陳立平 工業(yè)技術(shù)軟件化產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟

文/華中科技大學(xué) 陳立平

本文分享自《2018工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)APP優(yōu)秀解決方案精選集》

研發(fā)設(shè)計(jì)類工業(yè)軟件是工業(yè)軟件中的皇冠，是產(chǎn)品研制能力和效率提升的關(guān)鍵所在，也是當(dāng)前我國工業(yè)軟件的短板和瓶頸。工業(yè)APP是工業(yè)軟件在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的新形態(tài)，其發(fā)展無法回避工業(yè)軟件本身的核心關(guān)鍵技術(shù)問題。本文擬從CAD軟件底層核心支撐之一——幾何約束引擎談?wù)劰I(yè)軟件關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展。

一、幾何約束求解引擎的應(yīng)用場景與發(fā)展需求

幾何約束求解引擎是公認(rèn)的CAD參數(shù)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵核心技術(shù)，是CAD的關(guān)鍵基礎(chǔ)組件，技術(shù)難度大，可靠性要求極高，目前被國外壟斷。

20世紀(jì)90年代至2006年，英國劍橋大學(xué)Owen教授創(chuàng)辦D-Cubed公司開發(fā)約束求解器DCM，長期占據(jù)求解器70%市場。DCM市場并不大，截至2018年銷售額不過3000萬美元，但其在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中屬于“卡脖子”工程。為了在競爭中保持優(yōu)勢地位，西門子公司于2006年全資收購了D-Cubed，引發(fā)業(yè)內(nèi)震動，許多著名CAD廠商如Autodesk公司為了不受制于人，紛紛宣布自行開發(fā)幾何約束求解器，以確保技術(shù)安全。幾何約束求解器的重要性由此可見一斑。

幾何約束求解引擎，廣泛應(yīng)用在草圖輪廓表達(dá)、零件建模參數(shù)表達(dá)、裝配約束以及碰撞檢查等場景中，為快速確定設(shè)計(jì)意圖表達(dá)、檢查干涉、模擬運(yùn)動提供了強(qiáng)有力的支持，可幫助最終用戶提高生產(chǎn)效率。在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）以及建筑、工程和施工（Architecture, Engineering & Construction，AEC）等應(yīng)用領(lǐng)域，約束求解引擎都是最基礎(chǔ)的核心組件。

例如，CAD領(lǐng)域的2D草圖繪制、偏移輪廓操作、裝配約束、參數(shù)布線和3D零件形狀修改、碰撞/間隙計(jì)算、運(yùn)動模擬、高質(zhì)量的工程圖紙和技術(shù)插圖等場景；CAM領(lǐng)域的模具裝配約束、2D刀具路徑生成、CAM碰撞和間隙計(jì)算等場景；CAE領(lǐng)域需要的參數(shù)化3D零件和裝配體修改；AEC領(lǐng)域的參數(shù)化樓層平面圖的2D草圖、參數(shù)化組件和管道/電纜網(wǎng)絡(luò)配置、AEC項(xiàng)目干涉分析、高質(zhì)量AEC圖紙（HLM）等場景，都需要約束求解器支持。

當(dāng)前，企業(yè)為應(yīng)對定制化的需求，對基礎(chǔ)組件的約束求解引擎的需求量越來越大，開發(fā)國產(chǎn)自主的約束求解引擎不僅可以為國產(chǎn)CAD提供性價比高的解決方案，更可精準(zhǔn)地響應(yīng)國內(nèi)的需求，助力企業(yè)創(chuàng)新。

二、約束求解技術(shù)的發(fā)展

1. 幾何約束求解引擎的發(fā)展

自1960年初MIT的Sutherland提出CAD的概念后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，作為替代手工繪圖的計(jì)算機(jī)輔助繪圖技術(shù)，CAD伴隨著汽車、航天和航空行業(yè)的發(fā)展而迅速成長，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、輕紡產(chǎn)品、建筑、管道鋪設(shè)等領(lǐng)域，并延伸到藝術(shù)、電影、動畫、廣告和娛樂等領(lǐng)域，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)及社會效益。CAD技術(shù)在機(jī)械制造行業(yè)的應(yīng)用最早，也最為廣泛，采用CAD技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，不但可以使設(shè)計(jì)人員“甩掉圖板”，更重要的是為設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)階段提供一種更柔性、更智能化的設(shè)計(jì)方法，然而傳統(tǒng)的CAD技術(shù)并不能夠做到這一點(diǎn)。

從人工智能的角度來看，設(shè)計(jì)問題本質(zhì)上是一個約束滿足問題（Constraint Satisfaction Problem，CSP），即給定功能、結(jié)構(gòu)、材料及制造等方面的約束描述，求得滿足設(shè)計(jì)要求的設(shè)計(jì)對象的細(xì)節(jié)。設(shè)計(jì)過程是一個循環(huán)反復(fù)、不斷漸進(jìn)的過程，在傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)環(huán)境中，幾乎所有的設(shè)計(jì)問題都是由人類設(shè)計(jì)者解出的，而系統(tǒng)只是接受問題的解，CAD系統(tǒng)提供的更多是一種虛擬的可視化效果。

基于約束的新一代CAD哲理來源于當(dāng)代設(shè)計(jì)理論、方法和模型研究的最新成果，始于Sutherland提出的第一個基于約束的交互式設(shè)計(jì)系統(tǒng)Sketchpad，這也是日后基于約束滿足的CAD方法的先驅(qū)。

20世紀(jì)70年代末至80年代初，MIT的V.C.Lin、D.C.Gossard和R.A.Light提出了基于變量和數(shù)值求解的CAD系統(tǒng)。1988年，美國參數(shù)技術(shù)公司PTC首先推出參數(shù)化CAD系統(tǒng)Pro Engineer，這是一次重要的技術(shù)革命，使得參數(shù)化技術(shù)成為CAD業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)。由于參數(shù)化設(shè)計(jì)的某些限制，美國SDRC公司又開發(fā)出了VGX技術(shù)。VGX是Variational Geometry Extended（超變量化幾何）的縮寫，是變量化技術(shù)發(fā)展的一個里程碑。它的思想最早體現(xiàn)在SDRC公司的軟件產(chǎn)品I-DEAS第一版的變量化構(gòu)圖中。VGX技術(shù)為CAD軟件帶來了空前的易用性，設(shè)計(jì)人員可以非常直觀地、實(shí)時地進(jìn)行產(chǎn)品三維幾何模型的操作和修改，而且只需在一個主模型中就可以動態(tài)地捕捉設(shè)計(jì)、分析和制造的意圖并一氣呵成地進(jìn)行操作。VGX技術(shù)極大地改進(jìn)了交互操作的直觀性及可靠性，從而使CAD軟件更加易于使用，富有效率。

參數(shù)化和變量化設(shè)計(jì)的CAD系統(tǒng)的核心技術(shù)是幾何約束的管理和求解技術(shù)，很多研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)對此進(jìn)行了大量的研究。目前世界上最為成功的商用幾何約束求解器當(dāng)屬D-Cubed公司（2006年被UGS收購，UGS現(xiàn)已歸屬德國西門子公司）的DCM。位于英國劍橋的D-Cubed公司是一家專門從事約束求解系統(tǒng)軟件開發(fā)的公司，其于1990年推出其二維約束求解核心模塊2D-DCM，1994年推出三維約束求解模塊3D- DCM。DCM基于Owen教授的圖構(gòu)造方法，他直接參與了DCM的開發(fā)。國際上許多知名的CAD系統(tǒng)開發(fā)商在獨(dú)立開發(fā)約束求解器失敗后，都轉(zhuǎn)而采用DCM作為其幾何約束求解核心，比如Dassault Systemes、Unigraphics、SolidWorks、CATIA、Pro/Engineer、AutoCAD的二維圖形設(shè)計(jì)、三維裝配、三維草圖和機(jī)構(gòu)仿真（其中AutoCAD所屬的Autodesk公司在2006年D-Cubed被收購前使用DCM，收購后為避免受制于人，開始自行開發(fā)）。

CAD幾何建模技術(shù)自20世紀(jì)60年代以來已發(fā)展近60年，取得了輝煌成就，被評為20世紀(jì)十大工程技術(shù)創(chuàng)新。經(jīng)過幾十年市場競爭演化，CAD技術(shù)與產(chǎn)品已形成壟斷。自2000年以來，德國西門子公司和法國航空巨頭達(dá)索公司開展了大規(guī)模并購，打造全生命周期工業(yè)軟件體系，進(jìn)一步鞏固強(qiáng)化其技術(shù)和市場優(yōu)勢。在CAD技術(shù)產(chǎn)品發(fā)展過程中形成的關(guān)鍵“卡脖子”中間件也分別被西門子、達(dá)索收購，西門子掌控了幾何引擎ParaSolid、幾何約束求解引擎DCM，達(dá)索則收購了幾何引擎ACIS和多領(lǐng)域約束融合技術(shù)公司Dymola，實(shí)現(xiàn)了幾何建模與功能建模的融合，在多領(lǐng)域融合引擎技術(shù)上占得先機(jī)，并推出了CATIA V6 3DE。

特別需要指出的是，AutoDesk公司為了自身技術(shù)安全，1998年以源代碼方式購買了ACIS技術(shù)，獨(dú)立發(fā)展幾何引擎，打造了ObjectARX架構(gòu)體系。在西門子公司收購DCM后，AutoDesk在新一代云CAD開發(fā)中，拋棄了DCM，自行開發(fā)幾何約束引擎VCS。

同樣為了技術(shù)安全及不受制于西門子公司，達(dá)索公司在幾何約束引擎方面采用了俄羅斯LEDAS公司開發(fā)的幾何約束求解引擎LGS。LGS（2D 3D）組件包括二維（LGS 2D）和三維（LGS 3D）約束求解器，第一個版本的研發(fā)時間為2001年，該組件采用C++編寫，算法采用高度優(yōu)化的非線性求解器（Highly Optimized In-houseNon-linear Solver）、幾何分解方法以及啟發(fā)式方法。LGS在約束求解方面被認(rèn)為是僅次于D-Cubed的幾何約束求解引擎，主要客戶對象包括Cimatron（現(xiàn)屬 3D Systems）、CD-adapco（現(xiàn)屬Siemens PLM Software）、ASCON、Dassault、ODA等。LEDAS為Dassault提供了12年的約束求解技術(shù)支持，并將約束求解器集成在CATIA V5中。

綜上所述，約束求解引擎是系關(guān)CAD產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)技術(shù)安全的關(guān)鍵技術(shù)。

2. CPS技術(shù)推動約束求解從幾何空間走向狀態(tài)空間

（1）信息物理融合（CPS）對傳統(tǒng)的工業(yè)軟件技術(shù)及體系帶來挑戰(zhàn)

2000年以來，信息技術(shù)以爆炸的方式改變、推動人類文明的發(fā)展，人類已進(jìn)入信息高度發(fā)展的后工業(yè)化社會。2006年前后，國際上以美國加州大學(xué)伯克利分?？刂葡抵淌贓dward A. Lee為代表的學(xué)者提出建立“聯(lián)合動力學(xué)”（Joint Dynamics），以解釋信息高度發(fā)展的后工業(yè)化社會的動力學(xué)機(jī)理，并提出了信息物理融合系統(tǒng)（CPS）概念，認(rèn)為CPS是未來智能的工業(yè)和社會的根本技術(shù)特征。為應(yīng)對以CPS為特征的復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)的挑戰(zhàn)，必須開展相關(guān)基礎(chǔ)理論方法研究和技術(shù)創(chuàng)新。

（2）以多領(lǐng)域約束融合為基礎(chǔ)創(chuàng)新的、基于模型的系統(tǒng)工程是技術(shù)發(fā)展趨勢

多學(xué)科復(fù)雜產(chǎn)品研發(fā)技術(shù)創(chuàng)新一直是國際上的研究熱點(diǎn)。1997年，鑒于IC領(lǐng)域硬件描述語言在支撐IC復(fù)雜系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)方面取得的巨大成功，歐盟在“下一代多電飛機(jī)”研究項(xiàng)目中提出研究、設(shè)計(jì)工業(yè)領(lǐng)域普適的多領(lǐng)域物理統(tǒng)一建模語言Modelica，為歐洲工業(yè)的智能協(xié)同提供模型標(biāo)準(zhǔn)。2006年6月，國際產(chǎn)品全生命軟件巨頭法國達(dá)索公司認(rèn)定“Modelica是未來工業(yè)知識的表達(dá)標(biāo)準(zhǔn)”。2006年，歐盟為推動Modelica技術(shù)體系研究和應(yīng)用，啟動了歐洲系統(tǒng)模型庫項(xiàng)目EUROSYSLIB（見圖1）。2011年，美國國防部先進(jìn)研究項(xiàng)目局公布了“自適應(yīng)運(yùn)載器MAKE”計(jì)劃，提出統(tǒng)一模型標(biāo)準(zhǔn)（包括Modelica），采用基于模型的系統(tǒng)工程方法，在一個技術(shù)體系下快速研發(fā)、部署海陸空天運(yùn)載器，效率提高5倍，實(shí)現(xiàn)了“構(gòu)造即正確”。2013年4月發(fā)布的德國工業(yè)4.0認(rèn)為軟件是工業(yè)的未來，未來的工業(yè)軟件應(yīng)基于模型的理論、方法和工具自動產(chǎn)生，建立全系統(tǒng)模型必須建立跨領(lǐng)域的模型標(biāo)準(zhǔn)，Modelica是工業(yè)領(lǐng)域重要的模型表達(dá)與互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 歐洲基于模型規(guī)范的生態(tài)創(chuàng)新

總之，在數(shù)字化設(shè)計(jì)領(lǐng)域，約束求解技術(shù)已從面向幾何建模的靜態(tài)幾何約束求解（代數(shù)方程系統(tǒng)）邁向面向功能建模的廣泛聯(lián)合動力學(xué)系統(tǒng)求解（微分-代數(shù)方程系統(tǒng)），實(shí)現(xiàn)多領(lǐng)域約束融合方向的發(fā)展。

3. 技術(shù)水平差距及存在的問題

我國無論是高校研究機(jī)構(gòu)還是一些國產(chǎn)CAD廠商，都曾經(jīng)在三維CAD平臺領(lǐng)域做過一些研究和探索，但主要是應(yīng)用國外ACIS內(nèi)核。國內(nèi)清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、浙江大學(xué)、華中科技大學(xué)等高校在20世紀(jì)80年代到90年代末開展了幾何約束引擎研究，培養(yǎng)了一批技術(shù)人才，取得了一批成果，在當(dāng)時處于起步階段的國產(chǎn)CAD軟件中得到了應(yīng)用。

從自主角度而言，要實(shí)現(xiàn)支持持續(xù)創(chuàng)新的機(jī)制需要有自主的技術(shù)，有查錯能力和修改能力，因此如果局限于使用國際市場上所謂成熟的組件，則有受制于國外技術(shù)限制的風(fēng)險(xiǎn)，無法保障產(chǎn)品創(chuàng)新與技術(shù)引領(lǐng)。我國CAD技術(shù)研究起步于高校，力量分散、技術(shù)積累少、持續(xù)性不夠，而且以研究為主，缺乏產(chǎn)業(yè)化的機(jī)制，工程化、產(chǎn)品化內(nèi)在動力不足。

我國的基礎(chǔ)研究在取得一定成績的同時，也面臨著比較大的風(fēng)險(xiǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾方面。

（1）缺少核心技術(shù)，產(chǎn)業(yè)生態(tài)發(fā)展沒有根基

在國外CAD產(chǎn)品近乎壟斷的環(huán)境下，國內(nèi)CAD產(chǎn)業(yè)發(fā)展受限，導(dǎo)致為數(shù)不多的技術(shù)團(tuán)隊(duì)和技術(shù)成果難有應(yīng)用迭代發(fā)展的機(jī)會，堅(jiān)持者寥寥。

幾何約束求解器作為關(guān)鍵中間件產(chǎn)品，技術(shù)難度大、人才要求高、研發(fā)周期長，直接市場相對小，以目前的情況國內(nèi)CAD公司獨(dú)立研制投入產(chǎn)出比不高，風(fēng)險(xiǎn)大。

因?yàn)闆]有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的幾何內(nèi)核（幾何引擎、幾何約束求解引擎），所以中國的工業(yè)設(shè)計(jì)軟件都是基于國外的幾何內(nèi)核，這樣實(shí)質(zhì)上不可能造出高質(zhì)量的產(chǎn)品，我國必須在工業(yè)設(shè)計(jì)軟件的幾何內(nèi)核領(lǐng)域造出自己的“太行”發(fā)動機(jī)。

（2）國產(chǎn)工業(yè)設(shè)計(jì)軟件缺少行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)品牌

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)品牌的缺少是阻礙我國制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級的主要原因之一。以三維CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用最成熟、依賴性也最強(qiáng)的國防軍工產(chǎn)業(yè)為例，其所采用的標(biāo)準(zhǔn)和使用的軟件如表1所示。

表1 國防軍工行業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

行業(yè)

標(biāo)準(zhǔn)

依托軟件

航空航天

航空產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造系列標(biāo)準(zhǔn)（DS）

法國達(dá)索CATIA

航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（HB）

德國西門子NX

兵器工業(yè)

兵器產(chǎn)品三維建模基本規(guī)定

美國PTC Pro/E

注：本表內(nèi)容引自《三維CAD應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》。

可以看到，即使在對標(biāo)準(zhǔn)自主可控性要求最高的國防軍工行業(yè)，依然主要采用國外標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用的也是國外的品牌軟件，這為我國國防信息化建設(shè)帶來了嚴(yán)重的信息隱患。

在民用制造領(lǐng)域，企業(yè)用的、學(xué)校教的、市場上看到的也都是以國外品牌軟件為主，鮮有我國自主品牌得到認(rèn)可，這嚴(yán)重阻礙了我國工業(yè)設(shè)計(jì)軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

看到以上的數(shù)據(jù)和事實(shí)，就能充分認(rèn)識到，發(fā)展完全自主知識產(chǎn)權(quán)的高端三維工業(yè)設(shè)計(jì)軟件，實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)計(jì)與制造平臺軟件的技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)化成功，已經(jīng)迫在眉睫。

（3）大型項(xiàng)目、大型企業(yè)缺少工業(yè)設(shè)計(jì)軟件創(chuàng)新研發(fā)的技術(shù)支持

我國大型項(xiàng)目、大型企業(yè)以前主要以型號實(shí)現(xiàn)為目標(biāo)，各類軟件以采購現(xiàn)有國外商業(yè)軟件為主，輔以各類軟件的二次開發(fā)或集成開發(fā)，對于自主創(chuàng)新工業(yè)軟件的支持有限。我國三維CAD/CAM產(chǎn)業(yè)多年的實(shí)踐證明，從依賴國外內(nèi)核或整套平臺技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蛲耆灾鏖_發(fā)之路非常困難，結(jié)果很可能是完全依賴國外上游內(nèi)核技術(shù)，代價是沉重的。這些代價也反復(fù)證明，完全停留在中下游層次上的技術(shù)摸索學(xué)習(xí)無助于根本技術(shù)能力的成長，最后只能導(dǎo)致技術(shù)依賴，而永遠(yuǎn)不可能實(shí)現(xiàn)“再創(chuàng)新”。

（4）國內(nèi)三維CAD需要加快自主創(chuàng)新

國內(nèi)大中型企業(yè)偏向于三維CAD功能全面的國外品牌，一方面這些類型的軟件在未來應(yīng)用過程中具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性，能夠很好地應(yīng)對產(chǎn)品研發(fā)不斷變化的需求；另一方面，以CATIA、NX、Creo為首的這類軟件，基本上都與自身的PLM系統(tǒng)有很好的集成性，能夠滿足大中型企業(yè)對于系統(tǒng)集成方面的需求，所以它們的選擇主要集中在這些三維CAD系統(tǒng)。而國產(chǎn)軟件主要還是應(yīng)用在那些以二維CAD應(yīng)用為主，三維CAD應(yīng)用為輔的中小型企業(yè)中，這類企業(yè)對于三維CAD的需求目前還不是太明顯，整體研發(fā)能力不強(qiáng)，即使應(yīng)用也是偏向于Solidworks這種易學(xué)易用、功能較全面、性價比較高的CAD軟件，其能很好地滿足企業(yè)的研發(fā)設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)需求。為了滿足大中型企業(yè)的需求，國內(nèi)三維CAD廠商還需要加快自主創(chuàng)新。

三、約束求解技術(shù)發(fā)展建議

通過上述國際國內(nèi)技術(shù)發(fā)展簡要回顧，我們可以得出以下結(jié)論。

① 設(shè)計(jì)從本質(zhì)上是約束滿足問題（見圖2），也是人工智能的基本命題，約束求解器必定是基礎(chǔ)核心技術(shù)，需要長期持續(xù)研發(fā)迭代。CAD需要幾何約束求解器，在代數(shù)領(lǐng)域解決幾何約束求解問題；功能和性能樣機(jī)仿真需要機(jī)理模型求解器，在微分和代數(shù)領(lǐng)域解決恰定方程系統(tǒng)求解問題；工業(yè)智能需要解決更廣泛環(huán)境下的約束滿足求解問題。不同對象或場景下的約束求解問題具有關(guān)鍵共性和承繼性。

② 設(shè)計(jì)活動包括兩個空間，幾何空間和狀態(tài)空間，約束問題是兩個空間設(shè)計(jì)活動的共性問題。幾何空間需要解決欠定、恰定和超定條件下的大規(guī)模代數(shù)方程高效求解問題；狀態(tài)空間需要解決大規(guī)模連續(xù)-離散混合、微分-代數(shù)耦合恰定方程系統(tǒng)高效求解問題。幾何空間大規(guī)模代數(shù)方程高效求解技術(shù)是狀態(tài)空間問題求解的基礎(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)。

③ 國內(nèi)在幾何約束求解方面有基礎(chǔ)，需要結(jié)合國內(nèi)CAD產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要，在應(yīng)用迭代中提高產(chǎn)品化水平，實(shí)現(xiàn)可替代。華中科技大學(xué)早在1990年代至2000年代基于AutoCAD推出幾何約束求解引擎，至今仍有客戶在使用。需要聯(lián)合國內(nèi)CAD產(chǎn)業(yè)，針對共同需求，研制商品化幾何約束求解引擎，并在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中持續(xù)迭代完善。

④ 在多領(lǐng)域約束融合方面，國內(nèi)經(jīng)過18年研發(fā)已取得全面突破，基于幾何約束求解引擎的關(guān)鍵技術(shù)——大規(guī)模代數(shù)方程高效求解技術(shù)，解決了狀態(tài)空間模型高效求解問題，并成功應(yīng)用于系列重大型號工程，這為幾何約束求解器成功突破提供了信心，也為面向智能化的數(shù)字化設(shè)計(jì)或者下一代工業(yè)智能奠定了約束滿足問題創(chuàng)新基礎(chǔ)。

圖2 幾何空間與狀態(tài)空間的約束滿足問題

為此，針對中國工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)類軟件研發(fā)，提出以下幾點(diǎn)建議。

① 強(qiáng)化基礎(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)的持續(xù)研究，以全景的視野（幾何空間和狀態(tài)空間）布局推進(jìn)約束求解關(guān)鍵組建技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用拓展，如圖3所示。

圖3 約束滿足問題研究與應(yīng)用圖譜

具體地，面向中國工業(yè)創(chuàng)新需求，以發(fā)展、全景的視野（二維草圖參數(shù)化、三維裝配、三維直接建模、多領(lǐng)域約束融合等），對標(biāo)國外技術(shù)，開發(fā)產(chǎn)品化約束求解系列引擎，應(yīng)用于國產(chǎn)CAD產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)對國外CAD產(chǎn)品的可替代，為未來中國工業(yè)創(chuàng)新需求牽引下必將走向智能化的CAD技術(shù)提供創(chuàng)新、先進(jìn)、普適的基礎(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)，為在中國創(chuàng)新中發(fā)展壯大的中國數(shù)字化設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)提供安全可控的基礎(chǔ)技術(shù)保障，力爭5年內(nèi)在全景式的約束求解技術(shù)領(lǐng)域達(dá)到國際先進(jìn)水平。

② 發(fā)揮我國制度優(yōu)越性，以國家重大創(chuàng)新工程為需求牽引，以關(guān)鍵核心技術(shù)為突破，組織政、產(chǎn)、研、用工業(yè)軟件專項(xiàng)推進(jìn)計(jì)劃，培育、發(fā)展有序的中國工業(yè)系統(tǒng)軟件開發(fā)與應(yīng)用的智能協(xié)同生態(tài)，建立以約束求解、知識表達(dá)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)支撐的工業(yè)系統(tǒng)APP軟件體系創(chuàng)新生態(tài)（見圖4）。

圖4 工業(yè)系統(tǒng)APP軟件體系創(chuàng)新生態(tài)

總之，源于約束滿足問題研究的約束求解技術(shù)推動了工業(yè)軟件領(lǐng)域人工智能技術(shù)的突破——知識自動化。知識自動化技術(shù)是我國工業(yè)系統(tǒng)軟件技術(shù)發(fā)展的歷史機(jī)遇，國家有關(guān)部門應(yīng)當(dāng)“強(qiáng)基礎(chǔ)、重應(yīng)用”，參考?xì)W洲工業(yè)系統(tǒng)庫EUROYSYSLIB等計(jì)劃，系統(tǒng)策劃組織具有先進(jìn)的知識自動化技術(shù)支撐的中國工業(yè)系統(tǒng)知識庫及利用工程，持續(xù)、有序推進(jìn)知識技術(shù)化體系，開創(chuàng)中國創(chuàng)新需求牽引下的工業(yè)軟件蓬勃、有序、協(xié)同發(fā)展的新局面。