要不要攻下这个“山头”?

文 | 林雪萍编辑 | 米粟2019年5月,华为公司发生“备胎危机”,仿佛有一道闪电划破了黑暗的长空,那些隐藏的“卡脖子”技术在亮光之中露出了牙齿。▲2019年11月11日,选手们在进行CAD机械设计项目竞赛。新华社记者 郭绪雷 摄中国科学家和工程师跟上步伐时间回到1963年,美国麻省理工学院萨瑟兰

要不要攻下这个“山头”?插图1文 | 林雪萍编辑 | 米粟2019年5月,华为公司发生“备胎危机”,仿佛有一道闪电划破了黑暗的长空,那些隐藏的“卡脖子”技术在亮光之中露出了牙齿。要不要攻下这个“山头”?插图3

▲2019年11月11日,选手们在进行CAD机械设计项目竞赛。新华社记者 郭绪雷 摄

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中国科学家和工程师跟上步伐

时间回到1963年,美国麻省理工学院萨瑟兰博士的“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CAD技术因此而诞生。随后发展的许多技术都是从大学里面走出来,这是大学送给工程界的最好礼物。

几乎同步,中国的科学家和工程界迅速作出反应,从60年代中期开始研究CAD/CAM技术在航空、造船工程中的应用。70年代中期以后,诸多院校和科研院所在CAD/CAM技术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751系统配齐了基本软件。在751系统的基础上,西北工业大学、上海交通大学等开展了中国最早的CAX应用尝试,包括在飞机框肋装配夹具设计、曲面外形设计,以及加工、组合机床设计等方面的应用。

那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,当时上海交通大学、华中科技大学(当时的华中工学院)、大连理工大学(当时的大连工学院)等诸多院校在CAD研究方面已经都做了大量工作。

1984年,北京航空航天大学(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。更令人佩服的是,唐荣锡教授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系统就这样走向业界,引领了中国早期CAD软件的开发与普及。唐荣锡教授的研发团队紧跟国际趋势,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。

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“工程师主义”的锋芒

美、法两国CAD软件的发展,与航空制造的渊源很深。中国的航空制造在推动CAD软件的发展中,同样起到了引领作用。

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7760 CAD/CAM系统,被誉为当年十大科技成果之首。这个项目是由27个不同科研院所和工厂的百余名教授、专家联合攻关而成。7760软件系统经历了空客320货舱门的设计实战,并在“飞豹”飞机研制过程中得到了应用。

20世纪80年代中期,研究者的统计发现,各院校和研究机构已经开发出2000多套CAD系统。

那是一个可圈可点的十年,业界涌现出无穷的活力。上海船舶工艺研究所的HCS系统正式通过鉴定,成为中国第一个造船集成生产系统;南京航空学院的专家开发了适用于复杂外形产品设计与制造的B-SURF(3D-CAD)系统,从而跨入三维的门槛,可以建立两种型号无人机的全机数模,在IBM4341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。

1992年,超大规模集成电路计算机辅助设计(IC-CAD)熊猫系统在北京通过国家鉴定。北京集成电路设计中心等16个单位的200多个开发者,历时四年共同攻克了这个难关。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,以国产华胜工作站为硬件平台,采用UNIX系统和标准C语言编程,代码条数达到182万。

彼时CAD软件的发展,呈现出“工程师主义”的锋芒。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的。

这也是一段科学家和工程界相互结合的历史。它的攻关方式:联合、协同、系统,尤其令人印象深刻。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。

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“甩图板”时代

这段时期,国家给予的支持充分积极,大幅促进了CAD技术行业的发展。

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具有自主版权CAD技术的呼声。此外,“863计划”中也提到了进一步深入研究CAD技术的可实施计划。这期间,机械工业部投入8200万元,组织开发了4套CAD通用支撑软件和24种重点产品的CAD应用系统。

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▲2005年,由我国服装业巨头雅戈尔集团承担的“服装企业CAD/PDM/ERP集成与电子商务”项目被列入了国家高技术研究发展计划(即“863计划”),成为服装行业唯一列入国家“863计划”的信息化项目。图为雅戈尔集团CAD服装设计中心。图/IC photo

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》报告。经国务院办公厅批复,全国启动了“CAD应用工程”。时任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推广CAD技术及应用的浪潮。

根据后来的统计数据,“八五”期间累计投入CAD技术的资金近8亿元,国产CAD软件产值近1亿元,产生间接经济效益超过100亿元,培训CAD应用人才达25万人。

应该说,虽然只是小小的产值,但产生的杠杆效应却放大了100倍,充分彰显了这个行业的威力。

“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年秋启动了为期一年的“CAD应用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2000万元,引进各种CAD软件359套。

随后,又启动了“CAD应用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。

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》,许多地方甚至是副省长级别的领导在主抓这项工作。

这个时期,国家十分重视CAD技术产业的发展。1998年国家部委撤并重组,机械工业部被撤销,新成立的信息产业部仍将CAD软件列在八大重点支持的软件产业之首。

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百花齐放小阳春

在一个积极进取的时代,怎会缺乏跃跃欲试的自主雄心?

“国产CAD系统国内市场占有率在2000年达到40%左右的目标”很快就被提出,“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软件产业联盟在上海CAD技术展示会上以整体形象第一次展现在国人眼前,提出“国产软件是我们的旗帜,民族产业是我们的目标”。

这其中的创始会员,包括中国科学院凯斯、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。

第二年,这个联盟与国家科委“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”,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。科委对联盟成员公司的产品提供5%的价格补贴,用户企业有关CAD应用的科技开发贷款可申请优先级,并酌情考虑给予贴息。

然而,CAD软件产业之花遍地开放,却缺少了集中度。

根据不完全统计,20世纪最后一个十年,全国从事CAD技术研究与开发的机构已达到300余家。这些机构大致可以分为两个阵营。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。

细看过去,一个最大的特点是,整个CAD软件产业的发源地基本都是大学,这为后续CAD软件产业的可持续发展,埋下了一抹意味深长的阴影。

从“七五”(1986年)开始,“八五”“九五”计划一路走来,中国的CAD软件产业技术水平步步高升。根据1997年国家科委的报告描述,“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5000多套。中国科学院凯斯软件(CASS)的PICAD支撑软件平台,经评测二维功能可与国外先进的二维CAD软件相抗衡。之后,CASS与二次开发单位联手合作,该软件装机量达8000多套,带动了一批民族CAD软件。

根据原全国CAD办公室的统计,“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。

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新幼苗面前的三座大山

中国CAD软件在发展初期的前二十多年,可以说是开了一个好头,但不承想,在随后发展的三维CAD软件市场却摔了一跤,一下子从阳关大道走到了悬崖峭壁。

1999年4月至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,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。

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▲江苏省常州市2004年10月24日举行高级技能大赛。选手在CAD软件应用比赛中。图/视觉中国

2002年,国家提出发展新型工业化,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系统、MES系统、ERP系统、企业集成系统、区域网络化制造系统、数控装备、数据库管理系统”开局,征程似乎可以高歌猛进。

在这七大关键领域中,三维CAD软件代表了数字化设计技术的发展方向,话筒传递到了三维CAD软件手中。

然而,话筒却失了声音。

到了三维CAD软件时代,有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软件的技术门槛是相当高的。建模技术、几何造型技术、渲染技术等多种深度基础技术,再加持强大的系统设计能力和产品化能力,才有可能走向市场。这需要基础科学的高端人才、密集的劳动、长期的投入。

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▲图/图虫创意

另外一个问题在于三维CAD软件市场的准入。对于刚刚加入世界贸易组织(WTO)的中国,外商的新产品如潮水般涌入。尽管中国选择性地进行了放开、防御,仍有一些领域并没有照顾到,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、盗版的低成本软件,以及大量国外厂商带来的“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”,其目标过度集中于主机厂,而诸多技术优势是隐含在配套设备和配套软件中,导致中国自主厂商很难挤进这个市场。

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硬件和软件捆绑在一起的高端设计能力。

1986年,625所引进了大型计算机IBM4341,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CATIA V1.0;1988年初,603所又引进大型计算机IBM4381,附配五个5080图形终端系统以及相关的CATIA软件。

这些趁手的软件,让工程师眼前为之一亮。随着对三维设计的要求越来越高,波音对国内转包生产零部件的要求也越来越高,数据包必须用模型传递,而国内的软件完全不能满足这种要求。

因此,中国工业软件被强行平仓,从供应商目录中直接被抹掉。这是2001年之后被冲垮的一个最典型的稚嫩行业。那时候,很多人也许还没有认识到保护国产工业软件的重要性。

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主动权落到国外厂商手中

现在回头看,中国当时众多的二维CAD软件公司还是起到了推动行业发展的作用。

一方面“CAD应用工程”的口号“甩图板”深入人心,在几十年的工业化进程中,积累了大量的制图和看图的设计员、制图员和工人,善莫大焉。

另一方面,因为初始起步的技术门槛较低,有一定技术能力的个体、院校和企业都能够迅速开发出可用的二维CAD软件产品,在短时间内形成了大量的参赛选手。

此时,基于国外软件的二次开发,也形成了一块很大的市场。许多国外CAD软件商乘着“二次开发”的浪潮进入中国市场,并且培养了一方气候,最终让用户难舍难分。

不过,国外厂商在中国扶持了大量的二次开发集成商,很快在业内形成了“二次开发一边倒”的景象,培育出一方根深叶茂的生态。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,它们有着压倒性的优势。由于用户形成了多年的使用习惯,会造成对国外软件的强烈依赖。想一想WPS现在已经非常好用,功能也不差,但许多Word用户还是很难切换过去。使用习惯形成自然的垄断,直接扼杀了后来者的追赶。

此外,还有一些细节,在拦住去路。

例如,美国欧特克的图形文件DWG格式,涉及文件格式和解析。这就是先行者给追赶者挖的一个陷阱。任何一个成熟可用的国产CAD软件,与DWG文件格式的兼容必须是100%,做到99%甚至99.9%都不行,因为这1%或0.1%就会导致用户放弃使用。这是一个首先要做到的基本功。

与此同时,二次开发商的产权却往往都落到国外厂商的手中。集成商投入大量精力进行二次开发,但无法形成自己的品牌,也很难把控知识产权。

发展自主之路从来都很艰辛。

浮华过后,那些曾经活跃在舞台上的CAD软件厂商开始纷纷退场。当年国产CAD软件产业联盟的五家初始会员中,只有武汉开目现在犹存,但CAD软件已不再是其主营业务。

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幼苗需要市场和用户的养分

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,大部分是因为缺乏用户的养分而枯竭的。

中国科学院孵化的中科辅龙公司,1995年起与中石化北京石化工程公司和扬子石化设计院合作,软件开发与工程设计两支队伍在一起相互滋养;中科辅龙还一直与中国石油和化工勘察设计协会紧密绑定。

如今,中科辅龙在石化管道设计领域,仍然占有一席之地。换言之,它与用户肩并肩,依靠国内市场生存了下来。在建筑领域,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PKPM、广联达、鲁班等BIM(原先的建筑CAD软件)中国软件商。

然而,在建筑行业,中国CAD软件的幸运之地其实并不多。很多中国软件商不得不走上了去国外开辟市场的道路。广州中望、上海望友、苏州浩辰等企业,在出海扩展市场的征途中,这几年取得了不小的成就,在国外的销售额甚至可以达到公司总销售额的30%以上,这反过来又赢得了国内企业的重视。

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▲2012年6月22日,北京第四届国际版权博览会上,高性价比CAD/CAM中望软件展台。图/视觉中国

悬崖峭壁之上,也能长出甜美的果实。正因为如此,国内仍留有三维CAD软件的火种,如广州中望、华天软件和数码大方等,正在抓住当前值得珍惜的发展机会。

商业化环境,一直是中国CAD软件的软肋。中国有很多大名鼎鼎的技术人才,但可惜很难把他们的才智成就变成商业软件。一个CAD软件新产品或新版本上市,通常需要一个较长的磨合期,不会立刻得到广大用户的接受,投资回报的速度慢、周期长,因此很难受到投资者的青睐。

唐荣锡教授是推动了中国CAD/CAM软件行业发展的先行者、启蒙家。除了大量的技术推动之外,他关注整个行业的发展,呵护着这棵幼苗的成长。2006年,唐荣锡教授撰文回顾了中国CAD软件产业的发展历程,他认为,中国的CAD软件产业仍然是一株娇嫩的幼苗。

只有把一种国家战略意图渗入其中,这株稚嫩的幼苗才有机会成长。

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山头要不要攻

以CAD软件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200亿元的规模。

二是开发周期非常长、投入非常高,超出一般人的想象。

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。

五是软件与用户的关联非常紧密、无法分离。这意味着如果仅仅从供应端发力,却没有用户的扶持和栽培,工业软件是很难发展起来的。

这五个非常之处,像大山一样压在中国工业软件身上。那么,娇嫩的中国自主CAD软件产业是否有机会重新绽放?

回答这个问题非常复杂,因为当前国际上的趋势是,CAD软件不再是单纯的CAD软件,而是与仿真软件结合在一起,甚至跟物联网结合在一起。CAD软件作为一种单纯的工具属性,正在逐渐向后退,而平台战略正越发突显。

然而,平台背后是工具。作为工业软件的三大工具,无论是CAD软件、EDA软件还是CAE软件,对于中国这样一个制造大国而言,都要努力去发展。

目前国内对国产三维CAD软件的建设,呈现出诸多的质疑态度。有些观点认为中国永远都做不出CAD系统,有些观点认为CAD系统不是那么重要。

这些看法,或许是因为被过去失败的阴影所笼罩。然而,中国工业化的某些领域,在一定时期内本来就是一个屡战屡败、屡败屡战的苦局,面对久攻不下的山头,决不能停歇前进的脚步。

尽管国产CAD软件的发展感觉上像是被压制得喘不过气来,但也有很多欣喜的亮点。

例如,2021年3月,广州中望龙腾软件公司在上海证券交易所科创板成功上市,成为国内CAD软件厂家中的第一家上市公司。这是中国工业软件历史上破天荒的大事,意味着资本的目光,开始转向工业软件公司。这是一个大面积的资本觉醒,对于中国工业软件的发展,具有里程碑的意义。

CAD软件是最基本的设计工具,用户习惯就像是一个巨大磁场中的一块铁,脱离磁场是一次艰难的跋涉。国内工业软件也许短时间内无法整体打开局面,但它正在昂首站起来,从各个角度去尝试、突破、撬动、发展,努力增加自有磁场的吸引力,久久为功,走向成熟。

 

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《工业软件简史》

林雪萍 著

上海社会科学院出版社,2021年11月

本文摘编自《工业软件简史》,有删改。本书以工业软件重要的三类工具软件CAD、CAE和EDA为重点,兼述千差万别的行业工业软件,展现工业软件的发展逻辑,以及工业软件与制造业相伴相生而少为人知的独特形态。作者语言活泼灵动,以故事化的叙事体系,全方位解析工业软件及其发展特点。它提供了一个俯瞰万山众相的角度,适合所有关注工业软件和数字化制造的人阅读。要不要攻下这个“山头”?插图31要不要攻下这个“山头”?插图33要不要攻下这个“山头”?插图35要不要攻下这个“山头”?插图37觉得内容不错来个“一键三连”——分享、点赞、在看看完不吐不快,就给我们留言吧留言点赞多有惊喜 要不要攻下这个“山头”?插图39

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