CAD产业发展回顾与思考

CAD产业发展回顾与思考作者简介：唐荣锡，我国CAD/CAM领域著名专家，北京航空航天大学教授，博士导师。1949年毕业于交通大学机械工程系。1956年留学苏联。1958年回国。历任北京航空学院讲师、副教授、教授，中国航空学会第三届理事，国务院学位委员会第二届学科评议组成员。从事飞机投靠、钣材成形机理与技术等方面的教学与研究工作。1976年起转入计算机辅助设计与制造的研究。在国内首先开展了对机械零件的三维立体造型的应用研究。编著有《飞机制造工艺学》、《飞机钣金零件制造》、《计算机辅助飞机制造》。CAD产业发展回顾与思考（一）——后来居上的达索系统/CATIA一、后来居上的达索系统/CATIA1、初访达索1985年11月航空工业部组团成都飞机公司等去巴黎访问达索飞机公司，用三个星期详细考察CATIA软件的应用状况，准备引进这一系统。达索当时设计生产幻影F1战斗机和空中客车民用机，使用IBM3090、4381一类主机和IBM3250、5080一类图形终端，用CATIA设计了幻影的全机外形，完成结构打样、布置通风管道和液压系统、设计和加工机翼整体壁板、蒙皮成形模，以及航空发动机的涡轮盘和叶片等关键零件。全公司共有200多台图形终端。2、CATIA在引进与开发并举中发展壮大达索飞机公司从1960-1965年开始引进IBM计算机和使用数控加工机床，1967年着手用Bezier曲面建立飞机外形的数学模型，1970年用批处理方式全面展开幻影的数字化设计。1974年领导层面临重大决策，为了扩大CAD应用规模，从美国引进软件有利，还是自已动手开发好?最后决定齐头并进，一面引进洛克希德飞机公司的CADAM系统，一面重点开发飞机吹风模型的三维造型和加工软件，以便大量缩短飞机模型的吹风试验周期。于是1975年引进CADAM，花100万美元买下了CADAM源程序，学习CADAM的技术诀窍。1977年启动开发三维交互CAD软件，1978年投入使用CATIA。同时建立主数据库，统一管理CADAM二维结构图和CATIA三维模型文件。1979年用数控加工制造出第一个吹风模型。1981年IBM公司开始负责经销CATIA系统，于是单独组建达索系统公司。当时公司共有30人，软件开发占25人，当年售出10套CATIAV1.0，内容包括曲面造型、三维线框设计、多面体实体建模、运动机构分析和机器人操作编程。从1982到1984年底累计销售量达到200套，人员增加到190名工程师，其中150人从事软件开发和维护，软件人员平均年龄小于30岁。达索自觉翅膀已硬，独立开发了二维绘图模块，撇开CADAM，形成完整的CAD系统V2.0。到1985年底，累计销售近400套，运行于16个国家的二千多台图形终端，其中不包括IBM公司自已使用的终端数。1/3用户是飞机行业，1/3汽车行业，其余是机械、电气、造船、模具、建筑、工程、医学等专业。1991年9月安托公司麦贤慧女士介绍，CATIA已增加到670人，其中2/3从事研究开发。1990年销售额为1.1亿美元。3、兼并迅速增强达索/CATIA实力为产品的全生命期提供一体化服务1989年洛克希德飞机公司缺少资金开发新型战斗机，决定出售CADAM子公司。1990年1月IBM用2.7亿美元收购CADAM，并于1992年起托付达索管理。1997年6月达索用3.1亿美元收购了美国SolidWorks。1997年12月用1.05亿美元现金收购Deneb的精益制造布局仿真软件Delmia。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的开发和经营。1998年12月达索接管法国马特拉（MATRA）下属的CAD/CAM业务，包括Euclid/styler，Machinist，Cisigraph/Strim100和StrimFlow等。1999年4月收购SmartSolutions的SmarTeam业务。1999年2月向美国InventionMachine公司投资600万美元从事知识创新软件的合作开发经营。2000年7月用2150万现金并购Spatial的ACIS3D软件业务。至此，达索/CATIA大体完成了PLM业务范围的战略布局，形成产品全生命期的CAD/CAM/CAE/PDMII一体化管理，为数字化企业提供电子商务的完整工具，足以完成产品从初步设计到售后服务的全过程仿真。其中，CATIA和SolidWorks支持产品的数字化设计和仿真，Delmia完成精益制造过程的数字定义和仿真，Enovia提供数字化产品、过程和资源的集成化、分布式协同管理成套工具。以上三方面汇总，构成数字化产品的全生命期流程，并且支持合作企业的知识重用。据2002年夏网页公布的数字，CATIA/CADAM有1.3万家用户，SolidWorks有9500家用户。过去，CATIA只在IBM主机和工作站上运行，当剖析了PC版的SolidWorks后，1998年5月达索宣布将推出全新的CATIAV5WindowsNT和UNIX版，99%的用户界面图标采用MSOffice形式。CATIAV4的曲面系统使用Bézier形式，现在改成NURBS形式，而且采用DCM约束管理软件，使得新的尺寸驱动模型与其他流行系统很相像。CATIAV4是1993年推出的，有113种独立的功能模块，现在都要转成V5版，而且数据接口都要与V4兼容，V4和V5的零件、装配件可以共存于一个产品模型中。V5还提供CAA二次开发工具，鼓励第三方软件在CATIAV5平台上开发。因此V5是一个非常庞大的应用系统，要想在功能上达到稳定、实用、先进，超过V4和其他品牌，非得有七八年的艰苦磨练不可。1999年5月CATIAV5R1上市，在我国作为教育版的全套优惠价是1.6万元人民币一套，含一百多个模块。2003年2月1日起，达索停止了教育版优惠价，含十几个模块的MD2商业版要2万美元一套。4、CATIA获得成功的首要因素归功于达索的优异稳定环境CATIA从一开始就是面向幻影的研制需要发展起来的，达索飞机公司既是它的开发者，又是它最稳定的使用者。随后IBM和波音飞机公司又成为它的铁杆用户。惟独世界一流的应用才能孕育出世界一流的CAD软件。CATIA开发队伍的稳定也是举世无双，有充足的人力资源。人称CATIA之父的FrancisBernard毕业于土鲁兹大学航空系，学习空气动力学和结构力学。1985年时公司有25人来自这一大学。Bernard当时任执行副总裁，以后任总裁，至今未变。当前的公司成员仍是80%工程师，平均年龄32岁。再有是资金稳定，有IBM作后台，软件销售价格制定合理，划一不变。最后一点，我们在访问达索过程中深深感到法国的民族自尊心很强，自尊才能自信，才能勇于开拓创新，创建优异的民族文化和杰出的高科技产品。CAD产业发展回顾与思考（二）——CAD产业善始未得善终二、美国飞机公司创造CAD辉煌CAD产业善始未得善终1、初探飞机设计制造管理一体化1979年1月29日小平同志访美，3月1日和7日中美双方互派大使，4月6日航空工业部科技局长郦少安率领11人高级代表团用一个多月时间访问DouglasDAC和LockheedLAC飞机公司。DAC组织了两周的系统讲座，每天上午报告，下午参观；LAC陪同浏览加州和乔治亚州公司的飞机设计、制造、试验基地，充分展示了CAD/CAM/CAE/CAT/PDM技术在飞机研制生产中蓬勃发展的应用规模和领先水平。DAC早在1967年就与McDonnell飞机公司合并，简称麦道公司，当时生产F4、F15、F18等8种军用机和DC9、DC10两种民用机，统一由专门组建的McAuto公司提供计算机服务。McAuto有3295人，加州长滩的DAC有6台IBM3033主机和几百台小型机。2、CADAM二维绘图软件的兴衰1964年IBM首次推出2250光笔交互图形终端，LAC随即用来研制飞机结构的设计绘图软件，1972年投入生产使用，称作CADAM系统。1975年起向外提供服务，1978年IBM代理经销，于是1983年1月组建CADAM公司，共200人。1983年底共安装了576台IBM主机，驱动近7000台图形终端。1984年7月公司增加到340人，其中软件开发252人。1985年1月使用CADAM的图形终端数达到18000个。1989年公司进一步扩展到600人。1978年夏CADAM派专人来京向航空部介绍产品功能及应用，1979年我代表团访美时计划用20万美元引进这一软件，象征性建立中美合作关系。对方要求先买三架L1011宽机身旅客机，共三亿美元，才能得到CADAM。直到1984年10月沈阳飞机公司等组团再次去美洽淡，才草签了订购协议。1989年LAC为了获得资金支持军品开发，抛售了当时红极一时的CADAM公司，IBM、TRW、DEC、HP、富士通、台湾都有收购意向，最后IBM获胜并将CADAM交达索/CATIA管理，从此CADAM一蹶不振，自然消亡。微机版的MicroCADAM被日本公司接手，在日本工业界继续得到一定应用和发展。3、UNIGRAPHICS硕果仅存美国的飞机公司很多，除了波音、洛克希德、麦道外，还有Northrop、Grumann等，都在大力推广CAD/CAM应用，而且都在研制CAD软件，但是其中最有成效并且最终成为支柱产品的，当推Unigraphics。这要归功于McDonnell飞机公司，它在20世纪70年代结合F15战斗机的研制，开发了功能强大的曲面造型和三维线框设计绘图系统，称作CADD。开发工作由McAuto负责，在IBM主机上运行。与此同时，为了加工生产的需要，1975年收购了研制UniAPT软件的小公司UnitedComputing，在DEC小型机上开发出曲面加工编程系统，并且往上移植CADD功能，逐渐形成UG产品。CADD的开发应用要早于CATIA很多年，其中曲面系统采用孔斯（StevenCoons）方法，发展了双三次参数曲面的应用技术，如光滑拼接、局部开口、曲面舱门的直铰接边设计等，用二次代数方程表示的局部球面或圆柱面可与自由曲面光滑拼接，可以用圆弧或椭圆弧作为边界线准确构造参数曲面片。加工编程的能力也很强，凡是能设计的曲面一定能加工。还有机构设计、网格剖分、与NASTRAN、ANSYS的接口和MoldFlow的接口等，成为VAX超小型机上功能最强的机械CAD/CAM系统，尤其适合于模具行业。随着业务范围的扩展，McAuto改组为MDISG（麦道信息系统组）。1985年6月MDISG高层领导来北京开拓市场。1987年底南昌飞机公司组团去香港测试UG并洽谈引进，随后用UG设计和生产了P5农用机、K8教练机等。4、资本运作对高技术产业的负面影响CAD产业非常娇嫩，需要精心培育，而在资本主义市场经济下资本运作的主旨是资本增殖。1978年CADAM签约由IBM经销后，IBM公司只允许CADAM在IBM机型上发展。1984年时CADAM虽然有了Apollo、SUN和HP工作站版，但是不能上市。1990年1月IBM收购CADAM公司后，并无积极的发展措施，公司业务停滞不前。1992年起改由CATIA管理CADAM，加速了CADAM的覆灭。至于CADAM公司自身应负的责任是，没有及早抓紧发展三维CAD，未能及时跟上时代前进的步伐。UG的处境比起CADAM来要好得多，但是麦道飞机公司与洛克希德飞机公司一样，由于急需投入资金加强军品研制，1991年5月将UG出让给通用汽车公司下属的EDS。1996年12月波音飞机公司兼并了麦道，交易金额133亿美元。波音一贯要求自己的供应商和承包商统一使用CATIA软件，因此UG在飞机行业内的应用有可能受到牵连而削减。美国的CADReport期刊在2001年展望今后十年的CAD发展时谈到一种担忧，会不会有朝一日EDS为使自身资产极大增值而抛售UG?归根结底，在市场竞争中弱者是无人怜悯的，除了全力拼搏争当强者之外，别无出路！CAD产业发展回顾与思考（三）——从RomulusParasolid到ACIS