机器之心原创
编辑：张倩
「其实国产工业软件就像我们自己的孩子，别人三五十年走过的路程，我们不可能三两年就赶上，所以说我们要有养孩子这种耐心和热情。」
2020 年 6 月，一则哈工大、哈工程等高校被禁用 MATLAB 的消息打破了国内软件圈的平静。
MATLAB 是一款美国商业数学软件，广泛应用于数据分析、无线通信、深度学习、图像处理与计算机视觉、信号处理、量化金融与风险管理、机器人、控制系统等领域，是数学建模中必不可少的工具。被禁用之后，这些学校所发表的论文里就不能出现利用 MATLAB 得到的数据、图、表等，无论你使用的是正版还是盗版。
这一事件把平时讨论度不高的「工业软件」拉入了大众视野。工业软件是对工业技术和知识的程序化封装、复用，是工业化的顶级产品。它们能够控制生产设备、优化制造和管理流程，提高生产率，是现代工业的「灵魂」。[1]
业内人士提醒说，除了 MATLAB，很多常用工业软件其实都不是国产的，一旦被禁用，我们的学术研究、高端制造业发展都将受到威胁，「造不如买，买不如租」的思维是时候改变了。
但是，实现这些软件的国产化并没有那么容易，涉及到数学、物理、工业知识、计算机技术等跨学科知识融合，还需要一个成熟的生态。因此，长期以来，中国工业软件的发展都处于一个恶性循环：国产工业软件起步晚 → 技术落后、产品竞争力低、产业生态薄弱、人才短缺 → 产品销售和应用少→ 厂商利润低、产品竞争更低、产品更新迭代慢 → 产品销售和应用更少……[2]
打破这个循环实属不易，但国内一些企业正在试图加快这一步伐，华天软件就是其中之一。
去年 9 月，他们正式发布了国内首款完全自主的基于云架构的三维 CAD 平台 CrownCAD，实现了从底层技术到上层应用的完全自主可控，填补了国内技术空白；今年，他们又将产品进行了迭代，推出了 CrownCAD 2023，在软件智能性、稳定性、流畅性、安全性和便捷性等方面进行了全面改进。这一过程聚合了航空航天、铁路、军工等领域 300 多家制造业企业的转型需求和实践经验，使得 CrownCAD 2023 更加适应本土制造业的需要。
当然，这一成果来之不易，其意义也不仅限于解决「卡脖子」问题。在 CrownCAD 2023 正式发布之后，华天软件 CTO / 华云三维总经理梅敬成、华天软件技术总监胡其登、高级工程师李伟等几位技术专家为我们介绍了这款软件背后的故事，以及国产工业软件发展的机遇与挑战。
做中国人自己的三维 CAD
按照业界常用的分类方法，工业软件可以分为四大类：研发设计类、生产制造类、经营管理类和运维服务类。其中，研发设计类软件技术壁垒最高，卡脖子最为严重，2019 年时国产化率仅为 5%。此前，这一类目下的 3D CAD、CAE、CAM 国产化软件市场更是一直接近空白。
具体到 3D CAD 来说，这类软件有两大绕不开的技术难点：三维几何建模引擎和几何约束求解器。
三维几何建模是指通过计算机及其图形系统来表示和构造形体的几何形状，建立计算机内部的三维模型，其最关键的技术就是三维几何建模引擎。从技术层面来讲，三维几何建模引擎的出现让参数化设计成为可能，使得图形的修改变得非常容易 [3]。但同时，它也是三维建模领域公认的最困难的一项技术，因为它要处理的几何要素、需要实现的功能非常多，同时还要保证精确、高效、兼容性强、可扩展性强。
几何约束求解器则是一种用于求解尺寸和约束以指定和保留 2D 或 3D 设计中的几何特征位置的组件（如约束直线的几何约束有平行、垂直等），它是三维 CAD 参数化设计的关键技术：草图需要 2D 几何约束求解器支撑，装配需要 3D 几何约束求解器支撑。它的研发难点在于：几何欠约束系统的优化匹配、几何约束冗余性判定，以及大规模约束方程组求解等 [4]。
在过去的几十年里，几家国际工业软件巨头通过自研、收购等形式拥有了自己的三维几何建模引擎和几何约束求解器，成功建立起了技术护城河。国内企业要想追赶就只能埋头研发。作为国产工业软件的先驱者，华天软件从十几年前就开始了这项工作。
2021 年，他们自主研发的几何建模引擎 DGM 和几何约束求解器 DCS 一举打破国外垄断，有效摆脱了对市面上所有三维 CAD 软件「外国核」的依赖，为中国高端制造实现安全自主奠定了核心基础。在之后的一年里，他们又进行了功能迭代和性能提升，包括三维几何建模引擎中关键几何算法、高级曲面算法、直接建模算法的改进，与国际主流内核兼容的 API 的封装，以及几何约束求解器的改进等。
这些核心技术是华天软件喊出「中国人自己的三维 CAD」的底气来源，然而，这还只是其第一层的含义。
华天软件 CTO / 华云三维总经理梅敬成在发布会上阐述「中国人自己的三维 CAD」的含义。
第二层含义：CrownCAD 专为中国用户研制，能够全方位满足国标要求和中国用户操作习惯，并适应中国制造业日益强大的特殊需求，是性价比最高的国产三维 CAD 软件。CrownCAD 2023 版本的十大亮点（见下图）正是这一含义的具体体现。
