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行業聚焦 | 國產三維CAD突圍,新迪數字巧奪“天工”

2023-09-13



以下文章來源于數字化企業 ,作者黃培 黃菊鋒

國產三維CAD究竟應當如何突圍?實現三維CAD國產替代是否必須從零開始?“高鐵模式”為何是新迪數字?為何是Solid Edge?三維CAD軟件的“高鐵模式”能否成功?新迪數字此舉對推進三維CAD國產化的意義和價值如何?帶著這些問題,e-works總編黃培博士專訪了新迪數字董事長、創始人葉修梓博士。


新迪數字董事長、創始人葉修梓博士

國產三維CAD
如何能夠真正突圍?

作為核心基礎工業軟件,三維CAD是我國制造業提升自主創新能力的重要支撐。近年來,隨著中國制造業加速向數字化、智能化發展,越來越多的中國制造企業致力于由逆向工程走向正向研發,國產三維CAD迎來了前所未有的良好機遇。然而,長期以來,三維CAD是我國工業軟件發展的短板,市場基本由國際廠商主導。那么,國產三維CAD突圍出路在哪里?如何真正實現國產三維CAD的進口替代?


面對這個問題,葉修梓博士形象地比喻,三維CAD的國產替代就像給高速公路上奔跑的汽車換輪子。車子已經在高速公路上行駛,也即企業已經在其研發體系中使用國際一流的三維CAD軟件;在國產替代過程中,要求業務不能停、質效不能降、成本還不能高。葉修梓博士認為,國產三維CAD發展模式有多種,但要真正實現國產替代,企業需要能用、好用的國產三維CAD。


如果從布爾運算等底層算法研發開始,要研制一款功能可靠、運算穩定的幾何建模引擎和能夠處理多種復雜約束條件的約束求解引擎,實現參數化設計,開發出能夠快速捕捉用戶設計意圖的用戶界面,在實際應用場景中能用、好用,能夠處理大裝配結構復雜約束條件的三維CAD軟件,不僅需要大量的研發投入與技術積累,還需要在千千萬萬個企業的應用場景中不斷試錯,提出改進需求,把企業積累的相關知識融合到軟件中去,持續迭代和改進,這是一個艱巨而又漫長的過程。


葉修梓博士指出,幾何建模引擎是三維CAD軟件的基礎,是一個底層幾何造型算法庫,是實現三維模型創建、編輯和管理的關鍵技術,目前常見的幾何建模引擎包括Parasolid、ACIS、CGM等。沒有一個穩定強大的幾何建模引擎,是不可能開發出一款一流的三維CAD軟件的。但是,對幾何引擎要有正確的認知,幾何引擎絕對不等于三維CAD。


三維CAD是工業知識的沉淀,有眾多應用功能模塊,這些模塊的研發同樣具有巨大的技術挑戰和代碼量。在國際主流三維CAD軟件中,底層幾何引擎的代碼量只占其中的10%-20%。有一種觀點是幾何引擎難,三維CAD易,幾何引擎做好了,三維CAD自然就好了,其實不然。SolidWorks的成功是一個很說明問題的例子,SolidWorks并沒有開發自己的幾何引擎,而是基于西門子Parasolid這一第三方幾何引擎開發。同樣,國內外也有不少基于Parasolid引擎的三維CAD軟件,但是軟件功能、性能和成熟度卻遠遠比不上SolidWorks?!皫缀我孀龊昧?,三維CAD自然就好了”這種認知,對于上世紀八十年代的三維CAD來說是正確的,因為那時的底層幾何造型算法確實構成了三維CAD的大部分。但隨著CAD技術的發展,三維CAD實現了一步一步的技術分工,底層算法逐步組件化,幾何引擎雖然重要,現在卻只是三維CAD軟件的一小部分。事實上,國際主流三維CAD軟件近三十年的功能迭代與改進都聚焦在提升用戶體驗、捕捉設計意圖、融合行業知識、改進應用功能上,而非改造幾何引擎。


葉修梓博士認為,要真正實現三維CAD軟件的進口替代,就得讓用戶愿意用、喜歡用。如果一切都從零開始研發,需要大量精通數學、軟件和具有深厚工程背景的多學科人才隊伍,經歷漫長的研發迭代周期,在當前來說,這既不現實,開發出來的初級產品也讓用戶難以接納。因此,實現三維CAD國產替代不能從內核引擎開始:首先需要有一個成熟好用、可對標替代現有國際主流產品的國產三維CAD軟件,先去占領市場,贏得用戶。有了用戶和市場,才能為國產內核引擎的研發迭代成熟創造有利的條件。因此,“高鐵模式”是實現三維CAD國產替代現實可行的發展路徑。

高鐵模式,為何是新迪數字?

作為具有國際影響力的CAD行業資深專家,葉修梓博士與三維CAD結緣還得從他的求學生涯說起。1984年,18歲的葉修梓從浙大應用數學系本科畢業,師從梁友棟先生,學習當時世界上最先進的CAD和圖形學技術,自此進入CAD領域;1989年至1994年,葉修梓在德國柏林工業大學機械與交通工程系攻讀博士學位,對曲面造型和STEP標準進行了深入研究。1994年,葉修梓到美國麻省理工學院設計實驗室做博士后研究,在國際核心學術期刊發表了一系列三維CAD幾何造型領域的權威學術論文,這些論文被大量他引。長期的學習與研究使得葉修梓博士系統、透徹地理解了三維造型的底層核心算法、約束求解、人機界面、三維模型交換標準及工程應用等三維CAD軟件的核心技術,也為他在三維CAD領域的創新創業奠定了良好的基礎。


1995年,葉修梓博士應邀加入初創的SolidWorks公司,成為聯合創業團隊的核心成員之一,曾擔任首席工程師和首席科學家。葉修梓博士負責研發的內容包括基于特征和參數/約束的實體建模環境中的復雜幾何設計、約束和尺寸驅動的復雜曲線、曲面和實體建模與集成應用,并負責與Parasolid團隊進行溝通,在幾個月時間內幫助SolidWorks完成了核心幾何建模引擎的更換,為SolidWorks成為全球應用最廣泛的三維CAD軟件做出了重要貢獻。1995年,SolidWorks基于Windows操作系統發布了第一個版本。1997年,成立僅四年的SolidWorks公司被達索系統以3.1億美元并購,創造了一個行業傳奇。


2001年,葉修梓博士受聘成為教育部第四批“長江學者”,在母校浙江大學建立了計算機圖形圖像技術實驗室,在擔任博士生導師、為祖國培養更多軟件業精英的同時,更致力于將國外一流工業軟件產品技術引入中國進行研發。


2003年,葉修梓博士創建了杭州新迪數字工程系統有限公司。2004年,新迪數字成為SolidWorks中國研發中心,與SolidWorks美國、印度的研發中心同步開展全球產品研發,并承擔著大中國區技術支持等業務;2006年,新迪數字成立 SpaceClaim(后被Ansys并購)中國研發中心;2010年,新迪數字組建了MSC中國研發中心,負責研發新一代CAE仿真軟件平臺Apex。


新迪數字的這些經歷在國內同行中是獨一無二的,在深度參與這些國際一流三維CAD/CAE軟件的研發過程中,新迪數字直接基于這些軟件的底層源代碼進行架構設計、功能開發、算法研發和測試驗證等一系列工作?!斑@不僅讓新迪數字從底層的算法到功能模塊再到軟件架構,都積累了世界級的技術,也培養出了一支優秀的團隊?!比~修梓博士強調。


經過十多年的技術積累,從2015年左右開始,新迪數字走上了自主工業軟件的研發與探索之路,圍繞著三維CAD應用先后推出3DSource零件庫、3D輕量化引擎、圖紙通等多款SaaS工業云軟件。


葉修梓博士30余年的三維CAD技術研究與軟件開發的長期實踐經驗和新迪數字成立二十年來參與研發國際頂尖CAD/CAE軟件積累的技術底蘊與人才資源,使新迪數字能夠真正“吃透”國際主流三維CAD軟件的底層技術與核心功能,成為能夠駕馭三維CAD這種高度復雜的工具類核心工業軟件的“武林高手”,打造了獨特的技術優勢,而這正是新迪數字再次邁上新臺階的底氣與基石。


2022年,新迪數字通過融資,購買了西門子 Solid Edge全部源代碼和知識產權及整套軟件測試系統,開啟了中國三維CAD發展的高鐵模式。


新迪數字二十年的發展歷程


高鐵模式,為何是Solid Edge?

Solid Edge是一款國際知名的主流三維CAD軟件,與SolidWorks的定位相似。Solid Edge最初是由Intergraph公司研發,1995年發布第一版,是全球第二款基于Windows的三維CAD軟件,其總部位于美國阿拉巴馬州的Huntsville,這個城市是美國的航天基地。1998年,UGS公司并購了這款軟件,將內核由ACIS更換為Parasolid。2007年,Solid Edge隨著UGS一起并入西門子數字化工業軟件。


1999年,國內的幾家知名CAD軟件公司曾作為生態合作伙伴,在國內推廣過Solid Edge這款軟件。當時的Solid Edge 6.0版引入了流技術(Stream Technology),摒棄了那時CAD軟件流行的多級菜單,通過捕捉設計師的設計意圖,只呈現設計過程中用得到的菜單,大大提高了設計效率;它的另一個優點是,如果系統中有若干案例,用戶可以一步一步跟著案例的操作學習,掌握從草圖設計到形成三維模型,再進行抽殼,以及裝配結構設計等功能,實現無師自通。


2008年,Solid Edge ST1版發布了同步建模功能。該功能打破了特征造型系統必須基于造型次序的建模方法,融合了直接建模技術。同步建模功能的引入,使用戶可以更加方便地修改三維模型,對模型進行拉伸變形。


2022年10月,Solid Edge 2023正式發布,引入了全新的用戶界面。


以上幾個時間節點只是Solid Edge這款優秀的三維CAD軟件28年發展歷程中的幾個片段。事實上,Solid Edge不僅擁有強大的工程圖設計、零件和裝配建模功能,擁有鈑金設計、線纜設計等專業模塊,還內嵌了產品數據管理系統。Solid Edge建立了良好的生態系統,有很多專業設計軟件可以基于Solid Edge平臺運行。e-works曾多次應邀出席Solid Edge University全球用戶大會,領略了Solid Edge持續創新的發展之道。


由于西門子有另一款多學科三維CAD軟件NX,而達索SolidWorks軟件在全球的市場營銷和渠道銷售體系更加強大,所以Solid Edge的易用性和客戶體驗的優勢,并沒有在市場上得到充分體現。因此,如果要尋找一款與SolidWorks的幾何建模引擎與約束求解器引擎一致,三維特征模型可以方便轉換,操作界面友好,設計效率很高的國際一流三維CAD軟件,放眼全球,Solid Edge無疑是最佳選擇。正因為如此,新迪數字開啟“高鐵模式”選擇了Solid Edge。


獨辟蹊徑
開啟國產三維CAD的“高鐵模式”


“高鐵模式”可以歸納為通過引進國際一流技術,消化吸收,最終實現自主創新。中國高鐵十多年的成果與突破,證明了這種自主創新模式是真正可行的。


經過不懈的探索與嘗試,新迪數字最終決定借鑒“高鐵模式”,通過引入國際主流三維CAD系統的源代碼,充分利用其技術成熟、功能強大、覆蓋面廣的優勢,以此為起點,突破國產三維CAD軟件卡脖子困境,讓三維CAD的國產替代成為現實。


早在2018年,新迪數字就已經開始嘗試與西門子接觸。從2020年開始正式洽談,歷經兩年多時間,通過與西門子數字化工業軟件總部多輪溝通與協商談判,2022年8月新迪數字最終成功與西門子達成了源代碼收購交易。而這次交易成功的關鍵,在于西門子對新迪數字長期積累的三維CAD技術能力和產品化能力的高度認可。


“解決斷供風險,是新迪數字和西門子交易的重要出發點?!比~修梓博士指出,“與Solid Edge OEM 不同,新迪數字收購的是Solid Edge軟件的全部源代碼和知識產權及整套軟件測試系統,新迪數字有權基于源代碼進行開發、修改、編譯、發行等各種工作,保證了新迪數字對于Solid Edge源代碼100%可控;同時,這次交易對Solid Edge底層Parasolid、DCM等內核引擎的安排,解決了斷供風險。將“高鐵模式”借鑒到CAD產業,本身就是一種創新,而中國企業能取得西方發達國家先進工業軟件的完整源代碼和知識產權,在中國也是一個創舉。尤其在當前的國際大環境下,新迪數字能在短期內獲得大量融資,成功完成這次知識產權的交易,實屬不易。


厚積薄發
推出全新三維CAD品牌“新迪天工”

引進一流技術只是起點,消化吸收和再自主創新的能力才是成功的關鍵。憑借過去20年在三維CAD領域的持續深耕和長期技術積累,新迪數字已具備了完全消化吸收Solid Edge源代碼并實現融會貫通的能力,也使得其能夠迅速推出自主可控,并具有國際先進水平的國產三維CAD軟件。在完成源代碼收購后,新迪數字利用自身的技術積累,對引進的源代碼進行消化吸收、重構,發揮專業優勢進行“自主創新”,進行產品層面和技術層面的融合,并且對軟件架構進行針對性改造和云化,最終于2023年4月21日推出了全新的國產中高端三維CAD產品——新迪天工CAD和新迪天工云CAD。


天工,取義于“天工開物”和“人間巧藝奪天工”。新迪數字將全新品牌命名為“天工”,不僅是中華民族歷史精神的傳承,更飽含著新迪數字希望“天工”軟件能夠覆蓋各種產品研發設計場景,并能夠在各個制造行業廣泛應用的美好期望。


新迪天工CAD融合了Solid Edge軟件技術和新迪數字在CAD軟件技術領域的二十年研發積累,擁有成熟穩定的大型軟件系統架構,功能豐富強大,支持各種格式數據的讀入和編輯,提供全面豐富的API開發接口和強大的二次開發能力等,為企業三維CAD軟件正版化和國產替代提供了良好選擇。


新迪天工云CAD則是新一代云架構的3D設計協同平臺,具有天工CAD軟件的所有三維CAD設計建模功能,同時還有更多基于云的設計協同服務。包括“端+云”融合架構,功能模塊APP化,云端數據存儲,安全受控的數據使用,一站式工作臺,產品數據隨時隨地訪問,設計過程實時協同,方便的IT運維管理,滿足各種部署要求等亮點功能。


葉修梓博士介紹,自2022年與西門子達成源代碼交易以來,新迪數字不僅發布了天工CAD和天工云CAD,還獲得了來自政府和資本市場的高度認可。自2022年7月以來,在過去一年時間里新迪數字先后完成了三輪股權融資,累計融資金額超過10億元,同時,新迪數字全國總部已落地上海閔行,并正式更名為“上海新迪數字技術有限公司”。


大有可為
豐富的客戶積淀+流量入口加持

當前,工業軟件云化和SaaS化已是大勢所趨。新迪數字作為國內最早開始探索工業軟件云化的公司,從2015年就開始布局工業云領域,2017年被工信部認定為第一批工業云試點示范企業,并先后推出了多個基于云和互聯網的工業軟件產品,包括圖紙通、3DSource零件庫、3D輕量化引擎等。


其中,3D輕量化引擎是新迪數字自主研發的基于Web瀏覽器快速瀏覽3D模型和2D圖紙的輕量化技術解決方案,是新迪圖紙通軟件的基礎技術。在2014年新迪數字就已經跟隨國際新技術的步伐,開始探索Web3D輕量化技術,2017年發布了3D輕量化引擎1.0版本。


圖紙通是基于三維模型、二維圖紙進行技術溝通和分享的云化SaaS軟件,集云端看圖、分享圖紙、批注圖紙、溝通圖紙、管理圖紙、項目協作等多功能于一體。零件庫提供各種3D零部件資源,提供了豐富的三維零部件模型資源庫,擁有3萬多個系列、2億多種規格的機電零部件模型。


新迪數字工業軟件產品矩陣


“圖紙通從2018年上線至今,注冊用戶已經超過300萬人,日活用戶10多萬人;3DSource零件庫目前的注冊用戶也已超過100萬人?!比~修梓博士表示,這些都是精準的工程師用戶,背后則是全國各地的工業和制造業企業,如何將圖紙通、零件庫作為流量入口,將其龐大的用戶群引流到天工CAD上,將是新迪數字未來重要的市場戰略。


多維發力,構建合作共贏生態

在工業軟件企業發展過程中,生態合作伙伴扮演的角色至關重要。葉修梓博士表示,工業軟件門類眾多,任何一家公司想把所有門類市場都“吃”下是不可能的。術業有專攻,國產三維CAD的普及化推廣,更需要國內同行、合作伙伴一起建設企業數字化軟件平臺與生態,打造全鏈條數字化解決方案。對于合作伙伴生態建設,新迪數字將從解決方案、內核引擎和渠道生態這三個維度,進行重點發展和長遠布局。


解決方案方面:將以 “新迪天工”為核心,把行業的知識、標準、流程都結合起來,結合客戶需求打造行業專用解決方案,例如模具設計、電氣布線、管路設計、板材成型等垂直領域行業的專業應用;同時,將與合作伙伴一起,共建產品數據管理(PDM)、產品全生命周期(PLM)、計算機輔助工藝規劃(CAPP)、仿真分析(CAE)、數控加工(CAM)等覆蓋研發全過程的全產業鏈和生態鏈的解決方案。


葉修梓博士介紹,新迪天工CAD擁有超過1500大類的API接口,超過4000個API函數,支持行業伙伴深度開發專用工具,并可以集成各種主流的企業數字化系統。當前,新迪天工CAD除了與Teamcenter具備天然的集成優勢之外,也正在聯合PDM、PLM、CAPP、CAE、CAM等研發設計全過程解決方案的合作伙伴,攜手打造更豐富完善的產品生態。


內核引擎方面:幾何建模引擎和約束求解引擎是三維CAD的底層內核引擎,研發難度大、周期長,很難成熟穩定,需要長期艱苦奮斗;國產內核引擎現有基礎差,應該聯合全國優勢資源共同攻關,切忌低水平重復建設,重復造輪子。新迪數字積極參與到國產內核引擎攻關活動中,利用在三維CAD產品技術、軟件測試和用戶市場等優勢,幫助和陪伴國產內核引擎成長和成熟,并期待最終實現新迪三維CAD的國產內核引擎替換。


渠道生態方面:新迪數字將開拓全方位渠道生態,創新合作方式,尋找目標一致、優勢互補的渠道合作伙伴,基于直銷、代理、平臺合作、線上服務等維度,完善以三維CAD為核心,針對目標市場、目標客戶的全方位解決方案,推動渠道生態的發展,實現合作共贏。


葉修梓博士與黃培博士的合影

結語:

從與國際領先工業軟件公司合作磨練團隊、沉淀技術,到自主研發三維軟件產品開拓市場,再到收購西門子Solid Edge源代碼,推出自主三維CAD軟件——新迪天工CAD,在20年的發展歷程中,新迪數字以銳意變革的勇氣,在一次次全新的市場考驗中積蓄力量,并不斷超越自己,探索出了一條國產三維CAD突圍的獨特路徑。


三維CAD國產替代之路任重而道遠。在“高鐵模式”的帶動下,新迪數字打破了行業限制,在短時間內完成了技術與產品的突破與創新,為國產工業軟件的發展帶來全新模式。新迪數字的“高鐵模式”模式背后是新迪數字十多年與國際領先工業軟件廠商源代碼級研發合作的獨一無二經歷,為新迪數字擁有國際化的廣闊視野、國際化的三維CAD技術能力打下了堅實基礎。


展望未來,新迪數字將持續消化吸收所引進的源代碼技術和知識產權,不斷迭代開發、優化和提升三維CAD軟件功能,將新迪天工CAD打造成既有國際先進產品設計理念和功能,又適應中國企業需求的高端三維CAD軟件,并加大市場布局和產品推廣,在圖紙通、零件庫等互聯網流量入口加持下,與各生態合作伙伴一起,努力使“新迪天工”成為中國三維CAD市場的領先品牌。


e-works認為,在葉修梓博士的帶領下,新迪數字有能力將我國三維CAD軟件推向更高的水平,為中國制造業提升自主創新能力提供國產三維CAD產品和技術引擎!

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