做中国人自己的三维CAD，国产工业软件正打破恶性循环

机器之心原创 编辑：张倩

「其实国产工业软件就像我们自己的孩子，别人三五十年走过的路程，我们不可能三两年就赶上，所以说我们要有养孩子这种耐心和热情。」

2020 年 6 月，一则 哈工大、哈工程等高校被禁用 MATLAB 的消息打破了国内软件圈的平静。
MATLAB 是一款美国商业数学软件，广泛应用于数据分析、无线通信、深度学习、图像处理与计算机视觉、信号处理、量化金融与风险管理、机器人、控制系统等领域，是数学建模中必不可少的工具。被禁用之后，这些学校所发表的论文里就不能出现利用 MATLAB 得到的数据、图、表等，无论你使用的是正版还是盗版。

这一事件把平时讨论度不高的「工业软件」拉入了大众视野。 工业软件是对工业技术和知识的程序化封装、复用，是工业化的顶级产品。它们能够控制生产设备、优化制造和管理流程，提高生产率，是现代工业的「灵魂」。[1]

业内人士提醒说，除了 MATLAB，很多常用工业软件其实都不是国产的，一旦被禁用，我们的学术研究、高端制造业发展都将受到威胁，「造不如买，买不如租」的思维是时候改变了。

但是，实现这些软件的国产化并没有那么容易，涉及到数学、物理、工业知识、计算机技术等跨学科知识融合，还需要一个成熟的生态。因此， 长期以来，中国工业软件的发展都处于一个恶性循环：国产工业软件起步晚 → 技术落后、产品竞争力低、产业生态薄弱、人才短缺 → 产品销售和应用少→ 厂商利润低、产品竞争更低、产品更新迭代慢 → 产品销售和应用更少…… [2]

打破这个循环实属不易，但国内一些企业正在试图加快这一步伐， 华天软件 就是其中之一。

去年 9 月，他们正式发布了国内首款完全自主的基于云架构的三维 CAD 平台 CrownCAD，实现了从底层技术到上层应用的完全自主可控，填补了国内技术空白；今年，他们又将产品进行了迭代，推出了 CrownCAD 2023 ，在软件智能性、稳定性、流畅性、安全性和便捷性等方面进行了全面改进。这一过程聚合了航空航天、铁路、军工等领域 300 多家制造业企业的转型需求和实践经验，使得 CrownCAD 2023 更加适应本土制造业的需要。

当然，这一成果来之不易，其意义也不仅限于解决「卡脖子」问题。在 CrownCAD 2023 正式发布之后，华天软件 CTO / 华云三维总经理梅敬成、华天软件技术总监胡其登、高级工程师李伟等几位技术专家为我们介绍了这款软件背后的故事，以及国产工业软件发展的机遇与挑战。
做中国人自己的三维 CAD
按照业界常用的分类方法，工业软件可以分为四大类：研发设计类、生产制造类、经营管理类和运维服务类。其中，研发设计类软件技术壁垒最高，卡脖子最为严重，2019 年时国产化率仅为 5%。此前，这一类目下的 3D CAD、CAE、CAM 国产化软件市场更是一直接近空白。

具体到 3D CAD 来说，这类软件有两大绕不开的技术难点： 三维几何建模引擎和几何约束求解器 。

三维几何建模是指通过计算机及其图形系统来表示和构造形体的几何形状，建立计算机内部的三维模型，其最关键的技术就是三维几何建模引擎。从技术层面来讲，三维几何建模引擎的出现让参数化设计成为可能，使得图形的修改变得非常容易 [3]。但同时，它也是三维建模领域公认的最困难的一项技术，因为它要处理的几何要素、需要实现的功能非常多，同时还要保证精确、高效、兼容性强、可扩展性强。
几何约束求解器则是一种用于求解尺寸和约束以指定和保留 2D 或 3D 设计中的几何特征位置的组件（如约束直线的几何约束有平行、垂直等），它是三维 CAD 参数化设计的关键技术：草图需要 2D 几何约束求解器支撑，装配需要 3D 几何约束求解器支撑。它的研发难点在于：几何欠约束系统的优化匹配、几何约束冗余性判定，以及大规模约束方程组求解等 [4]。

在过去的几十年里，几家国际工业软件巨头通过自研、收购等形式拥有了自己的三维几何建模引擎和几何约束求解器，成功建立起了技术护城河。国内企业要想追赶就只能埋头研发。 作为国产工业软件的先驱者，华天软件从十几年前就开始了这项工作 。

2021 年，他们自主研发的几何建模引擎 DGM 和几何约束求解器 DCS 一举打破国外垄断，有效摆脱了对市面上所有三维 CAD 软件「外国核」的依赖，为中国高端制造实现安全自主奠定了核心基础。在之后的一年里，他们又进行了功能迭代和性能提升，包括三维几何建模引擎中关键几何算法、高级曲面算法、直接建模算法的改进，与国际主流内核兼容的 API 的封装，以及几何约束求解器的改进等。
这些核心技术是华天软件喊出「中国人自己的三维 CAD」的底气来源，然而，这还只是其第一层的含义。

华天软件 CTO / 华云三维总经理梅敬成在发布会上阐述「中国人自己的三维 CAD」的含义。

第二层含义：CrownCAD 专为中国用户研制，能够全方位满足国标要求和中国用户操作习惯，并适应中国制造业日益强大的特殊需求，是性价比最高的国产三维 CAD 软件。 CrownCAD 2023 版本的十大亮点（见下图）正是这一含义的具体体现。

第三层含义：CrownCAD 先进的云架构对标国际先进技术，并在一定程度上实现对国外软件的赶超。
随着互联网、云计算的发展，CAD 逐渐由传统的单机模式向基于 Web 和云计算的模式转变，设计方式也由单人离线设计向多人在线协同设计转变。因此在设计之初，CrownCAD 就决定拥抱新的技术趋势——基于云架构来创建整个系统。
云架构具有协同设计、数据管理等优势，由此，CrownCAD 也具备有很多传统 CAD 软件所没有的功能，比如无需安装，打开浏览器就能多端运行；支持多用户在线、异地、多终端协同设计；支持公有云、私有云、混合云部署；支持版本控制等。

此外，他们还计划将深度学习、人工智能等技术融合到未来的产品中，攻克三维搜索等前沿技术。三维搜索可以理解为给平台加一个搜索引擎，盘活企业所积累的数字资产，可以重复利用已经过检验并投产的零部件，无重复设计，省去繁琐的审批、验证过程，真正帮助企业降本增效。
CrownCAD，不只攻坚「卡脖子」

CrownCAD 诞生之初，解决「卡脖子」问题无疑是其研发创立的重要原因，就像华天软件技术总监胡其登所说，「 没有工业软件的安全，就没有制造业的安全，就没有国家的安全 」。

不过，除了这个原因，胡其登还从 未来技术趋势、企业数字化、产业升级 等角度系统介绍了其背后的意义。

未来的工业软件必将走向 SaaS

从技术趋势来说，胡其登认为， 未来工业软件必将走向 SaaS （软件即服务），就像 CrownCAD 所呈现的那样。这种趋势有很多优点，比如多链接（高效协同）、高安全（数据加密）、低费用（按需购买）、轻模式（无需部署）等等，可以让企业以较低的试错成本享受软件功能以及附加的 7x24 小时个性化服务。

打破数字鸿沟势在必行
从企业数字化的角度来看，胡其登指出，我们当前所说的企业数字化转型其实依赖两个层面的融合：单元 / 工具数字化和流程 / 系统数字化，而这两个层面都存在不同程度的数字化鸿沟问题。

第一个层面是由一系列 CAx 工具构成的，CAD 在整个链条中处于最前面的位置，后面还有 CAE（计算机辅助工程）、CAM（计算机辅助制造）、CAPP（计算机辅助工艺规划）等等。这些工具本身存在无标准化 / 参数化 / 系列化规范等问题，它们之间还存在数据连接、传递不畅通的问题，这对于企业的长期发展非常不利。
「数字化这个话题每个人都在讲，但大家不知道该怎么做才是真正的数字化转型。很多人都说，我要买一个三维 CAD 软件，功能越强越好，因为我要很快把活干出来，但其实从数字化转型的角度来说，这还远远不够，因为你还要考虑你的第二个工具、第三个工具之间的数据传递是不是连续、贯通等问题，」胡其登解释到。
因此，胡其登表示，他们所能做的其实不仅仅是为企业提供一些工具和系统，其背后还有高级的咨询与顾问服务，帮助企业打破数字鸿沟，建立数字化转型的能力。
具体来说，他们将从三个方面入手：

• 以三维模型为载体，贯穿整个产品开发流程
• 深度融合产品数据管理系统，实现个性化定制与创新
• 实施产品标准化、参数化、系列化和模块化

CrownCAD 是其中的重要一环，但并不是全部。「 CAD 当然是核心，是龙头，但是光有 CAD 也不够。我们希望将 CAD、CAPP、PLM 等整合到一起，用模块化的思想，利用我们提供的工具和系统，为企业定制出个性化产品平台，这才是我们最终的目标， 」胡其登说到。

「数字化转型 - 智能制造 - 产业升级」环环相扣

我们经常听到「产业升级」这个词，那么怎样才算是升级成功？在胡其登看来， 「产业升级」至少存在三个特征：个性化定制、服务型制造的实现以及质量与效率的提 升 。

前面已经提到，CrownCAD 的目标其实不仅仅是提供一套工具，更重要的是以它为基础的个性化定制平台和平台所附加的服务，这些都有助于提高生产效率，进而增加产品的附加值。智能制造是实现这一切的关键支撑，而数字化转型又是智能制造的基础。所以说， 如果 CrownCAD 及与之相关的平台和服务能够帮助企业实现数字化转型，那么智能制造和产业升级的实现也将水到渠成 。

工业软件是「用」出来的
工业软件国产化之路困难重重，但也面临新的历史机遇。在过去的两年，华天软件先后完成 A、B、C 三轮合计近 6.5 亿元人民币融资，其中 C 轮融资发生在今年 2 月份，融资额近 4 亿。这表明，除了国家层面，来自社会层面的力量也在帮助这类企业打破国际工业软件巨头的垄断，助力企业数字化转型。此外，国内制造业齐全的门类和广阔的应用场景也为这类企业的发展提供了很大的空间。

在发布会上，梅敬成博士透露， CrownCAD 的公有云注册用户已经超过 20 万 。

但是，和所有诞生不久的国产工业软件一样，他们也面临着挑战，其中最大的挑战就是 国产工业软件自身的产品生态、用户生态还没有形成 ，这就导致国内用户对于国产工业软件的接受度非常低，甚至连试都不愿意试一下。

「其实国产工业软件就像我们自己的孩子，别人三五十年走过的路程，我们不可能三两年就赶上，所以说我们要有养孩子这种耐心和热情。」华天软件高级工程师李伟类比说。
工业软件是用出来的，有实践才有经验，软件才能不断迭代成长，所以从业者希望用户能够保持一种包容、开放的心态。「如果说大家能够积极跟我们提意见，哪怕用了以后骂我们都可以，怕的是不理不睬，」胡其登坦言。

当然，工业软件本身是一个非常复杂的体系，华天软件单独的力量是有限的，其产品不可能覆盖制造业的所有场景。所以在未来，他们希望搭建的是一个 更大的开放平台 ，让更多的业界伙伴可以在上面一起开发面向各种工业场景的软件，甚至用户也能自己开发，以快速满足各种企业的特定需求。

参考链接：
[1]https://new.qq.com/rain/a/20220504A03EQJ00 [2]https://36kr.com/p/1886090207560583 [3]https://www.jishulink.com/post/1877687 [4]https://mp.weixin.qq.com/s/CEy6a4Lt0B8YTYkhs0yIVw

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