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国际金属加工网 2019年07月24日

“备胎危机”就像一道闪电,划破了黑暗的长空,那些隐藏的卡脖子技术在短暂的光亮之中露出了狰狞的牙齿。备胎危机意识,空前地普及了人们对于“工业暗器”的认识:它不动声色地潜伏在工业领域,体量很小,但却为工业创造了巨额财富。你离不开它,你看不到它。它是最不起眼、最中性的强大工具,然而,在极端的时候它或许会成为致命的政治武器。

计算机辅助设计CAD工具软件,跟它的许多兄弟如仿真软件CAE、电子设计自动化软件EDA等,都是这样一种“工业暗器”。

飞檐走壁的义士

很难想到,在中国已经发展了近半个世纪的计算机辅助设计软件CAD会同其他短板技术一样,以这样“企业与国家的抗辩式”的宣言,重新进入眼帘。四十多年以来,自主CAD产业从紧随国际,到热火朝天,到就地跌落几乎失去辨识度,沦为产业缝隙中并无太多人关注的产业。

然而对于一个独立自主的经济体,CAD产业具有重大的战略意义,关系到整个国家的设计能力,作用于技术创新的源头。1989年美国工程科学院评出近25年来全球7项最杰出的工程技术成就,其中第4项是CAD/CAM。1991年3月,美国政府发表跨世纪的国家关键技术发展战略,列举了6大技术领域中的22项关键项目,而CAD/CAM技术与其中的两大领域11项紧密相关。

然而在中国经过几十年的发展,在高端3D的CAD领域,国产软件几乎全军覆没,在中低端还有一些幸存的奋斗者;同样,在芯片设计领域的电子设计自动化软件EDA也几乎全部是美国三家公司(一家被西门子并购)的天下。

在这个行业里行走的企业家,基本上都是飞檐走壁的侠客。堂堂大路,已经无路可走。2018年工业软件提供商法国达索收入在58亿美元,欧特克达到了创纪录的26亿美元。而中国的CAD软件厂商,基本都是在2000万到2个亿之间徘徊。他们更像是江湖义士,行走在利基市场的悬崖峭壁上。

昔日勇猛精进

遥想当年,我国的科学家和工程师们也曾跟紧了发达国家的发展脚步。

1963年,以麻省理工学院的Sutherland博士的“人机对话系统”,开创了图形界面的全新篇章,它可以在10-15分钟完成通常要花几周时间的工作,震动了整个工程界。影响深远的计算机辅助设计CAD因此而诞生。随后的发展,许多技术都是从大学里面走出来。这是大学对工程界的最好礼物。

几乎是同步,我国的科学家和工程界迅速做出反应,从六十年代中期开始研究CAD/CAM技术在航空、造船工程中的应用。而七十年代中期以后,诸多院校和科研院所在CAD/CAM研究方面做了大量的工作,推动了CAX技术的迅速发展。

1975年,西安交通大学研制了751型光笔图形显示器,三年内后751终于配齐了基本软件。在751系统的基础上,西北工业大学、上海交通大学等都开展了我国最早的尝试,包括在飞机框肋装配夹具设计、曲面外形设计和加工、组合机床设计等应用。

那真是一个花开满园的美好年代。1980年,全国高等学校CAD研究会在北京工业学院成立,此时上交大、华科大(当时称为华中工学院)、大连理工大学(大连工学院)等诸多单位在CAD研究方面做了大量工作。

而到了1984年,北航(彼时的北京航空学院)的唐荣锡教授带队研制出了中国第一个多面体实体造型原型系统PANDA。最令人佩服的是,唐老随即向国内研究所和学校公开技术,低价或无偿提供源程序。PANDA系统,就这样流向业界,成为当时CAD的启蒙系统。唐教授的团队,紧跟国际形势,随后又开发出基于线框和NURBS曲面的几何造型、数控加工原型系统PANDA4。

美法两国CAD的大发展,与航空制造的渊源很深。中国的航空制造在推动CAD的发展中,同样是起到了引领的作用。1986年,航空工业部的7760计算机辅助飞机设计、制造及管理系统,也就是7760CAD/CAMM系统,被誉为当年十大科技成果之首。这个项目也是百人会战,来自27个不同院所工厂的百余名教授、专家,联合攻关而成。该软件系统经历了空客320货舱门设计实战,并在“飞豹”飞机研制过程中都得到了应用。到了八十年代中期,有研究者做了发现各院校和研究机构已经开发出2000多套CAD系统。

那一个十年,行业涌现出无穷的活力。船舶六院十一所的HCS系统正式通过鉴定,这是我国第一个造船集成生产系统;南京航空学院的周儒荣等人适用于复杂外形产品设计与制造的B-SURF(3D-CAD)系统,已经跨入了三维的门槛。可以建立两种型号无人机的全机数模,在IBM4341(当时需要几十万人民币)的图形终端上呈现了全机及各部件的各种透视图、切面图等。

而在1992年,超大规模集成电路计算机辅助设计(IC-CAD)熊猫系统在京通过国家鉴定。历时四年,在北京集成电路设计中心等16个单位的200多个开发者,共同啃下难关。该系统拥有28个工具,覆盖了全定制集成电路正向设计的全部功能,采用国产华胜工作站为硬件,采用UNIX系统和标准C语言编程,代码条数达到182万。而在当下,这一类EDA软件是芯片领域非常大的软肋。去年对中兴悍然发起断供的Cadence,正是属于此类暗器。

彼时CAD的发展,呈现出“工程师主义”的锋芒。那个时候,单纯的管理者还没有发言区。整个行业的发展都是由带有工程师气质的科学家直接推动,这是一段科学家和工程界完美结合的历史,它的攻关方式:联合、协同、系统,在当下令人印象尤其深刻。正是这些初出茅庐的技术探索,为之后举国推进的“CAD应用基础”提供了薪火。

政府出手

这期间,政府的作为可谓充分积极,看上去大大促进了行业的发展。

1983年国家科委等8部委在南通召开首届CAD应用工作会,在会上出现了培育发展自主版权CAD产业的呼声;而在863计划中提到进一步深入研究CAD的可实施计划。这期间机械工业部投入8200万,组织开发4套CAD通用支撑软件和24种重点产品的CAD应用系统。

这个时候,对中国工业具有高度软件启蒙意义的“甩图板”时代来临了。八五期间(1991-1995年),国家科委等8个部委联合向国务院上报了《大力协同开展CAD应用工程》的报告。经国务院办公厅批复,全国启动了“CAD应用工程”。时任的国家科委主任提出了“甩掉绘图板”的号召,在全国范围内掀起普及CAD技术及应用的浪潮。八五累计投入CAD技术的资金近8亿元,国产CAD软件产值近一亿元。产生间接经济效益超过100亿元,培训CAD人才达25万人。

应该说,虽然是小小的产值,但产生的杠杆效应却放大了100倍,充分显示了这个行业的威力。

“CAD应用工程”被列为“九五计划”的重中之重项目。机械工业是CAD应用工程首个试点示范行业。机械工业部1995年秋先是启动了为期一年的“1215工程”,选择有一定技术基础的北人集团、北京起重机器厂、安徽叉车厂等112家企业作为首批“甩图板”试点,要求在短期内实现在主导产品设计上甩掉绘图板。该工程于1995年9月启动,累计投放资金2000万,引进各种CAD软件359套。

随后是“1550工程”。1997年被机械工业部定义为“CAD应用发展年”,以实施“1550工程”为核心任务。1550工程的主要任务有三项:一是建立1个机械工业CAD咨询服务网络体系;二是完成5个应用软件的开发和产业化;三是培育50家CAD应用示范企业,扶持500家CAD应用成功企业,带动5000家企业的CAD应用。

这种以数字当头的规划,真的太有喜感了,充满了按部就班的自信。类似提法,至今在智能制造工业互联网的规划中,依然屡见不鲜。

与此同时,CAD应用工程也在交通系统和勘察建设系统展开,建设部印发了《全国工程勘察设计行业“九五”期间CAD技术发展规划纲要》,许多地方都是副省长主抓。

这个时期,政府一直十分重视CAD产业的发展。1998年部委撤并重组,即使机械工业部被撤销,新成立的的电子信息产业部,依然将CAD软件列为八大重点支持的软件产业之首。

这种场景,与当下的智能制造工业互联网、人工智能的推进,何其相似。

百花齐放

在那样政府如此积极的时代,哪能缺乏跃跃欲试的自主雄心?

“国产CAD系统在国内市场占有率在2000年达到40%左右的目标”很快就被提出来,“保护民族的智力密集产业”成为一个响亮的口号。

1996年,国产CAD软件产业在上海CAD展示会上以整体形象第一次出现在国人眼前,提出“国产软件我们的旗帜,民族产业我们的目标”。创始会员有中科院凯斯、清华高华、大凯、武汉开目、深圳乔纳森等五家公司,后来扩展到十几家,包括杰必克、正直、东大阿尔派、同创、大天、华软、华恒等。而在第二年,该就与国家科委“全国CAD应用工程协调指导小组办公室”联合推出了“97国产CAD金秋行动”。办公室提供部分资金作为补贴,成员公司提供产品,实施范围包括全国CAD应用工程首批示范的300家企业以及地区示范企业。对供应商提供5%的价格补贴,对用户企业则提供有关CAD应用的科技开发贷款申请优先级,并酌情考虑贴息。

然而CAD产业之花,遍地开放,却毫无集中度可言。不完全,上个世纪最后一个十年,全国从事CAD研究与开发的机构已达到300余家。大概可以分为两个阵营。一类是自主平台的二维CAD系统,一类是基于当时最流行的二维软件AutoCAD之上的二次开发。但细看过去,一个最大的特点是,整个CAD的产业发源地,基本都是大学出身——这为后续CAD产业的可持续发展,投下了一条意味深长的阴影。

从1986年七五开始,八五、九五规划一路走来,我国的CAD产业技术水平步步高升。根据1997年科委的报告描述,“八五”期间,高华公司的GH-CAD软件的总装机量,在1年内就达到了5000多套;中科院凯斯软件CASS的PICAD支撑软件平台经评测二位功能可与国外先进的二维CAD软件相抗衡,并与二次开发单位联手,软件装机量已有8000多套,带动了一批民族CAD软件。

而根据原全国CAD办公室的,“九五”期间“CAD应用工程技术开发与应用示范”项目中,有600家企业参与示范。累计投入24.3亿元,自主版权的CAD软件年销售额6.5亿元,年产值超3000万元的CAD软件企业有7家,合计年产值近4亿元。

当时伴随着中国制造的是另外一场轰轰烈烈的CIMS(计算机集成制造)工程。在CIMS洋溢着愉快而兴奋的主旋律下,整个CAD产业也很乐观。在CIMS的一份报告中提到,STEP标准的发起者美国波音公司的三位专家之一李湘渝博士在观看了CIMS组推动的STEP标准研究与开发工作后认为,“在研究水平上中国仅次于美国,高于欧洲。金银花系统软件(注:北航开发的)符合STEP标准,是最高水平的”。

一时间,中国自主CAD产业感觉也是值得轻歌曼舞,可以小斟一杯了。

盛局悲歌

盛宴庆唱好局在,窗外忽闻悲歌起。中国CAD在头二十多年,可以说是开了一个好头,但不曾想在随之而来的三维CAD市场却栽了一个大跟头,一下子从阳光大道走到了悬崖峭壁。

1999年4月~2001年4月,“全国CAD应用工程技术开发与应用示范”地方专题完成验收。2001年6月26日,科技部召开“全国CAD应用工程技术开发与应用示范”验收会。至此,轰轰烈烈的“CAD应用工程”完成了历史使命。

随后的形势急转直下,至今回顾起来这段历史,虽然只有短短二十年,而且是贴身的历史,当事人犹在眼前,但时事恍惚,难免会感觉历史的吊诡。

在2002年,国家提出了发展新型工业化,以信息化带动工业化,各行各业迎来了制造业信息化工程的开篇之年。十五的制造业信息化,以“七大研发领域,特别是与制造业相关的863研发项目-三维CAD、MES、ERP、企业集成系统、网络制造、数控装备、数据库管理系统”开局,开始了似乎可以高歌猛进的征程。在这七大关键领域中,三维CAD代表了数字化设计技术的发展方向,话筒传递到了三维CAD这里。

然而,话筒却开始发不了声了。

到了三维CAD时代这里,两件事情发生了根本性的变化。一个是技术,一个是市场。三维CAD的技术门槛还是相当高,建模技术、几何造型技术、渲染技术等多种深度基础技术,还需加持强大的系统设计能力和产品化能力,才能走向市场。这需要基础科学的高端人才、密集的劳动、长期投入。另外一个微妙的切口,是在于三维CAD市场门槛的准入。对于刚刚入世的中国,外商的新产品如潮水般涌入。中国选择性地进行了放开、防御,但有一些死角并没有照顾到。工业软件首当其冲。可以说,中国的三维CAD软件幼苗,面临着三座大山:高端成熟的软件、盗版的近零成本软件和大量国外厂商同时带来的“外资狼群”。

外资狼群由主机厂、配套设备和配套软件构成了铁三角。中国一直探讨的“市场换技术”,目标都过于集中在主机厂上,而诸多技术优势是隐含在另外两个角上,导致中国自主厂商很难挤进去。

当国内几所航空院校的师生还在探索三维CAD算法时,随着波音转包生产的需要,中国制造越来越需要IBM这种硬件和软件捆绑在一起的高端设计能力。1986年大型计算机IBM4341被625所引进,有了一套5080彩色图形终端处理机系统,安装了一个用户的大型机版本的CATIAV1.0;1988年初603则引进IBM4381、带五个5080图形系统以及相关的CATIA软件。这些好用的软件,让工程师眼前为之一亮。随着对三维的要求越来越高,波音对国内转包生产零部件的要求越来越高,数据包必须要求用模型传递,而国内的软件完全不能满足要求。

所以,中国工业软件被强行平仓,从供应商目录中被直接抹掉。这是加入WTO之后被冲垮的一个最典型的稚嫩行业。那时候,我们还不懂得保护工业软件。

然而回头看,中国当时看似有许多的二维CAD公司,也只是表面上的繁荣。二维CAD的发展,一方面“甩图板”深入人心,功劳善莫大焉。几十年的工业化进程,积累了大量的制图和看图的设计员、制图员和工人,使得以简言神传的“甩图板”为口号的“CAD应用工程”取得立竿见影的传播成效。另一方面初始起步的技术门槛较低,有一定技术能力的个体、院校和企业能够迅速开发出可用的二维CAD产品,在短时间内形成大量的参赛选手。尤其是基于国外软件的基础做二次开发的,也形成了一个看上去不错的市场。

然而等到真正要实现商业化,要达到“好用”,需要很好的用户界面和前后处理的能力的时候,国外的二维软件就呈现了巨大的优势。这是工业化的真正含义,不在于核心技术点的突破,而在工程化的稳定性与易用性。而这正是高校和院所,进行技术创新的最大软肋。同样是从大学里走出来的技术,在美国可以有很好的商业转化机制;而在中国,大学创业少有成功案例。手中握有高科技的教授,创业理念并不比草莽英雄高出太多,结果只能是一地鸡毛。毕竟,仅仅有核心技术,离真正的创业成功,还差的很远。

而基于国外软件的二次开发,是工业软件自主发展的一个超级陷阱。许多CAD外商是乘着“二次开发”的浪潮进入中国市场,并且培养了一方气候,最终用户难舍难分。当时Autodesk等厂商扶持了大量的二次开发集成商,很快在业内形成了“二次开发一面倒”的景象。它形成了一种根深叶茂的生态,在国外软件的界面上,集合了诸多二次开发商的智慧。相比稚嫩的独立自主开发商而言,有着压倒性的优势。用户自然乐得吃这样的果子,而且非常上瘾,形成了对国外软件的强烈依赖。

然而,二次开发商的产权却往往都落到国外厂商的手中。对于这样的开发集成商而言,日子是“笑在前半段哭在后半程”。同样需要投入大量精力进行二次开发的集成商,是一种很悲苦的局面,不仅只能吃前面飞扬的土,几乎无法形成品牌溢价,知识产权也很难把控;天天帮别人添砖加瓦垒得摩天大厦,而自己却成为垫底的砖。而一些国外软件公司会采取非常隐蔽的“掐人术”,打压传统大的软件集成商,扶持更小更听话的集成商。中国民营的软件代理商永远是小萝卜头,很难投身于自主CAD产业的复兴。

面对“先集成后自主”这种最常见的思路,业内人士已经正在形成共识,这是一条断头路。踏上了集成之路,基本就无法自主。没有捷径,没有弯道。好在这中间也有坚持无悔的。自主道路再艰难,也不能再通过“二次开发”和“代理集成”发展自主CAD。

而自主之路从来都很艰辛,基本都是辛酸史。浮华过后,那些曾经活跃在舞台上的CAD厂商开始纷纷倒闭。当年国产CAD的五家初始会员中,只有武汉开目现在犹在,但CAD也不再是主营业务。

工业软件

表格:凋零的CAD自主厂商

(南山工业书院根据网络公开信息整理)

工业软件是一个典型的“用户用出来”的技术。离开了用户的滋养,软件不可能发展。中国那些倒下的工业软件供应商,绝大部分是因为缺乏用户的养分而饿死的。从中科院孵化出来的中科辅龙,从1995年起就与中石化北京石化工程公司和扬子石化设计院合作,使得软件开发与工程设计两支队伍在一起相互滋养,后来也一直与中国石油和化工勘察设计协会紧密绑定,这使得如今它在石化管道设计领域,仍然占有一席之地。换言之,与用户肩并肩,依靠国内市场,活下来了。而在建筑领域的CAD软件(现在称为建筑信息模型化BIM软件),也因为昔日建设部强制性的标准,使得桥梁等终端用户一直能够站在国产软件开发商的身边,从而留下了一些PKPM、广联达、鲁班等BIM软件商。

建筑行业的局部存在一些幸运的场地,这种场景其实也并不多。很多软件商不得不走上了去国外开辟市场的道路。这形成了工业软件一个最为奇怪的“用户鄙视链”递增路径:海外用户鄙视度最低,往往会率先使用中国CAD软件,然后是国内的外资企业,然后是国内民营企业,最后才是国有企业。最“歧视”这个行业的,其实正是我们的国有企业。

然而顺着这条鄙视链去独立攻关的公司,例如广州中望、上海友望、苏州浩辰等,在出海扩展市场的征途中,这几年都取得了不小的成就。国外销售额甚至可以达到30%以上,反过来也赢得了国内企业的重视。

悬崖峭壁之上,也有不错的果实。也正是如此,国内还留有三维CAD的火种,如广州中望、华天软件和数码大方等,正是当下值得珍惜的机会。

中国CAD的商业化环境,一直是一个巨大的软肋。至今仍然有很多大名鼎鼎的技术牛人,但可惜没能把这样的学术成就变成商业软件。一个CAD新产品或新版本上市,一般不容易立刻得到广大用户的接受,有一个较长的磨合期,使得投资回报的速度很慢。

北航的唐荣锡教授是推动了中国CAD/CAM行业发展的启蒙家。除了大量的技术推动之外,他对整个行业的启蒙和关注,呵护了一棵幼苗的成长。早在2006年撰文回顾了中国CAD软件产业的发展历程,他就指出了我国的CAD产业仍然是娇嫩的幼苗。不幸的是,即使过了13年,这个判断依然有效。

只有把一种国家战略意图渗入其中,这个稚嫩的幼苗才可能有机会成长。

山头要不要攻?

以CAD为代表的工业软件的特点,可以概括为“非常五指山”,有五大非常之处。一是产值非常小,几乎不可见。这个产业加起来也就是200亿;二是开发时间非常长、投入非常高,超过一般人的想象;三是作用非常大,对制造间接拉动效应在100倍以上,杠杆效应很明显;四是价值非常隐蔽,不深入了解制造行业的人往往感知不到;五是软件与用户非常紧密、无法分离。这意味着单单从供应商发力,而没有用户的扶持和栽培,工业软件是断然发展不起来的。

这五个几乎都相互矛盾的“非常五指山”,都体现在工业软件这个“奇葩行业”了。深刻理解工业软件的价值,才能形成彻底工业化的思维。

凋零的自主CAD产业是否可以重新绽放?回答这个问题非常复杂,因为国际上的趋势是,CAD早已不再是单纯CAD,而是跟仿真结合在一起,甚至跟物联网结合在一起。CAD作为一种单纯的工具属性,正在若隐若现地向后退;而平台战略正在越发明显。然而平台背后都是工具。正如掀开007酷帅的外装,里面都是荷枪实弹的武器。作为软件工具属性的内在根基,无论是CAD、EDA,还是CAE,对于中国这样一个制造大国而言,无论如何都要旗帜鲜明地做下去。

目前国内对国产三维CAD的建设,从部委的高级别专家组角度而言,呈现出诸多的质疑态度。有些人认为中国永远都做不出CAD系统,有的人认为CAD系统也不是那么重要。这些专家,恐怕都笼罩在了过去失败的经验之中。然而中国工业化的许多山头,本来就是一个屡战屡败、屡败屡战的苦局,久攻不下的山头,从来都不能停歇进攻的脚步。

尽管国产CAD的发展感觉上被憋的喘不过气来,但也有很多欣喜的亮点。浩辰软件的2D产品通过“先海外、后国内”的战略,取得了良好收益;而CAD手机看图版软件,在中国450万个APP中,其下载量居然进入前600名的行列,是名副其实的“工业APP之王”。在这条路线上,它远远甩开了不可一世的二维之王:AutoCAD。而华天软件则在石化静设备的设计制造一体化和三维数据长期存档,创出一条新路;而中望十年前收购美国3DCAD,多年消化下来,眼下正在逐渐呈现积极的化学反应。

看上去,即使是铁板一块的大焖锅,也要从各个角度去尝试掀动它。整体打开是不容易的,但总要给它左腾右挪,各个方面放出一口气来,它就有机会被掀开。

小记:铁血不冷,铁甲仍在

活下来了,就有机会。电气CAD利驰的一位令姓董事长近些年每周都坚持去企业现场宣讲电气数字化转型的机会,演讲将近200场。利驰的目标只有一个:一家德国电气设计CAD公司。眼中再无他物。这种紧盯目标的执着,简直可以总结为中国工业软件的一个四字成语:“老令布道”。老令布道,是中国工业软件的程序员企业家的一个缩影;老令布道,是中国工业软件的百死一生的写照。在诸多国外领先的软件大鳄的后面,远处都有一两个瘦小的国内身影。这是一个最生动的尾随场景,甩不掉的小尾巴,为寻找备胎的冒险家们,留下了一个虽然微弱但来日方长的选项。

老兵未曾撤离战场,老兵依然在战斗,这是一种工业经验的沉淀。因为他们的存在,这段承载了希望的火苗,忽闪盘旋在一段黑暗的上空,半暗半明,未曾离去。

(仅以此文致敬那些多年来一直奋战在悬崖峭壁上的自主CAD/CAE/CAM等软件和工业技术软件化的一线企业家和从业者们)

(林雪萍)

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