三维CAD 软件评测标准框架研究

王云锋， 陈 杰， 潘康华， 辛明哲， 薛 莲， 李春雨， 贾琳琳

（中机生产力促进中心有限公司， 北京 100044）

0 引言

三维CAD 软件在当前我国由制造大国向制造强国转型、挺进高端制造中起着越来越重要的作用，并且广泛应用在机械、航空、航天、电子、模具、汽车等领域，关系到国家安全和国计民生[1-2]。同时三维CAD 软件是实现产品数字化定义的支撑软件， 是打造数字孪生和实现智能制造的关键支撑技术，是企业进行产品创新的有力工具，是仅次于操作系统和办公软件的第三大基础软件。 经过40多年的改革开放， 我国已逐步发展成全球制造业大国和“世界工厂”， 但当前我国制造业仍处在全球产业链中低端，制造业“大而不强”问题十分突出。 我国制造业存在“硬件不硬”、“软件不强”的“空心化”危机，尤其在工业软件方面与国外差距巨大。 经过多年发展， 国产三维CAD软件取得了长足进步，但与国际先进水平相比，还存在较大差距，我国三维CAD 软件的技术成熟度、产品商品化程度和用户认可度还处于较低水平。

国产三维CAD 软件与国外同类产品相比，功能大体类似，差别主要在性能上，但性能表现受测试的环境、用例、过程等因素影响大，难以直接确定指标的绝对值。 唯有建立共同的评测标准，使用相同的测试用例、方法和工具，通过对国外对标软件的对比测试建立参照基准，才能对国产三维CAD 的性能做出科学评价[3]。 然而，目前尚无成熟的三维CAD 软件评测标准体系， 指标难以量化，难以对国产三维CAD 的软件能力做出全面评测。

1 三维CAD 软件发展与应用情况

在国际三维CAD 的发展过程中，经历了从早期的五大公司，到现在的四大谱系并存的局面。主要有法国达索CATIA、美国PTC、西门子UG、美国Autodesk、法国达索SolidWorks、美国Bentley 等，基本形成四大谱系：

（1）IBM/Dassault—CATIA、CATWEB、ENOVIA、Euclid/Styler、SolidWorks。

（2）EDS/Unigraphics—UG II、iMAN、SDRC/I -DEAS、Metaphase、Parasolid、SolidEdge。

（3）PTC—Pro/ENGINEER、Pro/Desktop、Windchill、CV/CADDS5、Division/VR。

（4）Autodesk—AutoCAD、MDT、Inventor、3D Studio MAX、MapGuide。

上个世纪90 年代之初， 国内的CAD 软件市场基本上是国外产品一统天下。 随着市场机制的逐步完善和CAD 应用工程的实施， 在政府直接支持引导和一批产业开发者的共同努力下， 我国的CAD 软件产业已从无到有，逐渐形成了一批CAD 软件企业、并发展出一批具有自主知识产权的商品化CAD 软件，打破了国外产品垄断的局面。

目前， 国产CAD 软件产品也已从单一的二维CAD绘 图 软 件 发 展 为 涵 盖CAD、CAPP、CAE、CAM、PDM 和ERP 等方面的系列化产品。 但是，国产三维CAD 软件，无论是在三维CAD 核心支撑平台的研发，还是在三维CAD应用系统的产业化方面， 与国外水平仍然存在着很大的差距。 目前，三维CAD 软件市场基本上还是被国外公司所垄断[4]。

2 国内外三维CAD 软件标准化现状

2.1 国外三维CAD 软件标准化现状

国际标准化组织没有设立专门的 “三维CAD 软件”技术领域，三维CAD 软件相关的标准化工作分别由多个ISO 和IEC 的技术委员会/分技术委员会完成。目前，与三维CAD 软件相关的标准化组织主要有ISO/IEC JTC1、ISO/TC184 及ISO/TC10。

ISO/IEC JTC1 是信息技术领域的国际标准化委员会，下设22 个分技术委员会（SC）和19 个工作小组。 其中，ISO/IEC JTC1/SC7 软件和系统工程分技术委员会和三维CAD 软件相关的标准主要涉及词汇、 软件测试、软件评估、计算机图形学、计算机系统模型、质量管理、体系结构、软件开发方法及工具等领域。

ISO/TC184 自动化系统与集成技术委员会负责自动化系统领域中的标准化及其在产品及其相关服务的设计，采购，制造，生产和交付，支持，维护和处置方面的集成。 其中，ISO/TC 184/SC 4 工业数据分技术委员会主要涉及数据质量，产品数据表示和交换等标准；ISO/TC 184/SC 5 企业系统和自动化应用程序的互操作性，集成和体系结构分技术委员会主要涉及使用信息交换需求建模和软件功能分析的应用程序集成方法等标准。

ISO/TC10 技术产品文件标准化技术委员会主要职能是开展对制造业产品生产过程中所产生的技术文件，包括设计、制造、检验、使用、回收等产品生命周期中手工的和计算机所涉及到的各种文件要求， 以及对这些文件管理技术等方面的国际标准化工作。

在三维CAD 软件领域，目前已发布的国际标准约90余项，主要涉及计算机图形接口标准CGI、计算机图形核心系统标准GKS、程序员层次交互图形系统标准PHIGS、数据交换标准、数字化定义标准、文件管理标准等。

2.2 国内三维CAD 软件标准化现状

国内与CAD 软件相关的标准化组织主要有SAC/TC28、SAC/TC159、SAC/TC260 及SAC/TC146，分别承担着信息技术、自动化系统与集成、信息安全和技术产品等领域的工作。

在国家有关部门的指导下， 国内相应开展了相关CAD 标准的制定工作， 同时等效采用或非完全等效采用相关国际标准， 近几年自主研制的相关标准也在逐步增加。 目前，我国已发布三维CAD 软件相关标准100 余项，包括三维CAD 软件术语标准、字体标准、图形系统标准、图元文件及接口标准、产品数据表达与交换标准、零件库标准、软件功能规范、数据规范、三维建模等相关标准。

通过对国际及国内三维CAD 软件标准化现状的研究和分析，目前三维CAD 软件在数据要求、功能规范、技术要求、文件管理、制图要求等方面已经发布了一些相关标准，但现有标准较为零散，未形成标准体系，尤其在三维CAD 软件评测方面还缺乏相关的标准，难以实现对国产三维CAD 软件的科学评测。

3 三维CAD 软件评测标准框架研究

3.1 标准框架的构建原则

3.1.1 继承采用，兼顾特色

三维CAD 软件评测标准框架构建过程中充分吸取与借鉴三维CAD 软件领域国际、国内相关标准化成果与经验，最大程度继承其适用内容；同时结合三维CAD 软件领域的发展现状和发展需求对体系进行扩展和细化，形成能够支撑国产三维CAD 软件应用和发展的三维CAD 软件评测标准体系。

3.1.2 立足实际，适度前瞻针对三维CAD 软件在各领域、 各行业应用程度不同、应用需求不一致的现状，加强三维CAD 软件标准化工作的顶层设计和统筹规划，分步推进三维CAD 软件评测标准框架建设和相关标准制修订工作； 在充分消化吸收已有的国家、行业三维CAD 软件标准的同时，适度前瞻，为三维CAD 软件标准化工作指明发展方向。

3.1.3 协调一致，动态更新

建立的三维CAD 软件评测标准框架应处理好体系中各部分之间的关系，确定好标准之间的技术关系、层次关系、引用关系，使体系内标准之间协调一致；三维CAD软件评测标准框架要体现开放性，结合三维CAD 软件发展情况，积极将各行业、各领域三维CAD 软件标准化工作新思路、科技研发新成果等引入体系建设中去，持续优化完善体系结构。

3.2 标准框架构建

标准框架是标准化工作的蓝图， 是系统开展标准化工作的基础和依据。 围绕三维CAD 软件领域的发展现状和发展趋势，以规范和指导三维CAD 软件的应用和发展为出发点，建立完整的、协调的和开放的三维CAD 软件评测标准框架，对三维CAD 软件标准化的总体思路和发展重点进行科学规划。

三维CAD 软件评测标准框架见图1，主要包括“基础共性标准”“技术方法标准”“产品功能性能规范标准”“服务标准”和“行业应用标准”五个部分。 其中，基础共性标准用于统一三维CAD 软件相关概念， 解决三维CAD 软件的基础共性问题，包括术语及定义、数据交换、测试及评估标准等；技术方法标准针对国外三维CAD 软件发展方向、卡脖子的技术制定我国三维CAD 软件的关键技术标准，包括2D/3D 约束求解、三维几何引擎、几何及拓扑、三维渲染引擎、几何编程接口以及基础数学计算等标准；产品功能性能规范标准是针对三维CAD 软件的通用技术，定义相关的标准要求，包括功能、性能技术标准，对于保证和提高产品质量， 提高生产和使用的经济效益，具有重要意义；服务标准包括质量管理标准、咨询设计标准、配置要求标准、集成实施标准、运行维护标准和产品生命周期标准等， 从为用户提供服务的角度出发，推广国产三维CAD 软件解决方案遵循的标准；行业应用标准从行业领域出发，制定各个行业的个性化的三维CAD软件的标准。

图1 三维CAD 软件评测标准框架Fig.1 3D CAD software evaluation standard framework

4 结束语

三维CAD 软件评测标准框架以标准规范形式固化了三维CAD 软件领域科研成果，总结、交流、推广和共享三维CAD 软件应用实践经验， 能够为三维CAD 软件的应用和发展提供规范和指导。 同时，随着三维CAD 软件相关技术的发展，三维CAD 软件评测标准框架需要不断完善和修正，保证标准框架与技术发展相协调。