CAD產業的發展回顧與思考

唐榮錫，1928年11月生于上海，祖籍安徽歙縣。1949年6月畢業于上海交通大學機械工程系制造專業。經華東人民革命大學短期培訓后，進入大連俄文專修學校學習俄語一年。1950年12月進空軍109師任俄語口譯和北京空軍訓練部任俄語筆譯。

1952年8月，轉業到北京航空學院，歷任飛機制造工藝專業蘇聯專家翻譯、講師、副教授、教授和第一批博導。2000年1月離休。

1956年9月至1958年8月，在莫斯科航空工藝學院飛機制造教研室進修，1975年夏開始學習CAD技術，參與了航空工業部有關引進CAD軟件和合作開發飛機設計制造管理系統的考察活動。與課題組教師和研究生共同研制了多面體實體造型原型系統 PANDA以及基于線框和NURBS曲面的幾何造型數控加工原型系統 PANDA4。共培養了26名碩士和24名博士。

后來居上的達索系統/ CATIA

初訪達索

1985年11月，航空工業部組團成都飛機公司等去巴黎訪問達索飛機公司，用三個星期詳細考察 CATIA軟件的應用狀況，準備引進這一系統。

當時，達索設計生產幻影F1戰斗機和空中客車民用機，使用IBM3090、4381一類主機和IBM3250、5080一類的圖形終端，用 CATIA設計了幻影的全機外形，完成結構打樣、布置通風管道和液壓系統，設計和加工機翼整體壁板、蒙皮成形模以及航空渦輪盤和葉片等關鍵零件。全公司共有200多臺圖形終端。

CATIA在引進與開發并舉中發展壯大

達索飛機公司從1960-1965年開始引進IBM計算機和使用數控加工機床，1967年著手用 Bezier曲面建立飛機外形的數學模型，1970年用批處理展開幻影的數字化設計。1974年領導層面臨重大決策，為了擴大CAD應用規模從美國引進軟件有利，還是自已動手開發好？

最后達索決定齊頭并進，一面引進洛克希德飛機公司的 CADAM系統，一面重點開發飛機吹風模型的三維造型和加工軟件，以便大量縮短飛機模型的吹風試驗周期。

于是1975年，達索引進 CADAM，花100萬美元買下了 CADAM源程序，學習 CADAM的技術訣竅。1977年啟動開發交互CAD軟件CATIA，1978年投入使用。同時建立主數據庫，統一管理 CADAM二維結構圖和 CATIA三維模型文件。1979年用數控加工制造出第一個吹風模型。

1981年IBM公司開始負責經銷 CATIA系統，于是單獨組建達索系統公司。當時公司共有30人，軟件開發占25人，當年售出10套 CATIA V1.0，內容包括曲面造型、三維線框設計、多面體實體建模、運動機構分析和機器人操作編程。從1982-1984年底累計銷售量達到200套。人員增加到190名工程師，其中150人從事軟件開發和維護，平均年齡小于30歲。達索自覺翅膀已硬，獨立開發了二維繪圖模塊，撇開 CADAM，形成了完整的CAD系統V2.0。到1985年底，累計銷售近400套，運行于16個國家的二千多臺圖形終端上，其中不包括IBM公司自已使用的終端數。1/3用戶是飛機行業，1/3是汽車行業，其余是機械、電氣、造船、模具、建筑、工程、醫學等專業。

1991年9月安托公司麥賢慧女士介紹， CATIA已增加到670人，其中2/3從事研究開發。1990年銷售額為1.1億美元。

兼并迅速增強實力 為產品的全生命期提供一體化服務

1989年，洛克希德飛機公司缺少資金開發新型戰斗機，決定出售 CADAM公司。1990年1月，IBM用2.7億美元收購 CADAM，并于1992年起托付達索管理。1997年6月，達索用3.1億美元收購了美國 SolidWorks公司。1997年12月，用1.05億美元現金收購 Deneb的精益制造布局仿真軟件 Delmia。1998年2月，達索獨資在美國成立 ENOVIA公司，與IBM合作從事第二代產品數據管理系統 PDMII的開發和經營。1998年12月，達索接管法國馬特拉( MATRA)下屬的CAD/CAM業務，包括 Euclid/ styler， Machinist， Cisigraph/ Strim100和 StrimFlow等。1999年4月收購 Smartsolutions的 SmarTeam業務。1999年2月向美國 Invention Machine公司投資600萬美元從事知識創新軟件的合作開發經營。2000年7月，用2150萬現金并購 Spatial的ACIS 3D軟件業務。

至此，達索/ CATIA大體完成了PLM業務范圍的戰略布局，形成產品全生命期的CAD/ CAM/CAE/ PDMII一體化管理，為數字化企業提供電子商務的完整工具，足以完成產品從初步設計到售后服務的全過程仿真。其中， CATIA和 SolidWorks支持產品的數字化設計和仿真， Delmia完成精益制造過程的數字定義和仿真， Enovia提供數字化產品、過程和資源的集成化、分布式協同管理成套工具。以上三方面匯總，構成數字化產品的全生命期流程，并且支持合作企業的知識重用。

據2002年夏，公司網頁公布的數字， CATIA CADAM有1.3萬家用戶， Solidworks有9500家用戶。

過去， CATIA只在IBM主機和工作站上運行，當剖析了PC版的 Solidworks 后，1998年5月，達索宣布將推出全新的 CATIA V5 Windows NT和UNIX版，99%的用戶界面圖標采用 MS Office形式。 CATIA V4的曲面系統使用 Bezier形式，現在改成 NURBS形式，而且采用DCM約束管理軟件，使得新的尺寸驅動模型與其他流行系統很相像。 CATIA V4是1993年推出的，有113種獨立的功能模塊，現在都要轉成V5版，而且數據接口都要與V4兼容，V4和V5的零配件可以共存于一個產品模型中。V5還提供CAA二次開發工具，鼓勵第三方軟件在CATIA V5平臺上開發。1999年5月， CATIA V5R1上市，在我國作為教育版的全套優惠價是1.6萬人民幣一套，含一百多個模塊。2003年2月1日起，達索停止了教育版優惠價，含十幾個模塊的MD2商業版要2萬美元一套。

成功的首要因素歸功于達索的優異穩定環境

CATIA從一開始就是面向幻影的研制需要發展起來的，達索飛機公司的開發者，又是它最穩定的使用者。隨后IBM和波音飛機公司又成為它的鐵桿用戶。惟獨世界一流的應用才能孕育出世界一流的CAD軟件。

CATIA開發隊伍的穩定也是舉世無雙，有充足的人力資源。人稱 CATIA之父的 Francis Bernard畢業于土魯茲大學航空系，學習空氣動力學和結構力學。1985年時公司有25人來自這一大學。 Bernard當時任執行副總裁，以后任總裁，至今未變。目前公司成員仍是80%工程師，平均年齡32歲。

再有，資金穩定，有IBM作后臺，軟件銷售價格制定合理，劃一不變，也是成功因素之一。

最后一點，我們在訪問達索過程中深深感到法國的民族自尊心很強，自尊才能自信，才能勇于開拓創新，創建優異的民族文化和杰出的高科技產品。

CAD產業發展的回顧與思考之二

美國飛機公司創造CAD輝煌 善始未得善終

初探飛機設計制造管理一體化

1979年1月29日小平同志訪美，3月1日和7日中美雙方互派大使，1979年4月6日，航空工業部科技局長酈少安率領11人高級代表團用一個多月時間訪問Douglas DAC和 Lockheed LAC飛機公司。DAC組織了兩周的系統講座，每天上午報告，下午參觀。LAC陪同參觀加州和喬治亞州公司的飛機設計、制造、試驗基地，充分展示了 CAD/CAM/CAE/CAT/PDM技術在飛機研制生產中蓬勃發展的應用規模和領先水平。

【紅濤按：1980年，62歲的劉華清將軍登上美國“小鷹號”航空母艦】

DAC早在1967年就與 McDonnell飛機公司合并，簡稱麥道公司，當時生產F4、F15、F18等8種軍用機和DC9、DC10兩種民用機，統一由專門組建的 McAuto公司提供計算機服務。 McAuto有3295人，加州長灘的DAC有6臺IBM3033主機和幾百臺小型機。

CADAM二維繪圖軟件的興衰

1964年IBM首次推出2250光筆交互圖形終端，LAC隨即用來研制飛機結構的設計繪圖軟件，1972年投入生產使用，稱作 CADAM系統。1975年起向外提供服務，1978年IBM代理經銷，于1983年1月組建 CADAM公司，共200人。1983年底共安裝了576臺IBM主機，驅動近7000臺圖形終端。1984年7月公司增加到340人，其中軟件開發252人。1985年1月使用 CADAM的圖形終端數達到18000個。1989年公司進一步擴展到600人。

1978年夏， CADAM派專人來京向航空部介紹產品功能及應用，1979年中國代表團訪美時計劃用20萬美元引進這一軟件，象征性建立中美合作關系。對方要求先買三架L1011寬機身旅客機，共三億美元，才能得到 CADAM。直到1984年10月沈陽飛機公司等組團再次去美洽淡，才草簽了訂購協議。1989年LAC為了獲得資金支持軍品開發，拋售了當時紅極一時的 CADAM公司，IBM、TRW、DEC、HP、富士通、臺灣都有收購意向，最后IBM獲勝并將 CADAM交達索/ CATIA管理，從此 CADAM一蹶不振，自然消亡。微機版的 MicroCADAM被日本公司接手，在日本工業界繼續得到一定應用和發展

UNIGRAPHICS碩果僅存

當時美國的飛機公司很多，除了波音、洛克希德、麥道外，還有 Northrop、Grumann等，都在大力推廣CAD/CAM應用，而且都在研制CAD軟件，但是其中最有成效并且最終成為支柱產品的，當推 Unigraphics。這要歸功于 McDonne11飛機公司，它在20世紀70年代結合F15戰斗機的研制，開發了功能面造型和三維線框設計繪圖系統，稱作CADD。開發工作由 McAuto負責，在IBM主機上運行。與此同時，為了加工生產的需要，1975年收購了研制 UniAPT軟件的小公司 United Computing，在DEC小型機上開發出曲面加工編程系統，并且往上移植CADD功能，逐漸形成UG產品。CADD的開發應用要早于 CATIA很多年，其中曲面系統采用孔斯( Steven Coons)方法，發展了雙三次參數曲面的應用技術，如光滑拼接、局部開口、曲面艙門的直鉸接邊設計等，用二次代數方程表示的局部球面或圓柱面可與自由曲面光滑拼接，可以用圓弧或橢圓界線作為邊界線準確構造參數曲面片。加工編程的能力也很強，凡是能設計的曲面一定能加工。還有機構設計、網格剖分、與 NASTRAN、 ANSYS的接口和 MoldFlow的接口等，成為VAX超小型機上功能最強的機械CAD/CAM系統，尤其適合于模具行業。

隨著業務范圍的擴展， McAuto改組為 MDISG(麥道信息系統組)。1985年6月 MDISG高層領導來北京開拓市場。1987年底南昌飛機公司組團去香港測試UG并洽談引進，隨后用UG設計和生產了P5農用機、K8教練機等。

資本運作的負面影響

CAD產業非常嬌嫩，需要精心培育，而在資本主義市場經濟下資本運作的主旨是資本增值。

1978年 CADAM簽約由IBM經銷后，IBM公司只允許 CABAM在IBM機型上發展。1984年時 CADAM雖然有了Apollo、SUN和HP工作站版，但是不能上市。1990年1月IBM收購 CADAM公司后，并無積極的發展措施公司，業務停滯不前。1992年起，改由 CATIA管理 CADAN，加速了 CADAN的覆滅。至于 CADAM公司自身應負的責任是，沒有及早抓緊發展三維CAD，未能及時跟上時代前進的步伐。

UG的處境比起 CADAM來要好得多，但是麥道飛機公司與洛克希德飛機公司一樣，由于急需投入資金加強軍品研制，1991年5月將UG出讓給通用汽車公司下屬的EDS。

1996年12月波音飛機公司兼并了麥道，交易金額133億美元。波音一貫要求自己的供應商和承包商統一使用 CATIA軟件，因此UG在飛機行業內的應用有可能受到牽連而削減。美國的 CAD Report期刊在2001年展時展望今后十年的CAD發展時談到一種擔憂，會不會有朝一日EDS為使自身資產極增值而拋售UG?

歸根結底，在市場競爭中弱者是無人憐憫的，除了全力拼搏爭當強者之外，別無出路!

【紅濤按：那個時代的航空業是CAD技術發展的絕對龍頭，沒有之一。CADAM由洛克希德(Lochheed)公司支持，CALMA由通用電氣(GE)公司開發，CV由波音(Boeing)公司支持，I-DEAS由美國國家航空及宇航局(NASA)支持，UG由美國麥道(MD)公司開發，CATIA也是由法國達索(Dassault)公司開發的。】

CAD產業發展的回顧與思考之三

從 Romulus parasolid到AcIs-精益求精鍥而不舍的CAD軟件典范

英國劍橋一瞥

1982年3月份，北航703飛機制造工藝教研室為了開展CAD研究，引進了DECLSI-11/23小型機、 Tektronix 4114圖形終端和GINO-F通用圖形軟件，3月去劍橋CAD中心接受 GINO-F的培訓，同時考察 ShapeData/ Romulus和CIS/ Med實體造型系統，看到了英國CAD產業發展的一個縮影。

CAD中心由劍橋大學與英國政府共同創建于1967年，專門從事CAD軟件的開發和營銷，產品有 POLYSURF曲面造型、GNC數控加工編程和PDMS流程工廠設計等，1983年實現私有化。

ShapeData公司占用一棟三層住宅樓，共20人，其中15人作研究開發。硬件環境是一臺ⅤAX-11/780超小型機，用 Prime機作為聯網節點，圖形終端是 Tektronⅸx4014存儲管，并配置E8S PS300高檔顯示器。當時 Romulus已賣出25套，目標碼3萬英磅， Fortran源碼再加3萬英磅。 Ferranti機床公司將 Romulus納入CAM-X中用作加工編程，轉賣出15套。 Medusa輸入二維多視圖建立多面體模型，主要研制人員工4人，都來自CAD中心。1980年4月，開始銷售 PRIME小型機版，售價2.5萬英磅，已售出70套。 Medusa以后并入CV系統，在我國有一定數量的用戶。

Romulus的變異發展之路

劍橋大學CAD實驗室是英國發展CAD的源頭，1973年 Ian braid在此完成了”體素設計“博士論文，畢業后留校繼續完善論文內容，研制了 Build-1和Buld-2兩個新的實驗系統， Build-2用最新的 Algol68語言編寫。1974年創建ShapeData公司，技術骨干共3人：Brad以及他的導師 Charles Lang和同窗Alan Grayer。Lang原來在美國MIT訪問，召回參與籌建CAD實驗室。 Grayer研究平面零件的數控加工自動編程。還聘請了擅長開發機械設計專用系統的荷蘭人 Peter Veenman作市場策劃。 Romulus使用 Fortran語言，1978年推向市場。

1981年美國 Evans& Sutherland公司收購了 ShapeData，并在 Braid等支持下從1986年起著手用C語言開發美國版權的第二代實體造型系統 Parasolid，其中增強了二次曲面造型、交互查詢幾何數據和局部修改形狀等功能。1988年G接管 Parasolid，并用它取代了原來的PADL-2。在UG的精心維護下 Parasolid運行越來越穩定，成為國際通用的一種幾何平臺。

1986年美國成立 Spatial Technology公司，從事開發基于 NURBS的新一代CAD通用幾何平臺。其中 NURBS曲面功能用波音公司1980-1985年開發的CAD系統TIGER作為基礎，實體功能從國際上流行的16種產品中優選，決定請 Braid合作。新產品于1989年12月上市，命名為ACIS1.0版。ACIS就是 Alan Grayer， Charles Lang，Ian Braid和 Solid的字首。

ACIS的目標是提供世界上最好的三維幾何平臺，專供CAD廠商進行增值開發和大學、研究所進行CAD研究。1993年6月， Autodesk與 Spatial簽約，用ACIS平臺開發了MDT三維機械設計系統，成為ACIS的最大用戶。嗣后又重新研制了操作性能更好的 Inventor系統。

Autodesk的技術副總裁 Dominic Gallello依然感到不滿足，還想改進 Inventor，于是從 Spatial買下ACIS版權，從體系結構上加強它對裝配件建模的支持。改造中的ACIS稱作 Shape Manager.。2000年7月達索收購ACIS后， Braid等宣布退出業界。從1970年算起， Braid等三人合作共事，專注于發展實體造型軟件長達30年之久，使之達到國際領先這在CAD發展史上可能是獨一無二的范例。

精品策略和與時俱進是成功之本

從1968年起各國學者提出了多種表示三維形體的建模方法。日本北海道大學油野教郎( Norin Okino)采用類似于APT加工編程的語言用代數表示形體的各部分表面，再用密集的三組正交平面切割這些表面，用消隱后的網絡線表示形體。美國 Rochester大學的 H B Voelcker和 A A G Requicha提出了基本體素的集合運算理論，并依此研制了PADL-1和PADL-2系統。UG和 AutoCAD曾采用PADL-2作為自己的實體系統，效果都不好。 I-DEAS在 GEOMOD中采用小平面逼近的多面體近似模型和精確NURBS曲面模型并存的方法，多面體近似模型占用存儲空間大，同樣不夠實用。還有八叉樹細分模型、歐拉操作模型，最終都未成為主導方法。惟獨 Braid采用精確表示的裁剪曲面建模，算法最難，曲面求交和邊界環的集合運算至今仍是兩大難題，但是長期實踐表明，這種邊界表示模型最簡潔有效。ACIS采用面向對象結構，有利于應用開發，但是算法穩定性一開始不如 Parasolid。

Parasolid用C語言，體系結構不如ACIS清晰，但由于UG的長期維護，穩定性在一段時間內曾占優勢。由于 Parasolid和ACIS都是面向零件建模，當應用于復雜產品的裝配建模時，難免顯出不足，于是 Gallello又著手改造ACIS。

總之，由于CAD中存在某些艱深的難點，而且產品設計的應用面極寬，淺嘗輒止、一曝十寒、知難而退都將勞而無功。除了實體造型外類似的小而精CAD軟件還有GINO-F圖形處理、DCM幾何約束求解、DUCT( DELCAM)模具設計加工等。這些軟件的技術骨干都出自于劍橋大學，都在長期的堅持中不斷追求完美而得到穩定發展，這就很值得我們深思。

CAD產業發展回顧與思考之四

PTc/ProE引導CAD進入參數化特征設計新天地

要求三維CAD實用化

Parasolid和 Medusa等都屬于體素拼合系統，將立方體、圓柱體、圓用類似于搭積木的方法組裝成機械零件，這種操作方式并不符合設計師勾畫產品草圖時的構思習慣，而且無法表示自由曲面形體。當時CAD軟件提供的三維設計工具是線框造型，讓設計師在二維的構造平面上畫圖，由計算機自動將構造平面上的二維圖變換成產品模型空間中的三維圖，然后手工將線框蒙面，產生完整的三維表面模型。

與此同時，早在1978年， MIT David Gossard教授就提出了用功能形素設計產品的思想，例如機械中的傳動軸是由軸體、螺紋段軸頸、退刀槽、法蘭盤、鍵槽等構成，利用產品的功能結構知識，可以通過特征語義進行指導產品的智能化設計和 CAD/CAPP/CAE/CAM集成。于是特征設計的理論研究在1985年后迅猛展示，紛紛研制了多種試驗系統，莫衷一時。

在這種形勢下Samuel Geisbberg脫穎而出，提出了參數化特征造型的發展途徑，并且組建了Parametric Technology公司，推出了Pro/Engineering產品，為CAD三維設計樹立了新的常規。

Samuel Geisberg的功績

CAD是高技術，它的每一個重大進步都有代表性人物的創新思維和研究成果作支持。1963年， I E Sutherland的 SKETCHPAD交互繪圖系統博士論文促成了 CADAM系統的開發，1962-1968年，SA Coons和 P E Bezier的曲面理論對CAD曲面造型起了奠基作用，1970-1979年， I C Braid的研究工作保證了邊界表示法實體造型的成功。但是 Braid在算法中只考慮二次規則曲面體素，并未過問自由曲面，因為后者的求交、裁剪的數學處理更要難得多

Samuel Geisberg出生于蘇聯，在列寧格勒大學任數學教授，1974年37歲時來到美國，先在CV工作，后來轉到 Applicon領導實體造型組。他的改革思想未被 Applicon公司接受，在 Adage公司的資助下于1985年組建了PTC公司，并用PC/AT機研制了實驗系統，進一步獲得了300萬美元的投資。1987年當Pro/E在 AutoFACT上首次展示時引起觀眾的轟動。

Pro/E發展了三維線框設計的思想，首先建立基準面，在基準面上勾畫二維草圖，用掃成方法將二維輪廓線引伸成三維形體。依次更換作圖平面，盡量用顯式操作生成形體，避免面面搜索求交、裁剪的集合運算。隨時記錄每個特征形素的生成操作過程，當修改某些標注尺寸值后，用尺寸驅動方法修改相應二維輪廓線，重新運行零件設計全部操作命令，由此實現了參數化特征建模。

Pro/E的總體目標是使曲面、實體參數化特征設計融為一體，可以任意構造復雜零件和裝配件，而且修改設計方便。它的發展過程并非一帆風順，最大難點在于集合運算中的曲面求交、裁剪參數化草圖設計中的幾何約束求解不能迅速達到可靠、高效，這就要求數學家深入鉆研，努力突破某些技術關鍵。 Samuel Geisberg的最大功績在于發揮數學專長，緊密結合CAD工程應用實踐和軟件開發技術，排除各種非議，使Pro/E得到普遍接受，為CAD技術發展樹立了一個嶄新的里程碑。

CAD產業呼喚數學家的全身心投入

CAD必須要有堅實的數學理論作為基礎，但是光靠數學理論還不夠，還要將理論變成得心應手的軟件產品和針對工程應用中的各種特殊情況不斷開拓新的處理技術。

這方面的例子很多。

英國劍橋大學工程系大約從1977年起用 Bezier曲面研制了DUCT設計加工系統，利用一條脊椎線( Spine)和垂直于脊椎線的組剖面線構造出形狀復雜的渦輪泵殼體、帶手把孔的塑料瓶、汽車排氣管等，構思非常巧妙。

英國 John Owen于1989年創建 D-Cubed公司，開發了幾何約束求解軟件DCM，從二維發展到三維，以后又增加了幾何形體碰撞和間隙檢測等功能，從1990年起，已有130家CAD公司簽約將DCM組件納入自己的產品中。

美國 Geomagic公司創建于1996年，專作逆向工程幾何建模和測量驗證軟件，創始人是奧地利數學家 Herbert Edelsbrunner，產品性能在同行業中名列第一，有多項算法申請了專利。

除此之外，凡是成功的CAD公司都聘請了資深數學家從事深層次的軟件開發、維護。很多問題看似簡單，但在CAD應用中卻很難處理，必須另謀對策，研究工作越來越走向深入。但是在公司間激烈競爭機制下這些研究成果決不公開發表。于是企業的優勝劣汰更加加速，惟獨市場占有率高的優勝企業才能從豐厚收益中提取足夠的研究開發資金穩住優秀人才，保持產品的持續高速發展。

風險投資是PTC成長的另一必要條件

美國的學術研究非常繁榮，它是建立在堅實的工業應用的基礎上。在機械工程和計算機系，高校的學術研究比工業界領先5-10年。只要你從事的是一項非常有生命力并代表社會發展方向的研究，馬上就有人來幫你商品化，并從華爾街找來錢，三到五年內把產品和公司做上市。 Cisco是這樣產生的， Google也是這樣產生的，還有數不清的公司都是這樣產生的。（以上摘自CA公司黃鈴副研究員2002年春節從 UC Berkeley來信，供參考）

CAD產業發展回顧與思考之五

以普及三維實體建模為己任的 Solidworks迅速崛起

CAD產業發展模式的演變

最初，各大飛機和汽車公司都是為了自身的產品設計需要而抽調少數專業人員去研制CAD軟件，以后逐漸發展為獨立核算的信息系統公司。

美國通用汽車公司，從1965年起開發 CADANCE系統，并未產生實效，當事人 Pat Hanratty從中提取二維繪圖、曲面造型和數控加工編程等功能，形成 Fortran小型軟件包AD2000，將源程序轉讓給CV、CDC、UG、 Calma、 Auto-Trol等，加快了這些公司的成長。

法國雷諾汽車廠在 Pierre Bezier領導下獨立開發了 Unisurf曲面造型、 SurfAPT曲面加工和RA3D實體造型系統，以后并入 Euclid， Euclid又并入達索/ CATIA。

以上各類軟件從技術基礎、應用功能、產業發展模式看，不妨稱之為第一代CAD產品。PTC/ProE著手將曲面、實體與參數化特征造型融為一體，并且引入風險投資，標志了第二代CAD產品的開端。 Solidworks則沿著PTc/ProE的發展道路前進，開創了風險投資模式下CAD快速創業的新典范。

Solidworks精心策劃起家

Solidworks創建于1993年12月，總部設在美國麻省 Concord，離 Boston市的MIT不遠。創始人兼 CEO Jon Hirschtick最初任MIT機械系CAD實驗室主任，1987年與MIT畢業的研究生創立了 Premise公司，開發 Windows環境下微機版變量化設計軟件 Design View，1989年秋產品上市，1991年公司并入CV，出任CV的產品工程部經理。

Jon為 SolidWorks制定的業務方針是促進三維實體建模技術的普及，使它成為機械設計的主流工具，讓當前使用二維繪圖或混用二三維系統的80萬設計人員盡早轉入以三維設計為中心，用實體主模型統一支持裝配、出圖和滿足后續生產的其他需求，將三維設計軟件推廣到所有中小企業，使每個設計人員人手一套微機系統。這就要求軟件采用標準化界面、容易上手，產品模型可以自動進行裝配和出圖，產品價格合宜。

在具體實施上， Solidworks 采用精品策略：公司主要領導人在PTC、C、 Aries等主管過產品開發、銷售，閱歷豐富；全球范圍精選代理商形成銷售網，要求銷售人員精通業務，代理健全、穩定，服務支持到位；廣羅人才，副總裁 Robert zuffante是MIT機械系Gossard教授名下碩士，負責系統結構設計，葉修梓是浙江大學數學系梁友棟教授名下碩土、柏林工業大學CAD實驗室 Nowachi教授名下博士、MIT海洋工程系設計實驗室 Patrikalakis教授名下博士后，長期從事曲線、曲面理論和應用研究，1995年12月進 Solidworks任首席科學家，負責復雜曲面功能的研究開發；在軟件開發中，采用最好的幾何平臺ACIS、 Parasolid和約束求解DCM組件。

正是由于 SolidWorks的發展策略得當，領導班子得力，員工素質高，1994年獲得三筆風險投資，1995年11月產品上市，在 AutoFACT展示會上重演了當年Pro/E贏得觀眾一片叫好的火爆場面。1996年銷售額US$700萬，并獲得第二批風險投資，1997年銷售額達到US$2700萬，1998年一季度末已有6千家客戶，使用1萬5千套軟件，在43個國家建立了160個代銷點。這樣的快捷發展速度超過了 AutoCAD，也超過了Pro/E。1997年6月達索用US$3.1億收購了Solidworks，不改變原來的管理班子和業務運轉。（以上材料主要參考中國工學學會 CADDN期刊1998(1)p70-80葉修梓寫 Brief Introduction to solidWorks）

Solidworks近況

2002年12月底和北航同事聊天時聽到有關 Solidworks的一些情況，并不準確，僅供參考。

公司共400多人，其中軟件開發80多人，分成三個組：造型技術30多人，其余為裝配和繪圖。40多人作質量保證，80多人作服務，近200人做市場。銷售完全請人代理，80%的用戶是小公司，只買2~3套，美國市場占50%，日本20%，歐洲30%。

造型技術組有三位俄羅斯人，1988年畢業的烏克蘭大學女博士過去在PTC任部門經理，60歲老太太在CV主管實體造型組，另一位60多歲老先生也是數學家出身。英國劍橋來兩人，一人作DCM。每三個月出一次更新版，解決客戶提出的種種操作能問題。每個新版都用二千多個較復雜的測試題自動考核，運行性能不能低于老版本。每個用戶每年繳$1500元服務費。 SolidWorks軟件作得非常細致周到。

Solidworks成功之路

審時度勢，把握機遇，精心策劃，一步到位，的確難能可貴。Pro/E開創了新的交互設計模式，被工程界很快接受，但是菜單層次仍嫌多，操作不夠簡便，工作站配置仍嫌貴。 SolidWorks采用微機 Windows環境，充分發揚 Windows的界面風格，屏幕上顯示特征樹，用電子表格管理零件清單，允許欠約束草圖輸入，盡量簡化交互操作，合理制訂產品價格，既要遠低于工作站版系統，又要利可圖，保持發展后勁。總之，要全力以赴，推陳出新。

CAD產業回顧與思考之六

網絡時代CAD要想跟上形勢發展不容易

2000年10月，美國 CADdesk和 upFront. ezine雜志的兩位編輯登門拜訪Spatial Technology設在 Boulder市的總部，想了解為什么她要賣掉自己的財源ACIS而將寶押在Web上，改作 PlanetCAD網站服務。 Spatial坦率承認競爭不過 Parasolid，ACIS的合同收入不足以支撐軟件快速更新的需求，她簽不到任何新合同，而 Parasolid有好爸爸，即使 Parasolid免費提供使用，UGS也能養住她。

當初達索與SDRC競標收購ACIS， Spatial愿意賣給達索，可以獲得全球最大CAD系統 CATIA的第一手文件格式。當然，她的心情非常沉痛，像是出賣了自己爺爺奶奶。當出售生效后， Spatial只能一分為二， PlanetcAD搬到馬路對面的大樓里面。

Spatial的曲折道路

Spatial花了好幾千美元大肆宣傳 PlanetCAD網站，想通過服務器向客戶提供CAD軟件遠程服務。可是經過幾個月的調研后，她才發現用戶不愿將自己的核心技術寄托在防火墻之外的網絡軟件上。2002年春，微軟在籌劃·Net構想時樣醒悟到了這一點。于是，她從出售ACIS得到的2千多萬美元中用200萬發展專供自動處理CAD數據交換的ASP基礎結構軟件，可以處理60MB CATIA文件。2000年5月，她收購了 Prescient QA軟件，用于檢查機械CAD圖樣一致性和實體造型建模質量，如分層( layer)、最小圓角半徑、曲面自相交等，并可作一定程度的自動修補。 PlanetCAD用了整整一年時間，每月花掉一百多萬美元完善Prescient功能，但是銷售所得收入甚微。還開發 Connect軟件，又稱 CADCast，可從網上研究與跟蹤各家供應商的業務背景，自動將產品數據送向供應鏈，并自動完成日志記錄。3D Share用來翻譯和修補3D實體模型，有網站版和局域網服務器版，可以直接翻譯IGES曲面，SAT，STEP，ProE， CATIA文件，最大容量為60MB。不支持裝配件、 IGES Brep實體、Pro/E2000i（因已加密）和3D線框。發現最多的用戶是將 CATIA數據送入用 Autodesk系統設計的機械產品中。有12~15%文件不能修補，至少有一張面失敗。翻譯3-4MB模型大約收費US$75-100元，一般用4小時，比手工修補便宜。Bits2Parts.com為EDM加工服務商提供報價綜合服務，美國有350家EDM加工服務商，以后可以擴大到國際范圍。

至于ACIS， Autodesk是最大用戶，按理由她收購ACIS最合乎邏輯，但是 Spatia寧愿選擇達索，因為達索擁有3種實體系統，業務上更有經驗。 Spatia的目標是用ACIS取代 SolidWorks中的 Parasolid，免得向UGS付版稅。遺憾的是2002年5月 PlanetCAD賣給了美國最大的 Autodesk銷售商 Avatech Solutions。現在送入網址PlanetcAD.com出現的卻是avat.com。

Avatech Solutions簡介

Avatech創建于1997年，由四家領先的 Autodesk增值代理商CAD-PRO Systems， CADworks， NECAD，和 Premier Design Systems聯合組成，為制造業、建筑設計、土木工程和地理信息市場提供設計自動化和質量保證產品及服務，全球有2萬家客戶，美國占1.8萬家。主要經銷產品除了 Autodesk外，還有 Proof Positive用于檢查、修補 Inventor6 3D模型:；Prescient QA用于自動監控和完善工程部門的設計數據質量和貫徹設計標準；SCS Envoy將產品數據安全、快捷、自動傳送到供應鏈中指定對象；以及 ANSYS的 Design Space，MSC visual Nastran等。2003年5月15日達索與 Avtech簽署合作備忘錄，共同擴大 SmarTeam PLM產品在北美市場的銷售和服務。 Avtech將不代理 EDS PLM產品。截至2003年3月31日，第一季度 Avtech的銷售額為US$670萬，前9個月的銷售額為US$1900萬。

ImpactXoft向網絡CAD進軍

現代飛機、汽車生產要求在全球范圍內組織精益、敏捷的協作網，保障元器件供應和經管轉包設計制造。面向網上協同設計的新一代CAD系統，可以設想為采用集中與分散相結合的體系結構，由中央服務器統一管理大型復雜產品的單一數據源，而分布各地的設計、制造人員在各自的子系統上開展工作，可以瀏覽相關業務的部分產品結構和安裝系統。中央服務器不斷檢測各地工作站的設計進度，應答相關設計查詢，調度設計更改的相關發送和審批，生成單一產品數據源的部件更新版。

ImpactXoft(讀作 Impactsoft)創建于1999年6月，倡導了用并行方式開發產品的新一代SPD( Simultaneous Product Development)特征設計軟件，2001年2月向媒體發布Ⅸ SPeeD構思和Ⅸ Design軟件。

Ⅸ將PDM嵌入CAD內，可使身處異地的協同設計人員共享同一個CAD模型，服務器跟蹤每個設計員正在從事的項目，接受所有更改通知，并立即傳送給設計組其他人員。同一局域網上的設計組不必單設服務器，只需將共享模型放在網上某臺計算機的公用文件夾內。不同專業人員可在各自系統內保存產品模型的不同子集，如美工修飾汽車外觀，只使用曲面模型:強度校驗調用汽車外殼和內板結構:系統配置關注汽車內部結構和安裝設備規格等。汽車外殼的更改可以自動反映到工裝設計中。另一重大突破是采用功能建模，Ⅸ的功能特征要比Pro/E， SolidworksSolidEdge，UG， Inventor和 CATIA V5更能直接表示產品行為，例如Ⅸ的lip特征可以在塑料盒的上下兩半對口上自動產生配合面，手機面板上的開孔可以根據按鍵自動確定形狀和尺寸。為了方便特征的修改，Ⅸ采用工作坐標系來定位特征，因此零件形狀不再受特征樹的生成順序影響。過去子特征都是建立在父特征的某個面上，一旦刪除父特征，子特征就難以生存。現在用局部坐標系定位特征，每個特征都能并行獨立刪除和替換，同時又能建立特征間的關聯，使得一組特征協同實施更改。Ⅸ還混合使用線框、曲面和實體，如同 Inventor和 CATIA V5。1988年1月，Pro/E上市時每個站位要US$1.25萬元，而2001年12月每套ⅨDesign單用戶軟件的年租金是US$1500元。作為協同設計的服務器版，三年合同收費起價US$3萬元，可供10個CAD站點同時設計一至兩種產品。如果15個CAD站點同時開發三種產品，三年收費5萬元。這種單用戶軟件適合于小型工業設計或工裝制造企業使用，而較大規模的企業可以購置服務器版與上述小廠合作。

Ⅸ Design是繼Pro/E之后首次問世的全新機械CAD系統，原計劃在2001年9月舉行產品發布會，后因9.11事件而取消。公司的經濟狀況較好，2001年2月前得到第一筆US$300萬風險投資，5月得到第二筆US$1000萬元，同時在爭取另一筆US$450萬資金。豐田 Caelum公司愿意代理銷售日文版。 IX Design支持6種文字，兼有ASIC版和 Parasolid版，將要添補PTC的 Granite one版。可以讀寫的文件格式包括STEP AP2003、IGES、Jama IGES、VDA-FS、ACIS和Parasolid，可以讀寫Autodesk DXF和DWG中的幾何數據，但不能處理文字和圖注。

IX創始人 Attilio Rimoldi

Attilio Rimold1999年6月創建 ImpactXoft，標志了CAD產品開始進入第三代體系結構。

Rimoldi畢業于意大利米蘭工業大學核工程專業，1969年進入Alfa Romeo，開發賽車的放樣軟件。1976年進入VC，在歐洲市場銷售 CADDS3和CADDS4。1981年到美國 Alabama州 Intergraph，以后主持開發EMS基于實體的機械電器設計系統。1991年 Intergraph將 Remold派回歐洲，在意大利建立歐洲機械技術中心，為銷售EMS作輿論準備。EMS計劃于1995年在 Solidedge前上市，她的市場前景并不樂觀， Rimoldi1992年9月重返CV做技術咨詢。這時，CV已并入 Prime計算機公司， Prime自身難保，于是去 Boston市幾家公司任高層執行官顧問。1994年回到CV主管軟件開發，感到積重難返，他中斷了幾個項目，將 CADDS5的大部分開發移到印度，1997年到 San Diego監管命運多蹇的 Pelorus，這是CV想用以取代 CADDS5的又一次失敗嘗試。同年4月，即在PTC收購CV前6個月， Rimoldi來到硅谷，進意大利公司 CADLab(現 Think3)，任業務發展副總載，因人事不和三個星期后去 Adaptive Media(現iEngineer.com)任顧問，開發協同瀏覽CAD模型的Vuent軟件，又去Visionary Design Systems(前 Alventive)短期任職兩個月，了解了 IronCAD2.0。他在CV，Adaptive Media， Think3，VDs等公司的經歷以及這些公司的產品特色都對他創建 ImpactXoft起了積極作用。

《 CAD Report》認為， Rimoldi和PTC創始人 Geisberg有很多共同點，兩人都是很晚才成為美國移民，都是資深的CAD老手，見過很多編寫拙劣的軟件，同時又堅持了要發展更完美的CAD技術的信念，都能從個人經歷中汲取教訓，銳意創新，不重蹈覆轍。

Ⅸ還有艱巨的路程要走

IX Design根本改變了工程界十多年來剛適應了的特征造型操作模式，又讓多人共同參與設計一個產品，樹立和諧合作的新風尚，這在具體實施中都要加強組織、培訓工作。新的軟件要想得到工業界的認可，還須滿足4個基本條件：

(1)要有足以與 CATIA，Pro/E，UG， Solidworks， Solidedge和 Inventor相媲美的三維造型和出圖能力；

(2)有相同的產品建模速度；

(3)不比現有系統更難學習和使用；

(4)可以與其他CAD系統交換數據，數據格式的轉換速度不能低于現有系統。

公司在2001年時有52個程序員，其中25人在印度Madras和Bangalore作子承包，由 San Jose的公司總部遙控，只有4人編寫使用手冊，人力顯得并不充裕。IX必須經營有方，不斷擴大市場份額，才有可能最終超過以上幾種主流名牌產品。（以上主要參考 CAD Report2001 February和2001December）

CAD產業發展回顧與思考之七

問蒼茫大地誰主沉浮

回溯歷史 憑事實探索規律

四十年來各種CAD系統不斷產生，又不斷融合、消亡，至今形成全球范圍的三大高端主流系統達索/ CATIA、EDS/UG和 PTC/ProE，這種產業格局是怎樣形成的，發展前景又將如何?

飛機、汽車和造船工業是制造業的巨頭，是國民經濟和國防的支柱產業。這些工業又都是使用全尺寸放樣、樣板和標準樣件作為外形配合的協調工具，對數字化設計制造的要求最為迫切。因此，CAD的應用開發自然先從這些骨干企業開始。

最初，大型企業的計算機主導配置是IBM主機和2250光筆圖形終端。其中最早獲得成功應用的系統有美國麥道公司的CADD和洛克希德公司的CADAM。CADD用于F15戰斗機的研制，對外不開放，只提供協作單位 Northrop公司使用，同時在小型機上開發數控加工編程系統，用于F15等的零件制造，以后發展為UG系統。法國達索飛機公司開展CAD活動稍晚，但是晚有晚的好處，對CAD系統的功能開發從一開始就考慮得更加周到，避開二維，直攻三維，將產品命名為計算機輔助三維交互應用，簡稱 CATIA，一舉覆蓋了曲面、線框實體、加工、機構分析和機器人操作規劃。達索善于學習，近學雷諾，遠學洛克希德，又與藍色巨人IBM結盟。雷諾汽車廠就在巴黎（周恩來總理曾在這里勤工儉學，意大利廣場附近的 Godefroy旅館門邊釘有銅牌，紀念他1922-1924在此寄宿）。1968年末貝齊埃(P. Bezier)在雷諾廠配置了一臺數控繪圖機和一臺數控銑床，1972年起用CAD/CAM技術設計汽車車身外形和加工模具。他領導研制了 Unisurf曲面造型、 SurfACT曲面加工和RA3D實體造型系統，還開發了多種工業機器人。雷諾的這些前沿實踐為達索提供了另一渠道的直接借鑒。

以 CADAM和CATIA為代表的IBM主機版CAD系統的開發進度較慢，市場速度也慢，從下表的統計數字可以看出，基于16位小型機的CV、 Intergraph等小型CAD系統一度在CAD市場上領先，直到1985年后IBM（即CADAM和CATIA）的年銷售額才達到US$7.5億，穩居市場份額首位。在這7.5億中 CADAM占大頭， CATIA只占幾千萬元。

能否這樣認識，CV、 Intergraph等小型機系統雖然在1981-1986年前后紅極一時，年銷售額從不到5千萬美元迅速躍升到5-7億多，但是這些快速成長企業的人員素質和技術基礎終究趕不上大器晚成的達索/ CATIA和麥道/UG。在IBM主機版 CATIA，超小型機VAX版UG、工作站版ProE和微機版 AutoCAD等穩步形成的品牌壁壘下都難以生存，只有逐個被兼并到這些優勝企業中去。

企業要求CAD集成和面向PLM

CAD是普遍適用的高新技術，引發了制造業的數字化革命，鋒向披靡，使得所有企業禁不住先用為快，于是價格較低的各種小系統首選目標。這時大多數CAD用戶正處于幼年的自發階段，連波音這樣的大公司也不例外。波音飛機公司應用和開發CAD/CAM技術的歷程很值得研究，它大體經歷了三個階段：

第一階段1975-1980年，其突出標志是使用成套小型機系統，累計共有247個CV站位和160個 Gerber站位，用于機械和電器設計。這些系統的典型配置是一臺小型機（如PDP-11，Nova，HP， Prime）連接4到8個圖形終端，價格在10萬美元上下。這種配置在應用中逐漸暴露出一個尖銳的矛盾，即系統間互不連通，不能與IBM主機上建立的飛機外形主模型直接通信。于是波音著手建立信息交換網，將不同的計算機系統聯網，進行數據格式轉換，使不同系統融為一體。這項工程稱作CIN-計算機集成信息網絡，1978年投入使用，據說耗費了4000萬美元。1979年波音向美國國家標準局NBS提出倡議，制定IGES圖形交換標準，并積極參與標準的草擬。1980年1月NBS頒布了IGES1.0版，經過不斷修訂，IGES至今仍廣泛應用于異構CAD系統之間的曲面數據交換。

第二階段1980-1985年，波音著手自主開發CAD/CAM集成系統，稱作TIGER計劃。系統采用模塊化層次結構，可以運行于IBM主機、 IBM/PC、VAX和 Apollo四種機型操作系統。前后共投入250人年，耗資3千萬美元，最后因達不到預期效果而中途下馬。其中 NURBS曲面系統后來被應用于ACIS平臺。

第三階段1985年末，波音訪問達索，決定清一色采用 CATIA，逐漸取代現有的多樣化系統。1989年9月我們去西雅圖訪問，波音當時使用IBM3090/600S等4臺主機，每臺主機連接350至450個5080圖形終端，交互響應速度較慢，而且主機一旦出現故障，將有2000人窩工并且大量丟失數據。運行費高，每個圖形終端的使用費包括主機、通信、軟件等在內，大約每年10萬美元，1600個終端就是1.6億。

1990年10月，波音啟動新一代客機B777的全新設計，采用復合材料部件、電傳操縱等新技術，全面展開三維實體建模。1994年4月9日，首架飛機推出裝配廠房，全廠工人匯集廠房前，熱烈慶祝了一整天。再隔一年，1995年5月飛機以成批生產的節奏交付使用，飛機出廠直接投入航線飛行。一架全新大型客機，以50億美元投資4年半時間從設計到批生產無故障一步成功，同一架飛機可以互換安裝 Rolls Royce、GE和P&W三種型號發動機，這不能不說是飛機設計史上的一個奇跡。當時777的訂貨周期是18個月，計劃縮短到12個月，以后再縮短到6個月。為此波音正在改造原有的800多套管理系統，將這些系統電腦化，并向卓越工廠( Brilliant Factory)的目標邁進，設想用計算機自動記錄工人的生產活動，從中發現窩工、低效環節，進行優化，迭代提高生產效率。由此對CAD系統提出了更高要求，不但產品設計數據要一體化集成，而且CAD要面向PLM產品全生命期管理，實現CAD/CAE/CAM/ PDM/ERP全程一體化。這時經過多年的應用實踐和成功企業的先進經驗傳布，廣大CAD用戶已經從自發上升到自為階段，學會了從更廣闊的視角來選擇CAD系統。獨立的小系統如果不能與主流系統掛鉤，融入PLM體系，被用戶選購的機會將越來越少。

CAD廠商的發展和生存越來越艱難

壓力來自多方面。計算機硬件不斷降價，摩爾定律斷定微處理器的速度會每18個月翻一倍，而貝爾定律則認為如果保持計算能力不變，微處理器的價格和體積每18個月減小一半。在網絡時代計算將無所不在，而且收費將越來越低。喬治.吉爾德曾預測，未來25年里主干網的帶寬將每6個月增長一倍，比CPU的增長速度快得多。CAD軟件同樣在降價，但是開發和維護成本卻在不斷上升。源碼越攢越多，編程語言越來越雜，計算誤差的控制越來越難，而廣大用戶總會不斷提出新問題、新要求，要想滿足這些要求的難度越來越大。

回到表1，在1984-1986年，CAD廠商年銷售額達到5-10億美元好像并不很難，而15年后，2001年5月23日美國EDS宣布將用95億美元現金收購SDRC，目的在使合并后的UGS和SDRC在數字化、網絡協同、全生命期產品開發的全球軟件市場上占據首位，年銷售額超過10億美元。2000年度UGS和SDRC的銷售額分別為US$5.26億和4.52億，EDS為192億。

《航空知識》1996(12)汪亞衛寫世界航空工業發展大趨勢一文指出：由于冷戰結束以及世界性普遍的經濟蕭條，美、歐及前蘇聯大幅度裁減軍費，使得軍用飛機的市場萎縮，企業合并出現高潮。美國航空工業企業原來規模很大，近年來通用動力公司、格魯門公司、馬丁·瑪麗埃塔公司、羅克韋爾公司、威斯汀豪斯公司等昔日大企業已被并入其他公司。美國大公司的數量減少，而實力卻在大大加強，政府的扶持與保護仍然十分重要。1996年12月波音與麥道宣布合并交易金額133億美元，翌年銷售額可望達到480億美元，成為世界最大航空航天公司。美國的大型客機在1979年時有3種：B747、L1011和DC10，現在只剩波音一家，與歐洲空中客車相對抗。

Chrysler汽車公司原在美國名列第三，1993年銷售額為US$436億，純利潤24億，1994年銷售額522億，純利潤37億。1998年并入德國 Daimler Benz集團，成為 Daimler Chrysler，生產的客車品牌有Maybach， Mercedes-Benz， Chrysler，Jeep， Dodge等，2002年度收入US$1588億，共售出客車405萬輛，商用車48.54萬輛。這些舉足輕重的超大型飛機、汽車公司的兼并必然連鎖反應到CAD廠商之間的市場再分配。波音和 Chrysler 原來就是CATA的忠實用戶，歐洲經濟的增強只會有利于 CATIA。

認真探索尋求超越

國外的各種產業都在激烈的競爭和兼并中快速發展，市場競爭并未破壞生產力，相反在快速推動生產力前進，至少CAD產業是如此。互聯網的創建一開始完全依靠美國國防部的策劃和投資，授權專家負責突破關鍵技術，短短幾年內使全球五花八門的計算機都順利進入了Web，可見計劃和市場經濟具有互補性。波音的TIGER計劃，20年后由 CATIA V5自然實現。

國外CAD產業發展的40年實踐為我們提供了最生動的教材，我們要認真研究，尋求對策，抓住機遇，實現跨越式發展。數風流人物還看今朝!

CAD產業發展回顧與思考之八

航空工業數字化技術建設

山溝里的飛機工廠

“天下之山萃于云貴，連亙萬里，際天無極。”

1964年我國啟動三線建設，在貴州安順一帶山溝里分散部署了飛機工廠。1975年夏我們北航703教研室教師來廠學習CAD技術，工廠已經小批生產殲6戰斗機。飛機的機頭罩和進氣道曲面外形是1974年國防工辦請中國科技大學常庚哲老師來廠用孔斯曲面構造的，數控加工了機頭罩的成形模。一臺TQ-16計算機和武藤大臺面繪圖機放在山洞里，為七八臺牧野數控銑床單建了廠房。模線車間在幾里之外，緊接山洞蓋的廠房、宿舍都是干打壘土坯房。2002年10月北航50周年校慶，廠里校友送了一座“貴州青”名石，銘文以本文第一句開頭，后面寫道，“我們這些北航的學子以山的骨、山的格、山的魂為鑒，為祖國的大三線建設做出了畢生的奉獻。

第一個高級技術代表團

1979年4月6日，中美雙方互派大使后一個月，航空工業部代表團出發考察美國飛機工廠的數字化技術應用狀況。團員是各廠、所、校的總設計師、總工藝師和氣動、結構、制造、試飛專家。代表團受到Douglas和 Lockheed飛機公司的熱情接待，由各方專家全面介紹和陪同參觀了公司全貌、在研型號、機翼的氣動設計過程、風洞、模線繪制、靜動力試驗室、試飛過程組織與數據采集、裝配車間、擁有上百臺數控機床的加工車間，以及CADD，CADAM等等多種多樣軟件，并提出了雙方合作研制、生產飛機的種種建議。 Lockheed公司還派了兩架公務機將代表團從加州送到喬治亞州，再送到華盛頓。代表團5月20日回國，團員們對于CAD技術在飛機生產中的應用內涵獲得了比較完整、深刻的認識。

中德開發 CADEMAS

1982年，德國MBB公司軍用機分部向我航空部來函，建議合作開發VAX版數控加工編程系統。1983年2月航空部先遣小組去慕尼黑面談時，德方將合作項目擴大為共同研制飛機三維幾何設計、數控加工和產品數據管理集成系統，于是我方急忙辦理簽證延期，充分交流磋商了三個星期，達成共識。

此后雙方又互訪兩次，進一步落實計劃，從1984年起工作正式啟動。中方由北京航空工藝研究所(625所)牽頭，廠、所、校派人參加，雙方各約20人，在MBB連續苦干了4年。用IBM主機、5080圖形終端、Foran77和C語言研制了 LOGICA復雜曲面設計系統，帶 CATIA和CADAM接口；APTX-GI自由曲面零件幾何定義與數控加工編程交互系統；RMI小型通用網狀幾何數據庫管理系統等，出色完成了原定計劃，為我國培養出一批CAD業務骨干，有力推動了國內CAD軟件的自主開發。 LOGICA等系統在國內陸續移植到 Apollo工作站和486微機上，應用于殲8改型和直升機等型號研制。

成績回顧

625所是航空部內最早從事CAD/CAM技術應用開發的主導單位，在新機研制的全機數模建立、大型復雜整體結構件的三至五坐標數控加工，以及先進柔性制造系統和CIMS系統的示范創建中，都起了最得力的技術中堅作用。

大約從1963年起625所課題組著手研制數控加工自動編程系統，歷經TQ-16機的SKC和CAM251批處理系統、IBM主機版APTX-GI系統，發展到1991年1月通過部級鑒定的CAMS系統。CAMS應用于新型號的研制，用140萬元人民幣的研制費取代了從國外引進類似源程序所需的140萬美元。數模課題組大約從1965年起從事飛機數模軟件的研制，歷經使用懸臂梁彎曲變形的力學模型、小撓度三次樣條曲線、B樣條曲線曲面，發展到1994年1月通過鑒定的微機版CADS系統。CADS采用 NURBS曲面，應用于新型號的全機數模重建。原來該機建立理論外形時采用波音在1970年代的曲面建模方法，在數據庫中存儲離散點集，用相對密集的點構造小片棱面來逼近飛機外形。這樣構造飛機外形，調用數據方便，計算簡單，但在進氣道內外唇部等曲率變化突然的部位，用以構造結構件外形時，發現等距面的計算誤差太大，難以投產。于是625所協同工廠突擊開發 NURBS精確曲面系統，用CADS系統重新逼近業已生產定型的飛機理論外形，作到整體逼近誤差小于0.1毫米。整個項目投資80萬元人民幣，耗時一年半，而從國外引進類似源程序則要200萬美元。

從1980年起，625所引進法國 Forest-Line公司技術，與該公司合作生產大型三、五坐標數控龍門銑床，共兩個系列、十個品種規格。1985年航空部所屬航空精密機械研究所(303所)向意大利DEA公司引進橋式測量機技術專利，合作生產IOTA系列的標準型和精密型測量機共24種型號。

1995年625所建成FMS北京實驗中心，投資4千萬元人民幣，配有兩臺五軸、一臺四軸銑切加工中心，裝卸站、立體倉庫、刀具庫、六軸刃磨機、在線測量機、液壓校正機、清洗機、巷道堆垛起重機等，可以生產1m以內中小型飛機結構件。

成都飛機公司和西安航空發動機公司都是我國CIMS應用工程的示范企業。此外，各飛機工廠還自行研制了數模和數控加工編程系統，如西飛的AD80和NC87，上飛的飛龍-79繪圖系統和飛龍81四坐標數控自動編程系統，漢中陜西飛機公司的MAPT微機自動編程系統等。

西飛研制的飛豹全天候超音速殲擊轟炸機獲1999年度國家科技進步特等獎，就是用AD80的孔斯曲面建立全機數模，并用N87繪制全部理論模線和結構模線并加工飛機零件，以后又通過自編的接口程序將AD80數模等價轉換成CATA的 Bezier曲面。

南昌飛機公司用自行開發的NCP33曲面加工系統為強5改型機、K8教練機加工了多種吹風模型。

成飛用C-SURF曲面造型加工系統建立殲7改型部位的外形數模，繪制結構模線，并加工了工藝裝備和飛機零件共1600件。1996年1月成飛還部級鑒定了FA- CAD/CAPP/CAM集成系統，這是廠、所、校合作開發的飛機整體結構件工藝過程設計和加工編程軟件，應用效果極好。飛機的整體受力框一般用厚鋁板或鈦板銑去98%材料，形成曲面外緣、連接孔、加強筋、橫梁、內槽、腹板等結構要素，板坯厚度可以達到200mm，而腹板厚度只有1.5mm。手工編制一份加工工藝規程往往需要三四個月，而且容易出錯。現在根據生產經驗總結出每種加工特征的工藝規則，直接從零件的幾何定義和特征分類自動生成工藝文件和加工程序，明顯提高了工作效率和質量。正是我國航空工業廣大職工的奮力拼搏、自強不息精神贏得了國外同行的尊敬，爭取到了 CADEMAS和MD82等國際合作項目。以后波音又與沈飛、西飛、上飛簽訂了專包生產1500架737-700機身48段、垂尾、平尾等合同。

中美聯合生產MD82飛機

這是中美建交以來規模最大、有效時間最長、技術交流最廣的一個技術合作項目，由上海飛機制造廠與麥道公司聯合生產25架MD82雙發噴氣中程大型客機。1983年3月18日正式簽訂合同，1985年4月15日，我國計委批準生效。

麥道公司負責提供原材料、發動機、機載設備和技術支援，中方負責機體結構組裝、部分制造和總裝試飛。1986年4月1日上飛正式開鉚首架飛機，1987年3月5日美國國務卿舒爾茨從機場直奔上飛檢查生產狀況，同年7月5日首架MD-82完成試飛，交付我國民航使用。以后又增加MD-83型，總生產量達到35架，其中5架返銷美國。1992年7月14日上飛組裝的首架MD83出廠，該機安裝了國產水平尾翼等10個部件。上飛引進并實施了麥道公司成套管理標準、技術標準和質量標準。從1985年起，麥道有150名專家在上飛工作，共移交了25噸技術資料，向上飛職工累計進行了4.2萬小時課堂培訓和64萬小時在崗訓練，這對加速我國民航工業現代化起了重大推動作用。1995年8月中美簽約繼續合作生產20架MD90型150座干線機，要求機體國產化制造率達到70%。

除上飛外，還有成飛、西飛、沈飛參加。MD82/90采用相同的機身駕駛艙，1994和1800項標準件，使用4000多項工藝裝備。1996年6月26日成飛交付首架MD90-30機頭，7月15日由上海港運往美國。1996年12月9日西飛交付承制的MD90-30左、右機翼盒，長34m，最大寬度3m多。1999年11月21日我國生產的MD90-30大型客機取得美國聯邦航空局適航證。

此外，沈飛為德國宇航空中客車公司加工100架份A320應急艙門，以及翼肋、A300機翼艙蓋等。西飛為法、意聯合設計的先進支線客機ATR-42生產150架份外翼盒，長7m多；為波音生產737-300垂直尾翼500架、水平尾翼150架等。以后波音又與沈飛、西飛、上飛簽訂了轉包生產1500架737-700機身48段、垂尾、平尾等合同。西安航空發動機公司為美國GE公司轉包生產渦輪盤1993年獲GE頒發的產品免檢證書，1995年4月3日慶祝向GE交付第2000個渦輪盤。(以上材料引自《航空制造工程》和《航空知識》)

航空工業任重道遠

2003年4月18日，溫家寶總理一行來北航看望師生，在談到我們一定能打勝這場防治非典的戰役時指出：困難才能見真情，困難才能見團結，困難才能見意志。又說：最近我收到王大珩先生的一封信，…他信里最惦記的是中國大型飛機的制造。解放50多年了，我們能造汽車了，能造戰斗機了，但是我們還不能造大型客機。…我總想什么時候中國的大型飛機能夠制造成功并且上天。我相信，這個愿望是能實現的，可是實現這個愿望是非常艱巨的。我看這付重擔就在在座的同學們身上。時隔不久，5月25日總理來到王大珩先生家，就王老最近寫的一份關于加快我國航空工業發展的建議說：我國幅員廣闊，一定要發展自己的航空事業。這方面，我國擁有一大批訓練有素的人才和較好的基礎，航空工業今后的發展要著重解決好規劃、體制和人才問題。

萬眾一心，眾志成城，中國必將成為世界制造強國。

CAD產業發展的回顧與思考(九)

不結束的結束語

從《吳文俊之路》中尋求力量

說來慚愧，每天都在想CAD，當我回顧國外成功企業的發展道路時思路非常清晰，三言兩語就能勾畫清楚。現在要總結我國自己的發展經歷，往事歷所在目，千頭萬緒，就是說不出癥結所在。拜讀《呈文俟之路》，豁然開朗，為我們指明了前進方向。

吳先生寫道:“20世紀30年代，法國數學已瀕臨喪失過去二百多年來國際領先地位的境地，而且與周圍各國的差距頗有擴大之勢。在這樣的形勢下，法國一些年輕而有才華的有心人創立了 Bourbaki學派，經過數十年的慘淡經營，終于使法國數學重新占據世界舞臺的中心。在構造概念下對全部數學的統一處理，《數學原理》全書的編寫， Bourbaki討論班的創立，對青年一代的培養，凡此種種，都無非是在以復興法國數學為歷史使命這一指導思想下產生的數學思想與具體措施。…真正值得我們學習的乃是他們這種可貴的精神。”

吳先生說:“筆者在國外曾遇到一位第三世界數學家，他說了這樣一句話:‘ Bourbaki是法國民族精神的產物。’此語可謂一針見血，這位數學家口中的 Bourbaki，才是真正的 Bourbaki!”吳先生認為正是這種民族數學復興運動“為我們提供了一個良好的榜樣”。振興中華，對數學工作者來說，“不僅是振興的問題，而且還有一個復興的問題。”而吳先生本人正是這次復興運動的旗手，對吳先生的介紹中，陳省身先生指出了“獨出蹊徑，不襲前人”。吳先生堅持認為“從事數學研究，必須保持主動，課題要自主確定，要有自己的方法，

走自己的路。這樣才能做出國際一流水平的工作。否則，讓別人牽著鼻子跑，不僅被動，而且將是非常難受的。”

振興中華，重鑄中華民族的自尊自強精神，堅定不移走自己的路，這同樣是振興CAD產業的唯一正確道路。

發展新一代功能特征平臺

CAD的核心是建立新產品的幾何構形數字化描述，因此強有力的通用幾何平臺是發展CAD產業的必備工具。但是，當前如果將開發平臺的目標直接定位在自主研制類似于ACIS、 Parasolid的幾何平臺產品，筆者認為不妥。必須超前，將目標確定為創新新一代的功能特征平臺，理由如下:

1、2003年10月14~15日，北京航空航天大學席平老師去三亞參加 CATIA 的知識創新論壇。大會指出， CATIA的系統架構很快將發生大的變動，以便更好地面向產品的功能設計服務。一家香港客商在大會上演示了基于知識的手機功能設計過程案例。同年11月2~5日EDS在亞龍灣舉辦的大中華區PLM論壇和11月18日PTC在桂林舉辦的中國區用戶精英大會，也都突出了知識驅動的產品開發過程和完整的一體化產品開發管理。產品功能設計的操作對象是功能特征，因此新一代平臺必須兼顧幾何和功能兩大方面。

2、2003年10月28日，Autodesk在京舉辦的CAD與企業信息化和數字城市——技術高峰對話會上，我們已就自主發展幾何平臺問題與 Carl Bass先生作了一次交鋒。Bass認為，當前國際上已推出了5個主流平臺，這就是 Spatial/ACIS、UGS/ Parasolid、PTC/Granite one、 Catia/CAA和Autodesk/ Shape manager，中國新開發的平臺必須與這些已有平臺幾何兼容、特征兼容。筆者認為，為慎重起見，還應加上Bentley/ Microstation和日本千代弘明( Hiroaki Chiyokura)創建的DesignBase/XVL平臺。DesignBase是曲面系統，XVL是超輕量級網上傳輸3D圖形語言，兩者的共同理論基礎是 Gregory曲面片，ACIS也早已使用了 Gregory曲面片技術。

當前在不同CAD系統間交換產品數據時，一般只能傳輸幾何信息，特征信息都被丟失，需要從幾何信息中重新識別和提取特征。因此，我國要想真正建立實用的CAD平臺，必須首先占領功能特征建模這一制高點，規劃好功能特征的表達形式，牢牢掌握與國外CAD系統全面交換特征信息的主動權。

3、特征設計( Feature based design)思想的提出，其初衷就是想通過各個行業內流行的術語語義引起聯想，用以指導知識驅動的產品設計、生產過程。特征的天然屬性就是形狀和功能及其在產品全生命期內的各種形式演變。早期的CAD/CAE/CAM軟件產業各自獨立發展，形成了設計特征、分析特征、加工特征等的人為割裂，而在PLM和多學科設計優化MDO的新形勢下，功能特征理應作為產品設計、制造全過程管理中的完整信息載體，而在PLM中全程發揮知識驅動和智能推理的中介作用。

4、CAD技術在不斷發展，軟件技術在創新，需要通過軟硬件平臺作為載體來實現。最近從Think3的網頁www.think3.com上讀到有關該公司新開發的曲面體產品整體形狀建模( Global shape modeling)白皮書，可以在已經設計好的產品三維裝配模型上局部修改外形，使所有波及到的零件自動適應新的形狀整體光滑、美觀的要求這一技術的核心，其實就是建立產品的全局關聯功能特征模型，讓相互配合的零部件自動滿足產品的一系列功能約束條件。

“神舟”飛船總設計師戚發軔曾在宇航員放飛前，自豪地告訴他們:“小伙子們，放心飛吧，你們定能平安歸來。”跟“神舟5號”以至“神舟6號”……的輝煌勝利相比，全局關聯、整體約束滿足等這些國外軟件早已實現了的功能豈能稱作困難。我們理應設置更高的開發目標

上下同欲者勝

我們國家的領導人歷來全力支持高新技術產業的發展。

2003年11月4日北京晚報報道，“柯達與樂凱的合資談判從1997年就已經開始了，……時至今日，這場馬拉松式的“戀愛”終因柯達的“專情”而最終締結“良緣”。柯達甚至放棄自己在全世界各地合資的底線，全盤接受了樂凱的合資三原則樂凱控股，樂凱獲得經營決策權，樂凱品牌保留。”，“促使柯達不斷讓步的是樂凱背后龐大的中國市場，而樂凱則將借柯達之船駛入全球市場的大海。”

（紅濤按：唐榮錫老人發表本文的時間是2005年9月，2005年3月，樂凱膠片/600135轟然暴跌，從而引發了業界對柯達入資樂凱事件的全面、深入討論，柯達轉型數碼照相產業的趨勢已經初步明確，關于“樂凱事件“的陰謀論觀點逐步占領了上風。聯系前后文，我不是特別確認唐老談及這一事件的明確立場和態度，為尊重原文保留，并提請讀者注意。）

捫心自問，我國快速發展CAD產業的阻力究竟何在?不在國家領導層的決策，不在經費投入不足，不在缺乏高素質人才，問題恰恰出在我們自己身上，這就是過多夸大了個別技術因素的難度，裹足不前，缺乏一往無前的必勝信心。

2000年1月召開的中國科協五屆五次全委會議。在分組會上我談了CAD軟件產業當前存在的問題。王大珩先生在場，作了很長的發言。他說:“見到某單位在發展高技術計劃上寫了‘循序漸進’，要踏踏實實，有條不紊地開展研究。社會在發展，必須考慮新環境下的四面八方因素，找出一個最快的方法。‘漸’字有問題，不能四平八穩，“序’也有問題，這是老經驗的序。復雜系統工程很難說清什么是序。應當‘循優勇進’。不能固守老黃歷，大家要鼓起勇氣，有緊迫感。”

我經過這幾年的觀察、思考，尤其在寫這篇結束語時，思想有了根本性變化，我們必須走跨越式發展道路。

幾點倡議

1、信息公開，調動一切積極因素，好中擇優。通過網站廣泛討論通用平臺的發展目標，求解方案，關鍵算法，逐步建立開放的測試題庫，公平競爭。

2、我國飛機工業捷報頻傳，西飛推出飛豹殲擊轟炸機，成飛推出殲十和梟龍(超七)殲擊機，貴州雙陽推出山鷹高級教練機，哈飛推出ERJ145噴氣支線客機等。現代飛機設計制造有很多特殊要求，如雷達散射面積隱身性能計算、電傳操縱中機動飛行軌跡與發動機動態特性相匹配，鈦合金整體結構件高速切削和焊接等。能否考慮直接由各飛機工業公司牽手匯總手頭的所有CAD軟件，產、學、研相結合共同探討以功能設計為主線的飛機PLM軟件架構。

3、組織出版更多優秀CAD教材，積極參與國際CAD教育論壇活動，努力提高CAD教學質量。加強中國制造業信息化CAD產業技術聯盟成員之間的技術合作和交流，鼓勵公開發表軟件開發中的技術訣竅，通過國家資助方式逐步開放CAD平臺中的組件源代碼。

4、比爾.蓋茨說過:“三流企業做產品，二流企業做品牌，一流企業做標準。”我們必須大力倡導精品戰略，精益求精開發出更多堪稱CAD標準的軟件精品。