CAD技術作為傑出的工程技術成就，已廣泛地應用於工程設計的各個領域。CAD系統的發展和應用使傳統的產品設計方法與生產模式發生了深刻的變化，產生了巨大的社會經濟效益。目前CAD技術研究熱點有計算機輔助概念設計、計算機支持的協同設計、海量信息存儲、管理及檢索、設計法研究及其相關問題、支持創新設計等。 可以預見技術將有新的飛躍，同時還會引起一場設計變革 。
Autocad
CAD技術一直處於不斷髮展與探索之中。 應用 CAD技術起到了提高企業設計效率、優化設計方案、減輕技術人員的勞動強度、縮短設計週期、加強設計標準化等作用。 越來越多的人認識到 CAD是一種巨大的生產力。 CAD技術已經廣泛地應用在機械、電子、航天、化工、建築等行業。並行設計、協同設計、智能設計、虛擬設計、敏捷設計、全生命週期設計等設計方法代表了現代產品設計模式的發展方向。 隨著人工智能、多媒體、虛擬現實、信息等技術的進一步發展， CAD技術必然朝著集成化、智能化、協同化的方向發展。企業 CAD和CIMS技術必須走一條以電子商務為目標、循序漸進的道路。 從企業內部出發，實現集成化、智能化和網絡化的管理，用電子商務跨越企業的邊界，實現真正意義上的面向客戶、企業內部和供應商之間的敏捷供應鏈。
CAE(Computer Aided Engineering）是用計算機輔助求解複雜工程和產品結構強度、剛度、屈曲穩定性、動力響應、熱傳導、三維多體接觸、彈塑性等力學性能的分析計算以及結構性能的優化設計等問題的一種近似數值分析方法。CAE從60年代初在工程上開始應用到今天，已經歷了50多年的發展歷史，其理論和算法都經歷了從蓬勃發展到日趨成熟的過程，現已成為工程和產品結構分析中(如航空、航天、機械、土木結構等領域）必不可少的數值計算工具，同時也是分析連續力學各類問題的一種重要手段。隨著計算機技術的普及和不斷提高，CAE系統的功能和計算精度都有很大提高，各種基於產品數字建模的CAE系統應運而生，並已成為結構分析和結構優化的重要工具，同時也是計算機輔助4C系統（CAD/CAE/CAPP/CAM）的重要環節。
CAE系統的核心思想是結構的離散化，即將實際結構離散為有限數目的規則單元組合體，實際結構的物理性能可以通過對離散體進行分析，得出滿足工程精度的近似結果來替代對實際結構的分析，這樣可以解決很多實際工程需要解決而理論分析又無法解決的複雜問題。其基本過程是將一個形狀複雜的連續體的求解區域分解為有限的形狀簡單的子區域，即將一個連續體簡化為由有限個單元組合的等效組合體；通過將連續體離散化，把求解連續體的場變量（應力、位移、壓力和溫度等）問題簡化為求解有限的單元節點上的場變量值。此時得到的基本方程是一個代數方程組，而不是原來描述真實連續體場變量的微分方程組。求解後得到近似的數值解，其近似程度取決於所採用的單元類型、數量以及對單元的插值函數。針對這種情況，表示應力、溫度、壓力分佈的彩色明暗圖，我們稱這一過程為CAE的後處理。
計算機輔助工程（Computer Aided Engineering，CAE）技術的提出就是要把工程（生產）的各個環節有機地組織起來，其關鍵就是將有關的信息集成，使其產生並存在於工程（產品）的整個生命週期。因此，CAE系統是一個包括了相關人員、技術、經營管理及信息流和物流的有機集成且優化運行的複雜的系統。
發展歷史
國際上早20世紀在50年代末、60年代初就投入大量的人力和物力開發具有強大功能的有限元分析程序。其中最為著名的是由美國國家宇航局（NASA）在1965年委託美國計算科學公司和貝爾航空系統公司開發的NASTRAN有限元分析系統。此後有德國的ASKA、英國的PAFEC、法國的SYSTUS、美國的ABQUS、ADINA、ANSYS、BERSAFE、BOSOR、COSMOS、ELAS、MARC和STARDYNE等公司的產品 。
1979年美國的SAP5線性結構靜、動力分析程序向國內引進移植成功，掀起了應用通用有限元程序來分析計算工程問題的高潮。在國內開發比較成功並擁有較多用戶（100家以上）的有限元分析系統有大連理工大學工程力學系的FIFEX95、北京大學力學與科學工程系的SAP84、中國農機科學研究院的MAS5.0和杭州自動化技術研究院的MFEP4.0等 。
衡量CAE技術水平的重要標誌之一是分析軟件的開發和應用。ABAQUS、ANSYS、NASTRAN等大型通用有限元分析軟件已經引進中國，在汽車、航空、機械、材料等許多行業得到了應用。中國的計算機分析軟件開發是一個薄弱環節，嚴重地制約了CAE技術的發展。僅以有限元計算分析軟件為例，世界年市場份額達5億美元，並且以每年15%的速度遞增。相比之下，中國自己的CAE軟件工業還非常弱小，僅佔有很少量的市場份額 。
20世紀60-70年代，有限元技術主要針對結構分析進行發展，以解決航空航天技術中的結構強度、剛度以及模態實驗和分析問題。世界上CAE的三大公司先後成立，致力於大型商用CAE軟件的研究與開發 。
1963年MSC公司成立，開發稱之為SADSAM （Structural Analysis by Digital Simulation of Analog Methods）結構分析軟件。1965年MSC參與美國國家航空及宇航局（NASA）發起的計算結構分析方法研究，其程序SADSAM更名為MSC/ Nastran 。
1967年Structral Dynamics Research Corporation（SDRC）公司成立，並於1968年發佈世界上第一個動力學測試及模態分析軟件包，1971年推出商用有限元分析軟件Supertab（後併入I-DEAS） 。
1970年Swanson Analysis System，Inc.（SASI）公司成立，後來重組後改為稱ANSYS公司，開發了ANSYS軟件 。
20世紀70-80年代是CAE技術的蓬勃發展時期，這期間許多CAE軟件公司相繼成立。如致力於發展用於高級工程分析通用有限元程序的MARC公司；致力於機械系統仿真軟件開發的MDI公司；針對大結構、流固耦合、熱及噪聲分析的CSAR公司；致力於結構、流體及流固耦合分析的ADIND公司等等。
在這個時期，有限元分析技術在結構分析和場分析領域獲得了很大的成功。從力學模型開始拓展到各類物理場（如溫度場、電磁場、聲波場等）的分析，從線性分析向非線性分析（如材料為非線性、幾何大變形導致的非線性、接觸行為引起的邊界條件非線性等）發展，從單一場的分析向幾個場的耦合分析發展。出現了許多著名的分析軟件如Nastran、I-DEAS、ANSYS、ADIND、SAP系列、DYNA3D、ABAQUS等。軟件的開發主要集中在計算精度、速度及硬件平臺的匹配，使用者多數為專家且集中在航空、航天、軍事等幾個領域。從軟件結構和技術來說，這些CAE軟件基本上是用結構化軟件設計方法，採用FORTRAN語言開發的結構化軟件，其數據管理技術尚存在一定的缺陷，運行環境僅限於當時的大型計算機和高檔工作站 。
進入20世紀90年代以來，CAE開發商為滿足市場需求和適應計算機硬、軟件技術的迅速發展，對軟件的功能、性能，特別是用戶界面和前後處理能力進行了大幅擴充，對軟件的內部結構和部分模塊，特別是數據管理和圖形處理部分，進行了重大改造，使得CAE軟件在功能、性能、可用性和可靠性以及對運行環境的適應性方面基本滿足了用戶的需要，它們可以在超級並行機、分佈式微機群、大、中、小、微各類計算機和各種操作系統平臺上運行 。
對於中國工業來說，工業軟件豈止是短板，已經是“斷”板，是“斷”命之板。一邊是差距增大，一邊是國際頂級CAE公司一年研發=我國15年的全部投入。當許多人都在沉迷工業互聯網、人工智能、大數據來推動製造業轉型升級的時候，沒有人意識到這些概念如果脫光了一層一層衣服，最內核的就是工業軟件。發展自主的高端CAD、CAE軟件，已經成為人們心中認定的不可能之事。
放冷箭卻受到國家資助
2018年 7月底，數百名電子工程師在舊金山狂歡。美國國防部主導的“電子復興計劃ERI”的首次峰會，在這裡拉開帷幕，併為“電子復興五年計劃”，選出了第一批入圍扶持項目。
在這裡，最為扎眼的是一家電子設計軟件EDA的公司，一方面它獲得了最高的資助，另一方面它是該類別扶持項目中唯一公司。
入選機構
正是這個CADENCE，在4月份率先響應美國商務部號召，對中興搶先表態、發出冷箭。
Cadence
而這次，這家美國電子設計軟件巨頭，再次獲得國防部2400萬美元撥款。
而此刻中興恢復生產了，芯片解禁了。實際上，很少有人知道，儘管中興每年進口六七十億美元的芯片，但如果採購名單上不過數百萬的電子設計軟件被停用，那上百億的芯片都不過是硅土。
這就是工業軟件的厲害之處。這才是中國製造業最大的短板。
當智能製造和工業4.0的目標越來越聚焦在數字化設計、數字化工廠和數字運營服務的時候，“數字建模和仿真”再次成為一切數字化工業背後最為閃耀的明星。最為重要的研發設計領域的兩個軟件工具，CAD（計算機輔助設計）和CAE（計算機輔助仿真），成為中國信息化最熟悉、然而現在看上去卻是最為瘸腿的領域。
此一刻，我們發現，中國在數字建模與仿真領域的建樹，跟國外工業軟件相比，簡直不值得一提。
中國的工業設計軟件，曾經走過什麼樣的歷史？
一段艱難起步的小日子
二十世紀八十年代初，中國人對工業軟件的認識幾乎是零。伴隨著昂貴的IBM大型機、VAX小型機、Apolo工作站的引入，上面附帶的某些CG、CAD軟件，這樣工業軟件算是嶄露頭角。
Pro/E
最早能引進這些昂貴的計算機硬件的有實力的研究所或高校，也就由此開始了模仿和開發工業軟件的征程。當然早期開發的軟件，大多數是二維CAD繪圖軟件，能開發三維造型軟件的單位比大熊貓的數量要少兩個數量級。
曾經有過一段還算不錯的小日子。從“七五”到“十五”（1986-2005），國家對於國產自主工業軟件一直是有扶持的，當時主要的扶持渠道是國家機械部（機電部）的“CAD攻關項目”、國家科委（科技部）的“863/CIMS、製造業信息化工程”。
國家機械部、國家科委早期重點支持的是二維CAD，後來發展到簡單實用的“兩甩”，即甩圖板、甩賬本。對於技術難度不算太高的二維CAD的扶持，還是取得了一些成效的，出現了高華CAD、CAXA電子圖版、開目CAD、浙大大天CAD、山大華天等一批軟件產品。即使在開發難度比較大的三維CAD領域，也出現了北航的熊貓CAD系統（後來的金銀花）等。
此後國家機械部逐漸淡出對CAD的支持，而由國家科技部接手，彼時863項目聲名大噪，國產CAX軟件公司也跟著頗有斬獲。一個二維CAD軟件小陽春的局面呼之欲出。
而在CAE領域，也出現了一個百花齊放的大好開局。上世紀80年代後期。以北航、清華為代表的一批高校和科研人員開始做相關的軟件開發。這些人中，以唐榮錫老師、孫家廣老師、梁友棟老師、周儒榮老師為代表，成為國內第一代從事CAD軟件開發的標誌人物。隨著CAD/CAE軟件在製造業的推廣普及，清華大學、浙江大學、華中科技、大連理工等一批高校和中科院、航空航天等一批院所先後開展CAD/CAE軟件自主研發，取得了一些研究成果，包括中科院的飛箭、鄭州機械所的紫瑞、大連理工的JIFEX、中航的APOLANS、HAJIF等商業化和大企業自用軟件。
一時間也是熱鬧。
一次悄無聲息的CAD調包
從“十五”和“十一五”開始，科技部對研發設計軟件的重點支持，轉到了三維CAD。而在“十二五”（2011年）以後，中國的信息化開始走兩化融合的道路，該工作轉由工信部負責，863合併到國家重點科技研發計劃中，科技部也不再分管信息化工作。這是一個重要的分水嶺。由於工信部並不對認為屬於基礎科研的工業軟件研發進行補助，國家對三維CAD研發的資金投入幾乎沒有了。
工信部從分管工作而言，不能直接以資金支持企業研發的，只能通過搞兩化融合支持企業上信息化，通過試點示範和兩化貫標等方式，給企業補貼，重點支持對象的是製造業企業。國產工業軟件研發公司則基本得不到直接的支持，變成了“姥姥不疼舅舅不愛”的苦孩子。通過企業應用拉動信息化建設，推動了製造業信息化的普及，也培養了一批人才，但它也帶來的一個間接的後果，即國家補貼的大量兩化融合資金都去買了國外工業軟件。
如果從CAD產業發展來看，可以說CAD被無聲無息地被調包了。自此以後，近十年來，國家部委層面幾乎再也沒有明確的資金投入支持國產自主CAD/CAE軟件了。
《自主CAE涅槃》一書中提到，在上世紀80年代，中國的CAE發展也是自成一派。具有諷刺意味的是，隨著CIMS如火如荼的發展、帶來的並非是自主工業軟件的崛起，而是國外工業軟件的長驅直入，而隨後兩化融合的大舉投入，國外工業軟件愈加興旺發達，此時正是三維CAD開始勃發，CAE開始更加發力的時候，中國自主軟件則步步後退。在高端CAD領域，PTC、UG（現在屬於西門子）、CATIA已經確立了壟斷的位置，中低端的Solidworks、Autodesk、SolidEdge則牢牢把手。
中國的CAD、CAE都潰不成軍。以CAE為例，當年一款飛箭軟件以其獨到的有限元仿真語言，獨樹一幟。但在多年尋求商業化而無果的境遇下，目前儘管已經更名成元計算，但仍然尷尬地掙扎著，空有好技術卻被擱於冷倉。
而在最近幾年，當工業4.0變成德國的國家名片,智能製造到了舉國熱浪的階段，人們重新認識到，工業軟件在其中舉足輕重的作用。然而，中國曾經有過起步發展的CAD/CAE軟件，卻早已經陷入“失去的三十年”。
德國的工業4.0
一份不曾上交的答卷
美國的國家戰略一直把“數字化建模和仿真”作為核心戰略。美國幾乎每年都有新報告，遞交到美國高層，反覆強高調“建模與仿真”的技術。這也得到美國政府積極的回應和普遍的重視。
幾十年來，美國產業界從來沒有停止過吶喊，也從來沒有停止過行動，從1995年開始加速數字化建模和仿真創新戰略，到2005年布什的報告提出計算科學，到2009年依靠建模和仿真，到2010年高性能計算談到建模和仿真，以及到現在先進製造夥伴計劃，都是在圍繞著工具模塊化和開放式的平臺。
2014年美國總統科技委員會確定的11個關鍵領域有一個打分，根據對國家的影響等指標，這其中，可視化、信息化和數字製造是三大關鍵領域之一，這裡面都是圍繞著數字化建模和仿真。而在最新的美國製造業創新網絡NNMI，跟智能製造最相關的兩個創新中心，一個是數字化的設計與製造，一個是清潔能源的智能製造。無論是國防部牽頭，還是能源部牽頭，基本上都是圍繞著數字化建模和仿真這個核心技術。
然而在中國，核心自主工業軟件，從來未曾得到高層的重視。
一晃多年過去，而在今年，中興事件意外捅開了一個窟窿。芯片的重要性，軟件的重要性，終於成為裘衣鮮鞍下面的黑窟窿。
刻骨銘心的工業誤判
工業軟件的本質是工業品。它從來都是工業的結晶，而非IT的產物。工業軟件是工業化長期積累的工業知識與訣竅的結晶，是工業化進程的不可缺少的伴生物。而在中國，很多時候，它卻被簡單地認為更多是IT軟件屬性，跟其他管理軟件、甚至互聯網一起發展。這是一個天大的誤判。
而且，這個誤判對製造業的發展而言，是一個致命的誤傷。如今西門子、GE、施耐德等工業巨頭都在拼命併購軟件，打造軟硬一體化的公司。僅就代碼行數而言，世界上最大的軟件公司，不是微軟，不是 SAP，而是製造業的翹楚、全球最大的軍火商洛克希德馬丁公司。
時至今日，每一件工業品，幾乎都是工業軟件的結晶，每一臺裝備，離開了軟件都不能運行。但是，每一種國外工業軟件裡面究竟有什麼，卻是誰也說不清。這是一個失控的數字世界。貌似強大的“中國製造”，恰恰就是站立在失控的工業軟件的數字世界之顛。
對於中國工業來說，工業軟件豈止是短板，已經是“斷”板，是“斷”命之板。當許多人都在沉迷工業互聯網、人工智能、大數據來推動製造業轉型升級的時候，沒有人意識到這些概念如果脫光了一層一層衣服，最內核的就是工業軟件。更可怕的是，人們連吶喊的力氣都沒有了。發展自主的高端CAD、CAE軟件，已經成為人們心中認定的不可能之事。
伴隨著數字化、網絡化和智能化的深入發展，中國正在向智能製造迅速轉型。中國製造業缺少核心工業軟件，將是一柄達摩克利斯之劍，長懸於中國製造之項頂。沒有自主核心工業軟件的支撐，中國製造強國只能是一夢之醉。
而此刻，整個行業卻呈現可怕的沉默。
本文作者為林雪萍，風雲之聲，部分內容射頻百花潭編輯整理。
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