中國有完全自主的三維幾何建模引擎和幾何約束求解器嗎?

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工業軟件,就是“工業大腦”。三維CAD系統,是工業核心數據的來源,屬于核心的研發設計類工業軟件。三維 CAD 軟件的兩大底層核心技術:三維幾何建模引擎和幾何約束求解器,目前均面臨嚴重的“卡脖子”風險,嚴重影響我國的技術自主創新以及信息和知識產權安全。

一般來說,國產幾何引擎和約束求解器必須百分百自控,這是基本要求。

CAD 工具建立在幾何內核之上,幾何內核是一個軟件組件,用于定義如何創建模型的幾何圖形。幾何約束求解引擎是公認的CAD參數化設計的關鍵核心技術,是CAD的關鍵基礎組件,技術難度大,可靠性要求極高,目前被國外壟斷。

目前內核市場由1980 年代后期推出的Parasolid和ACIS主導,最新進入市場的內核是1996 年開發的C3D和 1998 年開發的 Convergence Geometric Modeler以及2010年華云三維(華天軟件子公司)開發的DGM,2021年中科大九韶內核AMCAX;它們在 2013 年和 2011 年,2021年作為獨立產品推出。ShapeManager沒有出現在內核許可市場上,2001 年Autodesk明確表示他們不會進入這個業務。 國家內核方面:(1)俄羅斯政府擁有的俄羅斯幾何內核,目前尚不清楚它是否會商用,盡管提供了優于市場上其他內核的獨特功能(2)中國:通過國家重點研發計劃項目牽引,協同攻關核心技術,促進CAD內核專業人才培養,我國多所院校共同對三維CAD幾何引擎卡脖子技術進行攻關,并且開源。

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三維幾何建模引擎是三維CAD軟件的造型基礎,當今世界上流行的有德國西門子的Parasolid和法國達索系統的ACIS(CGM)兩大建模引擎,壟斷了絕大多數三維CAD軟件。這兩個引擎都源于美國,目前都由美國的團隊掌控。所有基于這兩個引擎構成的三維CAD軟件,都可能面臨“卡脖子”風險。另外還有一個世界上唯一的開源幾何引擎OpenCasCade, 不過沒有被任何商用三維CAD軟件采用。

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幾何約束求解器是三維CAD軟件中的草圖、裝配、運動仿真等核心模塊的基礎,世界上的幾何約束求解器基本被西門子的DCM壟斷,DCM源于英國的D-Cubed公司。

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在近幾年中國工業軟件發展浪潮到來之前,在市場打拼的、研發國產三維CAD商業軟件的有三家中國工業軟件公司。

山東山大華天軟件有限公司:2008年引進了日本的一款三維CAD軟件(日本UEL公司CADmeister),有全部的源代碼,有自己的三維幾何建模引擎CRUX。通過引進、消化、吸收和再創造,發布了三維CAD/CAM系統SINOVATION,目前在沖壓模具領域獲得好評。

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官網:SINOVATION_CAD_CAD軟件_國產CAD_國產三維CAD_三維CAD/CAM軟件SINOVATION

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廣州中望龍騰軟件股份有限公司:2010通過收購美國VX公司,獲得全部知識產權和源代碼,自此中望公司進入三維CAD行業,并同年發布中望3D 2010。中望3D平臺基于自有的三維幾何內核Overdrive技術,基于Nurbs幾何表達及邊界表達法,實現了自由曲面建模、實體建模混合建模技術支持。

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官網:中望軟件官網-可信賴的All-in-One CAx解決方案提供商,提供二三維CAD軟件免費下載

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北京數碼大方科技股份有限公司:通過并購美國硅谷的IronCAD公司,獲得了3D技術, 不過與上面提到的華天軟件和廣州中望不同,IronCAD沒有自主三維幾何建模引擎,用的是德國西門子的Parasolid和法國達索系統的ACIS。

IRONCAD最初由位于加利福尼亞州圣克拉拉的Visionary Design Systems(VDS)開發。該產品于1998年推出。2001年,由陶彥涵博士領導的開發團隊從VDS(現在稱為Alventive)分離出來,成立IronCAD LLC,繼續開發IronCAD產品。2004年4月6日,國內知名CAD/CAM軟件廠商CAXA與美國三維創新協同技術的領導者IronCAD公司在北京西苑飯店隆重舉行簽約儀式,正式宣布實施公司合并重組,共同進入PLM領域。

官網:3D CAD實體設計中國自主的CAD/PLM/MES工業軟件

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這幾年工業軟件的備受國家對重視和投資界的追捧,三維CAD的發展也涌現了OEM模式,尤其是OEM SolidEdge, 比如杭州新迪購買了SolidEdge源代碼,也不包含SolidEdge底層兩大核心組件的源代碼: 三維幾何建模引擎Parasolid和幾何約束求解器DCM 。

也就是說,通過引進和收購,國內有兩個擁有源代碼的三維幾何建模引擎:華天軟件的CRUX 和廣州中望的 overdrive.不過這兩個引擎都是源自國外的技術。

另外上面引進和收購的產品使用的幾何約束求解器都是西門子的DCM,都沒有自己的幾何約束求解器。

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那么中國究竟有沒有完全自主的三維幾何建模引擎和幾何約束求解器呢?

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嚴格地說,完全自主的三維幾何建模引擎,目前有且僅有一個,那就是華天軟件的三維幾何建模引擎DGM(Diamond Geometry Modeler) 。國內高校和研究單位研發了幾個自主建模引擎,比如清華大學的GEMS, 但是目前未進入商用、且被三維CAD軟件采用、因此能夠被使用和驗證的,只有華天軟件的 DGM。(注釋:中望悟空計劃執行中,目前OGM離商用有點遠!)

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完全自主的幾何約束求解器,目前也是有且僅有一個,那就是華天軟件的幾何約束求解器 DCS (Diamond Constraint Solver) 。國內華中科技大學研發了一個幾何約束求解器CBA,但是目前進入商用、且被三維CAD軟件采用、因此能夠被使用和驗證的,也是只有華天軟件的 DCS。

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DGM和DCS由華天軟件首席科學家、“國家人才工程”入選者、CAD領域知名專家梅敬成博士帶領一只優秀團隊、歷經十多年研發而成。梅敬成博士2011年初回國全職加入華天軟件,回國前1990年至2010年,曾就職法國馬特拉資訊、達索系統、think3等世界知名CAD公司 ,參與 Euclid、CATIA、ThinkDesign、OpenCasCade 等產品和內核的研發。

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DGM使用全新的技術框架,具備優良的兼容性和魯棒性,具備100%源代碼,其功能可以對標國外主流幾何引擎Parasolid和ACIS并與其兼容。

DCS包含2D和3D幾何約束求解器,具備100%源代碼,其功能可以對標國外主流幾何約束求解器DCM并與其兼容。

DGM除了在國內幾個重點CAE/BIM項目得到應用驗證外,主要用于構建山東華云三維科技有限公司(華天軟件的全資子公司)的國內首款、完全自主、基于云架構的三維CAD平臺CrownCAD。DCS也是CrownCAD的草圖、裝配、運動仿真的基礎。

官網:華云三維 CrownCAD | 三維云CAD協同設計平臺

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基于云架構的三維CAD——CrownCAD。這個CAD系統的最大特點是基于云架構。具體來說,它有完全自主的兩個內核產品,三維幾何建模引擎和幾何約束求解器。

CrownCAD具有完全自主知識產權,并適配所有國產芯片和操作系統,也支持大型企業的私有云部署。所以,這款CAD的數據擁有安全保障,非常適合自主可控要求較高的中國制造業。它在應用上可以實現云端設計、異地云端協同,可以多地多人共同設計一個產品。它是世界第二款基于云架構的CAD,也是國內的第一款,代表著整個CAD的發展方向。

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CrownCAD, 云CAD建立在自己的幾何造型引擎上,承擔了國家的云三維核心引擎課題,與華中科技大學、浙江大學和清華大學等六所高校緊密合作,約束求解器主要與華中科技大學合作。也在探討廣泛合作,例如公差分析模塊在與資深專家對接。” 基于云架構的CrownCAD不止解決了“三維幾何建模”和“幾何約束求解器”自主可控的問題,更將原來基于PC端的三維CAD產品設計工作搬到云端,打開網頁就能進行產品三維設計,用戶體驗顯著提升。

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CrownCAD實現100萬+零件大裝配 | 華天軟件CrownCAD實現100萬+零件大裝配

CrownCAD全國產內核,不懼卡脖子。具有極高的性能,讓您能夠輕松處理從數萬到超過一百萬個零件大裝配體(大飛機大裝配)。

CrownCAD作為完全自主、基于云架構的三維CAD平臺,擁有自主研發的“三維幾何建模引擎DGM”與“幾何約束求解引擎DCS”兩大核心技術。

“CrownCAD已實現從底層技術到上層應用的完全自主可控,真正可以稱之為中國人自己的三維CAD”

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中望軟件云CAD內核,應該屬于“悟空計劃”,執行中,離商用有段距離!

中望云CAD擁有自主建模引擎OGM和幾何約束求解器ZWGCM。。

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CAD軟件買不來自主,中國的CAD還是要靠中國人!

很多時候我也希望那些盜版的國外軟件,能夠賣給我們中國軟件企業,問題不賣!中國收購不了啊!

不套殼≠知識產權,套殼≠沒有知識產權,事實上,國內可以頒發一個政策,禁止國外軟件盜版不就行了。歐美很多軟件也是套殼,問題是,人家自己有源代碼,我們畢竟不是他們自己人。軟件只能自己慢慢積累,一般套殼之后,很難提高自主性。就像你很難改變一個人。

實際上講,所有的軟件,哪怕不套殼,也是拼湊一起的。因為開發的團隊,都會利用已有的技術進行開發,只是或多或少而已。所以套殼在軟件領域,跟垃圾沒兩樣。所以求解器,內核,架構,數據庫等核心模塊的重要性,就變得越來越重要。隨著軟件功能拓展越來越多,源代碼的辨別又變得重要起來。所以源代碼辨別,實際上就是避免代碼屎山。新迪收購SE,我覺得學習模仿的可能性,要大過,解構的可能性。因為有能力解構別人的軟件,是不屑于去模仿。解構軟件所需的能力要高于開發。Solidedge沒有核心,要是有核心,Solidedge早就單干了。實際上,這也符合新迪開發插件的歷史背景。新迪就是希望開發一套類似清華天河的那種軟件,直接可以把ug的各個版本兼容。這就是反向套殼。反向套殼的風險很大。極可能被ug反向收購。最終結果就是公司垮了,團隊解散,這有點像高級漢奸的味道。嘴上說著最狠的話,骨子里卻是最賣國。嘴有多硬,骨頭就有多軟!這種開發模式早期就是為了降低成本,打個比方,AutoCAD可以一年一個版本。但是這種寄生開發,可以幾年不換AutoCAD的版本。這樣,成本就降下來了。這種寄生開發的安全性非常低,主要原因是數據安全越來越低。dwg格式的壟斷,實際上就是dwg格式的安全性極低的結果。因為大家都用,所以眾怒難犯。但是在國家對抗過程中,這種安全不值一文!dwg格式是個不歸路。因為世界上能夠開發軟件的企業越來越多。最終數據就成為軟件安全的首要任務。再提倡dwg壟斷地位,就是缺乏遠見卓識的表現。所以,dwg最終結果還是被推到。要么歐克特自己來推翻,要么別人來推翻,只是時間問題。軟件開發缺少標準,所以有了數據格式。如果國外關閉數據格式對我國企業的開放,那么我國軟件企業將會陷入一段混亂的時期。因為,我們不知道自己的開發出的軟件,能不能其他軟件識別。所以,打敗中國軟件最好最簡單的辦法,就是開發一個跨時代的數據格式。

昨天國內一家CAD倒閉了,我感覺這件事跟美國硅谷銀行倒閉有關聯。因為很多歐洲公司都投資硅谷銀行,OCC在我國國內可能新鮮,但在歐美可能是很多小公司的首選。開源是為了利用外部力量,進行外部糾錯而已。

實際歐美軟件并不強大!主要原因是代碼屎山問題。消息保密不了,哪怕數據格式一樣的,但是很多代碼細節反應出來。按照歐美創業的風格,這下美國可能是收割全世界的IT產業。一種是金融軟件領域,一個是小型技術托拉斯壟斷領域。想想為什么UG/NX會賣!這些都是有原因的。實際上,歐美工業軟件并不代表中高端。只是他們有一定程度的主動權。現在的科技界,真的跟錢學森那會沒法比,缺乏高瞻遠矚。

歐美最怕中國獨立開發軟件,這樣就能避免歐美的一些弊端,軟件就是這樣。軟件開發,理論上講,只要實力足夠,后發有絕對優勢,能夠避免傳統軟件的弊端,這是顛覆性的。歐美做的事情,20年前就有反應了!只是有些蠢材感覺不到而已!國內的買辦必須抵制,國家不抵制,民間抵制!

任何機械工作者,都會對第一次接觸的工業軟件,情有獨鐘。實際上,大學生并不對國產軟件感冒。如果大學生都用過國產軟件,國產軟件不可能發展這么慢!除非只有一個原因。大學生們根本不用國產軟件!如果大學開辦實踐課,市場上早就國產軟件遍布了。除非,軟件企業和大學生的溝通渠道根本沒有,一切都是紙面文章。國產工業軟件的用戶基礎在哪,必須重視,這是國產軟件的基本盤——根基。從機械,談機械。機械行業有不變的內在規律。資本也不可能忽視機械的規律,塑造空中樓閣。機械本來就是重資產的。如果資本需要高利潤,有大把的選擇,何必放在機械領域!既然放在機械領域,就得遵循機械行業的基本規律。不能扯著制造報國的幌子,行技術買辦之實!即使技術買辦,也得以獨立自主,吸收消化,開辟新路為基本出發點。

如果需要50年才能實現工業軟件獨立自主,那還不如完全自主開發。從現在開始,進行基礎架構基礎建設。畢竟國外也就發展了50年。再加上后發的經驗優勢。如果一直買辦下去,就沒必要提倡獨立自主!

扛著引進技術的鍋蓋,占著獨立自主有限的位置。兩面三刀,為人不恥。

收購或者租用的技術,難以消化吸收。難以吸收的根源,就是技術是外來的,碎片化的,不成體系的。所以唯一的辦法,就是自己獨立完成這個體系建設!即使拿到了全套技術也需要時間來消化,全套技術也是有漏洞的。只有吃透原理,形成自己的一套邏輯,才能完成體系建設!這就得與時間賽跑!別人的體系不斷膨脹,你跟著后面復制,你復制的速度是跟不上體系膨脹的速度的!(參考瓦良格航母——遼寧艦)

放著現有的基礎理論人才不用,拉起一幫熱血青年,轉而投向外來技術的復制,這樣的動作,里外都造成極大浪費。

不管怎樣,獨立自主創新和技術買辦都需要高投入。既然高投入,那就看怎么辦回報大一些,長遠一點。我想利用機遇,高投入,培養國產軟件自己的革命性力量,遠比復制別人的技術來得明智。

生態鏈不是等來的,也不是復制來的,是自己一點一滴積累起來的!體系不可能復制!永遠記住,這個世界,沒有一模一樣的樹葉!同樣的理論,不同的人,不同的理解。如果一模一樣,就沒必要復制。根子上講,從哲學角度考慮,買辦只是手段,獨立自主還是必須!

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