清华往事~CAD工业设计软件的发展现状简述

正好有个契机调研CAD工业软件的发展现状,这就又让我回忆起来24年前在清华计算机公司实习做CAD产品的事情。本来已经完全淡忘的人和事,在这不经意间,也没有特别去回忆,忽然间就浮现在脑海,于是就赶快记录下来,要不然就真的忘记了

一、清华往事

1994年前后在清华计算机公司(那个时候还不叫紫光,位于清华东门)实习,参加到THDAIMS(类似清华工业图纸管理系统)产品组,这是一个类似AutoCAD的产品,用于石油行业图纸数字化等工作,同班陈晶、二班范春燕也在同一个办公室实习。后来才知道,这个产品是响应行业“甩图版”计划(1991年国务委员宋健提出)而出现的。当时THDAIMS的平台是Unix,可以在各种工作站上运行,记得还有X86的Solaris系统。我的指导老师是李新友老师,有两位师兄指导具体工作,印象比较深刻的一位师兄名字叫做王书武,本科毕业,很帅,他非常擅长在各个不同的Unix之间交叉编译和部署,基本上各种古怪的工程问题、现场故障都是他解决的。还有一位硕士师兄记不起来名字了。交给我的任务除了Fix Bug之外,就是要实现THDAIMS系统的保存/打开AutoCAD的DXF文件(纯文本),也就是个兼容性的活,非常细节和琐碎,也没有资料,基本上是逆向工程(Reverse Engineering)需要各种实验才能弄明白存储内容和实际展现结果的关系,终于后面形成了一个初步版本。这也让我对RE产生了浓厚的兴趣也不断获得成就感:-)

搜索了一下,我的这段工作在李新友老师的论文中出现了(“New Techniques in TH-DAIMS 2.0”,Computer Applications in Production Engineering pp 151-160,1995),还是挺有成就感的由于搜索引擎历史不够长,THDAIMS后来走向没法清晰查找,后面要是遇到当事人再问问。

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同期在清华计算机系还有另外一个团队也在做CAD产品,叫做高华CAD(GHCAD),由孙家广老师带领,在南门附近产业楼办公。记得我们班来自湖北的状元肖欲晓在高华CAD实习,她在那里遇到了高年级的师兄余虎,后来成双成对就出国了。高华CAD产业化发展了相当长时间,后来看到清华同方出了一个OpenCAD,不知道是否和GHCAD有关系。

直到这次调研,才知道高华CAD的一些背景,转载如下

《计算机辅助设计与制造》1999报道,1993年秋广东顺德市容奇镇个人投资110万美元,与清华、华中合作成立高华公司。1995年秋容奇镇经济发展总公司按原价购买了高华的全部股份,继续向高华投入一千多万元现金,指望到1997年底高华CAD软件的累计销售额达到三千一百万元。1999年秋高华并入清华同方,1998年11月华中软件公司改制成为武汉天喻信息产业公司,容奇则于1998年10月转向北京达硕公司,开发基于AutoCAD内核的工程建设CAD软件。首期投入500万元,最终将达到3千万元。如果顺利,希望三年左右能够累计销售收入2亿元…

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

曾经有过一段还算不错的小日子。从“七五”到“十五”(1986-2005),国家对于国产自主工业软件一直是有扶持的,当时主要的扶持渠道是国家机械部(机电部)的“CAD攻关项目”、国家科委(科技部)的“863/CIMS、制造业信息化工程”。

国家机械部、国家科委早期重点支持的是二维CAD,后来发展到简单实用的“两甩”,即甩图板、甩账本。对于技术难度不算太高的二维CAD的扶持,还是取得了一些成效的,出现了高华CAD、CAXA电子图版、开目CAD、浙大大天CAD、山大华天等一批软件产品。即使在开发难度比较大的三维CAD领域,也出现了北航的熊猫CAD系统(后来的金银花)等。

此后国家机械部逐渐淡出对CAD的支持,而由国家科技部接手,彼时863项目声名大噪,国产CAX软件公司也跟着颇有斩获。一个二维CAD软件小阳春的局面呼之欲出。CAE领域,也出现了一个百花齐放的大好开局。上世纪80年代后期。以北航、清华为代表的一批高校和科研人员开始做相关的软件开发。这些人中,以唐荣锡老师、孙家广老师、梁友栋老师、周儒荣老师为代表,成为国内第一代从事CAD软件开发的标志人物。随着CAD/CAE软件在制造业的推广普及,清华大学、浙江大学、华中科技、大连理工等一批高校和中科院、航空航天等一批院所先后开展CAD/CAE软件自主研发,取得了一些研究成果,包括中科院的飞箭、郑州机械所的紫瑞、大连理工的JIFEX、中航的APOLANS、HAJIF等商业化和大企业自用软件。

感谢王涛指点,才知道肖欲晓是湖北高考状元,补一段网文:

肖欲晓,荆州人,现年38岁。17岁时,她以623分的高考成绩从荆州中学考入清华大学计算机专业,后在美国某知名IT公司担任软件设计师。“一时的状元并不能决定一生的路,只有不断学习、不停充电,才能走得更远,因为学无止境。如果硬要问状元给我带来了何种影响,我想是在大学的专业上,选择的空间更大。”肖欲晓在上高中时兴趣爱好就比较广泛,虽然是理科生,但不仅数、理、化基础扎实,语文、外语、政治、生物也样样领先。与同龄女孩子迷琼瑶、三毛不一样,肖欲晓是个武侠迷,金庸、古龙、梁羽生笔下的人物是她的最爱。肖欲晓称,在学习最紧张的高中时代,自己还忙里偷闲地读武侠小说,她觉得这是学习之余的最好放松方法。对于自己当初选择就读清华大学计算机系,肖欲晓称,一方面也是自己兴趣所在,另一方面,当时她分析IT业应是朝阳产业。

     四年本科三年硕士,在清华的七年里,肖欲晓说,必须得学会如何自主学习。同样是因为兴趣,肖欲晓跑图书馆、查资料,不断学习,不断思考,当发现已有知识不足用时,她萌发了去国外深造的想法。清华计算机系研究生毕业后,肖欲晓顺利考入美国伊里诺伊大学深造,毕业后成功进入美国一家IT企业任软件工程师。

在九十年代中期响应“甩图板”而蓬勃发展的CAD软件,虽然技术水平没问题,但由于本身产业化能力不强,以及盗版猖獗,基本上都销声匿迹了。但是培养了很多人才,这些人才在经历了风雨后活了下来,目前国内出现了一批源自高校的商业化CAD产品,已经逐步占据了市场。

二、CAD工业设计软件的发展现状简述

调研中发现,有无数大咖都回顾过CAD的历史(参见文后链接),因此也就没有再长篇大论,而是简明扼要地写下来,详细的信息大家可以看后文的链接。CAD/CAE计算机辅助设计/仿真软件主要用于工业领域的设计,包括二维、三维等设计场景,通过结合行业相关的零部件库、针对力学仿真、与企业ERP等结合等方式衍生出针对机械、飞机、船舶等具体行业的设计和仿真软件。中国CAD/CAE软件从模仿学习到自主设计至今,已经有超过30年历史。目前这个领域已经相对成熟,国内外同类软件的功能趋于稳定,同时也出现了OpenCASCADE、FreeCAD等开源软件。国外的主流企业是AutoDesk、Microstation、CATIA、SolidWorks等,国内知名的设计企业包括浩辰、CAXA、清华英泰、浙大大天、中望CAD等企业,从各种文章上看,国内企业已经出口到海外,也发生过收购海外企业的案例。从咨询公司Gartner的报告看,目前CAD/CAE软件已经离开主流,也逐步转向PLM系统,只有云原生CAD还出现在新SAAS应用技术(Hype Cycle for Software as a Service, 2018)。未来3-5年,估计会继续与行业应用深度结合,逐步拓展到高价值的行业。

国内 CAD企业中:浩辰是清华系(江苏)、CAXA是北航系(北京),清华英泰是清华系(北京)、浙大天大是浙大系(浙江)、中望龙腾(广东)

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  14. https://www.opencascade.com/
  15. https://www.freecadweb.org/
  16. https://www.gartner.com/document/3884674?ref=mrktg-srch
  17. New Techniques in TH-DAIMS 2.0
  18. 图文:湖北历届高考状元今在何方

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