对话

国产三维CAD突围,新迪数字巧夺“天工”

新迪数字董事长、创始人叶修梓博士专访

2023-09-13e-works 黄培 黄菊锋

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       2022年12月,新迪数字宣布引进西门子公司三维CAD软件Solid Edge的全部源代码和知识产权及整套软件测试系统,并提出以“高铁模式”推动中国三维CAD突破的创新发展路径,此次战略举措在业内引起广泛关注。那么,国产三维CAD究竟应当如何突围?实现三维CAD国产替代是否必须从零开始?“高铁模式”为何是新迪数字?为何是Solid Edge?三维CAD软件的“高铁模式”能否成功?新迪数字此举对推进三维CAD国产化的意义和价值如何?带着这些问题,e-works总编黄培博士专访了新迪数字董事长、创始人叶修梓博士。

新迪数字董事长、创始人叶修梓博士

新迪数字董事长、创始人叶修梓博士

国产三维CAD,如何能够真正突围?

       作为核心基础工业软件,三维CAD是我国制造业提升自主创新能力的重要支撑。近年来,随着中国制造业加速向数字化、智能化发展,越来越多的中国制造企业致力于由逆向工程走向正向研发,国产三维CAD迎来了前所未有的良好机遇。然而,长期以来,三维CAD是我国工业软件发展的短板,市场基本由国际厂商主导。那么,国产三维CAD突围出路在哪里?如何真正实现国产三维CAD的进口替代?

       面对这个问题,叶修梓博士形象地比喻,三维CAD的国产替代就像给高速公路上奔跑的汽车换轮子。车子已经在高速公路上行驶,也即企业己经在其研发体系中使用国际一流的三维CAD软件;在国产替代过程中,要求业务不能停、质效不能降、成本还不能高。叶修梓博士认为,国产三维CAD发展模式有多种,但要真正实现国产替代,企业需要能用、好用的国产三维CAD。

       如果从布尔运算等底层算法研发开始,要研制一款功能可靠、运算稳定的几何建模引擎和能够处理多种复杂约束条件的约束求解引擎,实现参数化设计,开发出能够快速捕捉用户设计意图的用户界面,在实际应用场景中能用、好用,能够处理大装配结构复杂约束条件的三维CAD软件,不仅需要大量的研发投入与技术积累,还需要在千千万万个企业的应用场景中不断试错,提出改进需求,把企业积累的相关知识融合到软件中去,持续迭代和改进,这是一个艰巨而又漫长的过程。

       叶修梓博士指出,几何建模引擎是三维CAD软件的基础,是一个底层几何造型算法库,是实现三维模型创建、编辑和管理的关键技术,目前常见的几何建模引擎包括Parasolid、ACIS、CGM等。没有一个稳定强大的几何建模引擎,是不可能开发出一款一流的三维CAD软件的。但是,对几何引擎要有正确的认知,几何引擎绝对不等于三维CAD。

       三维CAD是工业知识的沉淀,有众多应用功能模块,这些模块的研发同样具有巨大的技术挑战和代码量。在国际主流三维CAD软件中,底层几何引擎的代码量只占其中的10%-20%。有一种观点是几何引擎难,三维CAD易,几何引擎做好了,三维CAD自然就好了,其实不然。SolidWorks的成功是一个很说明问题的例子,SolidWorks并没有开发自已的几何引擎,而是基于西门子Parasolid这一第三方几何引擎开发。同样,国内外也有不少基于Parasolid引擎的三维CAD软件,但是软件功能、性能和成熟度却远远比不上SolidWorks。“几何引擎做好了,三维CAD自然就好了”这种认知,对于上世纪八十年代的三维CAD来说是正确的,因为那时的底层几何造型算法确实构成了三维CAD的大部分。但随着CAD技术的发展,三维CAD实现了一步一步的技术分工,底层算法逐步组件化,几何引擎虽然重要,现在却只是三维CAD软件的一小部分。事实上,国际主流三维CAD软件近三十年的功能迭代与改进都聚焦在提升用户体验、捕捉设计意图、融合行业知识、改进应用功能上,而非改造几何引擎。

       叶修梓博士认为,要真正实现三维CAD软件的进口替代,就得让用户愿意用、喜欢用。如果一切都从零开始研发,需要大量精通数学、软件和具有深厚工程背景的多学科人才队伍,经历漫长的研发迭代周期,在当前来说,这既不现实,开发出来的初级产品也让用户难以接纳。因此,实现三维CAD国产替代不能从内核引擎开始:首先需要有一个成熟好用、可对标替代现有国际主流产品的国产三维CAD软件,先去占领市场,赢得用户。有了用户和市场,才能为国产内核引擎的研发迭代成熟创造有利的条件。因此,“高铁模式”是实现三维CAD国产替代现实可行的发展路径。

高铁模式,为何是新迪数字?

       作为具有国际影响力的CAD行业资深专家,叶修梓博士与三维CAD结缘还得从他的求学生涯说起。1984年,18岁的叶修梓从浙大应用数学系本科毕业,师从梁友栋先生,学习当时世界上最先进的CAD和图形学技术,自此进入CAD领域;1989年至1994年,叶修梓在德国柏林工业大学机械与交通工程系攻读博士学位,对曲面造型和STEP标准进行了深入研究。1994年,叶修梓到美国麻省理工学院设计实验室做博士后研究,在国际核心学术期刊发表了一系列三维CAD几何造型领域的权威学术论文,这些论文被大量他引。长期的学习与研究使得叶修梓博士系统、透彻地理解了三维造型的底层核心算法、约束求解、人机界面、三维模型交换标准及工程应用等三维CAD软件的核心技术,也为他在三维CAD领域的创新创业奠定了良好的基础。

       1995年,叶修梓博士应邀加入初创的SolidWorks公司,成为联合创业团队的核心成员之一,曾担任首席工程师和首席科学家。叶修梓博士负责研发的内容包括基于特征和参数/约束的实体建模环境中的复杂几何设计、约束和尺寸驱动的复杂曲线、曲面和实体建模与集成应用,并负责与Parasolid团队进行沟通,在几个月时间内帮助SolidWorks完成了核心几何建模引擎的更换,为SolidWorks成为全球应用最广泛的三维CAD软件做出了重要贡献。1995年,SolidWorks基于Windows操作系统发布了第一个版本。1997年,成立仅四年的SolidWorks公司被达索系统以3.1亿美元并购,创造了一个行业传奇。

       2001年,叶修梓博士受聘成为教育部第四批“长江学者”,在母校浙江大学建立了计算机图形图像技术实验室,在担任博士生导师、为祖国培养更多软件业精英的同时,更致力于将国外一流工业软件产品技术引入中国进行研发。

       2003年,叶修梓博士创建了杭州新迪数字工程系统有限公司。2004年,新迪数字成为SolidWorks中国研发中心,与SolidWorks美国、印度的研发中心同步开展全球产品研发,并承担着大中国区技术支持等业务;2006年,新迪数字成立SpaceClaim(后被Ansys并购)中国研发中心;2010年,新迪数字组建了MSC中国研发中心,负责研发新一代CAE仿真软件平台Apex。

       新迪数字的这些经历在国内同行中是独一无二的,在深度参与这些国际一流三维CAD/CAE软件的研发过程中,新迪数字直接基于这些软件的底层源代码进行架构设计、功能开发、算法研发和测试验证等一系列工作。“这不仅让新迪数字从底层的算法到功能模块再到软件架构,都积累了世界级的技术,也培养出了一支优秀的团队。”叶修梓博士强调。

       经过十多年的技术积累,从2015年左右开始,新迪数字走上了自主工业软件的研发与探索之路,围绕着三维CAD应用先后推出3DSource零件库、3D轻量化引擎、图纸通等多款SaaS工业云软件。

       叶修梓博士30余年的三维CAD技术研究与软件开发的长期实践经验和新迪数字成立二十年来参与研发国际顶尖CAD/CAE软件积累的技术底蕴与人才资源,使新迪数字能够真正“吃透”国际主流三维CAD软件的底层技术与核心功能,成为能够驾驭三维CAD这种高度复杂的工具类核心工业软件的“武林高手”,打造了独特的技术优势,而这正是新迪数字再次迈上新台阶的底气与基石。

       2022年,新迪数字通过融资,购买了西门子Solid Edge全部源代码和知识产权及整套软件测试系统,开启了中国三维CAD发展的高铁模式。

新迪数字二十年的发展历程

新迪数字二十年的发展历程

高铁模式,为何是Solid Edge?

       Solid Edge是一款国际知名的主流三维CAD软件,与SolidWorks的定位相似。Solid Edge最初是由Intergraph公司研发,1995年发布第一版,是全球第二款基于Windows的三维CAD软件,其总部位于美国阿拉巴马州的Huntsville,这个城市是美国的航天基地。1998年,UGS公司并购了这款软件,将内核由ACIS更换为Parasolid。2007年,Solid Edge随着UGS一起并入西门子数字化工业软件。

       1999年,国内的几家知名CAD软件公司曾作为生态合作伙伴,在国内推广过Solid Edge这款软件。当时的Solid Edge 6.0版引入了流技术(Stream Technology),摒弃了那时CAD软件流行的多级菜单,通过捕捉设计师的设计意图,只呈现设计过程中用得到的菜单,大大提高了设计效率;它的另一个优点是,帮助系统中有若干案例,用户可以一步一步跟着案例的操作学习,掌握从草图设计到形成三维模型,再进行抽壳,以及装配结构设计等功能,实现无师自通。

       2008年,Solid Edge ST1版发布了同步建模功能。该功能打破了特征造型系统必须基于造型次序的建模方法,融合了直接建模技术。同步建模功能的引入,使用户可以更加方便地修改三维模型,对模型进行拉伸变形。

       2022年10月,Solid Edge 2023正式发布,引入了全新的用户界面。

       以上几个时间节点只是Solid Edge这款优秀的三维CAD软件28年发展历程中的几个片段。事实上,Solid Edge不仅拥有强大的工程图设计、零件和装配建模功能,拥有钣金设计、线缆设计等专业模块,还内嵌了产品数据管理系统。Solid Edge建立了良好的生态系统,有很多专业设计软件可以基于Solid Edge平台运行。e-works曾多次应邀出席Solid Edge University全球用户大会,领略了Solid Edge持续创新的发展之道。

       由于西门子有另一款多学科三维CAD软件NX,而达索SolidWorks软件在全球的市场营销和渠道销售体系更加强大,所以Solid Edge的易用性和客户体验的优势,并没有在市场上得到充分体现。因此,如果要寻找一款与SolidWorks的几何建模引擎与约束求解器引擎一致,三维特征模型可以方便转换,操作界面友好,设计效率很高的国际一流三维CAD软件,放眼全球,Solid Edge无疑是最佳选择。正因为如此,新迪数字开启“高铁模式”选择了Solid Edge。

独辟蹊径,开启国产三维CAD的“高铁模式”

       “高铁模式”可以归纳为通过引进国际一流技术,消化吸收,最终实现自主创新。中国高铁十多年的成果与突破,证明了这种自主创新模式是真正可行的。

       经过不懈的探索与尝试,新迪数字最终决定借鉴“高铁模式”,通过引入国际主流三维CAD系统的源代码,充分利用其技术成熟、功能强大、覆盖面广的优势,以此为起点,突破国产三维CAD软件卡脖子困境,让三维CAD的国产替代成为现实。

       早在2018年,新迪数字就已经开始尝试与西门子接触。从2020年开始正式洽谈,历经两年多时间,通过与西门子数字化工业软件总部多轮沟通与协商谈判,2022年8月新迪数字最终成功与西门子达成了源代码收购交易。而这次交易成功的关键,在于西门子对新迪数字长期积累的三维CAD技术能力和产品化能力的高度认可。

       “解决断供风险,是新迪数字和西门子交易的重要出发点。”叶修梓博士指出,“与Solid Edge OEM不同,新迪数字收购的是Solid Edge软件的全部源代码和知识产权及整套软件测试系统,新迪数字有权基于源代码进行开发、修改、编译、发行等各种工作,保证了新迪数字对于Solid Edge源代码100%可控;同时,这次交易对Solid Edge底层Parasolid、DCM等内核引擎的安排,解决了断供风险。将“高铁模式”借鉴到CAD产业,本身就是一种创新,而中国企业能取得西方发达国家先进工业软件的完整源代码和知识产权,在中国也是一个创举。尤其在当前的国际大环境下,新迪数字能在短期内获得大量融资,成功完成这次知识产权的交易,实属不易。

厚积薄发,推出全新三维CAD品牌“新迪天工”

       引进一流技术只是起点,消化吸收和再自主创新的能力才是成功的关键。凭借过去20年在三维CAD领域的持续深耕和长期技术积累,新迪数字已具备了完全消化吸收Solid Edge源代码并实现融会贯通的能力,也使得其能够迅速推出自主可控,并具有国际先进水平的国产三维CAD软件。在完成源代码收购后,新迪数字利用自身的技术积累,对引进的源代码进行消化吸收、重构,发挥专业优势进行“自主创新”,进行产品层面和技术层面的融合,并且对软件架构进行针对性改造和云化,最终于2023年4月21日推出了全新的国产中高端三维CAD产品——新迪天工CAD和新迪天工云CAD。

       天工,取义于“天工开物”和“人间巧艺夺天工”。新迪数字将全新品牌命名为“天工”,不仅是中华民族历史精神的传承,更饱含着新迪数字希望“天工”软件能够覆盖各种产品研发设计场景,并能够在各个制造行业广泛应用的美好期望。

       新迪天工CAD融合了Solid Edge软件技术和新迪数字在CAD软件技术领域的二十年研发积累,拥有成熟稳定的大型软件系统架构,功能丰富强大,支持各种格式数据的读入和编辑,提供全面丰富的API开发接口和强大的二次开发能力等,为企业三维CAD软件正版化和国产替代提供了良好选择。

       新迪天工云CAD则是新一代云架构的3D设计协同平台,具有天工CAD软件的所有三维CAD设计建模功能,同时还有更多基于云的设计协同服务。包括“端+云”融合架构,功能模块APP化,云端数据存储,安全受控的数据使用,一站式工作台,产品数据随时随地访问,设计过程实时协同,方便的IT运维管理,满足各种部署要求等亮点功能。

       叶修梓博士介绍,自2022年与西门子达成源代码交易以来,新迪数字不仅发布了天工CAD和天工云CAD,还获得了来自政府和资本市场的高度认可。自2022年7月以来,在过去一年时间里新迪数字先后完成了三轮股权融资,累计融资金额超过10亿元,同时,新迪数字全国总部已落地上海闵行,并正式更名为“上海新迪数字技术有限公司”。

大有可为,丰富的客户积淀+流量入口加持

       当前,工业软件云化和SaaS化已是大势所趋。新迪数字作为国内最早开始探索工业软件云化的公司,从2015年就开始布局工业云领域,2017年被工信部认定为第一批工业云试点示范企业,并先后推出了多个基于云和互联网的工业软件产品,包括图纸通、3DSource零件库、3D轻量化引擎等。

       其中,3D轻量化引擎是新迪数字自主研发的基于Web浏览器快速浏览3D模型和2D图纸的轻量化技术解决方案,是新迪图纸通软件的基础技术。在2014年新迪数字就已经跟随国际新技术的步伐,开始探索Web3D轻量化技术,2017年发布了3D轻量化引擎1.0版本。

       图纸通是基于三维模型、二维图纸进行技术沟通和分享的云化SaaS软件,集云端看图、分享图纸、批注图纸、沟通图纸、管理图纸、项目协作等多功能于一体。零件库提供各种3D零部件资源,提供了丰富的三维零部件模型资源库,拥有3万多个系列、2亿多种规格的机电零部件模型。

新迪数字工业软件产品矩阵

新迪数字工业软件产品矩阵

       “图纸通从2018年上线至今,注册用户已经超过300万人,日活用户10多万人;3DSource零件库目前的注册用户也已超过100万人。”叶修梓博士表示,这些都是精准的工程师用户,背后则是全国各地的工业和制造业企业,如何将图纸通、零件库作为流量入口,将其庞大的用户群引流到天工CAD上,将是新迪数字未来重要的市场战略。

多维发力,构建合作共赢生态

       在工业软件企业发展过程中,生态合作伙伴扮演的角色至关重要。叶修梓博士表示,工业软件门类众多,任何一家公司想把所有门类市场都“吃”下是不可能的。术业有专攻,国产三维CAD的普及化推广,更需要国内同行、合作伙伴一起建设企业数字化软件平台与生态,打造全链条数字化解决方案。对于合作伙伴生态建设,新迪数字将从解决方案、内核引擎和渠道生态这三个维度,进行重点发展和长远布局。

       解决方案方面:将以“新迪天工”为核心,把行业的知识、标准、流程都结合起来,结合客户需求打造行业专用解决方案,例如模具设计、电气布线、管路设计、板材成型等垂直领域行业的专业应用;同时,将与合作伙伴一起,共建产品数据管理(PDM)、产品全生命周期管理(PLM)、计算机辅助工艺规划(CAPP)、仿真分析(CAE)、数控加工(CAM)等覆盖研发全过程的全产业链和生态链的解决方案。

       叶修梓博士介绍,新迪天工CAD拥有超过1500大类的API接口,超过4000个API函数,支持行业伙伴深度开发专用工具,并可以集成各种主流的企业数字化系统。当前,新迪天工CAD除了与Teamcenter具备天然的集成优势之外,也正在联合PDM、PLM、CAPP、CAE、CAM等研发设计全过程解决方案的合作伙伴,携手打造更丰富完善的产品生态。

       内核引擎方面:几何建模引擎和约束求解引擎是三维CAD的底层内核引擎,研发难度大、周期长,很难成熟稳定,需要长期艰苦奋斗;国产内核引擎现有基础差,应该联合全国优势资源共同攻关,切忌低水平重复建设,重复造轮子。新迪数字积极参与到国产内核引擎攻关活动中,利用在三维CAD产品技术、软件测试和用户市场等优势,帮助和陪伴国产内核引擎成长和成熟,并期待最终实现新迪三维CAD的国产内核引擎替换。

       渠道生态方面:新迪数字将开拓全方位渠道生态,创新合作方式,寻找目标一致、优势互补的渠道合作伙伴,基于直销、代理、平台合作、线上服务等维度,完善以三维CAD为核心,针对目标市场、目标客户的全方位解决方案,推动渠道生态的发展,实现合作共赢。

叶修梓博士与黄培博士的合影

叶修梓博士与黄培博士的合影

结语

       从与国际领先工业软件公司合作磨练团队、沉淀技术,到自主研发三维软件产品开拓市场,再到收购西门子Solid Edge源代码,推出自主三维CAD软件——新迪天工CAD,在20年的发展历程中,新迪数字以锐意变革的勇气,在一次次全新的市场考验中积蓄力量,并不断超越自己,探索出了一条国产三维CAD突围的独特路径。

       三维CAD国产替代之路任重而道远。在“高铁模式”的带动下,新迪数字打破了行业限制,在短时间内完成了技术与产品的突破与创新,为国产工业软件的发展带来全新模式。新迪数字的“高铁模式”模式背后是新迪数字十多年与国际领先工业软件厂商源代码级研发合作的独一无二经历,为新迪数字拥有国际化的广阔视野、国际化的三维CAD技术能力打下了坚实基础。

       展望未来,新迪数字将持续消化吸收所引进的源代码技术和知识产权,不断迭代开发、优化和提升三维CAD软件功能,将新迪天工CAD打造成既有国际先进产品设计理念和功能,又适应中国企业需求的高端三维CAD软件,并加大市场布局和产品推广,在图纸通、零件库等互联网流量入口加持下,与各生态合作伙伴一起,努力使“新迪天工”成为中国三维CAD市场的领先品牌。

       e-works认为,在叶修梓博士的带领下,新迪数字有能力将我国三维CAD软件推向更高的水平,为中国制造业提升自主创新能力提供国产三维CAD产品和技术引擎!
 
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