达索CATIA 约束求解器CDS（CONSTRAINT DESIGN SOLVER ）

华中科技大学陈立平《从几何约束引擎谈工业软件关键技术发展》：

“目前世界上最为成功的商用几何约束求解器当属D-Cubed公司（2006年被UGS收购，UGS现已归属德国西门子公司）的DCM。位于英国剑桥的D-Cubed公司是一家专门从事约束求解系统软件开发的公司，其于1990年推出其二维约束求解核心模块2D-DCM，1994年推出三维约束求解模块3D- DCM。DCM基于Owen教授的图构造方法，他直接参与了DCM的开发。国际上许多知名的CAD系统开发商在独立开发约束求解器失败后，都转而采用DCM作为其几何约束求解核心，比如Dassault Systemes、Unigraphics、SolidWorks、CATIA、Pro/Engineer、AutoCAD的二维图形设计、三维装配、三维草图和机构仿真（其中AutoCAD所属的Autodesk公司在2006年D-Cubed被收购前使用DCM，收购后为避免受制于人，开始自行开发）。

CAD几何建模技术自20世纪60年代以来已发展近60年，取得了辉煌成就，被评为20世纪十大工程技术创新。经过几十年市场竞争演化，CAD技术与产品已形成垄断。自2000年以来，德国西门子公司和法国航空巨头达索公司开展了大规模并购，打造全生命周期工业软件体系，进一步巩固强化其技术和市场优势。在CAD技术产品发展过程中形成的关键“卡脖子”中间件也分别被西门子、达索收购，西门子掌控了几何引擎ParaSolid、几何约束求解引擎DCM，达索则收购了几何引擎ACIS和多领域约束融合技术公司Dymola，实现了几何建模与功能建模的融合，在多领域融合引擎技术上占得先机，并推出了CATIA V6 3DE。

特别需要指出的是，AutoDesk公司为了自身技术安全，1998年以源代码方式购买了ACIS技术，独立发展几何引擎，打造了ObjectARX架构体系。在西门子公司收购DCM后，AutoDesk在新一代云CAD开发中，抛弃了DCM，自行开发几何约束引擎VCS。

同样为了技术安全及不受制于西门子公司，达索公司在几何约束引擎方面采用了俄罗斯LEDAS公司开发的几何约束求解引擎LGS。LGS（2D 3D）组件包括二维（LGS 2D）和三维（LGS 3D）约束求解器，第一个版本的研发时间为2001年，该组件采用C++编写，算法采用高度优化的非线性求解器（Highly Optimized In-houseNon-linear Solver）、几何分解方法以及启发式方法。LGS在约束求解方面被认为是仅次于D-Cubed的几何约束求解引擎，主要客户对象包括Cimatron（现属 3D Systems）、CD-adapco（现属Siemens PLM Software）、ASCON、Dassault、ODA等。LEDAS为Dassault提供了12年的约束求解技术支持，并将约束求解器集成在CATIA V5中。”

目前主要的产品有D-Cubed DCM（西门子），CDS(达索），LGS（LEDAS）和DCS（华云三维）以及俄罗斯ASCON： C3D Solver。

LEDAS受DS委托开发的CDS（Constraint Design Solver），用于CATIA V5/V6。

2007 年收购了当时 CAD 市场的市场领导者之一 Unigraphics，Siemens AG 收购了Parasolid 核心和 DCM 求解器。（Unigraphics 在 2004 年通过收购 D-Cubed 收购了 DCM，D-Cubed 是一家来自英国剑桥的小型公司（如 LEDAS）。收购时，DCM 和 Parasolid 都是公认的市场领导者。）DS 通过其子公司Spatial开始销售CDS几何约束求解器（顺便说一句，是LEDAS为 DS 开发的）。该解算器首先集成到 CATIA中，作为 D-Cubed中类似组件的替代品。

小知识：俄罗斯LGS 2D/3D核心开发 | Дмитрий УшаковДиректор ООО «Коник Ресерч»

俄罗斯LGS 2D/3D核心开发dmitryushakov

自2022年以来，他一直领导团队在Qonic云BIM平台内开发几何核心和一套实体建模工具，并以程序员的身份直接参与开发。Qonic几何核心的独特之处在于它不仅能够在云端执行资源密集型操作，而且还能够在本地计算机上实时更改模型。

2011-2021年 负责 BricsCAD中变分直接建模和机械设计功能的开发，并管理位于新西伯利亚的Bricsys开发中心。

在此之前，他在LEDAS工作 了 12 年，在那里他发起了主要产品——几何约束求解器LGS的开发 ，并担任过从领先专家到首席执行官的职位。

他于 1995 年在俄罗斯人工智能研究所 开始了他的职业生涯 ，在那里他从事约束规划领域的研究，后来在 CATIA中得到了实际应用。

提议在 BricsCAD、SketchUp、Rhinoceros和 KOMPAS-3D中实施的 原始变分直接建模技术。

2010年Bricsys 从 Ledas 购买了 LGS IP（只是售卖了源代码）,乌克兰战争，欧洲制裁，Bricsys俄罗斯研发中心关闭。德米特里·乌沙科夫 (Dmitry Ushakov) 2022年2月从 Bricsys Technologies Russia 离职，入职一家新公司。世界知名约束求解器LGS前核心开发：Dmitry Ushakov （前Bricsys Technologies Russia CEO）跳槽了，风起云动！

注释：

（1）由D-Cubed开发和维护的几何求解器DCM被用于许多知名的 CAD/CAM/CAE 系统。该求解器提供两个版本（2D 和 3D），可用作2D 绘图、3D 建模、装配设计、机构运动学分析、直接参数化几何编辑（无历史记录建模步骤）中的参数化内核。Parasolid 是一款商业几何建模内核，是Shape Data Ltd开发的ROMULUS内核的后续版本。1978 年。Parasolid 的第一个版本于 1988 年出现，不久之后 Shape Data 被McDonnell Douglas Automation吸收，Parasolid 核心形成了Unigraphics系统的基础。

（2）Spatial Corporation是一家围绕 ACIS 几何核心于 1986 年在美国成立的公司，自 2000 年起成为达索系统的一个部门。向 CAD 公司授权技术。除了 ACIS 之外，还分发了 CGM 3D 核心和 CGM Polyhedra 插件等达索系统产品。

（3）DraftSight是Dassault Systemes基于Gräbert的ARES平台开发的免费（企业版不是免费的）2D绘图应用程序。DraftSight 的原生格式是 DWG。ARES 的 OEM 版本以知名品牌DraftSight和CorelCAD进行分发。Gräbert GmbH（以其创始人兼首席执行官 Wilfred Gräbert 的名字命名）于 1983 年开始运营，是德国第一家 AutoCAD 经销商。1994 年，该公司（经过合法重组）开始开发自己的 CAD 引擎，称为 FCAD 图形开发引擎。自1995年起，开始销售以此为核心创建的FelixCAD系统（后更名为PowerCAD）。1999 年，Gräbert 开发了 PowerCAD CE，这是第一个在移动平台上运行的专业且功能齐全的 2D 和 3D CAD 系统。2010年2月，公司发布了全新的跨平台CAD开发系统——ARES。Gräbert 是开放设计联盟的创始成员。

Gräbert 2D MCAD，草图约束求解器由达索子公司 Spatial Corp提供 CDS（约束设计求解器）。

由于 DS 委托的这个求解器几乎完全由 LEDAS 创建，不要将 CDS 与 LGS 混淆 - LEDAS 本身的独立开发，其成功的结果说服了 DS 领导委托 LEDAS 开发新的 CDS 项目。DS 是一种高性能约束管理系统，用于构建 2D 和 3D 设计应用程序，包括绘图和 3D 装配体。这是 V5 和 3DEXPERIENCE 平台中包含的经过行业验证的组件。CDS 将为 ARES 配备强大的工具来处理二维几何和尺寸约束。该求解器也将可供基于 ARES 平台的应用程序开发人员使用。

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。

2011 年，LGS 求解器的知识产权被出售给 Bricsys，Ledas可以一鱼多吃，卖给中国也是有可能的）。其次是LEDAS公司应DS的订单开发的CDS（Constraint Design Solver），用于CATIA V5/V6。

达索Solidworks实际上很想以自己的ACIS+CGM 几何核心，以及自己的 2D / 3D 几何约束求解器 CDS（旨在取代西门子Parasolid+ DCM 2D 和 DCM 3D 产品，目前这些组件仍在桌面 SolidWorks 中使用 ）

CGM（Convergence Geometric Modeler）是 DS 专门为 CATIA V5（后来是 V6）系列开发的。有趣的是，在第一次发布时，CATIA V5并没有使用CGM，而是ACIS。这一事实尚未为公众所知，DS管理层也不愿谈论它。也许 ACIS 的这种使用最终被证明是一种被迫的中间立场，但事实是 CGM 的工作和呈现数据的方式与 ACIS 显着不同。同样明显的是，DS 的最初计划并不包括将 CGM 作为独立的可再发行几何核心进行发布：CGM 深深依赖于 CATIA。当决定将 CGM 作为可再分发组件商业化时，事实证明，将该核心转移给 Spatial（一家专门从事软件组件的公司）是合理的。这个商业化的过程并不容易，直到今天还没有完成。几何、拓扑和建模运算符已在 CGM 中成功实现，但是，如果您需要保存历史记录并返回，则不支持处理细节。也没有独立的 API。它需要标准化的开放文件格式才能工作，以及从外国格式导入程序。此类工具已添加到 Spatial - 在其第一个版本 R2012 中。

对该版本的初步反馈是积极的：Spatial 客户（独立供应商）喜欢基本功能、界面和文档。但他们不喜欢 CGM 需要的大量内存。在 CGM 的第二个版本中，Spatial 添加了更多建模语句的接口，并扩展了 InterOp 格式集、实现了 3DXML 支持以及对点云处理的支持。

Spatial 并未将 CGM 定位为专为所有场合设计的通用内核。该核心旨在支持某些类别的任务，例如计量和 CAM 任务。然而，由于 Spatial 实现了所有建模语句的接口，因此该产品将成为直至成熟 CAD 的所有内容的基础。

关于 CGM 的基本问题是该程序是否是 Parasolid 或 ACIS（以及在这种情况下，PTC 的 Granite）的实用替代品。对于当前的应用程序来说，答案是否定的，事实并非如此。如果您尝试用 CGM 替换 Parasolid 或 ACIS，您将会失败。问题不在于哪个更好或更坏（尽管在某些应用中这样的问题是合理的）：只是 CGM 将以完全不同的方式工作。

CGM 具有其他几何内核所不具备的一项品质：与 CATIA V5 和 V6 完全兼容 B-rep。这对于那些想要在 DS 生态系统中工作，但没有足够资格（或耐心！）成为 DS 开发合作伙伴（CAA - 组件应用架构）的独立供应商来说是有利的。

但CGM不支持多线程。在该系统中，并行处理是基于多处理的，多处理用于进程之间的通信，作为共享数据的手段。尽管对于轻度结构化问题，这种分布式内存模型方法可能会提供一些性能优势，但作为一般规则，该解决方案并不合适。

除了技术问题之外，CGM 还存在其他问题：其中之一是许可成本。事实上，DS（以及 Spatial）对其产品感到非常自豪，并且对它的评价高于 ACIS。创建自己的 CAD/CAM/CAE 和其他类似系统的独立供应商通常根据特许权使用费（占相关收入的百分比）来许可第三方技术组件（例如，ACIS、HOOPS、DCM等）。此类扣除额可能达到15-17%，而且如果 CATIA 兼容性不是买家的决定性因素，那么显然很难让某人相信 CGM 值得支付额外费用。

Spatial Corporation成立于 1986 年，有一个主要产品：ACIS，第一个商用 3D 建模内核。在随后的几年里，Spatial 在其产品组合中增加了产品，使主要在CAD / CAM行业的 ISV 能够构建应用程序。这些组件包括对 ACIS 建模器、可视化产品的扩展和更新，以及对翻译技术的收购。

Spatial 在 2000 年底被Dassault Systèmes收购后发生了重大转变。Spatial Corp. 成为 Dassault Systèmes 的子公司。

Spatial 积累了大量基于三个核心产品的软件：3D ACIS Modeler、CGM Core Modeler和3D InterOp。

CGM 核心（由 CATIA 3D 建模程序使用）由母公司 Dassault 捐赠给 Spatial，Dassault 的任务是将其转化为一组可以由其他开发人员许可的组件。将代码片段分离为单独的模块进行销售是一项长期的努力，而 Spatial 已经这样做了十年。如今，Spatial 的 400 名客户中约有三分之二使用 ACIS，三分之一使用 CGM。（公司不提供任何其他指标。）

3D InterOp（互操作性）是一种数据转换器，可以读写许多 3D 机械 CAD 文件格式以及 DWG/DXF。

除了三大模块外，还可以单独授权以下模块：

• 3D BIM InterOp转换建筑格式，例如 IFC 和 RVT；与开放设计联盟合作开发。

• 3D Precise Mesh在高级有限元分析中从实体模型生成网格；它基于 MeshGEMS，Spatial 最近在收购法国公司 Distene 后收购了它。

• AGM（应用程序图形管理器）为程序员提供模板和编码工作流程。

• CDS（约束设计求解器）对 2D 草图和 3D 零件的几何形状和尺寸施加限制，并检查交叉点。

• CGM Defeaturing移除模拟不需要的元素或用于隐藏 IP（知识产权）的目的。

• CGM Polyhedra结合了实体 b-rep 实体和多面体网格的混合（混合）编辑。

• CGM HLR（Hidden Line Remover）在渲染 3D 模型时移除隐藏线。

• HOOPS Visualize从数据生成图像；本产品由 TechSoft 3D 授权。

约束设计求解器 (CDS) - 为设计和工程应用程序提供变分约束求解器解决方案。

约束设计求解器 (CDS) 是一种几何约束求解器，可实现最佳零件和装配设计。应用程序可以利用 CDS 通过重新计算装配体的草图和定位组件来重新生成特征。

约束设计求解器 (CDS) 允许您应用和保留复杂的 2-D 和 3-D 几何关系，使用户能够准确地模拟真实世界的行为。使用户能够定义具有多个几何实体和它们之间的许多约束的系统，然后 CDS 将同时解决这些问题，提供同时满足所有约束的解决方案。