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文 | 立方知造局，作者 | 赵笑达，编辑 | 小材
紧迫：这个工业技术领域我们与国外同行的差距仍在不断拉大。它也是中国制造业的一场持久战。
1993年6月，一架空客A340开启环球旅行，从法国巴黎飞到美国奥克兰后折返。38358公里的总航程和43小时17分钟零6秒的飞行时间，刷新了此前波音747创下的记录。
在欧洲人的兴奋声中，美国人紧张了。好赌的波音公司在60年代孤注一掷研发波音747后，又一次将全部筹码压在一款新飞机上——波音777。如果此时研发失败，波音或将面临破产。
拯救波音公司的是2200台电脑——大到总体设计，小到管线布置，波音777率先在电脑中模拟出来，再搬到生产车间。波音777成为第一架采用3D计算机辅助设计（Computer Aided Design 简称CAD）的飞机。
3D CAD飞机设计界面 图源：wikimedia
1963年，麻省理工大学开发了第一款真正意义上的CAD软件——“Sketchpad”。成千上万条直线、曲线精密排列，组合成立体结构输入到计算机做图层处理，设计师们不再需要像达芬奇一样通晓数学、物理、工程、机械等诸多学问。
与此同时，在太平洋彼岸，攻关“两弹一星”的中国科学家们，还在用着原始绘图方法。“东方红一号”卫星方案图中的椭圆，是三位工程师用笔戳绳子，按照椭圆的基本定义描绘的。
“东方红一号”方案图绘制 图源：中国空间技术研究院
当时中国工业设计工具落后发达国家整整一个时代，实现了“两弹一星”的奇迹——相当于狙击手拿着没有瞄准镜的步枪，硬生生打下了一场硬仗。
尽管从70年代起，中国开始研究计算机在工业领域中的应用，一直到90年代，本土才真正关注CAD。
中国在CAD领域的赶超可以按照时间顺序粗略分为三个阶段：
“两弹一星”时期是“没有条件创造条件也要上”；
改革开放以来的四十年多年则是抓住了投资、消费、出口三驾马车的时代红利；
到了今天，随着“中国制造2025”的提出，发展逻辑也随之发生新的变化。
目前，中国的2D CAD软件已有所突破，性能上接近国际竞争对手，但在3D CAD软件上依旧被卡脖子。
立方知造局发现，国外CAD软件的发展进程，与工业制造以及计算机行业的繁荣密不可分。而近年来中国航空航天、新能源汽车、云计算等领域的突飞猛进，正等待着3D CAD软件的国产突围。
对于中国3D CAD厂商来说，市场考验他们的不止是技术，还有对中国制造转型升级背后的竞争态势变化的理解深度。
01 CAD就是工业软件吗？不久前封禁大疆的Figma也是工业软件吗？这次封禁会给我们带来什么后果？
CAD属于工业软件。工业软件的范畴要远远大于CAD。
工业软件是指工业领域辅助进行工业设计、生产、通讯、控制的软件。按此定义，工业软件分类可分为以下四大类别:
1. 研发设计类软件
(CAD/CAM/CAE/EDA/PLM )
2. 生产制造类软件
(PLC/DCS/SCADA/MES)
3. 经营管理类软件
(ERP/SCM)
4. 运维服务类软件
(MRO)
目前国产工业软件的状况是：“管理软件强、工程软件弱、低端软件多、高端软件少”。其中，研发设计类软件的卡脖子现象最为明显。
也正因为此，近年来频频出现的工业研发设计类软件断供事件。
2018年，中兴国际被美国Cadence公司断供EDA软件；
2019年，华为被Synopsys、Cadence、mentor断供EDA。
……
最新的剧情发生在今年3月份，美国在线设计协作软件Figma封禁大疆。
Figma属于界面设计软件，尽管顶着“设计”两个字，但UI作为用户交互层面，主要用于一些界面、按钮的设计，与EDA这种芯片设计软件，或CAD这种可以直接用于大型先进制造设计的软件并不相同。
Figma软件界面 图源：Figma官网
立方知造局认为，Figma封禁大疆事件目前看只是雷声大雨点小。国内已有同类的UI设计软件可以替代Figma，缺陷在于社区生态还未完善，素材资源不够Figma丰富。
真正需要警惕的是CAD，尤其是3D CAD软件被掣肘。
02 为什么CAD对中国制造业十分重要？
无论是C919大飞机、长征系列火箭，还是一台比亚迪新能源汽车，这些产品从无到有，都需要经历从图纸设计，到工程验证，再到最终成品生产的过程。
把图纸设计环节用计算机完成，就要用到CAD软件的核心功能——计算机辅助设计。相比传统手绘，CAD软件优势非常明显：减少绘图错误、提高绘图的可重用性、节约时间成本。
比如，1963年麻省理工研发的Sketchpad可以在10-15分钟完成通常要花几周时间的工作。
如今，CAD软件的发展从2D走向3D，核心应用领域也从汽车制造、航空航天蔓延至机械、轻工、纺织、建筑、船舶、模具等行业。
2D CAD主要用于平面图、剖面图的绘制；3D CAD主要用于三维建模，实现设计中的实体、曲面造型等。
在中国制造正往智能制造转型升级的当口，CAD软件是一系列智能制造流程的必要前提。可以说大至国之重器，小至消费产品，CAD软件连通了中国制造业产品脉络。
建筑行业应用：从概念画到CAD设计，到实际建造 图源：wikimedia
此外，3D CAD对工业制造带来百倍杠杆的促进效应，形成一股推动“中国制造2025”关键力量。
03 如果3D CAD被卡脖子，会对我们的国产飞机、新能源汽车带来什么影响？
目前中国3D CAD市场上，95%的份额依然被国外软件占据。
国产大飞机C919使用的唯一设计工具，是法国达索的CATIA软件。
从C919最开始的立项、方案评估、总体布置、需求管理，到飞机数模的每一个参数定义，工艺制造、装配方案的确定，以及为交付和运营维护所做的手册等，达索全程参与。
为什么是达索的CATIA？可以这么说：无论是波音还是空客，有大飞机的地方，就有CATIA。在航空航天、汽车等高端制造领域，达索的身影随处可见。
而在汽车制造领域，国内厂商也基本离不开CATIA、UG、AutoCAD等国外3D CAD软件。
国产3D CAD目前在高端制造领域还没有替代能力，所以如果3D CAD被卡住脖子，等于在设计阶段中国就落后国外高端制造整整一代。
04 国产CAD软件做过哪些追赶？又遇到过什么挫折？
中国在CAD软件的追赶始于80年代，起步于高校。
1983年，国家科委等8个部委在南通召开首届CAD应用工作会议，学界首度向高层传递出发展自主版权CAD产业的呼声。
“八五”期间（1991年-1995年），国务院启动了“CAD应用工程”掀起普及推广CAD技术及应用的浪潮，1997年中国“CAD应用发展年”奠定基础。
1997年7月，首届中国CAD应用工程博览会在北京举办 图源：《中国科技产业》
在这样的浪潮下，国内高校和科研所自主研发2D CAD，比如清华大学的高华CAD、中科院软件所的凯思CAD、华中科技大学的开目CAD等系统开始商业化，成为当时中国2D CAD的重要玩家。
然而，当时国产CAD企业经历了内忧外患：
内忧：
1. 90年代，大部分私营企业具有劳动力密集、粗放生产等特型，对于CAD等工业软件降本增效的认知处于真空，需求并不迫切。
2. 本土CAD企业林立，一度诞生了300多家CAD厂商。供过于求，价格战打响。恶性竞争让行业处于亏损状态。
外患：
1. 90年代，国外CAD软件攻入中国市场。国外产品不仅具备技术和经验上的先发优势，性能更诚实，国外企业还以低价、免费的方式绑定产学研机构，对国内企业造成降维打击。
2. 国外企业放任盗版软件抢占市场，排挤了国产软件的生存空间。国内企业自以为用盗版软件赚了便宜，实际上盗版软件上生成的研发、生产数据进一步助推了国外软件优化升级，拉开国内外软件的差距。
最终，刚刚萌芽的国产CAD产业还未绑定企业形成生态，便迅速沉寂。不少企业长生了“造不如买”的心理。
直至2015年《中国制造2025》政策再度强调国产操作系统、工业软件突围，政策之手将CAD产业发展引上正途。这之后，CAD所属的工业软件被写入十三五、十四五规划。
那段弯路暴露出中国CAD软件发展的失衡：
第一， 国产软件的突破主要是2D，3D CAD依然是瓶颈；
第二， 高校研究与商业化脱节，研究成果距离产业化还有一定距离。
05 在2D CAD领域，中国厂商的国产替代能否一帆风顺？
目前2D CAD的国产化率为11%。中国企业与国外厂商相比已没有技术鸿沟，不过整体质量仍有差距，正在加速追赶与替代的路上。
与其他许多国内产品一样，国产CAD软件的优点是：低价、简单、服务好。尤其在2D CAD市场，中国企业与国外企业技术差距逐步缩小，正在通过各种手段抢占更大市场份额。
例如，浩辰CAD 的永久授权费用为9,800元，与AutoCAD 一年的订阅费用（8,327 元）相近。
国产CAD的竞争路径，是通过抢占低端市场，增加应用广度和深度，培养用户惯性，最终以市场换技术，为冲击高端市场积累研发资本。国内龙头中望软件，其产品已经覆盖全球90多个国家。超过149家世界500强企业、72家央企使用其产品。
不过外资企业并没有放任中国厂商扩张。技术壁垒之外，外资企业用商业打法构建生态壁垒。
例如，从2015年起，浩辰软件就陷入与ITC的知识产权纠纷中。直到2021年4月，双方达成全球范围内的全面和解，浩辰为此付出了420万美元和解金及780万美元海外律师费。
另一个典型的策略就是“二次开发陷阱”。
像微软故意放任中国盗版办公软件一样，Autodesk借助先发优势，一面有意扶持大量二次开发集成商，一面放任中国市场盗版现象，使得现在市面上有超过1000个基于AutoCAD的二次开发软件，形成了“二次开发一面倒”的景象，在用户数量和产品生态上，形成压倒性优势。
国内的CAD厂商也在积极布局二次开发生态，例如中望软件二次开发应用软件数量已达230多个。对于中国厂商来说，这注定将是一场旷日持久的反围剿之战。
06 中国3D CAD差在哪？
3D CAD突围是场持久战，目前国产3D CAD落后国外产品20-30年。
技术上：
目前国产3D CAD与国外的技术差距体现在建模技术、几何造型技术、渲染技术等多种深度基础技术上。
要想在底层技术上实现质的突破，核心问题还是成本和资源：时间成本、资金成本，以及人才资源。
例如SolidWorks， Solid Edge， Inventor 等主流的3D CAD 软件，代码量在3000万行到4500 万行代码左右，大约需要 3000~4500 人一年以上的开发工作量。如果是CATIA，NX，Creo 等高端软件，写代码的工作量还要提升4倍。
国外厂商已经有数十年的技术积淀，而且开局就有巨头呵护扶持，研发资源和下游应用需求都充足。
相比之下，中国3D CAD软件企业一出生就是地狱模式，要从0开始研究、写代码，非常不现实。
所以国内CAD厂商要做3D CAD软件，目前还得看外资企业脸色：例如浩辰3D CAD软件，依赖的是西门子的技术组件授权。这导致，2021年上半年浩辰3D CAD销售额（533.38万元）中，有超过一半要支付给西门子作为采购费用（288.6万元）。
应用上：
国产3D CAD只占到国内市场5%的市场份额，主要针对中低端应用场景。
以工业皇冠——汽车工业为例。国外厂商不但可以满足企业整车设计与整车装配，也能满足运动仿真等复杂场景，而国内厂商则往往只能用于零配件设计、模组件设计与装配、零件加工等。
达索系统、西门子、PTC等厂商CAD软件占据了汽车设计领域主要份额 图源：PTC官网
除此之外，几乎每个知名的CAD软件背后，都站着一个高端制造巨头。
法国达索系统的3D CAD软件CATIA占据全球市场25%份额，应用在3D CAD集中度最高的三个领域——航空航天、船舶制造、汽车制造领域。
事实上，达索系统最早是由法国达索航空于1981年抽出一支工程师团队创建，用于飞机3D研发制造。CATIA的发展轨迹也是从航空领域起步，开始往船舶和汽车制造延伸。
SolidWorks由PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁于1993年成立。CV公司背后的大佬，是美国波音公司。
换言之，国外3D CAD软件的发展，是从资金、研发团队，到工程经验、落地应用，直接形成了工业巨头企业的内循环。这是中国厂商现阶段一时难以具备的优势。
07 国外3D CAD企业为什么热衷于并购小企业？
国外3D CAD企业热衷于收购。例如1981年，GE通过收购CALMA进入CAD市场。
1989年，LAC为了获得资金支持军品开发，抛售了当时红极一时的 CADAM公司，IBM、TRW、DEC、HP、富士通等都有收购意向，最终IBM获胜，并将其交给达索管理。
立方知造局认为国外CAD企业热衷于并购，背后主要有两条逻辑条：
1. 以金钱换时间
3D CAD细分领域众多、门槛高、研发周期长，如果从0开始做费时费力，没有先发优势。面对不断变化的技术和市场，通过大鱼吃小鱼是投入回报比较高的方式。
2. 完善应用版图
CAD软件进入技术稳定发展期，已有多年未出现新的重大技术突破。在这样的前提下，3D CAD企业通过收购细分领域的厂商，为的是拓宽应用场景，形成规模效应和协同效应，达到垄断市场的目的。
反观国内，3D CAD企业也开始效仿并购潮。比如中望软件在2010年收购了VX公司的CAD/CAM软件知识产权、研发团队，借以消化吸后者的3D CAD技术和人才。
但与国外企业并购的逻辑不尽相同。中望收购是为了拥有3D CAD的底层技术——混合建模内核，拿到入场门票。
08 造出一款3D CAD软件需要哪几方力量？目前中国3D CAD软件还需要闯过什么难关？
国外3D CAD有法国达索（代表产品CATIA和SolidWorks）、美国PTC（代表产品Pro/E）、美国Autodesk（代表产品AutoCAD）和德国西门子（代表产品UG）四大巨头。从他们的发展史中，立方知造局总结了一条行业经验：凑齐“三方龙珠”，才能召唤出一款能打的3D CAD软件。
世界名校：提供基础框架；
工业巨头：提供工业技术与知识的积累，并反哺软件商研发投入与迭代；
软件厂商：提供软件平台与计算机系统支持。
3D CAD涉及数学、物理、计算机和工程四大类，是人类基础学科和工业知识的集大成者。要让本土3D CAD软件与国外巨头分庭抗礼，不仅需要通用性强的基础框架理论，还要与国内高端制造业紧密合作，在软件中注入“工业和制造之魂”。简言之，产学研一体。
然而目前三者的关系依旧割裂。如一位业内人士所说：“国内制造业发展初期，企业多以提高生产效率为首要目标，奉行‘重硬轻软’‘拿来主义’，往往是软件企业在‘倒追着’工业企业去做探索。
工业企业本身又普遍不够重视工业技术的积累和工业知识的管理，因此可用于软件化的工业技术、知识非常缺乏。”
这是过去的弯路，也是突围之路上急需改变的现状。
09 当下国产CAD厂商的赶超机遇在哪里？
中国3D CAD软件除了有技术上的后发劣势，也缺乏国外厂商那样的工业巨头加持。但对于未来也不必过于悲观。
中国目前是全世界唯一一个拥有所有制造业分类的国家，连续十一年稳居制造业世界第一，随着“智能制造2025”的提出，中国制造也面临着全方位的转型升级。中国3D CAD厂商虽然没有像国外厂商那样含着金汤匙出生，却也终于迎来了下游需求最为旺盛的时代。
据工信部统计，2020 年中国智能制造就绪率仅 7.9%，中国工业软件市场规模同期仅占全球 6%。中国工业软件增量空间巨大。
另一个重要转向，是工业设计软件的云化，将设计过程通过云计算完成。
软件云化是一条国产3D CAD换道超车的道路——目前云化产品仍处于发展阶段，互联网企业也都在部署“软件+服务”的整体解决方案，但市场占有率并不高。对中国厂商来说，入局云化部署，等于是实现赶超路上的跨越式发展。
在国产技术不断面临卡脖子与突围的当下，工业软件是唯一一个与国外同行不断拉大差距的工业技术领域。中兴与华为的前车之鉴不远，3D CAD突围仍迫在眉睫。
这不仅仅攸关软件厂商，也是一场对中国高端制造企业的检验。中国制造转型升级，考验的不光是单点技术或产品的突围，更是对上下游产业链的整合能力，以及对基础学科的探索深度。
都是中国制造未来基业长青的根本保证。