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行业 报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 1 计算机 证券 研究报告 2021 年 11 月 04 日 投资 评级 行业 评级 强于大市 (维持 评级 ) 上次评级 强于大市 作者 缪欣君 分析师 SAC 执业证书编号： S1110517080003 资料 来源： 贝格数据 相关报告 1 计算机 -行业研究周报 :计算机行业 2021 年三季报点评 2021-10-31 2 计算机 -行业点评 :北交所开市在即， 金融 IT 情绪及景气度有望持续提升 2021-10-31 3 计算机 -行业研究周报 :周观点：华 为开发者大会 2021 总结 2021-10-24 行业走势图 工业软件底层技术剖析 1、 工业软件核心模块的国产替代化道路“崎岖难行” 工业软件核心模块包括几何内核、几何约束求解器和网格剖分求解器。国外 软件公司在这些领域皆布局运营数十年之久，不仅拥有核心技术，百万级客 户群体，更 构建了稳健的产业链生态环境。经过数十年迭代，绝大部分工业 软件巨头都成为了产业链 公司 ，拥有平台型产品， 不仅是模块的供应商，同 时也是其他 CAX 软件的供应商 ，因此国产工业软件的替代之路“崎岖难行”。 2、 几何内核：达索、西门子两大阵营平分秋色，中望异军突起 几何内核方面，市场主要由 西门子 Parasolid 和 达索 ACIS 两大阵营占据，平 分秋色。 ACIS 的内核模块分为核心模块和可选模块，模块搭配方面更加灵 活，另外 ACIS 采用了 几何总线的商业模式，鼓励软件公司在 ACIS 上开发 与 STEP 标准相兼容的集成制造系统 ，将软件公司的 CAD 产品绑定在 ACIS 几何总线上。西门子 Parasolid 是目前市面上最成熟的几何内核，相比于 ACIS， Parasolid 功能更加完备，稳定性更强，应用范围更广。 中望 Overdrive 作为国产几何内核领头羊 ，拥有 国内少有的实现商业化应用、在工业设计 领域被大规模实践验证过的三维几何建模内核技术 ，发展势态良好。 3、 几何约束求解器： 国外软件公司市场垄断， DCM 一马当先 几何约束求解器是实现参数化特征建模的关键， 参数化特征建模则是当前主 流 CAD 的主要建模方式。除了 DCM，俄罗斯 LEDAS 公司开发的 LGS 被认 为是仅次于 D-Cubed 的几何约束求解引擎 ，其已经 为 达索 提供了 12 年的 约束求解技术支持 。国内方面， 华天软件研发 的 DCS 是完全自主研发的二 维、三维约束求解引擎 。 4、 有限元分析：国外龙头厂商居多，网格剖分应用领域广阔 网格剖分为有限元分析的核心步骤， 应用的领域包括固体力学、流体力学、 传热学、电磁学等 ， 应用范围广阔。 CAE 的龙头厂商包括 ANSYS、 ADINA 和 MSC。 ANSYS 软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大 型通用类 CAE 软件 。 ADINA 是老牌通用有限元分析系统，技术成熟，集成 环境包括自动建模、分析和可视化后置处理 。 MSC 软件 产品线非常丰富， 在 CAE 市场一直处于领导地位，收购了顶尖高度非线性 CAE 软件公司 MARC 等 。 5、估值分析 重点推荐中望 软件 ， 从长期来看，考虑到中望有望从 CAD 成功拓展至 CAX 全产业链，叠加国产替代不断加速，随着未来公司产品力的进一步增强、品 牌认可度不断提升以及大客户战略的持续有效推进，公司未来成长空间将持 续向上打开。 风险 提示 ： 市场竞争加剧； 国内外疫情加剧 ；公司业绩不及预期 -17% -12% -7% -2% 3% 8% 13% 18% 2020-11 2021-03 2021-07 计算机 沪深 300 行业报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 2 内容目录 1. 工业软件模块化，国产替代 “ 道阻且长 ” . 4 2. 几何内核： CAD 系统为皇冠，几何内核为明珠 . 5 2.1. 几何建模： 产品信息化的源头 . 6 2.2. ACIS：模块化组件灵活搭配，几何总线构建模型共享渠道 . 7 2.3. Parasolid：西门子阵营成熟内核，功能齐备应用广泛 . 10 2.4. Overdrive：中望 3D 内核，国产内核之光 . 12 3. 几何约束求 解器：参数化特征建模的实现者 . 14 3.1. 参数化特征建模：实体模型的工程特征化、参数化处理 . 15 3.2. 几何约束求解器：参数化制图和几何约束求解 . 17 3.3. 当前市 场情况：国外市场垄断， DCM 独占鳌头 . 19 4. CAE 有限元分析：基于 CAD 建模的工程分析与物理仿真 . 20 4.1. 有限元网格剖分： CAD 几何模型离散化处理 . 21 4.1.1. 有限元网格剖分基本原则 . 21 4.1.2. 主流的有限元生 成方法 . 23 4.2. CAE 软件多领域应用，行业龙头多为国外厂商 . 25 5. 核心观点 . 27 6. 风险提示 . 27 图表目录 图 1： CAX 软件各核心组件之间关系结构图 . 4 图 2：全球 CAX 龙头公司规模与成立时间 . 5 图 3：几何内核主要作用为建立 、储存和处理几何模型 . 5 图 4：建模是产品信息化第一步 . 6 图 5：拓扑信息 . 6 图 6：实体由一组面围成，面由一组边组成，边由一系列点构成 . 7 图 7：应用通过接口调用相关模块并对底层数据进行修改 . 8 图 8：实体可以分为拓扑、几何和属性三类，每一类皆可细分 . 8 图 9： ACIS 构建模型的数据结构 . 9 图 10： ACIS 几何总线上模型数据皆可自由交换 . 10 图 11： Parasolid 总体结构 . 10 图 12： Parasolid 模型实体分为几何实体、拓扑实体和其他实体 . 11 图 13： Parasolid 数据读写，支持 X_t 文件和 X_b 文件 . 11 图 14： Overdrive 结构 . 12 图 15： ZW3D 平台业务逻辑 . 13 图 16：建立参数化特征模型 . 15 图 17：特征是一组具有确定约束关系的几何实体 . 15 图 18：参数化设计中，调整参数即可改变模型 . 16 图 19：参数化设计与特征建模相结合 . 16 行业报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 3 图 20：几何约束求解器结构 . 17 图 21：输入一组参数制作圆 . 18 图 22：几何约束求解流程 . 19 图 23：参数化绘制二圆，加入圆圆相切约束，计算出相切路径并图像化展示，最后相切 . 19 图 24： LGS 主要客户 . 20 图 25：有限元分析基于 CAD 几何模型建立 CAE 有限元模型并进行工程分析 . 21 图 26：网格剖分结果示意图 . 21 图 27：高应力区局部加密示意图 . 22 图 28：网格数量增加时，计算精度提高，计算规模也会增加 . 23 图 29：从左到右单元阶次分别为线性、二次、三次，节点数量和复杂度依次提高 . 23 图 30：映射法将不规则模型映射成规则参数域，再进行网格剖分，最后反映射回去 . 24 图 31：删除目标区域外的栅格，再对内部栅格和边界栅格进行更细的栅格剖分 . 24 图 32：三维与二维类似，先对三维物体进行栅格剖分，再对部分栅格进行更深入、细节的 栅格剖分 . 24 图 33：推进波前法通过循环定义前沿，插入节点并生成新单元，不断向内部推进 . 24 图 34：拓扑分解法使用三角化算法将目标区域用尽量少的三角形完全分割覆盖 . 25 图 35：节点连接法先生成 Dirichlet 图形和部分节点（左），再通过算法连接节点生成有限 元单元（右） . 25 图 36：美国 ANSYS 公司 . 25 图 37：美国 ADINA 公司 . 26 图 38：美国 MSC 公司 . 26 表 1：实体模型功能最全，涵盖线框模型和表面模型的所有优点 . 7 表 2： ACIS 三接口： DI 函数、 API 函数、类 . 9 表 3： ACIS 和 Parasolid 对比 . 12 表 4： ZW3D 核心技术 . 13 表 5：部分约束以及约束表达 . 17 表 6：主流几何约束求解方法以及优缺点 . 18 表 7： D-Cubed 2D DCM 与 D-Cubed 3D DCM 对比 . 19 表 8：网格剖分常用单元和其应用情况 . 21 表 9： CAE 有限元分析软件应用领域 . 26 行业报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 4 1. 工业软件模块化，国产替代“道阻且长 ” 根据财经十一人公众号， 汽车装配流水线上，不同的组件由不同的部门专门生产，最后统 一装配，如今的工业软件也拥有着这样的生产模式。 工业软件逐渐模块化，拥有复杂且相 互关联的组成单元。 常见的工业软件产品中，大多是基于全球供应链开发，企业主要聚焦 自己的优势领域，公司之间通力合作而实现。 CAD 软件，如 SolidWorks、 Solid Edge、 Inventor，一般要用到 70 个组件以上， 核心组件 包括几何内核 （主要有西门子 Parasolid，达索 ACIS）， 几何约束求解器 （主要有西门子 DCM）， 图形组件 （主要有 TECH SOFT 3D）， 数据 转换器 （主要有达索与 Tech Soft 3D）等，大部 分 CAD 软件的基础框架都是基于这几款基础组件。 CAE 软件需要 网格剖分器的组件（主要有 Distene 的 MeshGems） 。 CAM 软件需要涉及到 加工路径的组件（主要有德国的 ModuleWorks 与英国的 MachineWorks）。 CATIA、 NX、 Creo 等高端多学科 MCAD 会涉及更多的组件，其中有不少核心组件来自于第三方，甚至 有些组件会来自竞争对手。 图 1： CAX 软件各核心组件之间关 系结构图 资料来源：天风证券研究所 几何内核：几何内核是 CAD 最基础的核心组件 ，也是我们国家目前最关注的领域，主要 的建模方式包括线框建模、曲面建模、实体建模、特征建模等。 目前几何内核的两大主要 阵营为西门子的 Parasolid（全球 200 多家客户）和达索的 ACIS（全球 100 多家客户） 。 几何约束求解器： 广泛应用在草图轮廓表达、零件建模参数表达、装配约束以及碰撞检查 等场景中，为快速确定设计意图表达、检查干涉、模拟运动提供了强有力的支持，可帮助 最终用户提高生产效率。约束求解引擎也是最基础的核心组件，目前最主要的产品是 D-Cubed DCM。 目前正在使用 DCM 的知名 CAD 软件公司包括西门子、 PTC、 Autodesk 等。 CAE 网格剖分内核： 主要用于仿真分析软件的网格划分，网格剖分内核方面主要的软件是 法国的 MeshGems。 国产化替代在技术层面有一定难度。 SolidWorks， Solid Edge， Inventor 等主流的 CAD 软件，代码量在 3000 万行到 4500 万行代码左右，大约需要 30004500 人一年以上的开 发工作量。 CATIA， NX， Creo 等高端软件是上述主流 CAD 软件开发工作量的 4 倍以上， 这些高端软件的开发已经持续了数十年，并在与数十万、百万级最终客户持续迭代的过程 中改进和实现。国产替代“道阻且长”。 行业报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 5 图 2： 全球 CAX 龙头公司规模与成立时间 资料来源： 财经十一人 公众号 ， 天风证券研究所 国外龙头公司经过几十年迭代，不仅技术层面“炉火纯青”，产业链生态环境也更加稳健。 产业链生态环境不仅仅是模块的扩展，还包括专家团队，服务商，以及供应链， Siemens PLM 全球有 150 家技术合作伙伴， Solid Edge 有 289 家第三方合作伙伴， Dassault System 全 球有 934 家技术合作伙伴，这些合作伙伴不仅是模块的供应商，同时也是其他 CAX 软件的 供应商，在工业设计软件的巨头绝大部分都是产业链 公司 ，其产品也是平台型产品，已经 形成非常稳健的产业链生态。 2. 几何内核： CAD 系统为皇冠，几何内核为明 珠 当下，工业主流的数字化设计与制造都需要用到 CAD 系统这样的工具，而 CAD 系统的基 础底层支撑就是 CAD 平台，又称几何内核。 几何内核本身市场很小，但它是所有 CAD 系 统的基石，如果将 CAD 系统比较为皇冠，几何内核就是皇冠上的明珠。 几何内核的主要作用在于建立、储存并处理几何模型，对外提供接口以方便上层 CAD 应 用的开发。 维度方面，几何内核最早只支持简单的二维图素，到 70 年代中期开始可以表 达复杂拓扑结构的三维图素；建模方面，几何内核从简单的线框模型过渡到曲面模型和实 体模型，再到目前广泛使 用的 B-Rep 模型和参数化特征模型。 图 3：几何内核主要作用为建立、储存和处理几何模型 资料来源： Simens 官网 ， 天风证券研究所 行业报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 6 2.1. 几何建模： 产品信息化的源头 几何建模是将现实世界中的物体及属性转化为计算机内部可数字化表示、可分析、控制和 输出的几何形体的方法。 在 CAD 中，几何建模是产品信息化的第一步，它为产品设计分 析、工程图生成、数控编程、数字化加工与装配中的碰撞干涉检查、加工仿真、生产过程 管理等提供有关产品的信息描述与表达方法，是实现计算机辅助设计与制造的前提条件。 图 4：建模是产品信息化第一步 资料来源： Reddit， 天风证券研究所 几何建模即是将物体的几何信息和拓扑信息转化成数字化模型的过程。 几何信息一般是指 物体在欧氏空间中的形状、位置和大小，这些信息可以用几何分量的方式表示，例如空间 里的一点可以用坐标值 x,y,z 表示，空间里的一条直线可以用方程式 Ax + By + Cz + D = 0 来表示。拓扑信息则是指物体各分量的数目及其相互间的连接关系，主要关系包括点、线、 面之间的相邻、相交、相切、包含等关系 . 图 5：拓扑信息 资料来源： CSDN， 天风证券研究所 几何建模构造的模型一般有三种：线框模型、表面模型和实体模型，现有的 CAD 系统常 采用实体模型。 线框模型定义了点和线，适合线框图的显示， 同时所需数据量小，但缺点在于存在二义性， 无法描述含有曲面的物体，且无法用于工程分析和物理计算。 行业报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 7 表面模型定义了点、线和面，可以描述物体的表面特性，从而进行数控加工程序计算， 在 数控加工中刀具轨迹的计算和物体表面特性有很大关系，直接影响到刀具轨迹的生成，但 缺点在于不具备零件的实体特征，不能在工程分析、物理特性计算方面使用。 实体模型定义了点、线、面、环和体，是以“体 -面 -环 -棱边 -点”的五层结构信息表示的 模型。 体是由表面围成的封闭空间，表面是由棱边围成的区域，其内部可能存在环，例如 一个孔在一个表面形成了一个环，这些环也是由棱边组成。 实体模型包含线框模型和表面 模型所有优点，并且还能满足物理性能计算和工程分析， 例如质量、质心和重力等计算。 在产品设计中，实体建模技术更符合人们对真实产 品的理解和习惯。 表 1： 实体模型功能最全，涵盖线框模型和表面模型的所有优点 线框模型 表面模型 实体模型 数据结构 顶点表、边表 “面 -棱边 -点”三层信息 “体 -面 -环 -棱边 - 点”五层信息 能否消隐处理 否 能 能 是否存在二义性 是 否 否 能否描述有曲面的物 体 否 能 能 能否工程分析 /物理 特性计算 否 否 能 资料来源： 薛九天 CADCAM 技术基础及应用 ， 天风证券研究所 边界表示法（ B-rep）是构造实体模型最常用的方法之一，著名的 ACIS 和 parasolid 几何 内核都使用的是边界表示法。 边界表示法（ B-rep）是通过描述三维物体的边界来表示物体。 构建时使用一组面围成一 个表面形体来表示三维实体，面由一系列的边组成，边一般通过两个点（曲线例外）来描 述。边界表示法强调实体外表的细节，详细记录了构成物体的所有几何信息和拓扑信息， 将面、边、顶点的信息分层记录，建立层与层之间的联系。 图 6：实体由一组面围成，面由一组边组成，边由一系列点构成 资料来源： SlideServe， 天风证券研究所 2.2. ACIS：模块化组件灵活搭配，几何总线构建模型共享渠道 ACIS 是美国 Spatial Technology 公司推出的采用 C+语言构造的三维几何造型平台，后被 达索集团收购。 它集曲面、线框和实体造型于一体 ，并允许这三种表示模型共存于统一的 数据结构中。 ACIS 提供从简单实体到复杂实体的造型功能，还提供了实体的数据存储功能 SAT 文件的输入、输出功能。 ACIS 使用边界表示法（ B-rep）建立实体模型。 行业报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 8 图 7：应用通过接口调用相关模块并对底层数据进行修改 资料来源： 田建立、何留杰 基于 ACIS 几何平台的 CAD 软件开发的研究 ， 天风证券研究所 实体（ entity）是 ACIS 中最基本的单元， 为模型中所有的永久对象提供了基本的模型管理 功能， 实体可以分为拓扑、几何体以及属性三种，共同构成 ACIS 的底层数据结构。 实体 通过 C+语言的 ENTITY 抽象类实现 代码方面的定义以及数据的储存、恢复、回溯等。 图 8：实体可以分为拓扑、几何和属性三类，每一类皆可细分 资料来源： 王牌 基于 ACIS_HOOPS 三维电磁中的模型构建和网格剖分研究与 实现， 天风证券研究所 拓扑实体记录了组成几何体不同元素之间的连接关系 ，拓扑实体的类型包括体（ body）、 块（ lump）、壳（ shell）、子壳（ subshell）、面（ face）、环（ loop）、线框（ wire）、有向边 （ coedge）、边（ edge）和顶点（ vertex）。 几何实体记录了几何体不同元素的几何形状和物理数值 ，几何实体的类型包括面、线、点 等。 属性实体通过给实体附加属性的方式附加系统或者用户的信息， 属性可以是简单的数据结 构、指向其他实体的指针或者是与应用程序定义的变长度数据的连接等。 ACIS 构建模型时会使用实体分别储存拓扑信息和几何信息，再使用属性实体记录物体的 非形状信息。 行业报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 9 图 9： ACIS 构建模型的数据结构 资料来源： 王牌 基于 ACIS_HOOPS 三维电磁中的模型构建和网格剖分研究与 实现， 天风证券研究所 拓扑实体组合形成拓扑结构树并储存拓扑信息。 如图 8 所示，拓扑结构树中最顶层为体拓 扑实体，体拓扑实体又关联到若干个块拓扑实体，块拓扑实体又关联到若干壳拓扑实体， 每一层的拓扑实体会记录本层的拓扑关系并指向相应的几何实体和下一层的拓扑实体，最 终形成拓扑结构树。 拓扑实体指向相应的几何实体，几何实体记录几何形状与物理特性。 几何实体是为构造几 何体增加模型操作功能的 C+类，它和模型一起被保存在 SAT 文件中。模型操作功能包括 模型数据的保存和恢复、模型操作历史记录及其回溯、变换以及为模型附加系统定义属性 和用户定义属性的功能。 ACIS 的接口主要分为 C+接口、 MFC 接口和 Scheme 接口。其中 C+接口为最主要接口， C+应用接口主要有三个： DI 函数、 API 函数和类。 表 2： ACIS 三接口： DI 函数、 API 函数、类 DI 函数 API 函数 类 接口特性 不依赖于 API 而对 ACIS 造型功能可直接 访问 应用与 ACIS 间的主 要接口 以 C+类的形式提供 的开发接口 使用场景 不能访问 ACIS 中的 所有功能，通常用于 不改变模型的操作， 如查询等功能 创建、修改或恢复数 据；将造型功能与应 用支持特性集成起 来，如变量错误检查 和回溯 定义模型的几何、拓 扑以及实现其他功 能。在应用中，可直 接通过类的某些函数 与 ACIS 直接相互作 用 是否随版本发生变 化 是 否 是 资料来源： 田建立 、何留杰 基于 ACIS 几何平台的 CAD 软件开发的研究 ， 天风证券研究所 ACIS 采取几何总线的商业模式，鼓励软件公司在 ACIS 上开发与 STEP 标准相兼容的集成 制造系统。在 ACIS 上开发的 CAX 系统可以共享几何模型，以及可以直接交换产品数据。 行业报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 10 图 10： ACIS 几何总线上模型数据皆可自由交换 资料来源： 田建立、何留杰 基于 ACIS 几何平台的 CAD 软件开发的研究 ， 天风证券研究所 ACIS 几何总线由其开放体系结构和它的 SAT 构成，其核心提供了一个几何总线 (ACIS geometry bus)，以连接其它的外壳 (Husk)与应用程序。 它使线框、曲面、实体的几何与拓 扑模型数据能够自由交换，当 SAT 模型在总线上流动时，不需任何翻译与解释 。产品模型 从概念设计到制造过程，可能使用多个商家提供的应用，通过几何总线摆脱了数据翻译的 负担。 2.3. Parasolid：西门子阵营成熟内核，功能齐备应用广泛 Parasolid 现隶属于德国西门子， Parasolid 由 130 多家软件供应商集成，为最终用户提供 350 多个基于 Parasolid XT 数据格式的应用程序之间 100% 的 3D 模型兼容性。 Parasolid 是严格的边界表示法（ B-rep）几何建模器，即用实体的边界来表示这个实体， Parasolid 支持实体建模、 直接编辑和 自由曲面建模 ，并且同时将其强大的 B-rep 建模功能 扩展到基于面表示的模型。 图 11 是 Parasolid 的总体结构，接口是应用程序和 Parasolid 的桥梁， 分为上层接口和下层 接口。 图 11： Parasolid 总体结构 资料来源： 朱虎、扶建辉 Parasolid 应用平台研究 ， 天风证券研究所 PK 接口和 KI 接口是 Parasolid 的上层接口 ，由一组位于内核内而由外部调用的函数组成， 应用程序通过他们可以进行建模、操作对象和控制建模器的功能。 Frustrum（用户写的函数集）接口、图形输出（ GO）接口和外部几何（ FG）接口是 Parasolid 的下层接口 ，由一组位于内核外而由内核调用的函数组成。 Parasolid 通过 Frustrum 接口 进行计算机的内存管理及文件访问等方面的数据管理；图形输出接口用于计算机图形设备 的驱动，实现三维模型的显示；外部几何接口用于应用程序中几何模型的处 理。 行业报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 11 Parasolid 的模型实体包括几何实体、拓扑实体和其他实体。 几何实体记录了元素的物理信息和形状， 包括曲面、曲线和点。 拓扑实体记录了不同元素 之间的拓扑和连接关系 ，包括了体、区域、壳、面、环、翼、边和顶点。 其它实体记录了 元素的属性和非物理信息。 图 12： Parasolid 模型实体分为几何实体、拓扑实体和其他实体 资料来源： 朱虎、扶建辉 Parasolid 应用平台研究 ， 天风证券研究所 Parasolid 数据读写： Parasolid 建模核心提供了文本（ ACSII）和二进制（ Binary）的文件 格式，即 X_t 文件和 X_b 文件。 其中 X_t 文件的数据格式是公开的，所有的应用程序不必 借助 Parasolid 内核，就可以直接访问 Parasolid 模型文件的所有信息 ，同时可以将零件模 型存储为过去的任何一个版本。 图 13： Parasolid 数据读写，支持 X_t 文件和 X_b 文件 资料来源： e-works， 天风证券研究所 Parasolid 数据可视化： 实体生成的图形数据先通过一系列图形输出（ GO）接口函数输出， 再通过 PK 接口的渲染函数输出实体图形。 Parasolid 拓扑实体的屏幕拾取功能： 屏幕拾取功能是 Parasolid 的一项重要功能，用于从 一批给定的实体中拾取面、边和顶点等拓扑实体。 Parasolid 实体测量： Parasolid 在屏幕拾取提取边的拓扑信息后，可以使用 PK 接口提供的 函数在屏幕上测出实体边的长度和任意方向上的实体厚度。 行业报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 12 西门子的 parasolid 和达索的 ACIS 是目前世界上两大主要的内核阵营。 Parasolid 是目前 市场上最成熟、应用最广的造型内核之一，功能完备，系统稳 定。 表 3： ACIS 和 Parasolid 对比 内核 开发者 特点及优势 典型软件 注释 ACIS spatial technology 平面造型；对比较简单 的三维模型节省计算 资源和存盘空间 AutoCAD、 CATIA、 proe、 ABAQUS、 Fluent、 Nastran 等 从平面造型 发展起来 Parasolid UGS 对造型复杂、碎面较多 的实体具有优势 UG、 solidedge、 solidworks、 ANSYS、 Comos、 FEMAP、 Adams、 Adina 等 最成熟，应 用最广泛的 几何造型内 核 资料来源： 慧都科技官网， 天风证券研究所 2.4. Overdrive：中望 3D 内核，国产内核之光 中望于 2010 年收购 VX 公司，拥有了自主 Overdrive 几何建模内核， 是国内少有的实现商 业化应用、在工业设计领域被大规模实践验证过的三维几何建模内核技术。 ZW3D 的几何建模内核 Overdrive 主要由三个层次构成： 内存与数据管理层、几何对象数 学算法层和三维造型实现层。 第一层为内存与数据管理层，包含内存分配与管理、序列化与反序列化、统一数据扩展框 架等模块，负责数据增、删、改，序列化与反序列化 ;为各种不同类型的数据库对象提供访 问方法，包括对象的遍历、查询等。 实现了内存池管理和数据优化，以及全平台统一的数 据管理和数据访问功能，是整个几何建模内核架构的基础。 第二层为几何对象数学算法层，包括基础数学库、几何算法库、拓扑结构定义以及三维数 据定义等模块，实现几何向量计算、矩阵变换 ;实现点、线、面的基础求交算法、投影算法、 相切性判断 ;实现非均匀有理 B 样条 (NURBS)算法 ;实现拓扑几何布尔运算、拓扑变化接口支 持等功能。 为 ZW3D 几何建模内核提供数学支撑。 第三层为三维造型实现层，包括三维建模引擎、三维图形渲染引擎、三维参数化设计引擎、 数据交互管理、装配设计管理等模块。实现各种基础建模算法，如实体建模、自由曲面成 型、圆角处理、实体分割、曲面裁剪等，同时为模型校验、模型修 复等功能提供支持。 图 14： Overdrive 结构 资料来源： 中望招股书， 天风证券研究所 行业报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 13 中望 Overdrive 内核主要应用于中望自研的 ZW3D 平台。 ZW3D 平台的软件架构可分为四层，第一层是基于 OS (Operation System)的无关性封装层， 第二层是 ZW3D 几何建模内核 Overdrive，第三层为 ZW3D 平台基础设计实现层，包括实 体建模、曲面建模、参数化设计、 CAM 加工与仿真、视图管理等模块，实现 ZW3D 平台 软件的各种设计功能。第四层是基于 ZW3D 平台的行业应用设计层。第一层至第三层构成 ZW3D 平台，第四层基于 ZW3D 提供的标准 API 框架，结合典型行业应用为 ZW3D 实现各 种二次开发功能。 图 15： ZW3D 平台业务逻辑 资料来源： 中望招股书， 天风证券研究所 表 4： ZW3D 核心技术 对应技术 技术简介及创新性 技术来源 技术水平 处于国内领先的依据 三维几何 建模内核 ZW3D 三维几何建模内核能够支持各类自由 曲面 及实体设计，建模精度高，幅度大。支持三维设计 前沿领域的容差建模及同步建模技术，是目前国内 少有的在核心技术方面拥有自主知识产权、并经过 大量工业生产验证的三维几何建模内核。 2010年收购 VX 公司技 术后创新研 发 国内领先 建模精度可达 10-5，尺寸幅度可 达 10 9； 曲面建模支持一阶、二 阶连续性，支持多核多线程并行 计算技术。 目前未发现国内其 他竞品具备相同水平的自主三 维几何建模内核。 三维参数 化设计引 擎 采用基于历史特征的参数化建模 技术，通过时间 线对历史特征进行串联，实现对用户设计过程中的 关键操作的记录，并利用该历史特征链表的部分修 改，重复执行等行为，实现对用户设计模型的参数 化驱动，局部修改，模型重构 ； 借助自动化脚本技 术达成对同类批量设计的自动化实现，极大地满足 了用户在三维设计过程中的各种需要。 2010年收购 VX 公司技 术后创新研 发 国内领先 三维参数化设计引擎是 ZW3D 三维实体及曲面建模的基础技 术， 支撑设计模型的再编辑。 与国内主要竞品相比， ZW3D 的 三维参数化设计技术完整度、稳 定性高。基于增量式的快速回滚 技术属于首创，使得 ZW3D 参 数化编辑效率较高。 基于永久 命名的对 象追溯技 术 在三维 CAD 系统中，由于基于历史特征的三维参 数化技术可实现对设计模型的反复重构，导致三维 设计模型结果可动态变化，为有效追溯模型元素及 元素间关联关系，公司通过自主设计，实现了一套 基于对象唯一标识技术，覆盖体模型、面模型、线 模型等模型元素的永久命名加密技术，并基于该套 对象命名的加密技术，实现了一套完整的精确、非 2010 年收 购 VX 公司 技术后创新 研发 国内领先 该技术和三维几何建模内核技 术直接相关，目前国 内竞品大都 使用国外厂商授权的三维几何 建模内核，在实体对象命名技术 的自主研发能力不强。 行业报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 14 精确的命名匹配技术，有效地实现设计模型元素在 设计过程中因动态变化的追溯，实现了三维 CAD 系统的稳定可靠的元素追溯能力。 面向三维 模型的数 据设计与 存储技术 通过自主设计， ZW3D 能够支持各 种三维设计数 据格式，能够储存各 种三维实体模型、曲面模型、 三维 曲线模型、标准对象、模型加工信 息，并借 助自主设计的数据压缩技 术，实现对数据读写过 程中的序列 化及反序列化，构建了一套完整 的、 可扩展的、具备向下兼容的数 据文件读写机制。 借助该数据设计框架及读写技术， ZW3D 实现了服 务于不同应用场景的数据格式规 范，包括 CAD 数 据格式、 CAM 数据格式、中性的三维模型数据格 式，实现了和国际同类产品相近的功能。 2010 年收 购 VX 公司 技术后创新 研发 国内领先 该技术直接影响 3D CAD产品的 数据规范设计能力，国内竞品的 协同主要基于中性文件格式进 行，属于流程协 同 ； ZW3D 是 基于统一的三维模型表达的对 象级协同，避免了数据转换中性 格式文件带来的数据损失，并且 该技术还保持对 CAE 分析数据 一体化兼容能力，具备良好的扩 展性，和国内竞品相比具备技术 优势。 面向多终 端的三维 模型渲染 与轻量化 技术 针对 Windows 客户端、移动端 (Android 和 iOS)、 网页端三维设计模型显示及数据协同需要，通过自 主设计，并建立在三维设计数据基础上， ZW3D 实 现了面向多端渲染的轻量化数据技术，数据压缩比 高达 90%以上。轻量化数据可以同时兼容 Windows 客户端、移动端、网页端三端显示及数 据同步 ;并基于该轻量化设计数据，实现一套完整 的面向三端的三维模型高速渲染技术，借助该技术 可以实现三维设计结果在云端系统的数据协同。 自主研发 国内领先 目前国内竞品在三维图形在多 端显示支持方面，主要通过中性 STL 文件实现，而且无法保持与 原设计模型联动，仅用于图 形查 看 ;ZW3D 的三维模型渲染与轻 量化技术支持自主文件格式定 义，支持设计模型和轻量化数据 联动更新技术，支持增加审阅数 据以实现多端设计协同，与国内 竞品相比具有更强的功能支撑， 具备技术优势。 大场景设 计支撑技 术 为有效支持复杂产品及大场景产 品设计， ZW3D 实现了一系列大场 景设计支撑技术，包括 : 1 大场 景下的设计过程中的加速技术，借助增量式备份机 制实现对用户设计过程中模型变化的增量式备份， 并借此实现复杂模型修改场景的快速复原 ; 2、大 场景下模型选择性加载技术，通过引用集技术实现 对大场景、超大场景的按需加载技术 ; 3、大场景 下的显示加速技术，包括建立分级显示等级的显示 数据组织技术，通过八叉树建立空间分区和模型快 速剔除技术，通过 CUDA(显卡厂商 NVIDIA 推出 的运算平台 )硬件加速技术、通过并行化实现模型 高速渲染技术等 ; 4、大场景下设计模型关系管理 技术，通过数据分层设计、按需加载等方式实现对 大场景下模 型关系的动态管理，建立了一套可动态 扩展的模型关系管理 机制 。 自主研发 国内领先 目前国内竞品的大场景设计主 要集中在相对细分的三维零件 设计领域，在装配设计尤其是大 体量装配设计的整机设计领域 涉及较少。 ZW3D 具备在中大 规模的整机类应用案例，具备 10 万零部件规模的装配设计能 力，与国内竞品相比具备技术优 势。 资料来源： 中望招股书， 天风证券研究所 3. 几何约束求解器：参数化特征建模的实现 者 参数化特征建模以实体模型为基础，提供用户特征设计手段，以参数驱动模型，设计者可 以通过添加、修改参数以达到建立、修改模型的目的， 大大简化了产品的造型过程，并且 极大的方便了系列产品的设计过程。参数化特征建模是 CAD 发展史上的又一次飞跃，是新 行业报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 15 一代 CAD 系统的象征。 几何约束求解器是几何内核的重要组件，几何内核在进行参数化特征建模时，几何约束求 解器进行几何约束求解并定义、储存了模型各元素之间的约束关系，实现了参数化特征建 模。目前几何约束求解器主要被国外垄断，世界上主流的几何约束求解器为 D-Cubed 公 司的 DCM，其 次是俄罗斯 LEDAS 公司开发的几何约束求解器 LGS。 图 16： 建立参数化特征模型 资料来源： MicroStation， 天风证券研究所 3.1. 参数化特征建模：实体模型的工程特征化、参数化处理 参数化特征建模主要分为两个重要的部分：参数化设计和特征建模。 特征建模是在实体模型的基础上，进行工程特征定义和设计。 实体建模在表示物体形状和 几何特性方面是完整有效的，但实体模型中的操作主要面向几何（点、线、面）而非工程 描述（槽、孔、凸台），特征建模即建立了一个既适用于产品设计、工程分析又适用于制 造计划的统一的产品信息模型。 特征是一组具有约束关系的几何实体，约束关系则是由几何约束求解器进行定义。 特征通 常可以分为形状特征、材料特征、精度特征和装配特征， 其中应用效果最好和最成熟的是 形状特征设计。 图 17： 特征是一组具有确定约束关系的几何实体 资料来源：薛九天 CADCAM 技术基础及应用 ， 天风证券研究所 行业报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 16 形状特征设计是从设计者的意图出发，通过一组预先定义好的具有一定工程意义的设计特 征，引导设计者去产品设计