在1975年花一百万美元买下了CADAM源程序，学习CADAM的技术诀窍，同时又发展贝齐埃曲面造型方法，自主开发了CATIA飞机外形设计和数控加工系统。
以上所有这些研究开发都是为本公司的飞机、汽车生产服务的，属于公司自身的正常业务，所以不存在从外界集资问题。但是所有这些CAGD理论研究和软件开发成果都走向社会，进入市场，得到发扬光大，为全世界范围的CAD软件产业大发展作好了充分的技术准备和人才准备。
需要补充一点，英国剑桥大学CAD实验室的IanBraid在1973年完成了实体造型的博士论文。他和导师CharlesLang，以及同窗AlanGrayer都有很强的商业意识，1974年在剑桥买下了一幢小住宅楼，创办了ShapeData公司，并于1978年开发出第一代实体造型软件Romulus。1981年美国E&S公司买下ShapeData，着手开发美国版权的第二代产品Parasolid。1988年UG又买下Parasolid，将它融入UG集成系统中，并且将它变成一个实体和曲面造型通用几何平台，为其他CAD软件开发商提供高质量的、世界一流的几何造型核心功能。
1986年美国SpatialTechnology公司再次找到IanBraid等合作，开发了第三代面向对象的实体和曲面通用平台ACIS。产品名中的ACI是AlanGrayer，CharlesLang和IanBraid的名字字首，S是Solid（实体）的字首。ACIS于1989年上市后，由于它的技术性能好，很多CAD厂商都用它替换了自己产品中的原有模块。1993年Autodesk与SpatialTechnology签约，在ACIS平台上开发出MDT三维参数化特征设计系统，成为ACIS的最大用户。
以上用很多篇幅简要说明了CAD的技术发展史，主要为了强调一个观点，这就是国外在成熟的市场经济机制下，一切研究开发项目决不草率上马，都有明确的应用目标和周密的技术组织措施。凡是成功的成果，一定要倍加珍惜，尽量继承、采纳、接力、改进。
国外有一条规则，凡是能从市场上买到的，决不自己从头做起，外购一定比自制合算。同时卖方也懂得这个道理，必须合理定价，互通有无，决不能奇货可居，将别人拒之门外。CAD源程序虽然珍贵，但同样是商品，只是定价更高而己。Romulus卖给了E&S，成为Parasolid，几年后还可以改头换面卖给另一家公司，成为ACIS。
美国有规定，软件的源程序改动量超过20%，就是新软件，不叫抄袭，鼓励在继承中创新，不赞成重复做虚功，白白浪费人力、物力资源。一个项目失败了，并不稀奇，技术创新允许失败。但是即使一个软件系统整体上失败了，也要从中提取有用部分，创造新的商机。
三、CAD软件开发要经历艰苦的应用磨合，不能指望迅速得到市场回报
下面表一汇总了手头零星积累的国外CAD系统的启动开发年份、进入市场年份和年销售额增长情况。从表中数据看，CV、Calma、UG、SDRC、CATIA的发展过程都比较平稳。像CATIA这样的飞机外形设计、加工软件，1975年引进了美国的CADAM二维绘图源程序，自己开发三维系统，尽管对外销售套数增长很快，但到1990年，即在达索信息系统公司成立后第15年，年销售额只有1.1亿美元，而公司的总人数却达到了670人。
表1国外CAD系统的开发启动时间和年销售额增长情况
Intrgraph和Autodesk的软件开发面很宽，不断增加新品种，所以年销售额中很难区分出某种特定软件的市场销售情况。另外，Autodesk的雇员人数增长很快，部分原因是它陆续并购其他软件公司，统计数据会出现突变。还需要注意，CADAM和CATIA都属于第一代IBM主机型软件，计算机硬件、软件的价格都很高，当时只有大公司才有能力使用。CV、Calma、UG、Intergraph则属于小型机系统，一台PDP11、NOVA、Prime计算机带动4~8个图形终端，整个系统的价格下降很多，大中企业开始较多配置。到了AutoCAD的微机版软件，起步功能简单，真正普及了CAD绘图，销售量直线上升，年增长率才有可能达到很高的数字。
一般说来，CAD是产品的设计开发工具，各行各业都要使用，专业覆盖面非常宽。软件开发中必须将各个专业领域的传统设计方法转化成计算机上的操作，将原来的专业设计知识和经验体现为软件代码，使得应用人员在新的工作环境中感到计算机得心应手，善解人意，这就需要开发人员与应用人员共同经历一个长时间的磨合过程，不断修改程序，不断排除错误。
所以一个CAD新产品或新版本上市，一般不容易立刻得到广大用户的接受，有一个较长的磨合期，使得投资回报的速度放慢。
四、CAD软件产业在不断联合、并购中提高产品优势，扩大市场份额
当CAD技术越益成熟，市场越益扩大，广大企业界普遍认识到CAD/CIMS是传统产业技术改造的必由之路后，联合、兼并就成了CAD软件产业继续发展的一种主渠道。
CAD要求集成，一方面从产品开发全生命期看，要求产品设计与分析计算（CAE）、工艺规划（CAPP）、数控加工（NC）、质量控制（CAQ）、技术服务、备件供应、订货管理、生产计划管理等紧密衔接，实现产品设计制造管理一体化；另一方面从行业间的关系看，建筑、土木工程、铁路勘察设计等需要与地理信息系统（GIS）、通信、供水供电暖气通风、机械制造、微电子技术等沟通，同样要求跨行业的应用软件一体化。
先是CV公司在1983年兼并了英国剑桥的CIS实体造型软件公司，得到了Medusa软件；1989年又合并Calma公司，拥有了DDM和DimensionIII机械、工程设计软件。达索CATIA在1989年兼并了CADAM，交易额为2.7亿美元；1997年6月收购美国SolidWorks，交易额为3.1亿美元；1998年2月达索独资在美国成立Enovia公司，与IBM合作从事第二代产品数据管理系统PDMII的经营和开发。
1998年12月，达索、马特拉（Matra）和IBM在巴黎宣布：他们将建立一种在工业界独一无二的合作模式，提供给用户更强大的CAD/CAE/CAM/PDMII一体化解决方案。达索获得Matra的一个分支机构及其拥有的几个软件产品，如Euclid/Styler，Machinist，Cisigraph/Strim100和StrimFlow等。
美国于1985年创建的PTC公司，从事新一代参数化特征造型软件Pro/Engineer的开发，1988年11月产品上市，引起轰动，销售量持续增长，公司业务发展迅速。1997年11月PTC以2.62亿美元兼并了CV公司，占有了CV近30年来积累起来的CADDS5和OptegraCAD/PDM用户市场。以后又收购了英国Division公司，向虚拟现实市场进军。与此同时，PTC自己新开发的WindchillPDM系统受到企业界的重视，认为很多功能有独到创新。
SolidWorks、SolidEdge和Autodesk/MDT是微机版参数化特征造型系统的后起之秀。它们利用ACIS和Parasolid平台，充分发挥Windows的OLE功能，简化和改进Pro/Engineer的用户界面，整个系统的售价比Pro/Engineer低了一个数量级，因此从1995年末上市后在CAD界又一次引起轰动。基于分工原则，这三家产品都专注于发展几何造型功能，至于有限元分析、机构运动和动力学分析、数控加工编程、装配尺寸链误差分析等其他专业软件则与有关公司建立合作联盟。
Autodesk将这种战略伙伴关系称作"机械应用创业"（MAI），SolidWorks称作"金伙伴"（GoldPartner），SolidEdge称作"航海人"(Voyager)，联盟成员分工合作，共同发展。这种合作企业有二三十家，由于他们都使用ACIS或Parasolid几何平台，因此相互间很容易作到无缝集成。归纳起来，CAD软件产业经过30年来的升沉起伏，国际范围内应用于制造业的产品已经兼并成五大主导谱系：
1．IBM/Dassault--CATIA/CADAM，CATWEB，ENOVIA，Euclid/Styler，Cisigraph/Strim100，SolidWorks；
2．UGSolutions--UG，Parasolid，SolidEdge，InfoManager；
3．SDRC--I-Deas，MetaphaseII，Imageware；
4．PTC--Pro/Engineer，Pro/Desktop，Windchill，CV/CADDS5，Optegra，Division/VR；
5．Autodesk--AutoCAD，MDT，Inventor，3DStudioMAX，Map/World/Guide，Workcenter，LandDovelopment；
工程设计CAD软件中，以Intergraph的地位最为突出，Bentley是后起之秀，发展态势强劲。
六、国产CAD产业还是娇嫩的幼苗
我国早就重视CAD技术的应用开发。1983年8个部委在南通联合召开首届CAD应用工作会议，会上高校要求自主开发软件的呼声很高。航空工业部在1983年初与西德MBB公司互访，商定合作开发飞机设计制造管理集成系统，称作CADEMAS计划。中方从部属厂、所、校抽调技术骨干20余人，在德国工作到1988年。
"七五"期间机械工业部投入8,200万元，组织浙江大学、中科院沈阳计算所、北京自动化所、武汉外部设备所分别开发四套CAD通用支撑软件，并由34家下属厂、所、校合作开发24种重点产品的CAD应用系统。1986年我国启动863高技术计划，1992年启动"CAD应用工程"并将它列为"九五"计划的重中之重，这都一再掀起自主开发CAD软件的新热潮。