2000年PC级CAD谁主沉浮

    PC级CAD软件不但使用方便, 而且功能也开始接近甚至超越工作站上的高阶CAD系统。再加上PC软件与硬件的价格优势, 在未来几年里,PC级CAD的普及化已是不可避免的趋势。企业可以在选择PC级CAD软件的过程中, 同时考虑制造、分析以及管理方面的完全集成, 用最少的支出, 达到企业全面电脑化的目标。 计算机辅助设计技术的发展，在过去的几年中，已经顺利地从UNIX和工作站平台，成功地转换到NT和PC平台。由于PC平台的应用面极为广泛，使用者数量众多，再加上微软系统软件的巨大集成性功能，造成了多种应用系统的快速集成。CAD/CAE/CAM/PDM软件的集成，已经是势在必行，而所有的计算机辅助设计软件，也正以更快的速度在发展。我们将会看到变化多端的软件市场，以及以惊人的速度推出的各项新技术。本文将针对2000年CAD/CAE/CAM/PDM软件的市场趋势、技术发展的方向做一个大胆的预测。其中将会提到目前计算机辅助设计软件上的技术瓶颈，以及大量使用开放式或是半开放式核心软件后所产生的后遗症，借此预估软件研发的新方向，以及市面上各类软件在未来竞争上的比较。

一、2000年中国CAD市场上将流行的PC级软件

从1997年,CAD界连续发生了几件公司并购案以后，CAD行业各公司鼎立的局面基本形成。但究竟谁是本行业的最后霸主，还要经过历史的淘汰。从用户的角度来讲，多几家竞争对手存在，绝对是有利的。

    Solid Edge是1999年中国PC级CAD市场上最活跃的3D软件之一，2000年该软件的惯性犹存，虽然这与UGS公司的市场工作有直接关系外，作者认为还有以下几点原因：
    1. Solid Edge的Jupiter Technology是Intergraph Co.花了六年所开发出来的软件平台架构。此一架构也正是UGS（EDS）过去数年来所致力发展的面向对象软件架构，而在Solid Edge得到成功应用。
    2. UGS的Parasolid技术是被SolidWorks采用而成功的CAD软件核心。Solid Edge一直很后悔当初选择了ACIS做为其开发平台。由于ACIS在实体几何计算上处理圆角与薄壳有缺陷, 造成Solid Edge过去数年来一直在尝试修改ACIS软件核心以避开此缺陷。Parasolid与Solid Edge的结合, 不但替Solid Edge带入了UGS的Parasolid原厂开发人员去做核心软件的移植,而且还替ACIS与Parasolid核心软件在特征层转换上建立了全世界第一套的技术。
    3. Solid Edge的使用者界面,一直是所有软件杂志评测之中最受好评的软件。Solid Edge和Parasolid的界面是一套真正友善的使用者界面与威力强大的实体核心的集成。
    4. Solid Edge的钣金、管道与工程图模块较一般其它的微机级CAD软件完善,因此UGS在PC级实体模型CAD软件的市场上可以击败其它的对手。所有的PC级CAD软件多在Parasolid与ACIS的架构下开发。Solid Edge是唯一使用较好的Parasolid核心并且同时拥有核心完整开发权的CAD软件。因此, Parasolid的开发, 在未来显然会以Solid Edge软件的需求作为第一优先, 自然就对Solid Edge的发展趋势产生决定性的正面效益。由于SolidEdge与UG的结合以及二者仍然保持两条产品线的策略看来, 使用不同的销售管道将会是必然的趋势。再加上两条产品线分别保留各自原有的研发人员, 以及将部份UGS Parasolid的开发软件工程师调到Solid Edge的研发团队中的动作, 证明了世界第三大CAD开发公司UGS想要以Solid Edge做为其主要PC级CAD软件产品的决心。此一决心使得Solid Edge得以突破实体建构上的瓶颈,并且得以结合Intergraph的变数式与曲面模块技术到UGS之中。

    SolidWorks是1996年销售最好的3D PC级CAD软件之一。Dassault的CATIA软件是目前全世界航天工业中无法取代的祖师级软件。Dassault有鉴于CAD软件逐渐以向生产为中心思想(Process Centric)与设计为中心思想 (Design Centric)两种模式去发展, 因此期望能够借助以生产为中心思想的产品,攻占以设计为中心思想的市场，SolidWorks还可以利用合并的机会取得CATIA的曲面技术去完善一直无法完成的自由曲面设计模块，因此CATIA 与SolidWorks 的结合给人一种光明的感觉。但是由于CATIA的曲面技术是以曲面模块的架构所需求的模式来建立的,而SolidWorks之中并无实体与曲面具体集成的软件架构，CATIA曲面计算所需使用到的Resources也非SolidWorks所可以处理的。因此,SolidWorks无法与CATIA达到完整的结合，只能建立一个沟通与档案传递的界面。加之CATIA又推出了自己的PC级产品，SolidWorks还是要靠其孤军奋战。

    值得注意的另一点是Dassault所采取的市场策略,虽然Dassault与SolidWorks一再强调CATIA与SolidWorks的市场区隔性以及他们把CATIA与SolidWorks行销网路完全分离的决心,但从长远来看, SolidWorks的行销策略将是以多经销商管道的策略打开市场的占有率, 再以开发出来的CATIA/SolidWorks界面去行销利润较高的CATIA软件。因此, 当SolidWorks市场打开之后, SolidWorks将从所有经销商之中取其技术层次较高者, 开始同步销售CATIA/SolidWorks集成解决方案, 同时解决企业之中的设计与制造问题。我们应当可以看到SolidWorks将从目前的销售导向公司发展成为Dassault的技术导向行销公司。
世界上最大的3D CAD软件公司PTC并购CV的最终目的, 大多数市场人员认为是基于CV的广大客户群。除此之外, PTC并购CV的另一目的, 笔者认为也有网罗CV内部优良的行销、市场与程序设计师的目的。PTC过去一直尝试改变其非完全视窗的使用界面, 却一直无法完成。在CV之中, 先是SolidWorks的现任总裁从CV跳出将CV所设计的一套2D具有动态导引的参数式绘图CAD软件改编成目前SolidWorks的截面产生软件, 接着是目前CV根据此套软件基础所开发出的一套在网路上销售的一套3D CAD (Design Wave)软件,在视窗的处理上都是高人一等的。可惜的是Design Wave出来较SolidWorks晚了一步, 而功能又只有SolidWorks 95的程度。因此, 虽然它以订价为$3750并且可以销售到$995的超低价方式切入市场, 仍然没有得到太多的重视。甚至连PTC自己都因为不想影响到其高阶软件之销售市场而显得兴趣不高。

     在2D市场上占绝对优势的是Autodesk公司，AutoCAD的装机量1999年仍然稳座中国CAD市场的第一把交椅，并且把第二名远远抛在后面，但从市场对3D软件的发展趋势来看，Autodesk公司的3D软件MDT的前景不是很乐观，好在Autodesk已经开发并即将发布该公司的PC级3D拳头产品Inventor,也许会为该公司保住其在CAD界的地位。

    三年前意大利的CADLAB公司曾推出轰动一时的实体与曲面完全集成的3D PC级软件——Eureka Gold 97，1998年CADLAB公司更名为Think 3，该公司的软件也更名为Think Design。该软件是以实体与曲面模块的混合式核心软件架构所设计出来的一种3D CAD软件，也因此它可以轻易的引入CATIA或是其它PC级实体架构CAD软件的设计模型去做复杂曲面的设计。这一可达24阶NURBS曲面建构以及自动做出二阶微分连续曲面融合与补面功能的软件, 再配合特征建构与布尔运算的实体功能, 提供了目前PC级CAD使用者一个极佳的产品造型与模具设计的解决方案。但是该公司的销售市场策略令人捉摸不透，给用户造成技术支持上的困扰，所以在国内一直处于小量用户阶段。

    相对来讲，国产3D CAD软件因为开发的时间比较晚，同国外同类产品比，竞争力稍微弱一些，但国产软件在价格上占有一定的优势。目前，国内比较成熟的3D软件有CAXA-ME、GS-CAD、GEMS、金银花系统等软件产品。国产软件产品或者使用ACIS内核，或者自己开发内核部分，这给产品尽早问世以及版本升级带来了很多额外的工作，也许有一天有人会选择Parasolid，作出类似Solid Edge、SolidWorks的产品。作者认为国产3D软件的产品远不如国产2D产品那么成熟，当然开发2D产品和开发3D产品是一个完全不同的概念，也许，国内的3D软件厂家需要作出很大的奋斗，才能赶上或者超过国外的3D软件产品。

     综上所述， 2000年中国PC级3D CAD市场的主流仍然是Solid Edge软件, SolidWorks 、MDT 、Think Design 、Design Wave是市场上的活跃分子，再配合一些国产的3D软件产品和UG II、CATIA、Pro/E、I-Deas的微机产品，中国CAD市场2000年仍然是一个非常火热的年头。

    二、2000年中国CAD市场上存在的技术问题
    1. CAD/CAM/CAE/PDM无缝集成技术势在必行
在PC级CAD软件的发展过程之中,最值得注意的就是所有的PC级CAD软件不约而同的同时提出了CAD/CAM/CAE/PDM软件集成的解决方案。无论是Solid Edge、SolidWorks或是MDT, 结合各领域的技术成为大家所共同努力的目标。在众多软件开发公司之中, 尤其又以CAE的COSMOS以及PDM的SmarTeam最为积极。这种趋势主要是因为这两种软件迅速将他们所开发的软件平台完全转移到微软的视窗架构有关。至于CAM软件的脚步较其它软件的开发速度慢许多, 却也不约而同的朝向集成的方向发展。WorkNC、SurfCAM、SmartCAM、MasterCAM、 Cimatron、DP等CAM软件都可以顺利的与新一代PC级CAD软件集成。
在CAE的领域之中, COSMOS以其快速有限元算法技术开发出不需要太多CPU或是内存资源的解题器。此一突破性技术，使得设计者也可以在简单的视窗环境之中完成分析的检查工作。所谓的“为设计者而开发的分析软件”, 也在此技术的突破以及CAD／CAE集成环境的推出得以实现。此外CADSI所开发的Design Works可以同时将结构与运动分析的问题, 在同样的CAD环境中去完成同步的计算。对于弹性体的运动分析以及运动中物体的应力应变分布状况提供了非常具体而简单的解答。

    以色列Smart Solution公司所提出的新一代PDM架构, 充分利用了面向对象的技术，给使用者一套可以完全客户化的PDM软件平台, 并且将其与Exchange Server、Microsoft Office、Solid Edge、SolidWorks以及电子商务系统完全结合而成为PC级PDM的最佳解决方案。美国的Machine Design杂志以及Stephen Wolfe的PDM Report对于该技术都有非常好的评价。也就是说, PC的使用者,从今以后也可以有完全视窗化的新一代PC级PDM系统可供选择。PC级PDM系统的特色在于使用简单、开放、有弹性以及价格便宜。它也可以和既有的MIS、MRP、MRPII、BOM系统透过IMPORT/EXPORT界面做结合, 达到企业信息化。

    2.实体技术与曲面技术的特点与存在的问题

     在过去的CAD软件发展过程中，实体技术与曲面技术一直平行地发展。同时具有曲面与实体技术的软件，也多以UNIX平台的大型CAD软件为主。在PC软件上，同时具备有曲面与实体技术的PC级软件则以UG、Pro/E、I-deas以及Eureka Gold为代表。这些软件的价位多半也是PC级CAD软件之中较高的。同时，无论是那一个同时具有曲面与实体技术的软件，也没有同时能够推出成熟的实体与曲面技术，更不用提到说是能够全面的集成曲面与实体设计到同一个软件环境之中了。这里，我们回顾一下实体技术与曲面技术的特点，并分析一下存在的问题。

    参数化技术：可以定义建立实体的参数，并且可以参数化设计实体模型。
    特征式设计技术：建立各种如拉伸、导角、薄壳、肋等设计特征，并且把这些特征产生的历史过程记录下来。这份历史记录可以用类似资源管理器的方式去做特征加入、删除、更名、排序以及修改等。
    参数式组装技术：建立组件参数式组装条件，并且可以借由参数化的改变与设定，去做组装的改变以及基本机构的模拟。此外还对组装干涉的检查提供必要的信息。
    布尔运算技术：一般而言，特征导向式的CAD软件框架，配合上参数式的特征定义，适用于机械业的设计。然而，模具业与工业设计等其它产业，却对CAD软件的布尔运算功能，有着强烈的需求。因此，如何去做实体的加减与差集计算，便成为实体模型技术之中相当重要的一项。
    曲面建模技术：产生各种曲面的能力。这一技术主要基于建立曲面方程，其中参数的计算速度和弹性的调整，以一些参数自行调整是否最佳化技术关系到CAD软件的应用领域。例如航空领域的曲面需求就比一般机械与电子消费产品要求精密。
    曲面修改技术：设定限制条件的弹性调整。例如，如何将一个Trimmed曲面，在不改变边界的状况下去做曲面造型的调整，或是如何设定一些局部调整的条件，且在调整过程中，自动的去符合所设定的原则。
    曲面贴附技术：实体到曲面的贴附功能以及曲面到曲面的Mapping，Wrapping，以及Lay Down等功能所需的曲面计算技术。在浮雕、鞋模、轮胎等应用上，是非常重要的。
参数化曲面技术：曲面的参数化调整，一直是曲面设计软件的最大弱点。原因在于多数的曲面核心软件，无法找到一套合理的曲面参数，能够同时符合设计者的设计与造型直觉，同时也可以对曲面去做计算。这种限制，无形中提高了曲面与实体集成的困难度。
    补面技术：在曲面与实体无法充分结合的现实条件下，曲面建模过程中往往会和实体边界之间产生缝隙。这些缝隙，需要使用曲面中的补面功能来加以完成。此外，面与面之间也需要大量的用到这一功能。这种补面的功能，往往需要自动去反映邻接面的相切或是平滑度以及各种设定。
    实体特征曲面化技术：有些实体特征，在复杂的几何里，经常无法产生。大多数的CAD使用者都知道，3D实体模型CAD软件很少在薄壳与圆角的建立上是完整的。因此，具有曲面模块的CAD软件，可以借曲面计算功能，去计算任意实体环境所需求的薄壳与圆角，再转换到实体模型之中。这种技术，虽然在所有的CAD软件之中都尚未看到，但是在2000年初所推出的新PC级CAD软件之中，将会看到。
    大量点资料的逆向工程技术：对于曲面模块而言，逆向功能的处理能力，往往是使用者需求的重点。由于逆向工程处理能力和曲面参数化能力是完全不相容的技术，也就是说逆向功能差的模块，曲面参数化与模型化的能力就弱，反之亦然。因此，如何找到具有逆向工程处理能力的参数定义模式便成为这一技术的重点。这方面，如CATIA、CADLAB、UG、IDEAS等软件都具有其独特的技术与方法。而一般的实体模型3D CAD软件，虽然有些号称可以输入曲面模型，但是处理上还非常肤浅。

    3 . 大型组件设计技术

     几何与特征对大型组件设计的影响：目前市面上所有的3D CAD软件在组件的处理上都具有让使用者去弹性定义Component的功能。在CADLAB今年推出的实体模型软件中，将会给予使用者定义Component的弹性，使用者可以将数以万计的零件，定义成少数的Components，并且建立Component与Component之间参数式组装的条件。由于Component在处理上可以用其几何信息来计算，因此可以大幅加速组件模型的计算速度。
模型简化的应用：大多数的CAD软件都具备有模型简化的功能，如此可以加速模型建模速度。但是与上一点技术比较，在速度的提高以及设计的效果上，模型简化的功效是非常有限的。

     大型组件规划：由下而上或是由上而下。几乎所有的3D CAD软件，都具有由下而上的设计功能。也就是说，先设计零件，再逐步建立组件。新的组件设计技术，则是先以组件的外观为基础，对半组件或是零件去做设计，因此可以产生由上而下的设计效果。由于这项技术是将Component与Solid去做分隔，因此在同一环境中可以包括有许多个实体，使用者可以将不同的实体定义成一个Component去做由上而下的组件设计。

三、 CAD领域的新技术

     曲面与实体集成核心技术 曲面特征化：将曲面以特征方式管理，并且可以记入模型建模历史。实体上曲面的Non historical修改：如何在保持实体模型的条件之下去做实体表面曲面的修改与调整。曲面与实体参数的修改与几何重建技术：同时可以定义到实体与曲面的参数在被修改之后，可以根据实体与曲面之间的限制条件，用新的参数，重新计算几何，建立修改后的实体技术。智慧型曲面技术：根据应用的领域，可以内部设定必要的参数间关连性，使得所产生的曲面，自动地具有特定应用的曲面需求条件。这一关键性技术，必须去对各种应用领域所用到的曲面去做测试后，将测试后的参数与参数关连性设定到软件之中。

     大型组件设计技术 Model/Component/Solid资料结构管理与转换：如前所述，CADLAB将在今年推出此一技术，以加速大型组件的设计，并且在PC上建立大型的3D CAD模型。快速模型几何计算技术：多半属于Graphics的技术。这种技术将朝向参数式模型计算硬件化的目标迈进。目前的技术，多半局限于向量与图元的简单计算的硬件图形卡设计。虚拟环境的应用技术：组装过程中，使用虚拟环境的软硬件去快速找到所需要装配的位置与零组件，进行Components组装。分散式组件管理与设计技术：将大型组件的各零组件与Components分别存在网络的不同计算机上，在主要组装计算机上仅记录其实体图形。对于各零组件与Components的参数修正后,几何计算工作则由不同的计算机来加以负责主计算机上仅做组装条件以及组装后模型几何的计算。这一技术的实现，有赖于极富弹性的PDM平台的集成与管理。

     模型资料的交换技术 特征语言技术：记录特征产生方式，再透过各种不同CAD的驱动软件产生相同几何的实体模型界面技术。CAD资料PDM化技术：所有的CAD几何与特征资料以结构化面向对象的方式储存到PDM系统之中，再由PDM系统之中的信息转换器，由另一个CAD软件读出的技术。STEP与PDM的集成：STEP的标准不只可以定义几何，并且可以在未来定义特征以及信息传递的标准模式。因此，在PDM系统之中Embedded STEP Translator已是CAD模型资料交换技术上的共同趋势。

     CAD设计方法技术——2D/3D的集成与应用 造型件设计技术：使用2D三视图建立造型件的技术。虽然为3D CAD软件的主要应用技术，但是过去在销售为主的市场风气之下一直没有被加以正视。机构设计技术：使用2D机构的Layout图去做整体机构设计，参数化设定，以及将来2D出图的标准，3D CAD软件设计应用步骤。组件设计技术：使用由上而下以及由下而上的双向设计方法与理念。快速2D图形建模技术：建立由2D去做3D的设计草图，以及草图设定参数，参数化2D图形，集成工程图建立的技术。标准件建模技术：使用特征语言建立各种标准零组件库。设计自动化技术：将许多特定设计应用所必须使用到的复杂CAD与CAE软件应用步骤，设定成自动化的方式，在输入设计理念与参数之后，自动的去做模型建立与设计验证的工作。

    四、 结束语

     我们可以肯定的是，基于市场的竞争，全方位的3D CAD软件，将以曲面与实体集成的目标，快速完成大型组件规划与设计的功能，以及完整且快速的2D/3D与3D/2D转换功能去占领市场。在市场发展上将更着重以技术中心的建立，推出客户试用软件，推广项目实施应用技术，开发OEM设计自动化软件以及软件租用等市场策略去抢占市场。同时，2000年也将是所有的被并购中低阶CAD软件必须向上升级以保持市场占有率的一年。具有软件核心技术，才有机会去和如CATIA、UG II、Pro/E以及其它有多年历史的高阶CAD软件公司所推出的全功能PC级CAD软件竞争。很明显的，在致力于建立产品差异性的市场竞争原则下，这些CAD公司也会尽力的去和CAM、CAE、PDM等软件的开发公司去做产品与应用上的集成，以取代目前中低阶产品在集成上只重形式不重实质的缺点。尤其是在CAM软件的集成上，读者可以看到相当大的差异。也就是说，使用者对于CAD软件的要求应该会倾向功能完整，对于所集成的软件，也会逐渐要求到全功能的集成。