CAD產業發展回顧與思考之七
四十年來各種CAD系統不斷產生，又不斷融合、消亡，至今形成全球範圍的三大高端主流系統 達索/CATIA、EDS/UG和PTC/ProE, 這種產業格局是怎樣形成的，發展前景又將如何？
飛機、汽車和造船工業是製造業的巨頭，是國民經濟和國防的支柱產業。這些工業又都是使用全尺寸放樣、樣板和標準樣件作為外形配合的協調工具，對數字化設計製造的要求最為迫切。因此，CAD的應用開發自然先從這些骨幹企業開始。最初, 大型企業的計算機主導配置是IBM主機和2250光筆圖形終端。其中最早獲得成功應用的系統有美國麥道公司的CADD和洛克希德公司的CADAM。CADD用於F15戰鬥機的研製，對外不開放，只提供協作單位Northrop公司使用；同時在小型機上開發數控加工編程系統，用於F15等的零件製造，以後發展為UG系統。法國達索飛機公司開展CAD活動稍晚，但是晚有晚的好處，對CAD系統的功能開發從一開始就考慮得更加周到，避開二維，直攻三維，將產品命名為計算機輔助三維交互應用，簡稱CATIA，一舉覆蓋了曲面、線框、實體、加工、機構分析和機器人操作規劃。達索善於學習，近學雷諾，遠學洛克希德，又與藍色巨人IBM結盟。雷諾汽車廠就在巴黎，周恩來總理曾在這裡勤工儉學，意大利廣場附近的Godefroy旅館門邊釘有銅牌，紀念他1922-1924在此寄宿。1968年末貝齊埃（P. Bézier）在雷諾廠配置了一臺數控繪圖機和一臺數控銑床，1972年起用CAD/CAM技術設計汽車車身外形和加工模具。他領導研製了Unisurf曲面造型、SurfAPT曲面加工和RA3D實體造型系統，還開發了多種工業機器人。雷諾的這些前沿實踐為達索提供了另一渠道的直接借鑑。
以CADAM和CATIA為代表的IBM主機版CAD系統的開發進度較慢，市場回報速度也慢，基於16位小型機的CV、Intergraph等小型CAD系統一度在CAD市場上領先，直到1985年後IBM（即CADAM和CATIA）的年銷售額才達到US＄7.5億，穩居市場份額首位。在這7.5億中CADAM佔大頭，CATIA只佔幾千萬元。
能否這樣認識，CV、Intergraph等小型機系統雖然在1981-1986年前後紅極一時，年銷售額從不到5千萬美元迅速躍升到5-7億多，但是這些快速成長企業的人員素質和技術基礎終究趕不上大器晚成的達索/CATIA和麥道/UG。在IBM主機版CATIA，超小型機VAX版UG、工作站版Pro/E和微機版AutoCAD等穩步形成的品牌壁壘下都難以生存，只有逐個被兼併到這些優勝企業中去。
企業要求CAD集成和麵向PLM
CAD是普遍適用的高新技術，引發了製造業的數字化革命，鋒芒所指，所向披靡，使得所有企業禁不住先用為快，於是價格較低的各種小系統自然成為首選目標。這時大多數CAD用戶正處於幼年的自發階段，連波音這樣的大公司也不例外。波音飛機公司應用和開發CAD/CAM技術的歷程很值得研究，她大體經歷了三個階段：
第一階段1975-1980年，其突出標誌是使用成套小型機系統，累計共有247個CV站位和160個Gerber站位，用於機械和電器設計。這些系統的典型配置是一臺小型機（如PDP-11，Nova，HP，Prime）連接4到8個圖形終端，價格在10萬美元上下。這種配置在應用中逐漸暴露出一個尖銳的矛盾，即系統間互不連通，不能與IBM主機上建立的飛機外形主模型直接通信。於是波音著手建立信息交換網，將不同的計算機系統聯網，進行數據格式轉換，使不同系統融為一體。這項工程稱作CIIN-計算機集成信息網絡，1978年投入使用，據說耗費了4千萬美元。1979年12月波音向美國國家標準局NBS提出倡議，制訂IGES圖形交換標準，並積極參與標準的草擬。1980年1月NBS頒佈了IGES 1.0版。經過不斷修訂，IGES至今仍廣泛應用於異構CAD系統之間的曲面數據交換。
第二階段1980-1985年，著手自主開發CAD/CAM集成系統，稱作TIGER計劃。系統採用模塊化層次結構，可以運行於IBM主機、IBM/PC、VAX和Apollo四種機型操作系統。前後共投入250人年，耗資3千萬美元，最後因達不到預期效果而中途下馬。其中NURBS曲面系統後來被應用於ACIS平臺。
第三階段1985年末，波音訪問達索，決定清一色採用CATIA，逐漸取代現有的多樣化系統。1989年9月我們去西雅圖訪問，波音當時使用IBM3090/600S等4臺主機，每臺主機連接350至450個5080圖形終端，交互響應速度較慢，而且主機一旦出現故障，將有2000人窩工並且大量丟失數據。運行費高，每個圖形終端的使用費包括主機、通信、軟件等在內，大約每年10萬美元，1600個終端就是1.6億。
1990年10月波音啟動新一代客機B777的全新設計，採用複合材料部件、電傳操縱等新技術，全面展開三維實體建模。1994年4月9日首架飛機推出裝配廠房，全廠工人彙集廠房前，熱烈慶祝了一整天。再隔一年，1995年5月飛機以成批生產的節奏交付使用，飛機出廠直接投入航線飛行。一架全新大型客機，以50億美元投資4年半時間從設計到批生產無故障一步成功，同一架飛機可以互換安裝Rolls Royce、GE和P＆W三種型號發動機，這不能不說是飛機設計史上的一個奇蹟。當時777的訂貨週期是18個月，計劃縮短到12個月，以後再縮短到6個月。為此波音正在改造原有的800多套管理系統，將這些系統電腦化，並向卓越工廠（Brilliant Factory）的目標邁進, 設想用計算機自動記錄工人的生產活動,從中發現窩工、低效環節，進行優化，迭代提高生產效率。由此對CAD系統提出了更高要求，不但產品設計數據要一體化集成，而且CAD要面向PLM產品全生命期管理，實現CAD/CAE/CAM/PDM/ERP全程一體化。這時經過多年的應用實踐和成功企業的先進經驗傳佈，廣大CAD用戶已經從自發上升到自為階段，學會了從更廣闊的視角來選擇CAD系統。獨立的小系統如果不能與主流系統掛鉤，融入PLM體系，被用戶選購的機會將越來越少。
CAD廠商的發展和生存越來越艱難
壓力來自多方面。計算機硬件不斷降價，"摩爾定律"斷定微處理器的速度會每18個月翻一倍，而"貝爾定律"則認為如果保持計算能力不變，微處理器的價格和體積每18個月減小一半。在網絡時代計算將無所不在，而且收費將越來越低。喬治·吉爾德曾預測，未來25年裡主幹網的帶寬將每6個月增加一倍，比CPU的增長速度快得多。CAD軟件同樣在降價，但是開發和維護成本卻在不斷上升。源碼越攢越多，編程語言越來越雜，計算誤差的控制越來越難，而廣大用戶總會不斷提出新問題、新要求，要想滿足這些要求的難度越來越大。回到表1，在1984-1986年，CAD廠商年銷售額達到5-10億美元好像並不很難，而15年後，2001年5月23日美國EDS宣佈將用9.5億美元現金收購SDRC，目的在使合併後的UGS和SDRC在數字化、網絡協同、全生命期產品開發的全球軟件市場上佔據首位，年銷售額超過10億美元。2000年度UGS和SDRC的銷售額分別為US＄5.26億和4.52億，EDS為192億。
《航空知識》1996（12）汪亞衛寫 "世界航空工業發展大趨勢"一文指出："由於冷戰結束以及世界性普遍的經濟蕭條，美、歐及前蘇聯大幅度裁減軍費，使得軍用飛機的市場萎縮，企業合併出現高潮。美國航空工業企業原來規模很大，近年來通用動力公司、格魯門公司、馬丁·瑪麗埃塔公司、羅克韋爾公司、威斯汀豪斯公司等昔日大企業已被併入其他公司。美國大公司的數量減少，而實力卻在大大加強，政府的扶持與保護仍然十分重要。"1996年12月波音與麥道宣佈合併，交易金額133億美元，翌年銷售額可望達到480億美元，成為世界最大航空航天公司。美國的大型客機在1979年時有3種：B747、L1011和DC10，現在只剩波音一家，與歐洲"空中客車"相對抗。Chrysler汽車公司原在美國名列第三，1993年銷售額為US＄436億，純利潤24億，1994年銷售額522億，純利潤37億。1998年併入德國Daimler Benz集團，成為DaimlerChrysler，生產的客車品牌有Maybach，Mercedes-Benz，Chrysler，Jeep，Dodge等，2002年度收入US＄1588億，共售出客車405萬輛，商用車48.54萬輛。這些舉足輕重的超大型飛機、汽車公司的兼併必然連鎖反應到CAD廠商之間的市場再分配。波音和Chrysler原來就是CATIA的忠實用戶，歐洲經濟的增強只會有利於CATIA。
認真探索 尋求超越
國外CAD產業發展的40年實踐為我們提供了最生動的教材，我們要認真研究，尋求對策，抓住機遇，實現跨越式發展。數風流人物還看今朝！
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