读工业软件简史09几何内核

1. 天才工程师

1.1. 数学家奠定的塔基

• 1.1.1. 作为工业主流的数字化设计与制造，都需要用到CAD软件

• 1.1.2. CAD软件的基础底层支撑，则是通用几何造型平台，也可以称为几何内核

• 1.1.3. 工业软件的世界就是数学家的天下

1.2. 几何造型平台是CAD软件最核心的基础部分，通常称为几何内核或者几何引擎

1.3. 剑桥大学CAD实验室的伊恩·布雷德(Ian Braid)在1973年完成了实体造型的博士论文之后，和导师查尔斯·朗(Charles Lang)以及同窗艾伦·格雷尔(Alan Grayer)创办了ShapeData公司，随后开发出第一代实体造型软件Romulus

1.4. 实体和曲面通用平台ACIS

• 1.4.1. ACI分别是三位技术核心人员Alan、Charles和Ian的名字的首字母，而S则取自实体(Solid)的首字母

• 1.4.2. 由于ACIS采用了面向对象的数据结构，并采用了C++编程，从而使算法得到大为改进，它的运行速度是第一代几何内核Romulus的4-20倍，是第二代几何内核Parasolid的2-6倍

• 1.4.3. 在ACIS上开发与STEP标准相兼容的集成制造系统

• 1.4.4. CAD软件公司纷纷跟进，或者采用ACIS内核，或者采用了它的思想改进了自己的内核

• 1.4.5. 重大的事件发生在1993年，Autodesk公司与Spatial Technology公司签约，在ACIS平台上开发出MDT三维参数化特征设计系统，成为ACIS的最大用户

2. 几何内核

2.1. 几何内核不先于CAD软件

• 2.1.1. 一个极大的误解：先有几何内核，后有之上的CAD软件

• 2.1.2. 实际上，几何内核本来并不存在，而是藏在CAD软件系统之中

• 2.1.3. 几何内核成为一门独立的生意，是UGS公司在发展时所采用商业策略的结果，先把Parasolid几何内核变为一个独立的概念，随后发展出来一个很小的利基市场

• 2.1.4. 没有UG软件，就没有Parasolid，也就没有“几何内核”之说

2.2. 2000年，Spatial Technology公司被达索公司收购

2.3. 历经14年之后，著名的几何建模内核ACIS也被大型CAD软件厂商达索系统握在手中

• 2.3.1. 欧特克拥有随时购买ACIS源代码的权利

• 2.3.2. 有了这个条件作为约束，达索系统随即完成了对ACIS的收购

• 2.3.3. 几年以后，欧特克公司迅速地使用了这个权利，采购了ACIS的全部源代码，也就是ACIS R14版本

2.4. CATIA软件一直在完善自己的几何内核，从原来的曲面造型发展到后来的基于BRep的实体造型

• 2.4.1. 达索系统也没有为CATIA软件购买通用约束求解器，而是自行开发

2.5. Parasolid和ACIS分别被西门子公司、达索系统所把控，并形成了两个大的阵营

• 2.5.1. AutoCAD、MDT和Inventer、Microstation等软件均采用ACIS几何造型器为内核

• 2.5.2. UG、SolidWorks、SolidEdge等软件则采用Parasolid几何造型器

2.6. Parasolid和ACIS是两个元老，由于一开始就相对独立发展而比较著名

• 2.6.1. 它们再加上达索系统的CGM，算是市场上流行的三款商业化几何内核

2.7. 尽管ACIS是第三代几何内核产品，实验室性能甚至更优，但自从它诞生后，没有一个大公司愿意像当年UGS那样紧密地对ACIS进行捆绑

• 2.7.1. 在工业软件领域，缺乏工程用户的交互反馈，任何工业软件都不可能真正地发展起来

2.8. 几何内核是从众多成功的工业软件功能集合萃取而来

• 2.8.1. 没有成功的研制优秀CAD软件的基础，就谈不上研制几何平台

2.9. 开源独苗

• 2.9.1. 开源的Open CASCADE，是一棵奇特的幼苗

• 2.9.2. 成立于1964年的法国马特拉(Matra)公司的Euclid系统，也拥有自己的几何内核，主攻曲面造型

• 2.9.3. Open CASCADE版本更新比较快，在此内核的基础上，开发出一个开源CAD系统FreeCAD

3. 商业悖论

3.1. 拥有高水平的几何内核，是发展自主CAD/CAM/CAE软件的核心工作

3.2. 世界上的几何内核不多，基本处于垄断地位

3.3. 国内企业有中望软件公司的Overdrive内核（原来是美国VXCAD软件的内核，2010年被中望收购）和山大华天的CRUX IV（华天CAD系统SV的内核）等

3.4. 工业软件具有一定的特殊性，其市场规模与整个工业规模相比是很小的

3.5. 单独研发CAD软件几何内核却是没有太大市场的，因此需要与三维CAD软件系统整合起来做

3.6. 高水平的通用几何造型平台是发展CAD软件产业的一级火箭助推器

4. 国防军工

4.1. 美国军工行业一直高调而持久地推动着民用工业软件的发展

• 4.1.1. 武器的软件开支，也成为美国的国家预算中最为重要的支出之一

• 4.1.2. 工业软件其实是一桩看不见的军火生意

• 4.1.3. 从这个意义上来说，军工是工业软件之母

4.2. 第二次世界大战前后，模拟计算机是战争中的计算主力，它控制了几乎所有炮弹的方向

• 4.2.1. ENIAC是第一台以数值运算为目的的计算机，它迎来的第一个主顾，是军火承包商诺斯罗普格鲁曼(Northrop-Grumman)

4.3. 史上最昂贵的软件来自军方

• 4.3.1. 一个大型防空系统SAGE(Semi-Automatic Ground Environment)，以保护美国本土不受敌方远程轰炸机携带核弹的突然侵袭

• 4.3.2. SAGE整个技术方案是由麻省理工学院林肯实验室负责制定的，于1957年投入试运行

• 4.3.2.1. 在一系列的竞标中，IBM战胜了雷神等竞争对手，接受委托开发SAGE系统

• 4.3.2.2. SAGE系统一直到1983年才退役

4.4. CAD软件的诞生

• 4.4.1. 麻省理工学院的伊凡·萨瑟兰德(Ivan E.Sutherland)

• 4.4.1.1. 在1963年完成博士论文，编制了使用光笔在计算机屏幕上选取、定位图形要素的Sketch-Pad系统，实现了人机对话式的交互作业，并提出将图形分解为子图和图元的层次数据结构

• 4.4.2. 汽车工业，美国通用汽车公司与IBM合作，开发了DAC 1计算机设计加强系统(Design Augmented by Computer)

4.5. 没有军方支持，就没有CAD软件产业

• 4.5.1. 由于无军方支持，开发经费及经验不足，它们开发出来的软件商品化程度都较军方支持的系统更低，功能覆盖面和软件水平亦相差较大

• 4.5.2. 从现存的三家高端CAD软件企业来看，与波音交往密集的CV公司出走的管理层创立了独树一帜的美国参数技术公司，达索飞机公司直接诞生了CATIA，麦道公司一手成就了UG

• 4.5.3. 工业软件的成功，离不开军事工业的滋养，但更重要的是知识产权的转换机制，需要精心设计、无缝衔接

4.6. 最有影响力的，当属于美国提出的原始图形交换规范（Initial Graphics Exchange Specification，简称IGES）​

• 4.6.1. 诞生于美国空军的集成计算机辅助制造（Integrated Computer Aided Manufacturing，简称ICAM）计划，由美国国家标准局(NBS)组织波音公司、通用电气公司等共同商议制定

4.7. 中国空气动力研究与发展中心的风雷软件PHengLei、航空623所的大型结构分析软件HAJIF

4.8. 美国国防部其实是全世界最多软件的拥有者

• 4.8.1. 在美国，军事软件一直是可以独立成章的类别

4.9. 就代码的数量而言，全球头号军火商洛克希德·马丁很早就超越微软成为最大的软件商也就毫不奇怪了