我國CAD軟件產(chǎn)業(yè)亟待研究現(xiàn)狀采取對策唐榮錫模板

資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請聯(lián)系改正或者刪除。中國CAD軟件產(chǎn)業(yè)亟待研究現(xiàn)狀采取對策作者:唐榮錫

更新時間:-3-310:08:15

在中國科協(xié)五屆五次全委會議上聽了中央領(lǐng)導(dǎo)溫家寶、錢其琛副總理等領(lǐng)導(dǎo)同志的講話,明確了中國要在參加世貿(mào)組織后的五年過渡期內(nèi)加緊調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu),用現(xiàn)代技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),同時發(fā)展高科技,實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,努力占領(lǐng)科技制高點。這是難得的機(jī)遇,又是嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

中國廣大制造業(yè)和工程建設(shè)業(yè)的技術(shù)發(fā)展方向是明確的,這就是用產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計、制造、施工、管理一體化技術(shù)建立現(xiàn)代企業(yè)的新運行機(jī)制。由國家科委倡導(dǎo)和主持的"CAD應(yīng)用工程"和863CIMS主題已經(jīng)實施了多年,卓有成效。可是,CAD軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上形勢需要,存在不少深層次的問題。

中國工程圖學(xué)學(xué)會的業(yè)務(wù)宗旨是研究工程圖的繪制理論和技術(shù)?，F(xiàn)在企業(yè)界要限期甩掉圖板,全面轉(zhuǎn)入CAD/CIMS集成化產(chǎn)品信息建模技術(shù),學(xué)會理應(yīng)全力投入這一歷史性變革中,發(fā)揮作用?？墒?又深感力不從心,亟待理順很多內(nèi)外關(guān)系。

一.Autodesk公司再次發(fā)難

1999年11月,即中美兩國就中國進(jìn)入世貿(mào)組織達(dá)成協(xié)議不久,美國Autodesk遠(yuǎn)東地區(qū)總裁高群耀博士向中國建設(shè)部所屬設(shè)計院提出要求,所有大小設(shè)計院,都應(yīng)配置設(shè)計員人數(shù)40%套數(shù)的正版AutoCAD繪圖軟件,AutoCADR14每套4,900元人民幣,LT版每套不到500元。其實早在1996年,針對知識產(chǎn)權(quán),高群耀博士已經(jīng)向機(jī)械工業(yè)部、航天工業(yè)部、建設(shè)部等建議,由政府部門出面,分?jǐn)備N售一批AutoCAD正版軟件。

當(dāng)時建設(shè)部分?jǐn)偟揭蝗f套,由于中國工程建設(shè)行業(yè)約有一萬家各級設(shè)計院所,各家花費很少,因此并無異議,皆大歡喜,而這次要價太高,于是堅決抵制。

早在1988年,在國家計劃委員會的支持下,在北京新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)實驗區(qū)創(chuàng)立了中京工程設(shè)計軟件技術(shù)公司,旨在群策群力,統(tǒng)籌解決工程設(shè)計行業(yè)的軟件需求。另外,從1988年起,中國勘察設(shè)計協(xié)會工程設(shè)計計算機(jī)應(yīng)用協(xié)會在建設(shè)部設(shè)計管理司和中國勘察設(shè)計協(xié)會的直接領(lǐng)導(dǎo)下,每隔2~3年舉辦一次全國工程設(shè)計優(yōu)秀軟件評選。至今已舉辦了5屆,累計評出金獎、銀獎、銅獎軟件共500多項。

十年來中京公司自己有一支軟件開發(fā)隊伍,依靠其它業(yè)務(wù)的經(jīng)營收入來維持軟件開發(fā)的資金投入。這次又由中國化工勘察協(xié)會和計算機(jī)應(yīng)用協(xié)會出面,組織了4家國產(chǎn)、2家國外繪圖系統(tǒng),進(jìn)行選型評比,下決心疏遠(yuǎn)AutoCAD。

選擇的國產(chǎn)系統(tǒng)是清華同方的MDS,北航海爾的CAXA,浙大大天的GS-iCAD和中京自己開發(fā)的一個原型系統(tǒng);國外系統(tǒng)是Intergraph和Bentley公司的Microstation。

國外的工程建設(shè)業(yè)大公司,使用Intergraph和Bentley產(chǎn)品的居多,香港新機(jī)場的設(shè)計中,也用Microstation軟件取代了AutoCAD。當(dāng)前,國內(nèi)已有多套二維支撐系統(tǒng),但因經(jīng)費、版權(quán)管理等原因都未形成產(chǎn)品,產(chǎn)生效益。當(dāng)前中京公司已為建設(shè)部職業(yè)資格注冊中心開發(fā)了一套注冊建筑師注冊結(jié)構(gòu)工程師計算機(jī)考試系統(tǒng)。其中已將其原型系統(tǒng)用在了這套軟件中,其二維繪圖功能是比較完善的。她們想在這套軟件的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步完善成為通用性繪圖平臺,公開源程序,讓各大設(shè)計院分別添加本專業(yè)的出圖功能,一勞永逸地解決繪圖軟件的知識產(chǎn)權(quán)問題。

二.從歷史對比中統(tǒng)一認(rèn)識

CAD軟件產(chǎn)業(yè)的茁壯成長取決于五大要素:應(yīng)用需求、技術(shù)積累、資金投入、隊伍素質(zhì)和運行機(jī)制。國際知名的CAD軟件,數(shù)量上以美國最多,其次法國?？墒蔷蛙浖a(chǎn)業(yè)的成功率看,法國居榜首。

CAD的核心技術(shù)是用最簡單、方便的操作來生成產(chǎn)品幾何形狀的精確數(shù)字定義而且實時顯示其真實感圖形。飛機(jī)、汽車的外形復(fù)雜,零、部件間的配合要求高,因此CAD技術(shù)的研究和軟件開發(fā)首先是從飛機(jī)和汽車行業(yè)發(fā)展起來的。

美國的洛克希德公司從1974年起向市場推出了CADAM系統(tǒng),成為70年代中至80年代末國際上最流行的第一代IBM主機(jī)版交互繪圖系統(tǒng)。

麥道公司從1976年起開發(fā)Unigraphics系統(tǒng),簡稱UG,至今仍是機(jī)械行業(yè)CAD/CAM的高端四大主流系統(tǒng)之一。

波音公司在1980~1985年孕育了TIGER系統(tǒng),其中的NURBS曲面造型精髓被融進(jìn)了當(dāng)前最流行的兩種CAD幾何造型平臺Parasolid和ACIS中。

通用汽車公司從60年代末至70年代中自己開發(fā)CADANCE系統(tǒng),結(jié)果并不成功,可是從中培育了一個Fortran版小型軟件包,含有二維繪圖、曲面造型和數(shù)控加工編程等功能,稱作AD,以后又升級為Anvil4000。它的源程序賣給了CDC、Calma、Auto-trol等公司,有力推動了70年代末、80年代初的小型機(jī)CAD/CAM系統(tǒng)蓬勃發(fā)展。

法國雷諾汽車公司一位制造工程師貝齊埃在1962年52歲時提出了一種全新的數(shù)學(xué)方法,用于構(gòu)造汽車自由曲面,舉世聞名。由她領(lǐng)導(dǎo)研制的Unisurf曲面造型和UniAPT曲面加工系統(tǒng),從1972年起應(yīng)用于汽車外形打樣和模具加工,為計算機(jī)輔助幾何設(shè)計CAGD研究方向奠定了最初的堅實理論基礎(chǔ)和正確的發(fā)展方向。

達(dá)索飛機(jī)公司在1975年花一百萬美元買下了CADAM源程序,學(xué)習(xí)CADAM的技術(shù)訣竅,同時又發(fā)展貝齊埃曲面造型方法,自主開發(fā)了CATIA飛機(jī)外形設(shè)計和數(shù)控加工系統(tǒng)。

以上所有這些研究開發(fā)都是為本公司的飛機(jī)、汽車生產(chǎn)服務(wù)的,屬于公司自身的正常業(yè)務(wù),因此不存在從外界集資問題?？墒撬羞@些CAGD理論研究和軟件開發(fā)成果都走向社會,進(jìn)入市場,得到發(fā)揚光大,為全世界范圍的CAD軟件產(chǎn)業(yè)大發(fā)展作好了充分的技術(shù)準(zhǔn)備和人才準(zhǔn)備。需要補(bǔ)充一點,英國劍橋大學(xué)CAD實驗室的IanBraid在1973年完成了實體造型的博士論文。她和導(dǎo)師CharlesLang,以及同窗AlanGrayer都有很強(qiáng)的商業(yè)意識,1974年在劍橋買下了一幢小住宅樓,創(chuàng)辦了ShapeData公司,并于1978年開發(fā)出第一代實體造型軟件Romulus。1981年美國E&S公司買下ShapeData,著手開發(fā)美國版權(quán)的第二代產(chǎn)品Parasolid。1988年UG又買下Parasolid,將它融入UG集成系統(tǒng)中,而且將它變成一個實體和曲面造型通用幾何平臺,為其它CAD軟件開發(fā)商提供高質(zhì)量的、世界一流的幾何造型核心功能。

1986年美國SpatialTechnology公司再次找到IanBraid等合作,開發(fā)了第三代面向?qū)ο蟮膶嶓w和曲面通用平臺ACIS。產(chǎn)品名中的ACI是AlanGrayer,CharlesLang和IanBraid的名字字首,S是Solid(實體)的字首。ACIS于1989年上市后,由于它的技術(shù)性能好,很多CAD廠商都用它替換了自己產(chǎn)品中的原有模塊。1993年Autodesk與SpatialTechnology簽約,在ACIS平臺上開發(fā)出MDT三維參數(shù)化特征設(shè)計系統(tǒng),成為ACIS的最大用戶。

以上用很多篇幅簡要說明了CAD的技術(shù)發(fā)展史,主要為了強(qiáng)調(diào)一個觀點,這就是國外在成熟的市場經(jīng)濟(jì)機(jī)制下,一切研究開發(fā)項目決不草率上馬,都有明確的應(yīng)用目標(biāo)和周密的技術(shù)組織措施。凡是成功的成果,一定要倍加珍惜,盡量繼承、采納、接力、改進(jìn)。

國外有一條規(guī)則,凡是能從市場上買到的,決不自己從頭做起,外購一定比自制合算。同時賣方也懂得這個道理,必須合理定價,互通有無,決不能奇貨可居,將別人拒之門外。CAD源程序雖然珍貴,但同樣是商品,只是定價更高而己。Romulus賣給了E&S,成為Parasolid,幾年后還能夠改頭換面賣給另一家公司,成為ACIS。

美國有規(guī)定,軟件的源程序改動量超過20%,就是新軟件,不叫抄襲,鼓勵在繼承中創(chuàng)新,不贊成重復(fù)做虛功,白白浪費人力、物力資源。一個項目失敗了,并不稀奇,技術(shù)創(chuàng)新允許失敗?？墒羌词挂粋€軟件系統(tǒng)整體上失敗了,也要從中提取有用部分,創(chuàng)造新的商機(jī)。

三.CAD軟件開發(fā)要經(jīng)歷艱苦的應(yīng)用磨合,不能指望迅速得到市場回報

下面表一匯總了手頭零星積累的國外CAD系統(tǒng)的啟動開發(fā)年份、進(jìn)入市場年份和年銷售額增長情況。從表中數(shù)據(jù)看,CV、Calma、UG、SDRC、CATIA的發(fā)展過程都比較平穩(wěn)。像CATIA這樣的飛機(jī)外形設(shè)計、加工軟件,1975年引進(jìn)了美國的CADAM二維繪圖源程序,自己開發(fā)三維系統(tǒng),盡管對外銷售套數(shù)增長很快,但到1990年,即在達(dá)索信息系統(tǒng)公司成立后第,年銷售額只有1.1億美元,而公司的總?cè)藬?shù)卻達(dá)到了670人。表1國外CAD系統(tǒng)的開發(fā)啟動時間和年銷售額增長情況Intergraph和Autodesk的軟件開發(fā)面很寬,不斷增加新品種,因此年銷售額中很難區(qū)分出某種特定軟件的市場銷售情況。另外,Autodesk的雇員人數(shù)增長很快,部分原因是它陸續(xù)并購其它軟件公司,統(tǒng)計數(shù)據(jù)會出現(xiàn)突變。還需要注意,CADAM和CATIA都屬于第一代IBM主機(jī)型軟件,計算機(jī)硬件、軟件的價格都很高,當(dāng)時只有大公司才有能力使用。CV、Calma、UG、Intergraph則屬于小型機(jī)系統(tǒng),一臺PDP11、NOVA、Prime計算機(jī)帶動4~8個圖形終端,整個系統(tǒng)的價格下降很多,大中企業(yè)開始較多配置。到了AutoCAD的微機(jī)版軟件,起步功能簡單,真正普及了CAD繪圖,銷售量直線上升,年增長率才有可能達(dá)到很高的數(shù)字。

一般說來,CAD是產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)工具,各行各業(yè)都要使用,專業(yè)覆蓋面非常寬。軟件開發(fā)中必須將各個專業(yè)領(lǐng)域的傳統(tǒng)設(shè)計方法轉(zhuǎn)化成計算機(jī)上的操作,將原來的專業(yè)設(shè)計知識和經(jīng)驗體現(xiàn)為軟件代碼,使得應(yīng)用人員在新的工作環(huán)境中感到計算機(jī)得心應(yīng)手,善解人意,這就需要開發(fā)人員與應(yīng)用人員共同經(jīng)歷一個長時間的磨合過程,不斷修改程序,不斷排除錯誤。

因此一個CAD新產(chǎn)品或新版本上市,一般不容易馬上得到廣大用戶的接受,有一個較長的磨合期,使得投資回報的速度放慢。

四.CAD軟件產(chǎn)業(yè)在不斷聯(lián)合、并購中提高產(chǎn)品優(yōu)勢,擴(kuò)大市場份額

當(dāng)CAD技術(shù)越益成熟,市場越益擴(kuò)大,廣大企業(yè)界普遍認(rèn)識到CAD/CIMS是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)改造的必由之路后,聯(lián)合、兼并就成了CAD軟件產(chǎn)業(yè)繼續(xù)發(fā)展的一種主渠道。

CAD要求集成,一方面從產(chǎn)品開發(fā)全生命期看,要求產(chǎn)品設(shè)計與分析計算(CAE)、工藝規(guī)劃(CAPP)、數(shù)控加工(NC)、質(zhì)量控制(CAQ)、技術(shù)服務(wù)、備件供應(yīng)、訂貨管理、生產(chǎn)計劃管理等緊密銜接,實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計制造管理一體化;另一方面從行業(yè)間的關(guān)系看,建筑、土木工程、鐵路勘察設(shè)計等需要與地理信息系統(tǒng)(GIS)、通信、供水供電暖氣通風(fēng)、機(jī)械制造、微電子技術(shù)等溝通,同樣要求跨行業(yè)的應(yīng)用軟件一體化。

先是CV公司在1983年兼并了英國劍橋的CIS實體造型軟件公司,得到了Medusa軟件;1989年又合并Calma公司,擁有了DDM和DimensionIII機(jī)械、工程設(shè)計軟件。達(dá)索CATIA在1989年兼并了CADAM,交易額為2.7億美元;1997年6月收購美國SolidWorks,交易額為3.1億美元;1998年2月達(dá)索獨資在美國成立Enovia公司,與IBM合作從事第二代產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)PDMII的經(jīng)營和開發(fā)。

1998年12月,達(dá)索、馬特拉(Matra)和IBM在巴黎宣布:她們將建立一種在工業(yè)界獨一無二的合作模式,提供給用戶更強(qiáng)大的CAD/CAE/CAM/PDMII一體化解決方案。達(dá)索獲得Matra的一個分支機(jī)構(gòu)及其擁有的幾個軟件產(chǎn)品,如Euclid/Styler,Machinist,Cisigraph/Strim100和StrimFlow等。

美國于1985年創(chuàng)立的PTC公司,從事新一代參數(shù)化特征造型軟件Pro/Engineer的開發(fā),1988年11月產(chǎn)品上市,引起轟動,銷售量持續(xù)增長,公司業(yè)務(wù)發(fā)展迅速。1997年11月PTC以2.62億美元兼并了CV公司,占有了CV近30年來積累起來的CADDS5和OptegraCAD/PDM用戶市場。以后又收購了英國Division公司,向虛擬現(xiàn)實市場進(jìn)軍。與此同時,PTC自己新開發(fā)的WindchillPDM系統(tǒng)受到企業(yè)界的重視,認(rèn)為很多功能有獨到創(chuàng)新。

SolidWorks、SolidEdge和Autodesk/MDT是微機(jī)版參數(shù)化特征造型系統(tǒng)的后起之秀。它們利用ACIS和Parasolid平臺,充分發(fā)揮Windows的OLE功能,簡化和改進(jìn)Pro/Engineer的用戶界面,整個系統(tǒng)的售價比Pro/Engineer低了一個數(shù)量級,因此從1995年末上市后在CAD界又一次引起轟動?；诜止ぴ瓌t,這三家產(chǎn)品都專注于發(fā)展幾何造型功能,至于有限元分析、機(jī)構(gòu)運動和動力學(xué)分析、數(shù)控加工編程、裝配尺寸鏈誤差分析等其它專業(yè)軟件則與有關(guān)公司建立合作聯(lián)盟。

Autodesk將這種戰(zhàn)略伙伴關(guān)系稱作"機(jī)械應(yīng)用創(chuàng)業(yè)"(MAI),SolidWorks稱作"金伙伴"(GoldPartner),SolidEdge稱作"航海人"(Voyager),聯(lián)盟成員分工合作,共同發(fā)展。這種合作企業(yè)有二三十家,由于她們都使用ACIS或Parasolid幾何平臺,因此相互間很容易作到無縫集成。歸納起來,CAD軟件產(chǎn)業(yè)經(jīng)過30年來的升沉起伏,國際范圍內(nèi)應(yīng)用于制造業(yè)的產(chǎn)品已經(jīng)兼并成五大主導(dǎo)譜系:

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;

工程設(shè)計CAD軟件中,以Intergraph的地位最為突出,Bentley是后起之秀,發(fā)展態(tài)勢強(qiáng)勁。

五.CAD通用幾何平臺的建設(shè)在不斷拓廣和深化

任何產(chǎn)品的設(shè)計,都被包容在CAD的覆蓋范圍內(nèi)。任何專業(yè)CAD廠商都永遠(yuǎn)不可能滿足所有客戶的一切設(shè)計需求。因此CAD系統(tǒng)必須作成開放式,為廣大用戶的二次開發(fā)提供一切方便。CAD軟件又應(yīng)該使各類用戶所設(shè)計的對象都產(chǎn)生統(tǒng)一的數(shù)據(jù)文件存儲格式,保證不同廠商的CAD文檔能夠相互兼容,實現(xiàn)資源共享,達(dá)到無縫集成。而開發(fā)通用幾何平臺,特別像ACIS,在全世界范圍內(nèi)經(jīng)過評比精選出最優(yōu)模塊納入到平臺里,將使所有選用ACIS平臺的CAD軟件開發(fā)商受益,提高了全行業(yè)的軟件質(zhì)量和水平。而且所有這些軟件由于采用統(tǒng)一的產(chǎn)品定義幾何模型,而自然成為一個大CIMS系統(tǒng)里的一個模塊。每個模塊都能夠置換,能夠分成高中低三檔,讓用戶自己組裝,形成最經(jīng)濟(jì)、適用的專業(yè)CAD系統(tǒng)。

誕生于70年代初的AD是通用平臺的第一代產(chǎn)品,它培育了整整一代小型機(jī)CAD系統(tǒng),流行于70年代中到80年代初的小型機(jī)版CV、Calma、Applicon、Gerber、Auto-trol等軟件都從中直接或間接得到教益。

1983年初創(chuàng)立的美國UniCAD公司開發(fā)了工作站上的第二代通用幾何平臺,稱作M/P/E(Modifiable/Portable/Extendable),意思是整個系統(tǒng)能夠修改、移植和擴(kuò)充,有良好的開放性。中國航空工業(yè)部在七五期間開發(fā)CAD/CAM系統(tǒng)時使用了M/P/E平臺。第三代幾何平臺使用面向?qū)ο蟮捏w系結(jié)構(gòu),品種很多。除了ACIS和Parasolid,CV公司于1992年推出CV-DORS,1995年又推出微機(jī)版Pelorus平臺。法國Matra/Euclid推出CAS.CADE。日本用MicroCADAM二維繪圖、三維線框系統(tǒng)和DesignBase曲面系統(tǒng)構(gòu)成Helix平臺。創(chuàng)立于1984年的美國Bentley公司開發(fā)了三維幾何系統(tǒng)Microstation,Intergraph在1988年用它作為幾何平臺形成I/EMS機(jī)械設(shè)計系統(tǒng),而且廣泛應(yīng)用于工程設(shè)計軟件的新版本中。

由于機(jī)械CAD中,參數(shù)化可變異特征造型業(yè)已成為當(dāng)前的常規(guī),產(chǎn)品的尺寸參數(shù)允許隨意修改,軟件系統(tǒng)中需要加強(qiáng)相應(yīng)的幾何約束求解能力。畢業(yè)于英國劍橋大學(xué)的JohnOwen博士于1989年在劍橋創(chuàng)辦了D-cubed公司,1990年推出二維約束求解軟件DCM2D,到1999年為止,已有57家用戶,應(yīng)用于43種CAD產(chǎn)品中。1995年推出三維軟件DCM3D,至今有23家用戶,應(yīng)用于13種產(chǎn)品中。它已成為CAD通用幾何平臺中的一個必要模塊。DCM對中國的報價大約是7萬英磅。

第四代幾何平臺只聽說有Microstation/J,這是Bentley公司于1998年10月發(fā)布的。據(jù)《計算機(jī)輔助設(shè)計與制造》1999(1)報道,它是基于一個全新的內(nèi)核技術(shù)JMDL語言(JavaMicrostationDevelopmentLanguage),而且繼承和加強(qiáng)了前一版的全部功能,包括:Web工具、數(shù)字簽字、支持工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)矢量/光柵文件格式(DWG/DXF/IGES/STEP/CGM/TIFF/JPEG等),有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫連接能力(SQL/Oracle/Informix/Sybase等),全面支持各種操作系統(tǒng)及硬件平臺(多個版本的Unix/Windows95/98/NT/Macintosh等)。它融合了Parasolid和NURBS曲面造型技術(shù),構(gòu)成自己的SmartSolid,使得機(jī)械、建筑、工廠設(shè)計、GIS等工程領(lǐng)域的應(yīng)用能經(jīng)過三維實體模型實現(xiàn)高層次數(shù)據(jù)交換。

Microstation/J有五種工程配置,供用戶選擇,包括:面向機(jī)械領(lǐng)域的Modeler;面向建筑領(lǐng)域的Triforma;面向工廠設(shè)計領(lǐng)域的PlantSchematic;面向地理工程領(lǐng)域的GeoGraphics;面向土木(道路橋梁)工程領(lǐng)域的CivilPak。Microstation/J中文版已于1999年底在中國發(fā)行。

1999年10月27日Autodesk在北京介紹新的三維機(jī)械設(shè)計軟件Inventor。這是Autodesk從1996年春開始,在圣地埃戈集中了120多人,用三年半時間開發(fā)成的。用戶界面更加簡單直觀,操作更加簡便,草圖設(shè)計能力更強(qiáng),自頂向下進(jìn)行產(chǎn)品裝配設(shè)計時允許用二維草圖作為部件方案,與詳細(xì)展開的三維結(jié)構(gòu)模型并列,融入統(tǒng)一的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹中。UG也在著手開發(fā)新一代的特征造型系統(tǒng)。技術(shù)的發(fā)展永無止境,一個企業(yè)的產(chǎn)品發(fā)展策略如果棋錯一著,將有可能產(chǎn)生全盤皆輸?shù)膽K重后果。

六.國CAD產(chǎn)業(yè)還是嬌嫩的幼苗

中國早就重視CAD技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)。1983年8個部委在南通聯(lián)合召開首屆CAD應(yīng)用工作會議,會上高校要求自主開發(fā)軟件的呼聲很高。航空工業(yè)部在1983年初與西德MBB公司互訪,商定合作開發(fā)飛機(jī)設(shè)計制造管理集成系統(tǒng),稱作CADEMAS計劃。中方從部屬廠、所、校抽調(diào)技術(shù)骨干20余人,在德國工作到1988年。

"七五"期間機(jī)械工業(yè)部投入8,200萬元,組織浙江大學(xué)、中科院沈陽計算所、北京自動化所、武漢外部設(shè)備所分別開發(fā)四套CAD通用支撐軟件,并由34家下屬廠、所、校合作開發(fā)24種重點產(chǎn)品的CAD應(yīng)用系統(tǒng)。1986年中國啟動863高技術(shù)計劃,1992年啟動"CAD應(yīng)用工程"并將它列為"九五"計劃的重中之重,這都一再掀起自主開發(fā)CAD軟件的新熱潮。

《計算機(jī)輔助設(shè)計與制造》1999(2)報道,1993年秋廣東順德市容奇鎮(zhèn)個人投資110萬美元,與清華、華中合作成立高華公司。1995年秋容奇鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展總公司按原價購買了高華的全部股份,繼續(xù)向高華投入一千多萬元現(xiàn)金,指望到1997年底高華CAD軟件的累計銷售額達(dá)到三千一百萬元。1999年秋高華并入清華同方,1998年11月華中軟件公司改制成為武漢天喻信息產(chǎn)業(yè)公司,容奇則于1998年10月轉(zhuǎn)向北京達(dá)碩公司,開發(fā)基于AutoCAD內(nèi)核的工程建設(shè)CAD軟件。首期投入500萬元,最終將達(dá)到3千萬元。如果順利,希望三年左右能夠累計銷售收入2億元。

在工程設(shè)計CAD領(lǐng)域,中國建筑科學(xué)研究院由專業(yè)人員獨立開發(fā)的PKPM等建筑設(shè)計系列配套軟件取得了巨大成功,近十年來基本上主宰了國內(nèi)市場,年銷售額持續(xù)保持在3千萬元,而且向4千萬元邁進(jìn)。可是建研院的發(fā)展經(jīng)歷帶有特殊性,她們的成功經(jīng)驗并未帶動中國整個CAD軟件產(chǎn)業(yè)前進(jìn)。相反,我們感到,中科院計算所CAD開放實驗室在開發(fā)石化、化工行業(yè)工廠設(shè)計軟件中的艱苦創(chuàng)業(yè)歷程卻有更大的典型性。她們從1995年起與中石化北京石化工程公司和揚子石化設(shè)計院合作,軟件開發(fā)與工程設(shè)計兩支專業(yè)隊伍緊密結(jié)合,切實面向國內(nèi)行業(yè)需求,堅持自主創(chuàng)新,加上組織技術(shù)措施得當(dāng),使得PDSOFT系列軟件--配管設(shè)計、工藝流程圖設(shè)計在國內(nèi)市場上嶄露頭角,開始展示出強(qiáng)大的生命力。四年多來軟件開發(fā)組大致維持在20人規(guī)模,其中三分之一以上是博士和在讀博士生。開發(fā)配管軟件共用了兩年時間。每年的費用投入接近一百萬元。軟件上市后,還有大量的維護(hù)和服務(wù)工作,因此當(dāng)前還入不敷出,需要用其它來源收入大量墊補(bǔ)。

可是這畢竟是發(fā)展軟件產(chǎn)業(yè)的一條可行道路,步伐穩(wěn)健,前途光明。中科院計算所經(jīng)過體制改革,應(yīng)用軟件開發(fā)從CAD開放實驗室分離出來,成立了中科輔龍公司,歸屬聯(lián)想二部。

至于機(jī)械設(shè)計CAD系統(tǒng),國產(chǎn)軟件的最大市場仍是結(jié)合甩圖板工程的二維繪圖系統(tǒng)。技術(shù)上相對成熟,已經(jīng)有一批知名度較高的品牌,像清華同方OpenCAD和MDS,華中InteCAD和開目CAD,北航海爾CAXA/EB,中科院凱思博宏P(guān)ICAD和大恒HMCAD,浙大大天GS-iCAD等。這些軟件從開發(fā)到上市,已有5~歷史,其中最大裝機(jī)量大概還沒有突破十萬套。

三維CAD國產(chǎn)軟件在技術(shù)上還未定型,仍在不斷改進(jìn)基礎(chǔ)算法和體系結(jié)構(gòu)。像清華的CAD/CAM集成系列軟件,早期產(chǎn)品采用的是以數(shù)據(jù)為中心的系統(tǒng)模型。GHCAD3.0改用以執(zhí)行為中心的開放式支撐系統(tǒng)。到GHMDS1.0,系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)向采用面向?qū)ο蠼Y(jié)構(gòu)。GHMDS2.0版引入總線(也稱Broker)結(jié)構(gòu)。最新版GHMDS4.0采用基于組件的兩級總線結(jié)構(gòu),將應(yīng)用組件連接到應(yīng)用總線上,以便減輕核心總線的負(fù)擔(dān)和增強(qiáng)異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換的靈活性。這一快節(jié)奏發(fā)展過程再現(xiàn)了國外CAD系統(tǒng)30年來的成長縮影,從中得到的豐富經(jīng)驗是中國CAD界的一份寶貴財富。

基礎(chǔ)算法中的瓶頸是NURBS曲面求交和裁剪、曲面間的光滑拼接和過渡、實體造型的布爾運算、幾何約束求解等,很難使算法作到百分之百可靠,運行中不死機(jī)。于是一屆一屆投入博士生攻關(guān)。類似的程序調(diào)試工作非常細(xì)致、繁瑣,很難寫出原理上創(chuàng)新的論文。加上在國外,CAD的研究高潮已經(jīng)過去,多媒體圖形圖像算法和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成為新的熱點,研究生開始對CAD產(chǎn)品開發(fā)出現(xiàn)厭戰(zhàn)情緒,不能全身心投入,年輕教師隊伍也不穩(wěn)定。軟件開發(fā)成了拉鋸戰(zhàn)。

從1996年起北航制造系統(tǒng)研究所首先引進(jìn)ACIS幾何造型平臺,在它基礎(chǔ)上開發(fā)了"金銀花"CAD/CAM集成系統(tǒng)而且迅速進(jìn)入國內(nèi)市場。其它幾所學(xué)校接著引進(jìn),稍后又引進(jìn)了Parasolid平臺。這種決策是正確的。我們還認(rèn)為,從國家全局出發(fā),也應(yīng)該引進(jìn)DCM2D/3D幾何約束求解模塊,甚至還可考慮引進(jìn)最新版Microstation/J連同它的5種工程配置,分別面向機(jī)械、建筑、工廠設(shè)計、地理工程和土木工程應(yīng)用。

宋健同志早在1995年的全國科技大會上指出,"中國應(yīng)創(chuàng)立一批擁有自己的知識產(chǎn)權(quán),具有較大生產(chǎn)規(guī)模的民族高技術(shù)產(chǎn)業(yè),形成與發(fā)達(dá)國家你中有我,我中有你,勢均力敵的格局"。1999年12月召開的第五屆計算機(jī)應(yīng)用聯(lián)合學(xué)術(shù)會議大會特邀報告上王選同志談到技術(shù)跨越的范例,北大方正一步跨入國際第四代整版激光照排系統(tǒng),使用了國際最新技術(shù)和設(shè)備,可是有自己的高含金量"賣點",方正有9個專利,買了歐洲3個專利。

"七五"期間當(dāng)機(jī)械工業(yè)部全面鋪開CAD軟件開發(fā)時,美國華裔CAD專家關(guān)龍寶先生建議,集中使用投資從美國連人帶產(chǎn)品買下一家CAD小公司。當(dāng)然,為了用好國外技術(shù),國內(nèi)必須要有自己強(qiáng)大的開發(fā)隊伍,有最前沿的需求刺激,有獨到的技術(shù)創(chuàng)意,有優(yōu)異的企業(yè)運行機(jī)制。中國信息產(chǎn)業(yè)的支柱----聯(lián)想和方正都曾認(rèn)真調(diào)研過CAD市場需求,都得到了一致結(jié)論,當(dāng)前條件不成熟,不能介入CAD軟件產(chǎn)業(yè)。七.一點認(rèn)識和遐想

1.為了加緊改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),需要振興裝備制造業(yè)。CAD/CAM技術(shù)是優(yōu)質(zhì)高效發(fā)展裝備制造業(yè)和改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的必備工具,在中國高科技發(fā)展計劃中應(yīng)該占有優(yōu)先地位。

2.CAD技術(shù)普遍應(yīng)用于所有制造業(yè)和工程建設(shè)業(yè)。GIS地理信息系統(tǒng)不屬于CAD范疇,但它所采用的地形地貌表示方法、軟件開發(fā)技術(shù)以及工程應(yīng)用領(lǐng)域都與CAD密不可分。難怪Autodesk和Bentley公司都將GIS作為CAD集成產(chǎn)品中的一個分支,用AutoCAD和Microstation提供統(tǒng)一的幾何建模平臺。因此,CAD的技術(shù)研究和應(yīng)用開發(fā)需要從整個應(yīng)用全局來統(tǒng)籌規(guī)劃。

3.高水平的通用幾何造型平臺是發(fā)展CAD軟件產(chǎn)業(yè)的一級火箭助推器,它是從眾多成功的具體應(yīng)用軟件功能中萃取得來。因此,沒有成功的研制拔尖應(yīng)用軟件的實踐基礎(chǔ),就談不上研制世界一流幾何平臺。而要實現(xiàn)技術(shù)跨越,不采用最先進(jìn)的通用平臺,不但耽誤進(jìn)度,甚至?xí)诙鵁o功。怎樣解開這個死結(jié)?看來以兩條腿走路為宜。一面使用引進(jìn)平臺,一面擇優(yōu)重點扶植國內(nèi)基礎(chǔ)好的單位及早上馬自主研制平臺,從國內(nèi)領(lǐng)先水平的已有基礎(chǔ)功能作起。

4.二維繪圖軟件的市場陣地必須牢牢占領(lǐng)。要鼓勵企業(yè)公開自己產(chǎn)品的數(shù)據(jù)文件存儲格式和系統(tǒng)函數(shù)功能,以方便用戶的二次開發(fā)和實現(xiàn)國內(nèi)軟件的異構(gòu)集成,作到資源共享。中國現(xiàn)有技術(shù)刊物中大量討論AutoCAD二次開發(fā)方法的一邊倒局面希望及早得到改變,要更多組織稿件討論國產(chǎn)軟件的開發(fā)、集成技術(shù)。要引導(dǎo)國產(chǎn)軟件開發(fā)單位主動聯(lián)合,以達(dá)到技術(shù)集中,資源集中,迅速擴(kuò)大市場份額的目的。

5.中京公司希望用自主繪圖平臺二次開發(fā)工程建設(shè)業(yè)的專業(yè)繪圖系統(tǒng),建議效仿LORIC-SDRC模式,由中京公司聯(lián)絡(luò)各大設(shè)計院,與國內(nèi)二三家主流繪圖軟件企業(yè)共同組成技術(shù)服務(wù)中心,統(tǒng)一支持各種專業(yè)系統(tǒng)的二次開發(fā)。LORIC是中國機(jī)車車輛工業(yè)總公司的簡稱,于1999年4月與美國SDRC公司共同成立技術(shù)服務(wù)中心,為機(jī)車行業(yè)推廣應(yīng)用SDRC/I-Deas軟件作統(tǒng)一的咨詢服務(wù)支持,詳見《計算機(jī)輔助設(shè)計與制造》1999(6)。

6.CAD軟件有很長的研究開發(fā)和調(diào)試維護(hù)周期,需要有足夠的資金墊付。國內(nèi)各開發(fā)單位都有自己的投入產(chǎn)出詳細(xì)賬目,能否公開其中一部分,以便如實作出科學(xué)結(jié)論,在中國條件下合理可行的投資力度和預(yù)期回報周期究竟以多少為宜。國外成功的CAD軟件廠商,一般將20%左右年銷售額投入預(yù)研,并計入開發(fā)成本。中國最好的CAD軟件企業(yè),當(dāng)前大概至多只能作到收支平衡,略有結(jié)余,離開進(jìn)入自我發(fā)展的良性循環(huán)還很遙遠(yuǎn)。能否設(shè)想,國家從企業(yè)因應(yīng)用CAD技術(shù)而獲得的效益中提取一定比例來支持中國整個CAD軟件產(chǎn)業(yè)和高等學(xué)校的研究開發(fā),從國家全局來統(tǒng)籌確保CAD/CIMS的可持續(xù)發(fā)展。

7.高校的CAD研究有待加強(qiáng),特別要抓緊稍長遠(yuǎn)的預(yù)研和當(dāng)前開發(fā)中的攻關(guān)難題。從1974年起,復(fù)旦大學(xué)蘇步青先生為江南造船廠設(shè)計了船身放樣曲線光順?biāo)惴?中國科技大學(xué)常庚哲老師為貴州安順飛機(jī)廠用孔斯曲面構(gòu)造殲擊機(jī)的機(jī)頭罩和進(jìn)氣道曲面外形,北航熊振翔老師等為沈陽飛機(jī)廠建立了殲擊機(jī)的全機(jī)外形數(shù)學(xué)模型,中科院計算中心孫家昶老師為上海飛機(jī)廠設(shè)計了機(jī)身曲面光順?biāo)惴ǖ取Ｔ谡憬髮W(xué)梁友棟老師的組織下,這些CAGD界的前驅(qū),連同吉林大學(xué)、山東大學(xué)、西北大學(xué)的有關(guān)數(shù)學(xué)老師,共同成立了計算幾何協(xié)作組,每隔一、二年聚會一次,交流學(xué)術(shù)研究與應(yīng)用實踐心得。到了今天,這支隊伍已經(jīng)逐漸散失,難以為繼了。在當(dāng)前情況下,為了更好推動CAD軟件研究,必須要有先進(jìn)的幾何造型平臺來支持基礎(chǔ)算法的試驗。美國的ACIS就起了這一作用,可是它的價格貴,難以在中國普及。因此,從CAD應(yīng)用研究角度看,同樣急需自主研制基礎(chǔ)平臺。好在供研究用的平臺,與供商品軟件開發(fā)相比,在算法可靠性上能夠降低要求。只要國家扶植,不難用高校的已有技術(shù)積累迅速形成中國自己的二三個幾何平臺。不妨敞開源程序,公開攻關(guān)難題,動員廣大數(shù)學(xué)界、科技界師生來共同尋求新的突破策略。這樣的幾何平臺也能夠廣泛應(yīng)用于CAD教學(xué)。北航703專業(yè)(飛行器制造工程)近十多年來一直用自主開發(fā)的PandaCAD/CAM軟件源程序供研究生參考,使得研究生迅速獲得較高的應(yīng)用軟件開發(fā)能力。類似經(jīng)驗值得推廣。

8.CAD應(yīng)用工程已經(jīng)在各行業(yè)中分別制定了應(yīng)用普及率和覆蓋率指標(biāo)。由于眾多示范企業(yè)在CAD/CIMS技改實踐中取得了巨大效益,有目共睹,因此各行業(yè)實際推廣CAD/CIMS的速度要超過原計劃。這就