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標(biāo)題: 工業(yè)軟件簡(jiǎn)史 [打印本頁(yè)]

作者: 爬爬科技說(shuō) 時(shí)間: 2023-1-31 03:55
標(biāo)題: 工業(yè)軟件簡(jiǎn)史
工業(yè)軟件特指工業(yè)物理學(xué)軟件

工業(yè)軟件，是令人迷惑的一種產(chǎn)品。它既不像一般工業(yè)品，有巨大的產(chǎn)值、有形的形態(tài)和清晰可見的投資回報(bào)率;也不像常規(guī)的軟件，熟悉計(jì)算機(jī)語(yǔ)言和業(yè)務(wù)邏輯就可以編程運(yùn)行。工業(yè)軟件之于軟件而言，就像老虎屬于貓科，但此虎非彼貓。

當(dāng)前工業(yè)軟件，正處于一種讓國(guó)民焦灼的狀態(tài)。但工業(yè)軟件的邊界并不容易說(shuō)清楚。如果說(shuō)只要用在工業(yè)領(lǐng)域的軟件就算工業(yè)軟件，那么它的范疇就比較大。

根據(jù)工信部的數(shù)據(jù)，2020年，中國(guó)軟件產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)收入22758億元，占信息服務(wù)行業(yè)比重為27.9%。其中，工業(yè)軟件產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)收入1974億元。

實(shí)際上，這個(gè)范疇依舊比較寬泛。工業(yè)軟件的定義過(guò)于寬泛，容易導(dǎo)致無(wú)法把有限資源，很好地聚焦在當(dāng)下最需要攻堅(jiān)的地方。
筆者習(xí)慣于將工業(yè)軟件分為工業(yè)物理學(xué)軟件和工業(yè)管理學(xué)軟件。后者諸如企業(yè)資源管理(ERP)軟件、供應(yīng)鏈管理(SCM)軟件之類，其實(shí)并不是工業(yè)軟件攻堅(jiān)的重點(diǎn)。前者以研發(fā)工具如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) (CAD)軟件、計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)軟件、電子自動(dòng)化設(shè)計(jì) (EDA)軟件或者流程模擬軟件等為主，這些才是真正的硬骨頭。只將工業(yè)軟件的定義聚焦到真正的工業(yè)內(nèi)核上，工業(yè)軟件才能有更好的發(fā)展。
國(guó)內(nèi)經(jīng)常有信息技術(shù)企業(yè)排行榜，Top10公司中往往有制造業(yè)的華為、海爾、中興、浪潮和海信。這類制造業(yè)企業(yè)的軟件，基本都是嵌入式軟件。沒(méi)有這些軟件，硬件就無(wú)法工作。但這些軟件，其實(shí)跟日常所擔(dān)憂的卡脖子軟件關(guān)系并不大，也不是本書關(guān)心的范疇。能夠獨(dú)立服務(wù)制造業(yè)的研制類工業(yè)軟件，才是中國(guó)最需要突破的地方。
按照美國(guó)埃士信咨詢公司(IHS)的軟件分類，大類別有18種。其中與中國(guó)的工業(yè)軟件最接近的，是“工程和科學(xué)軟件”，用來(lái)支持工業(yè)和項(xiàng)目活動(dòng)的工程和科學(xué)過(guò)程。按照IHS數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)計(jì)，大概有5000多家工業(yè)軟件供應(yīng)商，提供了近2萬(wàn)多種不同的工業(yè)軟件。實(shí)際上，大量的工業(yè)軟件尚未在收錄之中，因此實(shí)際數(shù)量要遠(yuǎn)大于此。
工業(yè)物理學(xué)軟件，可以按照企業(yè)的業(yè)務(wù)流程進(jìn)行分解，大致可以分為廠房設(shè)計(jì)、產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)(包括實(shí)驗(yàn)室)、制造過(guò)程和產(chǎn)品服務(wù)等四大過(guò)程。

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類別一：工廠設(shè)計(jì)軟件

在民用建筑領(lǐng)域，建筑信息模型(BIM)也被廣泛使用。它可以說(shuō)是CAD軟件在機(jī)械領(lǐng)域的發(fā)展從巔峰步入平緩(大約在2000年左右)后的新一輪崛起。這一次，CAD軟件的突破口是建筑行業(yè)，背后的時(shí)代性動(dòng)力依然是計(jì)算能力的提升。CAD軟件植根于圖形，難以充分解決建筑信息的問(wèn)題。類似結(jié)構(gòu)件的解決方式，基于BIM的建筑CAD軟件開始出現(xiàn)。揮舞“結(jié)構(gòu)件”大旗的Revit軟件，一改機(jī)械CAD軟件里面的點(diǎn)線面結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化設(shè)計(jì)，在建筑行業(yè)異軍突起。
這里要提到在1988年以“參數(shù)化建?！倍鴱氐赘淖儥C(jī)械CAD軟件的美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司 (PTC)。是的，盡管一鳴驚人的美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司未能在建筑領(lǐng)域建立權(quán)威，但從該公司出走的高管人員，以同樣的思路創(chuàng)造了新銳的Revit 軟件，而且非常前衛(wèi)地采用了訂閱制（歐特克公司在2002年收購(gòu)了Revit軟件，并在同年推出BIM白皮書）。這種方法超越了時(shí)代的腳步整整二十年，訂閱制目前已成為許多CAD軟件的主流。當(dāng)然，抵制也是存在的。即使在2020年，Revit軟件仍受到了歐洲建筑界用戶前所未有的嚴(yán)厲批評(píng)和抵制。

工廠的設(shè)計(jì)，也離不開軟件。廠房建設(shè)以及設(shè)備安置與民用建筑有所類似，但仍有很多不同之處，需要使用獨(dú)特的軟件來(lái)完成。有一類是專門面向建筑、工程設(shè)計(jì)和施工(AEC)的三維設(shè)計(jì)軟件，包含了建筑、結(jié)構(gòu)、水暖電等;
還有一類軟件是面向?qū)I(yè)的領(lǐng)域，如石油化工、電力和海事(PPM)等。面向AEC領(lǐng)域的軟件，一般用來(lái)設(shè)計(jì)民用建筑、基礎(chǔ)設(shè)施，以及工廠的建筑和結(jié)構(gòu);而面向PPM的軟件則需要考慮大面積的管道、反應(yīng)容器等。
每個(gè)軟件都會(huì)有自己的獨(dú)特定位。
（1）比利時(shí)的BricsCAD軟件以輕巧取勝(已被海克斯康公司收購(gòu))。
（2）芬蘭的Tekla則是一家從事專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)軟件研發(fā)的公司，對(duì)各種鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與制造有著豐富的經(jīng)驗(yàn)。這種基于鋼結(jié)構(gòu)深層次的研發(fā)能力而形成特色，也使得它可以在BIM市場(chǎng)找到自己的一席之地。
（3）達(dá)索系統(tǒng)的BIM，雖然是后起之秀，但也找到了一種進(jìn)入市場(chǎng)的方法。普通BIM的顆粒度不會(huì)太精細(xì)，而達(dá)索系統(tǒng)基于 Catia 內(nèi)核所開發(fā)的BIM軟件，將顆粒度進(jìn)一步細(xì)化，進(jìn)入了可以制造的層面，在特別復(fù)雜的建筑中可占據(jù)一席之地，如助力將北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)建設(shè)成為一個(gè)人居體驗(yàn)的藝術(shù)品。大興機(jī)場(chǎng)的頂部大雙曲玻璃有8 000多塊，每一張都是獨(dú)一無(wú)二的。達(dá)索系統(tǒng)的BIM軟件能貫穿到底，從前端設(shè)計(jì)到后面的生產(chǎn)施工可以自動(dòng)切換，驅(qū)動(dòng)彎管機(jī)或切割機(jī)直接加工出料件。
在建筑、工程設(shè)計(jì)和施工(AEC)之外，工廠的設(shè)計(jì)，尤其是石油化工、電力和海事(PPM)等領(lǐng)域的基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)，屬于非常專業(yè)的范疇。建筑、工程設(shè)計(jì)和施工行業(yè)的供電、通風(fēng)、土建以及給排水等設(shè)計(jì)，在石化、電力和海事等領(lǐng)域卻只是一個(gè)開始。例如，在石化、電力、制藥等行業(yè)，需要裝備無(wú)數(shù)個(gè)大塊頭的反應(yīng)釜和彎彎曲曲的管道，因此安全、控制都非常重要。于是，面向工廠設(shè)計(jì)的軟件，就成為一個(gè) 獨(dú)立的分支。這其中的佼佼者包括AVEVA的工廠設(shè)計(jì)軟件PDMS，以及美國(guó)鷹圖軟件(已經(jīng)被海克斯康公司收購(gòu))。與面向AEC的軟件更偏重于土建相比，面向PPM的工廠設(shè)計(jì)類軟件更重視工藝流程走向、設(shè)備與管道的布置，以及各類設(shè)備與管道之間的碰撞干涉檢查與處理等。
但也有新的機(jī)會(huì)出現(xiàn)。數(shù)字化交付，讓這個(gè)市場(chǎng)重起波瀾。以前的設(shè)計(jì)、施工方、主機(jī)廠等都是各管一方，前后跨度很長(zhǎng)時(shí)間，又經(jīng)過(guò)多方交接，最終業(yè)主接手的時(shí)候，一切都是以文檔作為交付物。當(dāng)設(shè)計(jì)院完成工藝設(shè)計(jì)和工廠模型設(shè)計(jì)之后，軟件工具設(shè)計(jì)的三維數(shù)字化空間，重新降級(jí)，以圖紙文檔的方式，進(jìn)入建造方。在多種現(xiàn)場(chǎng)的更改(往往也不再通知設(shè)計(jì)院)之后，整套資料以卡車為單位，一卡車一卡車交到運(yùn)營(yíng)方手中。
這中間涉及大量的數(shù)據(jù)斷點(diǎn)，成為石化行業(yè)最頭痛的“數(shù)據(jù)黑洞”。這給國(guó)內(nèi)一些做模型重構(gòu)的軟件公司如達(dá)美盛、中科輔龍、圖為、綏通等，留下了重新打穿數(shù)據(jù)通道的機(jī)會(huì)。如果能夠建立一個(gè)數(shù)字化集成平臺(tái)，將設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工、調(diào)試等階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、資料、模型，都以標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式提交給業(yè)主，將是一種完美的交付方式。這就是工廠的數(shù)字化交付。
達(dá)美盛軟件公司采用了構(gòu)建數(shù)字流道的方式，從最初的源頭開始規(guī)范數(shù)據(jù)的形態(tài)，并且將工程建設(shè)過(guò)程中產(chǎn)生的對(duì)工廠運(yùn)維有用的信息(三維模型、文檔、數(shù)據(jù)、圖片、音頻等)收集起來(lái)，并建立彼此之間的關(guān)系，方便業(yè)主用戶在運(yùn)營(yíng)期間使用。
當(dāng)前，石油化工、煤化工等行業(yè)都正在嘗試推進(jìn)工廠資產(chǎn)管理，設(shè)備數(shù)字孿生的建立是首當(dāng)其沖的任務(wù)。它往往需要以工藝特性為基礎(chǔ)，建立高保真的物理模型。在這背后，正是依靠數(shù)字化交付作為一個(gè)全生命周期的支撐。
工業(yè)軟件，總是隱藏得很深。宏偉的廠房，令人仰視。背后的工業(yè)軟件，經(jīng)常被一筆帶過(guò)，甚至無(wú)人知曉，但它卻是人類知識(shí)最好的傳承。造物者的本意，由軟件實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)復(fù)制。
類別二：產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)-工業(yè)正向設(shè)計(jì)-基于模型的系統(tǒng)工程(MBSE)

MBSE是支撐復(fù)雜工業(yè)品開發(fā)的一種方法論和系統(tǒng)觀。MBSE向來(lái)都是工業(yè)軟件戰(zhàn)場(chǎng)上最擁擠、最熱鬧的兵家必爭(zhēng)之地，有重兵駐扎。
MBSE以模型化的描述方法，重寫了一遍系統(tǒng)工程的傳統(tǒng)Vee模型。它就像是兩個(gè)半山坡，左側(cè)自上而下地分解，以及右側(cè)自下而上地合成。它是以建模語(yǔ)言、方法論和工具作為MBSE的三大支柱。其中工具，正是體現(xiàn)在工業(yè)軟件上。如果把MBSE的經(jīng)典“V形”看成是一個(gè)有深度的物理峽谷，那么從左到右，處處都是工業(yè)軟件駐扎的大本營(yíng)。
從這個(gè)意義而言，這個(gè)V形，代表了工業(yè)正向設(shè)計(jì)的思維。與其說(shuō)它是一種方法論，用于指導(dǎo)開發(fā)設(shè)計(jì)，不如說(shuō)它代表了一種高級(jí)的工業(yè)文明。

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首先碰到的是需求管理。產(chǎn)品源自個(gè)人的創(chuàng)意。越是顛覆性產(chǎn)品，越是難以從傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)中去尋找。對(duì)于復(fù)雜的產(chǎn)品，則需要有好的“概念處理”方式。但它不能只是用Word記錄的純文本，它需要有一定的結(jié)構(gòu)，尤其要解決多人協(xié)同的問(wèn)題，如需求的鏈接、跟蹤，協(xié)同開發(fā)，視圖等。這就需要一套需求管理軟件。在這個(gè)方面IBM公司的Doors軟件占據(jù)了統(tǒng)治性市場(chǎng)地位，其他軟件有Cradle、寶蘭公司Carliber等，還包括Jama、Goda等偏項(xiàng)目管理級(jí)的軟件也可以使用。國(guó)內(nèi)軟件則有索為公司的Sysware.ORM、安世亞太公司的Sys.RE等。
體系：系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行整體描述。最常見的軟件是IBM公司的Rhapsody和MagicDraw，后者已經(jīng)被達(dá)索系統(tǒng)收購(gòu)。國(guó)防軍工、航天航空等領(lǐng)域，涉及多種子系統(tǒng)、零部件之間的交互以及各種物理化學(xué)的反應(yīng)，因此需要用一種大系統(tǒng)的胸懷，超越細(xì)節(jié)的糾結(jié)，完成一個(gè)系統(tǒng)的整體建模。
系統(tǒng)建模簡(jiǎn)化了細(xì)節(jié)，只從鷹眼式俯瞰功能劃分、結(jié)構(gòu)分解、行為規(guī)范等。這種無(wú)關(guān)乎軟件實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)的視角，讓頂層架構(gòu)師可以放松束縛，專注于最重要的功能和邏輯。對(duì)于一個(gè)模型驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品開發(fā)——這通常被認(rèn)為是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的一個(gè)重要前端，基于模型的系統(tǒng)建模至關(guān)重要。
美國(guó)的F22、F35聯(lián)合戰(zhàn)斗機(jī)都采用了Rhapsody作為系統(tǒng)建模工具。隨著機(jī)電軟體化的泛在，在通信、醫(yī)療、汽車和消費(fèi)電子等領(lǐng)域，系統(tǒng)建模都成為全知之眼。Rhapsody最早源自美國(guó)I-Logix公司。 I-Logix公司為美國(guó)軍方的裝備發(fā)展提供系統(tǒng)建模軟件，尤其擅長(zhǎng)嵌入式軟件。
2006年，I-Logix公司被更偏重于電信領(lǐng)域的瑞典同行Telelogic公司并購(gòu)，這種融合使得Rhapsody擁有了廣泛的產(chǎn)品線應(yīng)用。2008年IBM公司收購(gòu)了瑞典Telelogic公司，但受到歐盟長(zhǎng)達(dá)一年多時(shí)間的審核。美國(guó)軍方背景的Rhapsody軟件，去歐洲轉(zhuǎn)了一趟，兩年后回歸美國(guó)。 NoMagic公司則同樣從美國(guó)走進(jìn)歐洲，2018年被達(dá)索系統(tǒng)收購(gòu)，其核心產(chǎn)品MagicDraw可以用于系統(tǒng)建模領(lǐng)域和業(yè)務(wù)架構(gòu)的開發(fā)。
走完需求和體系這兩級(jí)臺(tái)階，就來(lái)到了一維(1D)建模的世界，也就是系統(tǒng)級(jí)仿真。在工程師們最擅長(zhǎng)的學(xué)科，軟件登場(chǎng)了。機(jī)械、液壓、電氣等各個(gè)學(xué)科都有自己的建模仿真工具。在這個(gè)臺(tái)階上，更多需要解決的是時(shí)間響應(yīng)的動(dòng)態(tài)特性，而不是具體的物理空間尺寸。
因此這個(gè)時(shí)候的仿真，并不需要高保真度。在系統(tǒng)工程的世界里，有各種開放標(biāo)準(zhǔn)和語(yǔ)言，例如產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交互規(guī)范(STEP)、Modelica建模語(yǔ)言、功能模型接口(FMI)、需求交換格式(ReqIF)或生命周期協(xié)作開放服務(wù)(OSLC)等。例如，常見的Modelica語(yǔ)言派，包括處理能源系統(tǒng)的Saber軟件，處理流體的西門子AMESim和Flowmaster軟件(2012 年被Mentor公司收購(gòu))等。
與AMESim相競(jìng)爭(zhēng)的德國(guó)ITI工程公司的 SimulationX軟件，在2013年被法國(guó)大型專業(yè)仿真技術(shù)公司ESI購(gòu)。當(dāng)時(shí)ITI只有區(qū)區(qū)540萬(wàn)歐元的收入。這也反映了工業(yè)軟件的特點(diǎn)，大部分公司的收入都并不高。如果單純從GDP的角度來(lái)看，這貌似是不值得扶持的行業(yè)?；ㄙM(fèi)力氣大、周期長(zhǎng)、投入大，結(jié)果卻沒(méi)有多大體量。它們最后往往成為大公司的獵物。當(dāng)捕獵者吞并了越來(lái)越多的小公司之后，會(huì)發(fā)展成為平臺(tái)型公司，這也讓小公司反擊的余地越來(lái)越小。
十年之后，基于Modelica語(yǔ)言的軟件高速發(fā)展，并迎來(lái)了被并購(gòu)的高峰。國(guó)際上大的軟件巨頭都認(rèn)識(shí)到這種軟件的重要性，國(guó)內(nèi)在這個(gè)領(lǐng) 域則創(chuàng)造了蘇州同元MWorks等。這里也涉及大量面向行業(yè)如風(fēng)機(jī)、電動(dòng)車等Modelica數(shù)字模型庫(kù)，如南京遠(yuǎn)思智能(Simtek)就在開發(fā)類似的基礎(chǔ)庫(kù)。在這個(gè)流派的軟件中，有的基于機(jī)、電、熱等模型庫(kù)的豐富性，是一個(gè)很重要的競(jìng)爭(zhēng)力。工業(yè)軟件的勝出，已經(jīng)超越了靠單兵作戰(zhàn) 的時(shí)代，目前很多都是依靠伙伴前行，成為一場(chǎng)生態(tài)系統(tǒng)之間的征戰(zhàn)。圍繞達(dá)索系統(tǒng)收購(gòu)的Dymola軟件就形成了一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，里面生存著很多專門開發(fā)模型庫(kù)的公司，如TLK、DLR、Claytex等。其中瑞典的 Modelon是佼佼者，在Modelica模型庫(kù)方面頗有造詣。圍繞著模型庫(kù)，永遠(yuǎn)都是填不完的基礎(chǔ)。這類基礎(chǔ)模型庫(kù)，如同牢固城防必不可缺的護(hù)城河。
上面的模擬，可以簡(jiǎn)單地認(rèn)為是沒(méi)有尺寸、只有時(shí)間的邏輯世界。沿著V形山谷左側(cè)繼續(xù)往下走，就進(jìn)入了真實(shí)對(duì)應(yīng)物理世界的數(shù)字世界。例如，一輛汽車的輪胎、發(fā)動(dòng)機(jī)，具有了尺寸、材料和形態(tài)特征。這正是最常見的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)和計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)參與的環(huán)節(jié)，即用CAD軟件進(jìn)行三維或者二維的空間尺寸描述，再用CAE 軟件進(jìn)行模擬仿真。這里有大量的CAD軟件參與。如廣州中望、蘇州浩辰等開發(fā)了機(jī)械類CAD國(guó)產(chǎn)軟件。美國(guó)的Cadence則開發(fā)有EDA軟件。國(guó)內(nèi)的華大九天、概倫電子、上海芯和半導(dǎo)體等，也開發(fā)出了EDA軟件。在CAE專業(yè)仿真領(lǐng)域，有AVEVA的電氣仿真IGE+XAO，流體力學(xué) 仿真有Fluent、大連英特等的產(chǎn)品。在云端CAE仿真領(lǐng)域，則有北京云道智造、適創(chuàng)科技等這樣倡導(dǎo)普惠仿真的推動(dòng)者。這類軟件更加分散，各自分工也不一樣。
如果把事物高度抽象化，有一種說(shuō)法認(rèn)為，系統(tǒng)級(jí)仿真可以看成是在零維至一維空間中進(jìn)行快速建模，CAD是在二維至三維空間之中完成幾何尺寸的變化，CAE則更多是在三維空間甚至四維空間進(jìn)行更加細(xì)微的展示。這個(gè)V形山谷下坡的最后旅程，往往需要一類多學(xué)科優(yōu)化的軟件，能快速連接CAD/CAE軟件，尋求性能更優(yōu)的設(shè)計(jì)參數(shù)方案。這方面的佼佼者有美國(guó)Isight、比利時(shí)Optimus等。前者由美國(guó)麻省理工學(xué)院的一個(gè)華人教授創(chuàng)立，并在2017年被達(dá)索系統(tǒng)收購(gòu)，而后者則被日本一家工業(yè)軟件公司收購(gòu)。市場(chǎng)上的工業(yè)軟件鋒利尖刀，就是這樣一把一把地藏于鞘中。這些小公司的消失，不會(huì)引人注意，但人類工程和科學(xué)的智慧結(jié)晶會(huì)沉淀下來(lái)。這類軟件也有后起之秀，如加拿大華人創(chuàng)立的Oasis 軟件，在人工智能算法上獨(dú)樹一幟，已得到了通用汽車北美汽車廠的高度肯定。
在這個(gè)過(guò)程中，物理結(jié)構(gòu)在三維仿真階段已經(jīng)出現(xiàn)，在底端則更多需要考慮可制造性、可裝配性和可維修性，這就是面向制造的設(shè)計(jì) (DFM)軟件的天地。沿著系統(tǒng)工程的V形山谷左坡走到這里，就來(lái)到了V形的谷底。反彈的時(shí)刻到了，物理樣機(jī)、測(cè)試等正式接棒。沿山谷的右坡向上爬，物理實(shí)體登臺(tái)，“會(huì)砸到腳的東西”開始出現(xiàn)。集成研發(fā)平臺(tái)，就是建立一套面向管控設(shè)計(jì)過(guò)程的集成研發(fā)環(huán)境。它要求整個(gè)過(guò)程中的任務(wù)流程、工具、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、數(shù)據(jù)，以及相關(guān)聯(lián)的工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)等，都在一個(gè)平臺(tái)上完成流轉(zhuǎn)，而且還要與既有的信息化系統(tǒng)相融合。
擔(dān)負(fù)著商用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)的中國(guó)航發(fā)商發(fā)公司，已落地實(shí)施構(gòu)建集成研發(fā)平臺(tái)。作為一個(gè)多年來(lái)一直為航空航天提供集成環(huán)境應(yīng)用的公司，索為系統(tǒng)提供了多方案管理、數(shù)據(jù)接口、插件分析、共性設(shè)計(jì)的解決方案。中國(guó)航發(fā)商發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)的集成研發(fā)，已經(jīng)圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)各部件系統(tǒng) 建設(shè)了200多個(gè)流程模板、800多個(gè)活動(dòng)模板、500多個(gè)工具模板。通過(guò) 集成平臺(tái)的應(yīng)用，基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)過(guò)程可控，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)活動(dòng)規(guī)范化、工具統(tǒng)一化、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化、過(guò)程知識(shí)化和效率高效化。由于通過(guò)對(duì)專業(yè) 軟件和設(shè)計(jì)方法的集成封裝，在部分專業(yè)設(shè)計(jì)上減少了設(shè)計(jì)操作步驟和數(shù)據(jù)處理時(shí)間，降低了人為出錯(cuò)的可能性，大幅提高了設(shè)計(jì)效率。如渦輪傳熱數(shù)據(jù)處理，過(guò)去依靠人工交互，完成模型數(shù)據(jù)前后處理、數(shù)據(jù)導(dǎo) 入導(dǎo)出，然后編制報(bào)告，約耗時(shí)3天，目前基于該平臺(tái)僅需1個(gè)小時(shí)就可以完成，效率提高了近24倍;渦輪葉片強(qiáng)度分析，過(guò)去需要2天左右，目前僅需15分鐘即可完成。目前已經(jīng)有超過(guò)5 000項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù)，在該平臺(tái)上完成。該平臺(tái)的知識(shí)加速器作用，正在彰顯。就像飛行員的模擬訓(xùn) 練器，新人的技能長(zhǎng)大曲線明顯加速，而研發(fā)時(shí)間則在不斷壓縮。
為了爬上V形山谷的右坡，需要兩個(gè)重要的概念，一個(gè)是驗(yàn)證與確認(rèn)(V&V)，一個(gè)是硬件在環(huán)。

基于模型的系統(tǒng)工程，即MBSE，與傳統(tǒng)系統(tǒng)工程的最大區(qū)別有兩點(diǎn)。第一是“以模型為中心”，取代了傳統(tǒng)的“以文檔為中心”。層層模型，逐次疊加嵌套，在左側(cè)山坡。第二是全過(guò)程虛擬驗(yàn)證，在右側(cè)山坡。相關(guān)的工具被稱為驗(yàn)證與確認(rèn)(V&V)軟件，例如北京安懷信的 SimV&Ver等。它需要回答仿真精度問(wèn)題，將實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行擬合。V&V利用已經(jīng)確認(rèn)過(guò)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為一個(gè)計(jì)量基點(diǎn)，用來(lái)判斷仿真結(jié)果是否準(zhǔn)確。要證明計(jì)算機(jī)的仿真是精確的，必須拿它與驗(yàn)證過(guò)的模型去對(duì)照。如果說(shuō)一個(gè)工人需要用卡尺去測(cè)量零件，那么 V&V就是標(biāo)定卡尺的更高級(jí)測(cè)量工具。V&V其實(shí)是一種知識(shí)復(fù)用的典型，企業(yè)需要通過(guò)積累V&V模型庫(kù)構(gòu)建自己的知識(shí)庫(kù)，這是一筆巨大的企業(yè)財(cái)富。
硬件在環(huán)，則是V形山谷右坡的另外一個(gè)重要特點(diǎn)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是把硬件模擬器正式加入測(cè)試環(huán)境，軟硬一體的實(shí)時(shí)機(jī)開始出現(xiàn)。例如，汽車領(lǐng)域的dSpace，就是在MATLAB的基礎(chǔ)上增加硬件，進(jìn)行實(shí)時(shí) 仿真。實(shí)時(shí)計(jì)算仿真系統(tǒng)RT-LAB，則在電力領(lǐng)域長(zhǎng)期獨(dú)占鰲頭。至于更廣泛的控制和儀器儀表測(cè)試，則主要有美國(guó)國(guó)家儀器公司(NI)的 Labview等。
實(shí)時(shí)仿真往往與仿真軟件高度綁定。例如，Concurrent公司的實(shí)時(shí) 計(jì)算系統(tǒng)iHawk、瑞士Speedgoat等都跟MATLAB密切相關(guān)，而Speedgoat正是MATLAB所在公司的前員工于2007年初成立的。這再次強(qiáng)化了一種印象，工業(yè)軟件的發(fā)展沒(méi)有不結(jié)伴前行的。單獨(dú)一個(gè) MATLAB或許不足為懼，但它早已跟其他各種軟件、硬件連接成錯(cuò)綜復(fù)雜的綜合體。牽一發(fā)而動(dòng)全身，這就是企業(yè)在更換工業(yè)軟件時(shí)面對(duì)的最難問(wèn)題，也是成熟軟件在技術(shù)之外的更高級(jí)壁壘。
從這個(gè)角度看，以模型驅(qū)動(dòng)的建模仿真與代碼生成的軟件系統(tǒng)，與硬件廠商形成類似當(dāng)年英特爾-微軟聯(lián)盟(Wintel)一樣的關(guān)系，交叉鎖定，掌控了復(fù)雜系統(tǒng)產(chǎn)品的高端開發(fā)技術(shù)體系和手段。以汽車電控領(lǐng)域為例，全球著名的奧地利汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)咨詢公司李斯特(AVL)，不僅提供發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架，也提供開發(fā)測(cè)試的CAE軟件。其汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析軟件，再加上德國(guó)實(shí)時(shí)計(jì)算設(shè)備dSpace，一軟一硬，幾乎全面壟斷了中國(guó)汽車電控正向設(shè)計(jì)研發(fā)技術(shù)體系。
從硬件在環(huán)而再往上一步，就是“人在回路”，也就是主觀性能的測(cè) 試，以及人體行為分析。就跟釀酒廠有品酒師一樣，每個(gè)汽車廠都有很多試車員，他們要對(duì)諸如“腳踩下去沒(méi)有勁是怎么回事”等問(wèn)題進(jìn)行回答。在當(dāng)前開始走紅的汽車模擬器中，可以回答上面這個(gè)問(wèn)題。簡(jiǎn)單一點(diǎn)的虛擬駕駛器，可以模擬連人在內(nèi)的物理樣機(jī)動(dòng)作。例如，三維實(shí)景的路譜由華為公司提供，硬件釆模器是Concurrent公司的，而軟件則是達(dá)索系統(tǒng)的Simpack等。更加細(xì)膩逼真的評(píng)估，則需要在一個(gè)大型的座艙里，汽車試駕員可以進(jìn)行各種操控，如急踩油門、提高音響、猛打方向盤等，進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真。它往往需要提供輪胎模型、路面模型等，然后進(jìn)行模擬。例如德國(guó)VI-grade就提供這類產(chǎn)品。一臺(tái)小的模擬器需要上百萬(wàn)元，可以放在辦公室里，一臺(tái)多功能的模擬器則達(dá)到上億元，需要專門的大廠房。德國(guó)寶馬汽車公司專門有一座大樓，用于放置各種汽車模擬器。最常見的行為仿真，就是加入了硬件及駕駛者的行為。
一直走到物理驗(yàn)證，與模型完全一樣的物理樣機(jī)才開始登場(chǎng)。這個(gè)時(shí)候，可制造性已經(jīng)達(dá)到一定成熟度。創(chuàng)意成型，制造的光芒即將四射。只有完成整個(gè)漫長(zhǎng)的下坡、上坡的過(guò)程，才算是走完一條正向研發(fā) 之路。而逆向仿制研發(fā)，往往只需要截取其中的一小段路程，甚至主要是在右坡棲息。工業(yè)軟件不僅僅是一種工具，更是一把量尺，標(biāo)定了正向研發(fā)的決心。
對(duì)于制造商而言，推動(dòng)基于模型的系統(tǒng)工程(MBSE)需要一種前瞻性的視角，這是向數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵一環(huán)。美國(guó)國(guó)防經(jīng)費(fèi)在全球遙遙領(lǐng)先，是其國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力的重要保障。如美國(guó)國(guó)防部采辦涉及研發(fā)、制造、維護(hù)，大約有16萬(wàn)人，其中近30%的人員都是系統(tǒng)工程師。未來(lái) 的設(shè)計(jì)，是系統(tǒng)性思維的考量。沒(méi)有MBSE，龐大的武器裝備制造是不可想象的。
MBSE無(wú)論是在方法論、建模語(yǔ)言和規(guī)范方面，還是工具軟件方面都已經(jīng)很成熟，唯一欠缺的是人員不足。對(duì)于復(fù)雜產(chǎn)品的研發(fā)工程師而言，MBSE應(yīng)該成為一種基本的門檻技能。很多工業(yè)軟件公司的戰(zhàn)略，就是遵循MBSE的Vee模型進(jìn)行布局。例如西門子軟件的戰(zhàn)略布局，可以說(shuō)是試圖填滿整個(gè)Vee的山谷，這讓并購(gòu)軟件的目標(biāo)鎖定變得十分容易。工業(yè)巨頭們也加緊了推動(dòng)MBSE在企業(yè)的戰(zhàn)略位置。全球軍火商洛克希德·馬丁公司的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，可以說(shuō)就是從企業(yè)內(nèi)部推動(dòng)MBSE開始。2005年，對(duì)MBSE非常熱心的洛克希德馬丁公司董事長(zhǎng)選定了 MBSE專家，開始在所有的制造流程中推動(dòng)MBSE的落實(shí)。十五年后，據(jù)稱這項(xiàng)龐大的工程，已經(jīng)完成了40%左右。
類別三：制造過(guò)程

對(duì)待全球化之下的制造，需要具備全局構(gòu)思和全球視角。無(wú)論是設(shè)計(jì)創(chuàng)新，還是國(guó)際化布局，抑或工廠現(xiàn)場(chǎng)力驅(qū)動(dòng)，都離不開工業(yè)軟件。例如，一家企業(yè)建立了一個(gè)復(fù)雜而多產(chǎn)的全球制造體系:有6家工廠生產(chǎn)和發(fā)運(yùn)20多個(gè)產(chǎn)品系列的75 000多個(gè)SKU(庫(kù)存單位)。
全球視角的大物流規(guī)劃。
為了滿足一年60萬(wàn)份左右的全球訂單，這些工廠依賴于1 000多臺(tái)設(shè)備、數(shù)十條連續(xù)流水線。在某些情況下，不同地點(diǎn)生產(chǎn)的類似產(chǎn)品還需要不同的產(chǎn) 品“配方”。如何規(guī)劃這種有大量進(jìn)出的訂單?
這涉及一類銷售與運(yùn)營(yíng)計(jì)劃(S&OP)軟件，行業(yè)內(nèi)也稱之為“大物流計(jì)劃”。它超越了一個(gè)工廠的范疇，是根據(jù)全球的制造能力分布考慮海、陸、空的實(shí)際運(yùn)力和成本，再設(shè)計(jì)物品的移動(dòng)軌跡，最后決定不同工廠的排產(chǎn)順序。
所謂大物流，是指外物流，例如從歐美轉(zhuǎn)運(yùn)至中國(guó)，走海陸空，還是走陸，是在新加坡，還是在上海洋山港轉(zhuǎn)運(yùn)等，是基于運(yùn)力、運(yùn)量、集約分發(fā)、運(yùn)費(fèi)、路徑、運(yùn)期、工期、批量等的離散事件約束求優(yōu)化規(guī) 劃的問(wèn)題，而不是僅僅指廠內(nèi)生產(chǎn)物流與定班工期生產(chǎn)排程等。大物流的轉(zhuǎn)運(yùn)，需要考慮蘇伊士運(yùn)河或者巴拿馬運(yùn)河，更需要跟地理位置結(jié)合起來(lái)，通過(guò)數(shù)字地球提供基于位置的服務(wù)(LBS)，計(jì)算路徑和成本。陸路與海路的權(quán)衡，大船倒小船的選擇、是在新加坡還是在洋山港，數(shù) 十萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)集裝箱是否分頭運(yùn)輸?shù)?，這些都是大物流需要考慮的問(wèn)題。

針對(duì)全球視角下的物流規(guī)劃，美國(guó)FlexSim公司開發(fā)了FlexSim軟件，可以完成全球模型的模擬，幫助關(guān)鍵決策的制定。此外，達(dá)索系統(tǒng) 的Quintiq、西門子的Plant Simulation也是這類物流建模的軟件。大型工業(yè)軟件商在這些領(lǐng)域?qū)⑹袌?chǎng)切分得非常精細(xì)，在全局視角的物流規(guī)劃系統(tǒng)之下，進(jìn)一步通過(guò)不同的軟件來(lái)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理能力。例如，達(dá)索系統(tǒng) 在2013年以2億美元收購(gòu)的Apriso和在2014年以2億歐元收購(gòu)的Quntiq，都是用于供應(yīng)鏈優(yōu)化和高級(jí)計(jì)劃排產(chǎn)，而在2016年收購(gòu)Ortem，則進(jìn)一步鞏固優(yōu)化了生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的管理。如果仔細(xì)觀察西門子和達(dá)索系統(tǒng)在這段時(shí)間的并購(gòu)行為，會(huì)發(fā)現(xiàn)二者具有高度的回聲效應(yīng)。二者各自努力的信號(hào)都被對(duì)方捕捉，并產(chǎn)生了積極的回應(yīng)，往復(fù)震蕩不止，眧示著制造系統(tǒng)大整合時(shí)代的到來(lái)。
工廠里的機(jī)器擺放，是一門大學(xué)問(wèn)。它需要從工廠的全局，來(lái)思考業(yè)務(wù)邏輯、物流及生產(chǎn)工藝。借助廠房布局或者生產(chǎn)規(guī)劃軟件，可以對(duì) 各級(jí)工序的材料流進(jìn)行建模，從而實(shí)現(xiàn)廠房級(jí)的優(yōu)化。
這需要對(duì)工廠進(jìn)行大工藝設(shè)計(jì)，包括機(jī)器生產(chǎn)線的布置、大門的設(shè) 置、物流的進(jìn)出通道、線邊庫(kù)的布局等。當(dāng)然，也包括對(duì)人進(jìn)出的設(shè) 計(jì)。機(jī)器、穿梭補(bǔ)料的運(yùn)輸設(shè)備等布局，與整個(gè)生產(chǎn)線的工藝路線有著密切的關(guān)系。例如，同樣一臺(tái)注塑機(jī)器，放在不同的廠房，進(jìn)入不同的車間，機(jī)器的布局方式就可能會(huì)發(fā)生變化。更重要的是，規(guī)劃師需要對(duì) 各種工藝、裝配規(guī)劃等進(jìn)行模擬仿真驗(yàn)證，即模擬整個(gè)生產(chǎn)制造過(guò)程，在投入生產(chǎn)前驗(yàn)證結(jié)果，并生成清單報(bào)表和指令等。
這種生產(chǎn)線的工藝仿真，顯然需要對(duì)機(jī)器本身有著更多的認(rèn)知和數(shù) 據(jù)來(lái)源。20世紀(jì)末，以色列的Technomatix、美國(guó)的Deneb Robotics等專業(yè)的生產(chǎn)線工藝仿真軟件公司進(jìn)入了市場(chǎng)。汽車行業(yè)對(duì)它們厚愛(ài)有加，紛紛采用，大幅促進(jìn)了這類數(shù)字化生產(chǎn)線工藝仿真軟件的發(fā)展。由于現(xiàn) 場(chǎng)機(jī)器的數(shù)據(jù)需要設(shè)計(jì)參數(shù)，機(jī)械CAD軟件廠商很快意識(shí)到這是一塊不可丟失的陣地，于是紛紛進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域，前面提到的兩個(gè)廠家也分別被收購(gòu)。CAD軟件廠商借此越過(guò)了原先的機(jī)械設(shè)計(jì)軟件邊界，開始在生產(chǎn) 車間和廠房之間逡巡。
更有意思的是對(duì)人員流動(dòng)的仿真，例如AnyLogic仿真軟件。這個(gè)面向行人仿真的軟件值得關(guān)注，因?yàn)榻K于在工業(yè)領(lǐng)域看到了一種來(lái)自俄羅斯的軟件。它可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、離散事件、智能體的建模仿真，廣泛用于機(jī)場(chǎng)、博物館、地鐵等人流密集的地方。面向人的仿真需要深刻了解人的行為模型。人的行走會(huì)受到自激勵(lì)機(jī)制的影響，比如總想超越前面的人等。這聽上去很簡(jiǎn)單，實(shí)際上工廠現(xiàn)場(chǎng)的事情會(huì)復(fù)雜得多。
一家企業(yè)的物流設(shè)計(jì)，往往是邀請(qǐng)專業(yè)的物流咨詢公司來(lái)進(jìn)行。各種物料流動(dòng)的設(shè)計(jì)核心，其實(shí)是對(duì)離散事件的仿真，最常用的軟件是 Automod，以及Flexsim和ProModel等[13]。Flexsim使用方便，在大型倉(cāng) 儲(chǔ)物流方面得到了廣泛使用，如京東商城的立體庫(kù)房，在一些相對(duì)簡(jiǎn)單的工廠中也有不少應(yīng)用。大型的裝備制造業(yè)企業(yè)也表現(xiàn)出了對(duì)這類軟件的偏愛(ài)。物流仿真軟件Automod，其實(shí)是美國(guó)最大的半導(dǎo)體設(shè)備制造商應(yīng)用材料公司旗下的。早在2006年，應(yīng)用材料公司就以1.25億美元從一家自動(dòng)化公司手中購(gòu)買了此物流仿真軟件所屬的公司，以加速對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)柔性生產(chǎn)力的支撐，避免昂貴和高度定制化的生產(chǎn)線方案。設(shè)備制造商旗下?lián)碛猩虡I(yè)軟件并不奇怪，日本三井造船廠自己開發(fā)了一款類似的物流仿真軟件。[14]這也折射出日本軟件的一個(gè)發(fā)展特色:在垂直領(lǐng) 域，總是會(huì)有令人意外的專業(yè)軟件。

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現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器調(diào)試，可以快一些。
如何讓現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試時(shí)間變得更短?最理想的方法是，一條生產(chǎn)線、一臺(tái)機(jī)器，就像是一個(gè)USB插盤一樣，插入即可使用。這種理想的插拔式工廠，成為生產(chǎn)線模擬仿真的最高境界。為了做到這一點(diǎn)，需要在前面布局生產(chǎn)線的時(shí)候，加入各種設(shè)備的具體參數(shù)，對(duì)實(shí)時(shí)場(chǎng)景進(jìn)行仿真模擬。它把控制系統(tǒng)PLC，或者一個(gè)線纜的銘牌參數(shù)，都做成邊界條件，輸入仿真系統(tǒng)。一言蔽之，生產(chǎn)線就像產(chǎn)品一樣，被精密地設(shè)計(jì)。這是傳統(tǒng)自動(dòng)化廠商所陌生的環(huán)境。而作為機(jī)器的控制系統(tǒng)與連接者，以及物料的驅(qū)動(dòng)者，自動(dòng)化廠商被期望再往前走一步。在數(shù)字化時(shí)代，則加劇了這種傾向。
西門子公司在2006年收購(gòu)了產(chǎn)品生命周期管理(PLM)廠商UG之后，擁有了生產(chǎn)線布局的仿真優(yōu)勢(shì)，之后又進(jìn)一步延伸到機(jī)器虛擬調(diào) 試。這給其他自動(dòng)化廠商帶來(lái)非常大的壓力，尤其是像美國(guó)羅克韋爾這樣體量相對(duì)小的自動(dòng)化公司。最近幾年，羅克韋爾公司有兩步棋值得關(guān) 注。第一步是投資10億美元入股美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司，以換取一個(gè)戰(zhàn)略綁定，既加強(qiáng)對(duì)機(jī)器設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)連接能力，也加強(qiáng)與其他機(jī)器數(shù)據(jù)的連接。第二步，則是在2019年初，收購(gòu)了一家從事數(shù)字模擬的工程軟件開發(fā)商Emulate3D。這次并購(gòu)的投入并不算大，但對(duì)機(jī)器進(jìn)入數(shù)字空間來(lái) 說(shuō)則是意味深長(zhǎng)。使用該軟件可以建立簡(jiǎn)單的工廠模型，但其重點(diǎn)是可以與控制系統(tǒng)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)虛擬控制。也就是說(shuō)，它雖然不能進(jìn)行工藝仿真，但可以進(jìn)行基于控制的仿真。Emulate3D作為一種可編程邏輯控制器(PLC)仿真程序，正是羅克韋爾自動(dòng)化公司需要補(bǔ)充的短板，可以為PLC和其他控制系統(tǒng)建立起虛擬調(diào)試的仿真空間，查看程序邏輯和結(jié)果。有意思的是，這家公司原本是羅克韋爾的合作伙伴。吞并小伙伴，在軟件生態(tài)領(lǐng)域是很普遍的現(xiàn)象，這種聯(lián)合算是水到渠成。另外，德國(guó)機(jī)器人公司庫(kù)卡(KUKA)收購(gòu)的芬蘭Visual Components軟件集三大功能于一個(gè)平臺(tái):離散物流仿真模擬、機(jī)器人離線編程、PLC 虛擬調(diào)試。基于仿真模擬軟件，不少企業(yè)重新開發(fā)形成自己的品牌產(chǎn) 品，如庫(kù)卡機(jī)器人的SimPro、北京中機(jī)賽德機(jī)器人虛擬仿真系統(tǒng) VisualOne等。
制造現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)、質(zhì)量和自動(dòng)化控制
讓我們從最常見的制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)開始。它是以機(jī)器為中心，向上到企業(yè)資源計(jì)劃(ERP)、向下到人機(jī)界面的一個(gè)管理平臺(tái)，是傳統(tǒng)制造的核心中樞。它解決了物流計(jì)劃與執(zhí)行系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)。 1997年制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會(huì)(MESA)提出的11個(gè)功能，是過(guò)去二十多年 MES發(fā)展的基石。最近幾年，大量普及的物聯(lián)網(wǎng)和傳感器、無(wú)處不在的數(shù)據(jù)采集和邊緣計(jì)算，使得MES的經(jīng)典框架遭遇到撼動(dòng)。
在過(guò)去的發(fā)展中，既然MES處在一個(gè)中樞位置，自然就會(huì)有來(lái)自四面八方的加入。其中，有些來(lái)自ERP廠商的由上向下發(fā)展，如SAP公司的SAP ME、用友的JMES等;有些來(lái)自自動(dòng)化供應(yīng)商，例如通用電氣、西門子、羅克韋爾、浙大中控等公司;有些從下位機(jī)發(fā)展而來(lái)，如 Wonderware、亞控等公司;還有就是專注于MES系統(tǒng)的，例如德國(guó)的 MPDV和北京蘭光等。在當(dāng)今的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，大量從事數(shù)據(jù)采集和從事物聯(lián)網(wǎng)的公司也跟著數(shù)據(jù)的洪流擠進(jìn)市場(chǎng)。MES是工廠制造系統(tǒng)的一塊重要基石。例如，西門子作為自動(dòng)化巨頭，其軟件部門基本全是依靠收購(gòu)而建立。從2001年至2016年，西門子在15年間一共花費(fèi)110億美元，收購(gòu)各種軟件企業(yè)大約20家，其中MES相關(guān)企業(yè)就有8家。彼時(shí)，正是西門子“2020愿景”發(fā)布的時(shí)候，電氣化、自動(dòng)化、數(shù)字化被分為三類階梯?？梢哉f(shuō)，依靠這段時(shí)間的并購(gòu)，西門子公司基本完成了在MES上的布局。

然而，這類軟件最大的特點(diǎn)是散、專、小。由于它與行業(yè)特性綁定得非常緊密，而行業(yè)的工藝流程多變，因此這類軟件中很少能夠出現(xiàn)通吃的寡頭壟斷局面，而是在垂直領(lǐng)域各有千秋。釀酒、制藥、水泥等都會(huì)有行業(yè)各自青睞的MES軟件。

與MES相對(duì)應(yīng)的高級(jí)計(jì)劃排產(chǎn)系統(tǒng)(APS)，是一類叫好不叫座的軟件。APS以有限產(chǎn)能為出發(fā)點(diǎn)，理論上可以精確地統(tǒng)計(jì)每個(gè)機(jī)器的實(shí) 際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，細(xì)化到每天的生產(chǎn)班次，因此更貼近實(shí)際產(chǎn)能的排產(chǎn)計(jì) 劃。但由于工廠現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜多變，難以預(yù)測(cè)，因此盡管提出它的時(shí)間甚至早于MES，但它很少成為市場(chǎng)上一支獨(dú)立的力量。日本的Asprova算是少有的獨(dú)立APS軟件。很多ERP、MES或者自動(dòng)化廠商都會(huì)通過(guò)并購(gòu) APS小企業(yè)來(lái)增加APS模塊，作為一種排產(chǎn)的輔助。兩種相反的力量，使得APS的下一步發(fā)展還有待觀望:小批量訂單，讓生產(chǎn)調(diào)度變得更加飄忽不定;實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的加強(qiáng)，則讓APS有了更好的發(fā)揮余地。
質(zhì)量軟件源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。20世紀(jì)20年代休哈特建立了統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制 (SPC)，開辟了量化質(zhì)量問(wèn)題的先河，至今依舊深刻地影響著制造業(yè) 的質(zhì)量管理。除此之外，在質(zhì)量追溯、供應(yīng)商質(zhì)量管理、成本管理、實(shí) 驗(yàn)室管理等方面，有很多不同的軟件。在大眾汽車公司的一家主機(jī)廠大概是分廠的規(guī)模，它的質(zhì)量部門就有大約35種軟件。[18]
在很多場(chǎng)合，MES軟件中有單獨(dú)的質(zhì)量模塊。隨著質(zhì)量手段的豐富，許多質(zhì)量模塊也有從MES軟件解耦的趨勢(shì)，因?yàn)檫@樣可以更加精細(xì) 地對(duì)具體的工裝夾具等環(huán)節(jié)進(jìn)行管理。這解釋了為什么西門子公司在收購(gòu)多家MES企業(yè)之后，于2012年又收購(gòu)了瑞士質(zhì)量管理軟件公司IBS。隨著當(dāng)前MES的范疇擴(kuò)大到制造運(yùn)行管理(MOM) ，質(zhì)量軟件跟MES 之間平行的現(xiàn)象更加明顯。
深入落實(shí)質(zhì)量軟件的最大障礙，依舊是管理層的重視度問(wèn)題。質(zhì)量很難成為董事會(huì)的熱門話題，質(zhì)量的優(yōu)先級(jí)往往排在后面。因此，質(zhì)量軟件也未像想象中的那樣成為剛需。制藥和食品等行業(yè)除外，因?yàn)檫@里有著嚴(yán)苛的質(zhì)量法令。2020年年底，流程石化行業(yè)的領(lǐng)頭羊霍尼韋爾公司，花費(fèi)13億美元現(xiàn)金，收購(gòu)了質(zhì)量管理軟件企業(yè)Sparta Systems，而被收購(gòu)的這家企業(yè)的銷售額只有5 600萬(wàn)美元，市值與銷售比達(dá)到了23 倍。這是霍尼韋爾進(jìn)軍制藥行業(yè)付出的成本。生物醫(yī)藥制造行業(yè)的質(zhì)量要求非同一般，收購(gòu)一家醫(yī)藥質(zhì)量軟件公司，基本就擁有了全套質(zhì)量知識(shí)。這是工業(yè)軟件背后的知識(shí)邏輯。
計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)軟件，盡管可以放在制造過(guò)程來(lái)講，但它更好的位置，或許應(yīng)該放在CAD軟件中。因?yàn)閿?shù)控機(jī)床基于利用 CAD軟件設(shè)計(jì)的圖紙進(jìn)行加工的時(shí)候，需要使用CAM軟件對(duì)機(jī)床的數(shù) 控系統(tǒng)進(jìn)行編程。實(shí)際上西門子公司的NX軟件，最早就是從CAM軟件開始的。那個(gè)時(shí)候，數(shù)控機(jī)床剛剛誕生，大量的CAM軟件迎風(fēng)而起。 CAM軟件是工件精度的重要保障，因?yàn)槭撬鼪Q定了刀具在加工表面上進(jìn)退翻飛的軌跡。無(wú)論是飛機(jī)機(jī)翼的加工，還是蘋果手機(jī)殼制造，都離不開CAM軟件對(duì)刀具切削軌跡的預(yù)先規(guī)劃。只有規(guī)劃得當(dāng)，工件才能得到精準(zhǔn)加工。從這一點(diǎn)來(lái)看，CAM軟件是CAD軟件和機(jī)床之間的橋梁。這也讓人理解了為什么北京精雕機(jī)床當(dāng)年能夠進(jìn)入蘋果的供應(yīng)商行列，因?yàn)榫褡钤缇褪腔贑AM軟件發(fā)展起來(lái)的。這是中國(guó)少數(shù)在 CAM軟件領(lǐng)域能夠脫穎而出的軟件。
CAM軟件并不是一個(gè)大類，很多時(shí)候，它被CAD軟件的光芒所掩蓋。20世紀(jì)90年代，CAM軟件迎來(lái)了大放異彩的好時(shí)光。英國(guó)的達(dá)爾康(Delcam)、以色列的思美創(chuàng)(Cimatron)等都是佼佼者。2010年以后，由于制造系統(tǒng)集成的需要，CAM軟件開始被整體性并購(gòu)。Delcam 被Autodesk收購(gòu)，Cimatron被一家3D打印機(jī)公司3D SYSTEM收購(gòu)。海克斯康則一口氣吞并了好幾個(gè)老牌的CAM軟件廠商[20]。刀具企業(yè)領(lǐng)頭羊山特維克可樂(lè)滿公司(Sandvik Coromant)也在2020年吞并了業(yè)內(nèi)小有名氣的Esprit。曾經(jīng)獨(dú)立的CAM軟件陣營(yíng)，紛紛歸降。而在CAD軟件廠商如西門子、達(dá)索系統(tǒng)、美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司的地盤，其CAM軟件往往與CAD軟件緊密捆綁在一起。這種努力隨著智能制造的推進(jìn)而在加強(qiáng)，甚至CAM軟件本身的名稱也在逐漸丟失，工業(yè)軟件公司更愿意將其納入數(shù)字化制造(DM)的范疇。可以想象的是，CAM軟件市場(chǎng)充斥著大量的獨(dú)步者。不同的加工方式，無(wú)論是銑削拋磨，還是切割焊接，抑或3D打印，工藝和軌跡產(chǎn)生方式是完全不同的[21]。CAM軟件只能按照按行業(yè)進(jìn)行細(xì)分。國(guó)內(nèi)上市公司柏楚電子，吃透了激光設(shè)備市場(chǎng)，占據(jù)85%以上的市場(chǎng)份額，因此憑4億元的產(chǎn)值，市值可以達(dá)到200多億元。雖然市場(chǎng)上的CAM軟件多如牛毛，但很少有能夠通吃的。找準(zhǔn)一個(gè)細(xì)分領(lǐng)域，慢慢積累經(jīng)驗(yàn)，會(huì)更容易找到好的發(fā)展機(jī)會(huì)。值得一提的是，再?gòu)?qiáng)大的CAD軟件或CAM軟件，也離不開兩家主要的CAM軟件內(nèi)核廠商，那就是德國(guó)的Moduleworks和MachineWorks。前者占據(jù)了絕大部分市場(chǎng)，各種數(shù)控系統(tǒng)、CAM軟件或者機(jī)床廠商，基本都是這家公司的客戶。Moduleworks有200多人圍繞著路徑優(yōu)化、刀具軌跡在從事工程計(jì)算，其中75%的人是開發(fā)人員。
自動(dòng)化軟件總是要被提及的。與MES軟件和下層控制系統(tǒng)PLC相關(guān) 的軟件，是一類人機(jī)交互的界面，有時(shí)也包括數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控 (SCADA)軟件。顧名思義，它是由數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和可視化展示而構(gòu)成的。由于機(jī)電一體化設(shè)備的控制系統(tǒng)實(shí)在太多，很多小眾的設(shè)備的數(shù)據(jù)格式是非常獨(dú)特的?？梢哉f(shuō)，沒(méi)有任何一個(gè)品牌SCADA軟件，能夠采集所有設(shè)備的數(shù)據(jù)。目前這類軟件中比較知名的是施耐德電氣AVEVA旗下的Wonderware，而國(guó)內(nèi)的則以北京亞控、力控等公司的軟件為代表。也有公司專注于提供數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域的軟件，如美國(guó) Keppware(被產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)公司PTC收購(gòu)后，成為它的一塊響當(dāng)當(dāng)?shù)奈锫?lián)網(wǎng)招牌)、美國(guó)Redlion等。國(guó)內(nèi)的華龍訊達(dá)，則憑借近二十年的對(duì)電氣控制的配套和升級(jí)改造經(jīng)驗(yàn)，也掌握了數(shù)據(jù)采集的能力，在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代得以大展身手。
說(shuō)到控制系統(tǒng)，用于離散制造的PLC和流程行業(yè)的DCS各有所長(zhǎng)，但也有很多共性。控制系統(tǒng)背后也是軟件，包含了組態(tài)編程軟件、運(yùn)行時(shí)軟件和HMI軟件等核心組件。這類自動(dòng)化軟件要么由PLC廠家自己開發(fā)，要么由第三方提供。西門子PLC的編程軟件是Step7，后來(lái)被整合到 TIA博途平臺(tái)。三菱、歐姆龍等公司往往使用自家的自動(dòng)化軟件。德國(guó) KW-Software在沒(méi)有被菲尼克斯公司收購(gòu)之前，為多家PLC廠商采用。貝加萊的Automation Studio在作為自己的PLC編程軟件的同時(shí)，也對(duì)外開放使用。自從貝加萊被ABB公司收購(gòu)之后，ABB的機(jī)器人和貝加萊的 PLC編程環(huán)境得到了進(jìn)一步融合。在上述情況下，第三方的編程軟件如 Codesys，顯得尤其珍貴，已經(jīng)是數(shù)百家PLC控制器廠家的首選，成為 PLC領(lǐng)域的安卓。盡管也有國(guó)內(nèi)企業(yè)在尋求發(fā)展，但要沖擊它的霸主地位，尚需時(shí)日。

企業(yè)資產(chǎn)管理(EAM)軟件，是另一個(gè)品類，在流程工業(yè)等重資產(chǎn)行業(yè)中尤為重要。國(guó)外的維護(hù)、維修、運(yùn)行(MRO)軟件如IBM Maximo，還有SAP、Oracle的很多軟件都駐守在此。最近幾年還涌現(xiàn)出許多數(shù)據(jù)分析公司，與物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，主要圍繞著設(shè)備的備件、能耗、預(yù)測(cè)性維護(hù)等開展應(yīng)用。
類別四：產(chǎn)品服務(wù)

產(chǎn)品服務(wù)往往與嵌入式軟件有密切關(guān)系。嵌入式軟件是跟終端設(shè)備密切捆綁的一類軟件，通常隨著產(chǎn)品被一起銷售出去。隨著智能產(chǎn)品的快速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品與電子設(shè)備的融合越來(lái)越強(qiáng)，因此嵌入式軟件市場(chǎng) 也在高速增長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年中國(guó)嵌入式軟件市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到1 000億元。就銷售額而言，華為、海爾、南瑞、中車等都是領(lǐng)頭羊企業(yè)。這類軟件的行業(yè)跨度很大，而且已經(jīng)與機(jī)、電、液壓等融合在一起，因此并非獨(dú)立銷售的產(chǎn)品。
很多自動(dòng)化產(chǎn)品也都有大量與硬件相捆綁的嵌入式軟件，這類產(chǎn)品被稱為嵌入式系統(tǒng)。像制造業(yè)中最常見的控制系統(tǒng)PLC，就是一個(gè)嵌入式系統(tǒng)。其中，嵌入式操作系統(tǒng)最引人注目。人們對(duì)安卓、ISO等消費(fèi) 者級(jí)操作系統(tǒng)已經(jīng)很熟悉，而工業(yè)級(jí)操作系統(tǒng)則主要有美國(guó)風(fēng)河的 VxWorks、加拿大的QNX、開源的Linux系統(tǒng)，以及中國(guó)翼輝的SylixOS 等。與消費(fèi)者級(jí)操作系統(tǒng)最大的不同是，工業(yè)級(jí)操作系統(tǒng)需要很強(qiáng)的實(shí) 時(shí)性、可靠性和對(duì)惡劣環(huán)境的適應(yīng)性。操作系統(tǒng)之下是硬件，上面是中間件和應(yīng)用軟件。應(yīng)用軟件與行業(yè)密切相關(guān)，也最豐富多彩。美國(guó)風(fēng)河公司的起家，與美國(guó)國(guó)家航空航天局密切相關(guān)，并在發(fā)展中逐漸滲透到軍工、網(wǎng)絡(luò)通信、工業(yè)控制等領(lǐng)域。隨著邊緣計(jì)算和泛在連接的發(fā)展，嵌入式操作系統(tǒng)可以更好地實(shí)現(xiàn)邊緣智能和機(jī)器端決策。嵌入式軟件是高端裝備的重要組成部分。全球最大的軍火商洛克希德·馬丁有時(shí)也被看成是工業(yè)軟件巨頭，就是因?yàn)樗圃斓能姍C(jī)、導(dǎo)彈等也裝備大量的嵌入式軟件。但對(duì)外單獨(dú)出售成熟軟件，卻并不是這類企業(yè)的商業(yè)模式。因此從獨(dú)立性和商業(yè)性的角度出發(fā)，嵌入式軟件也不作為本書的研究對(duì) 象。然而，在開發(fā)汽車、家電、醫(yī)療器械等產(chǎn)品的嵌入式軟件的時(shí)候，卻需要大量的研發(fā)工具軟件，這些則是本書的重點(diǎn)。
工業(yè)軟件五大特點(diǎn)

工業(yè)軟件是制造行業(yè)的基石。它是一種支點(diǎn)產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)值很小，跟“高大上”無(wú)關(guān)?；蛘哒f(shuō)，它不高(不可見)、不大(無(wú)產(chǎn)值)，也不上臉(隱藏在最底層)。以國(guó)內(nèi)當(dāng)前最受關(guān)注的卡脖子芯片行業(yè)為例。全球半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模近5 000億美元，往上，支撐起數(shù)萬(wàn)億美元的電子設(shè)備，并進(jìn)一步支撐起幾十萬(wàn)億美元的數(shù)字經(jīng)濟(jì)市場(chǎng);往下，它需要 500億美元產(chǎn)值的半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備來(lái)支撐;再往下，才會(huì)看到一個(gè)100多億美元的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件。若沒(méi)有這種軟件，芯片支撐的世界，就成了一個(gè)沙塑宮殿。這樣的例子可以舉很多。例如仿真CAE軟件，就是這樣一個(gè)奇特行業(yè)。中國(guó)每年的CAE軟件市場(chǎng)可能只有幾十億元人民幣的規(guī)模，能不能成為一個(gè)“行業(yè)”都難說(shuō)。在這個(gè)領(lǐng)域，一家企業(yè)能有幾千萬(wàn)元的收入，就是優(yōu)等生。CAE軟件的類別眾多，各行各業(yè)都有它們的身影，它們就像是大自然豐富多樣的物種。在每一個(gè)狹窄的縫隙里都會(huì)長(zhǎng)出CAE軟件，比如，挖掘機(jī)挖斗里滾動(dòng)的泥塊或者制藥顆粒的成型，都在用一種叫做散料仿真的軟件模擬。
作為一種工業(yè)品形態(tài)，中國(guó)工業(yè)軟件呈現(xiàn)了五個(gè)令人難堪的特點(diǎn)，可以概括為:難、冷、窮、小、重。
難

攻關(guān)不易。工業(yè)化沉淀留下了無(wú)數(shù)的深坑。只有扔進(jìn)去錢、知識(shí)和人才，才能填滿它。就通用CAE軟件而言，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有一家公司能夠正面挑戰(zhàn)行業(yè)全球領(lǐng)先者。這些領(lǐng)頭羊的工業(yè)軟件，早在電氣化開啟的時(shí)代，就開始與工業(yè)界共同不懈探索。大量的工業(yè)化知識(shí)，沉淀在這些工業(yè)軟件之中。這是自主工業(yè)軟件難以攻克之處。
窮

沒(méi)有錢。中國(guó)制造業(yè)用戶，長(zhǎng)期未能認(rèn)識(shí)到軟件的知識(shí)價(jià) 值，“重硬輕軟”成為一種壓倒性的潛意識(shí)。這其實(shí)也是制造業(yè)進(jìn)化的一種幼稚癥。在荷蘭光刻機(jī)廠商阿斯麥在發(fā)展初期，市場(chǎng)被尼康和佳能統(tǒng)治。芯片代工廠臺(tái)積電由于工廠失火，日本設(shè)備一時(shí)供應(yīng)不上，就轉(zhuǎn)向阿斯麥。阿斯麥光刻機(jī)一向是硬件和軟件兼顧，但在這個(gè)時(shí)候，它突然發(fā)現(xiàn)，亞洲的客戶除了愿意購(gòu)買機(jī)器設(shè)備，并不想為軟件付費(fèi)，也不想為軟件升級(jí)而付費(fèi)。這樣的場(chǎng)景，至今依舊存在。
冷

冷清的行業(yè)。這個(gè)行業(yè)嚴(yán)重缺血。大學(xué)生人才的培養(yǎng)，已經(jīng)基本斷檔。對(duì)于CAE軟件、CAD軟件、EDA軟件等，絕大部分高校里沒(méi)有相關(guān)學(xué)科?，F(xiàn)有的從業(yè)者，則往往被互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)輕松挖走。
小

市場(chǎng)之小，幾乎不可見。全球芯片約有5 000億美元的市場(chǎng)，但支撐芯片設(shè)計(jì)的軟件可能只有上百億美元的市場(chǎng)。
重

小尖工業(yè)軟件，大國(guó)重器擔(dān)當(dāng)。如果沒(méi)有工業(yè)軟件，很多設(shè)計(jì)、研發(fā)、運(yùn)行都會(huì)停擺。工業(yè)軟件其實(shí)是無(wú)法分類的。如果硬要給它分類，那不妨把它列入國(guó)民經(jīng)濟(jì)。這表明了它的重要性。工業(yè)運(yùn) 行的邏輯，歸根結(jié)底是知識(shí)結(jié)晶。這些知識(shí)結(jié)晶的最大容器，就是工業(yè)軟件。抽掉工業(yè)軟件，整個(gè)制造業(yè)將分崩離析。
工業(yè)軟件強(qiáng)國(guó)啟示錄

美國(guó):國(guó)家意志的力量

美國(guó)最早發(fā)展CAE軟件是從美國(guó)國(guó)家航空航天局開始的。在國(guó)家資金的支持下，美國(guó)國(guó)家航空航天局開發(fā)了著名的有限元分析軟件 Nastran。1971年MSC公司改良了Nastran程序，使之成為美國(guó)仿真軟件的鼻祖。
國(guó)家戰(zhàn)略投資計(jì)劃：CAE軟件產(chǎn)業(yè)的萌芽是在領(lǐng)先的美國(guó)航空航天和國(guó)防科技工業(yè)中誕生的。美國(guó)的科學(xué)家認(rèn)識(shí)到，計(jì)算正在成為與理論和實(shí)驗(yàn)并列的第三種科學(xué)研究范式。他們清晰地定義了這種變化，并將之呈報(bào)給美國(guó)政府。美國(guó)政府采納了科學(xué)家的觀點(diǎn)，并通過(guò)各種國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃投資眾多科學(xué) 計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)施了大量產(chǎn)業(yè)培育舉措。這是CAE軟件產(chǎn)業(yè)最早在美國(guó)得到蓬勃發(fā)展的一個(gè)重要因素。
美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)和半導(dǎo)體研究共同體的交互配合，在一定程度上彌合了創(chuàng)新前段由于知識(shí)需求和商業(yè)關(guān)注之間的巨大差距形成的“創(chuàng)新死亡谷”[39]。美國(guó)在對(duì)產(chǎn)業(yè)扶持的同時(shí)，也非常關(guān)心國(guó)際上的進(jìn)展，歐洲是關(guān)注對(duì)象之一。雖然沒(méi)有專門針對(duì)EDA技術(shù)的項(xiàng)目，但許多歐洲國(guó)家都有國(guó) 家項(xiàng)目支持信息和通信技術(shù)(ICT)、納米技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)、高級(jí)計(jì)算和軟件技術(shù)等領(lǐng)域的研發(fā)，這些領(lǐng)域涉及EDA技術(shù)的各個(gè)方面。最新的Eureka計(jì)劃之一是Catrene(歐洲納米電子學(xué)應(yīng)用和技術(shù)研究集群)，它是一個(gè)2008年到2012年的計(jì)劃。Catrene有30億歐元的預(yù)算，合作伙伴包括大學(xué)、半導(dǎo)體制造商(英飛凌、NXP、飛利浦等)，還有空中客車和大眾汽車等，當(dāng)然也少不了美國(guó)EDA軟件公司Cadence。其中就有兩個(gè)項(xiàng)目明確地指向EDA技術(shù)。
另外一個(gè)歐洲研發(fā)項(xiàng)目在2001年至2008年期間的預(yù)算為40億歐元，總資金的75%來(lái)自公司。它支持了70個(gè)項(xiàng)目，其中15個(gè)聚集于EDA技術(shù)。這些動(dòng)向，引起了美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的注意。美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)專家們經(jīng)過(guò)估算，認(rèn)為歐洲投入EDA技術(shù)研究的資金，比美國(guó)政府和產(chǎn)業(yè)界投給EDA技術(shù)研究的資金多出幾倍。作為全球最強(qiáng)大的EDA技術(shù) 基地，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)認(rèn)為需要加強(qiáng)對(duì)EDA技術(shù)研究的投資，而且對(duì)全球任何其他地方在該領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究，都投以警惕的目光。
美國(guó)擁有培養(yǎng)完整的從基礎(chǔ)研究到應(yīng)用轉(zhuǎn)化，再到商業(yè)應(yīng)用的EDA 全科技產(chǎn)業(yè)鏈條。雖然美國(guó)企業(yè)占有絕對(duì)壟斷地位，雖然美國(guó)產(chǎn)業(yè)界擁有開放的協(xié)同創(chuàng)新體系，美國(guó)科學(xué)界依舊在持續(xù)地進(jìn)行前瞻性研究，仍然在不斷呼吁加大基礎(chǔ)研究的投資力度。只有充分做好前端的數(shù)學(xué)、物理機(jī)理和工程系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究突破， EDA軟件的發(fā)展才會(huì)表現(xiàn)出充足的活力。
德國(guó):圍繞制造發(fā)展工業(yè)軟件

根據(jù)德國(guó)聯(lián)邦外貿(mào)與投資署(GTAI)2019年的報(bào)道，德國(guó)擁有世界第五大信息與通信技術(shù)市場(chǎng)，2017年市場(chǎng)總值約為1 600億歐元。德國(guó)也擁有歐洲最大的軟件市場(chǎng)[40]，2017年市場(chǎng)總值約為230億歐元，并擁有超過(guò)6%的年復(fù)合增長(zhǎng)率。整個(gè)歐洲2018年的軟件收入大約為1 093 億歐元。其中，德國(guó)公司占22.3%;英國(guó)尾隨其后，占21.6%;法國(guó)排名第三，占12.1%。

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國(guó)際商業(yè)軟件聯(lián)盟(BSA)的研究發(fā)現(xiàn)，2011年，德國(guó)的IT競(jìng)爭(zhēng)力排世界第15名。根據(jù)Truffle 100的2011年歐洲前100位軟件公司排名，德國(guó)的SAP、Software AG以及DATEV這3家軟件公司進(jìn)入了前5位;在前 100位軟件公司中，德國(guó)有14家軟件公司入選，實(shí)現(xiàn)總收入約181億歐元，占前100位軟件公司總收入的49.4%，具有非常高的市場(chǎng)集中度。
與之相對(duì)照的是，英國(guó)有22家軟件公司入選，實(shí)現(xiàn)總收入約55億歐元，占14.6%。排在第三的法國(guó)有19家軟件公司入選，實(shí)現(xiàn)總收入約40 億歐元，占前100位公司總收入的10.6%?？梢哉f(shuō)，從歐洲軟件業(yè)頭部企業(yè)的收入來(lái)看，德國(guó)軟件企業(yè)撐起了歐洲軟件業(yè)的半邊天。
然而，作為世界第三大IT市場(chǎng)和歐盟第一大IT市場(chǎng)，德國(guó)鮮有與此相對(duì)應(yīng)的大規(guī)模IT企業(yè)。除了歐洲最大的兩家擁有工業(yè)軟件的公司—— 一家是SAP公司，另一家是西門子公司——是兩盞耀眼的明燈，其他軟件公司的國(guó)際知名度其實(shí)都不算太高，而且散落在不同的行業(yè)之中。標(biāo) 準(zhǔn)軟件、娛樂(lè)用電器以及芯片與顯示器市場(chǎng)，則全部由亞洲和美國(guó)公司占據(jù)。德國(guó)參與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定的工作，也顯得略微不足。德國(guó)在嵌入式系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、自動(dòng)化控制軟件等領(lǐng)域很發(fā)達(dá)，而在設(shè)計(jì)工具CAD軟件、CAE軟件、EDA軟件領(lǐng)域，幾乎只有西門子公司獨(dú)家撐起一片天地。
大多數(shù)軟件公司的主要業(yè)務(wù)，是為企業(yè)用戶提供應(yīng)用程序解決方案，而不是基礎(chǔ)設(shè)施。這些解決方案針對(duì)的目標(biāo)行業(yè)主要是信息通信業(yè)、制造業(yè)和金融業(yè)。B2B市場(chǎng)的解決方案大多數(shù)都有一定程度的復(fù)雜性，需要根據(jù)客戶需求進(jìn)行定制。相應(yīng)的，許多德國(guó)軟件公司都是以銷售代理商作為他們的銷售渠道。
大多數(shù)德國(guó)軟件公司都面臨著激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，成功的軟件公司都在“低成本”和“差異化”之間找到了平衡。不管是產(chǎn)品公司，還是服務(wù)公司，都是高度整合的，服務(wù)公司更加注重核心競(jìng)爭(zhēng)力的積累，傾向于大量使用第三方外包公司。
德國(guó)Hoppenstedt商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)[41]將軟件業(yè)劃分為一級(jí)軟件業(yè) (Primary Software Industry)[42]和二級(jí)軟件業(yè)(Secondary Software Industry)。一級(jí)軟件業(yè)是從事數(shù)據(jù)處理服務(wù)商以及數(shù)據(jù)處理設(shè)備的供應(yīng)商，是以軟件開發(fā)和銷售為主要經(jīng)營(yíng)目的，包括獨(dú)立軟件開發(fā)者，其中以應(yīng)用軟件高居多。
二級(jí)軟件業(yè)的企業(yè)，多數(shù)源于傳統(tǒng)商業(yè)和制造業(yè)，如電子技術(shù)、通信、機(jī)械制造等。在德國(guó)軟件行業(yè)中，大約90%的人才都集中在這個(gè)領(lǐng) 域。它最大的特點(diǎn)，是為了配合硬件產(chǎn)品而開發(fā)軟件，軟件開發(fā)自身并不是這些企業(yè)的主要經(jīng)營(yíng)目的。嵌入式系統(tǒng)，就是典型的二級(jí)軟件業(yè)。在中國(guó)，不銷售軟件的華為和海爾，卻在中國(guó)電子信息百?gòu)?qiáng)排行榜中屢屢排名第一、第二，就是這個(gè)道理。德國(guó)二級(jí)軟件業(yè)的銷售規(guī)模，明顯比一級(jí)軟件業(yè)要大，因?yàn)檐浖瞧洚a(chǎn)品及服務(wù)的重要組成部分。這類企業(yè)用于軟件開發(fā)的經(jīng)費(fèi)約占其研發(fā)經(jīng)費(fèi)的15%，在電子、電信企業(yè)中這個(gè)比重更高，用于軟件開發(fā)的經(jīng)費(fèi)能夠占據(jù)研發(fā)經(jīng)費(fèi)的25%和23%左右。
從軟件開發(fā)的方式來(lái)看，在德國(guó)一級(jí)軟件企業(yè)中，大約73%都是自主開發(fā)原始軟件;二級(jí)軟件企業(yè)，則有大約87%的企業(yè)會(huì)在采購(gòu)的基礎(chǔ) 軟件之上進(jìn)行二次開發(fā)，以解決生產(chǎn)和服務(wù)過(guò)程中的具體問(wèn)題。也有軟件企業(yè)同時(shí)采用上述兩種方式。
德國(guó)并無(wú)專門鼓勵(lì)工業(yè)軟件的政策。工業(yè)軟件被作為IT產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)進(jìn)行鼓勵(lì)。在工業(yè)軟件的發(fā)展上，起到主導(dǎo)作用的是企業(yè)而不是政府。德國(guó)2007年啟動(dòng)的“信息通信技術(shù)2020——為創(chuàng)新而科研”規(guī)劃[44]，旨在推動(dòng)IT產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，其主要方法是發(fā)揮政策推動(dòng)、科研推動(dòng)和市場(chǎng) 拉動(dòng)的合力，按照規(guī)劃完成創(chuàng)新項(xiàng)目和成果轉(zhuǎn)化。規(guī)劃執(zhí)行期為十年， 2007年至2011年期間預(yù)算資金為32億余歐元，即每年6億多歐元。它的資金流向，對(duì)我們頗有啟發(fā)意義。其中，17億歐元用于資助馬克斯·普朗克科學(xué)促進(jìn)學(xué)會(huì)、萊布尼茨科學(xué)聯(lián)合會(huì)、弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)等科研機(jī) 構(gòu);剩余約一半，用于資助申請(qǐng)經(jīng)審核后得到批準(zhǔn)的研發(fā)項(xiàng)目。

IT的概念在德國(guó)與中國(guó)并不一樣。凡是想獲得德國(guó)IT學(xué)位的學(xué)生，必須輔修一門其他專業(yè)課程，如機(jī)械、化學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等。只有拿到其他專業(yè)證書，軟件工程的研修者才能獲得IT學(xué)位。這樣的做法反映了一個(gè) 樸素的道理，優(yōu)秀的算法工程師，必須懂?dāng)?shù)學(xué)、機(jī)械或某個(gè)專業(yè)。在中國(guó)、美國(guó)，都設(shè)有單修的信息工程、計(jì)算機(jī)工程學(xué)位，這可能會(huì)導(dǎo)致IT 與機(jī)械的脫節(jié)。在德國(guó)，機(jī)械工程專業(yè)畢業(yè)的學(xué)生，去學(xué)習(xí)代碼搞編程，也是非常普遍的事情。二者的融合是天然的，在德國(guó)，機(jī)械工程師待遇很高，完全可以跟IT工程師相媲美。

作為旗下工業(yè)軟件眾多的工業(yè)巨頭，西門子公司目前已經(jīng)將軟件上升到重要的企業(yè)戰(zhàn)略。實(shí)際上，在20世紀(jì)，西門子也同樣開發(fā)過(guò)二維和三維的CAD系統(tǒng):SIGRAPH 2D和SIGRAPH 3D。SIGRAPH 2D系統(tǒng)十分成功，使用方便并具有參數(shù)化設(shè)計(jì)的功能。SIGRAPH 3D的內(nèi)核采用了英國(guó)赫赫有名的科學(xué)家的ROMULOS系統(tǒng)，這是由創(chuàng)建Parasolid內(nèi)核的同一批人開發(fā)的。但在當(dāng)時(shí)，ROMULOS基本已經(jīng)過(guò)時(shí)，勢(shì)頭正旺的是Parasolid，法國(guó)達(dá)索系統(tǒng)的ACIS也已經(jīng)誕生。內(nèi)核技術(shù)的不足，似乎決定了SIGRAPH 3D的壽命。西門子公司在20世紀(jì)90年代初曾經(jīng)用 SIGRAPH軟件與中國(guó)機(jī)械工業(yè)電腦應(yīng)用技術(shù)開發(fā)公司(MICT)合作。但90年代以后，西門子的CAD軟件基本上銷聲匿跡。 2007年，西門子公司花費(fèi)35億美元的高價(jià)購(gòu)買了已被幾次轉(zhuǎn)手的美國(guó)UGS公司軟件，重新?lián)旎貋G失的寶貝。以此刻為起點(diǎn)，并購(gòu)軟件成為西門子最頻繁的擴(kuò)張舉措。軟件戰(zhàn)略，重新回歸制造業(yè)巨頭西門子的懷抱。對(duì)UGS公司的收購(gòu)再加上后續(xù)對(duì)一些仿真軟件的收購(gòu)，尤其是并購(gòu) 了作為全球三大EDA軟件公司之一的Mentor，使得西門子的軟件范圍覆蓋到工業(yè)的更多角落。與此同時(shí)，西門子不斷丟掉硬包袱，將旗下的微電子、計(jì)算機(jī)、醫(yī)療器械、家電和能源電力部門依次剝離。西門子已經(jīng) 成為一個(gè)積極“擁抱軟件”的工業(yè)典范。
日本:重視硬件，軟件淪為外包行業(yè)

日本和德國(guó)在工業(yè)嵌入式軟件機(jī)器人、汽車控制模塊、數(shù)控機(jī)床等領(lǐng)域都稱霸市場(chǎng)，這跟它們的機(jī)械工程強(qiáng)勢(shì)有直接關(guān)系。日本在20世紀(jì) 80年代提出的“機(jī)電一體化”，對(duì)其嵌入式軟件發(fā)展起到了很大的促進(jìn)作用。但為什么美國(guó)通用汽車可以造就CAD軟件的興起，日本豐田卻沒(méi)有催化出一個(gè)國(guó)際通用的CAD工具軟件呢?實(shí)際上，無(wú)論是在鋼鐵、造船，還是在汽車、家電等行業(yè)，日本都成功地塑造了一些國(guó)際化的品牌。
日本工業(yè)軟件，是少數(shù)幾個(gè)沒(méi)能沖向國(guó)際化的行業(yè)之一，這應(yīng)該與日本的“硬件優(yōu)先”傳統(tǒng)有著直接關(guān)系。
在1980年前后，統(tǒng)領(lǐng)日本計(jì)算機(jī)硬件市場(chǎng)的五大廠商是IBM、富士通、日立、NEC和Univac，合計(jì)占據(jù)了90%左右的市場(chǎng)份額。從富士通公司和日立公司在1974年引入IBM兼容機(jī)開始，到1980年前后，IBM兼容機(jī)已經(jīng)占據(jù)了日本計(jì)算機(jī)市場(chǎng)59%的銷售份額。IBM系列產(chǎn)品支配了硬件市場(chǎng)，這吸引了很多由IBM操作系統(tǒng)支持的計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)入日本市場(chǎng)。
在日本公司的IT開支中，只有7%的費(fèi)用用于外包定制軟件開發(fā)，不到1%的費(fèi)用用于購(gòu)置商用貨架軟件。日本公司絕大部分都是用自研軟件。外部的軟件商，則嚴(yán)重依賴計(jì)算機(jī)主機(jī)廠。在這段時(shí)期，大多數(shù) 軟件公司的主要業(yè)務(wù)是為計(jì)算機(jī)主機(jī)廠提供服務(wù)，來(lái)自計(jì)算機(jī)主機(jī)廠的收入占據(jù)此類公司收入的60%左右。[46]

1980年前后，日本軟件的價(jià)格幾乎全部是根據(jù)開發(fā)成本或者是工作量來(lái)決定的。這意味著大多數(shù)軟件公司不出售技術(shù)，僅依靠人力資源提供技術(shù)服務(wù)。在日本軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中，這是一種作坊式的開端。軟件工業(yè)很大程度上依賴于個(gè)人，程序人員水平的提高優(yōu)先于軟件產(chǎn)品的改善。日本軟件業(yè)的從業(yè)者僅僅被看作是程序設(shè)計(jì)勞動(dòng)力的來(lái)源，而不是熟練的專業(yè)設(shè)計(jì)師或系統(tǒng)工程師。

日本政府于1985年開始的國(guó)家項(xiàng)目SIGMA，是一項(xiàng)“軟件生產(chǎn)工業(yè) 化”行動(dòng)，以消除“軟件危機(jī)”為愿景，推行軟件生產(chǎn)工業(yè)化。它期望建立一個(gè)能為日本軟件開發(fā)者提供生產(chǎn)軟件所需情報(bào)工具軟件的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。所設(shè)想的商業(yè)模式是，在SIGMA系統(tǒng)開始經(jīng)營(yíng)后，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用可以用用戶交的租金來(lái)支付。然而，這個(gè)軟件生產(chǎn)工業(yè)化的目標(biāo)，卻依舊指向?yàn)橛布?wù)。而且這些日本公司誤判了形勢(shì)，依舊在進(jìn)行大型機(jī)方面的攻關(guān)，并沒(méi)有注意到當(dāng)時(shí)的一種大趨勢(shì)，那就是軟件業(yè)正在獨(dú)立地蓬勃發(fā)展。根據(jù)一位日本人士的看法，這個(gè)項(xiàng)目注定會(huì)失敗，因?yàn)樗窃谟?jì)算機(jī)尚不發(fā)達(dá)的前提下開發(fā)的。很多人在項(xiàng)目進(jìn)行中注意到了這個(gè)前提的荒謬，卻無(wú)法停下來(lái)。因?yàn)橐坏┕谝浴皣?guó)家項(xiàng)目”的稱謂，就不能輕易中斷。五年后，這個(gè)國(guó)家項(xiàng)目到了難以維持的地步，因此由50家計(jì)算機(jī)制造商和軟件公司出資成立了一家與項(xiàng)目同名的商業(yè)公司，算是為這個(gè)項(xiàng) 目站好最后一班崗。1991年，日本與UNIX國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織達(dá)成了通用規(guī)范，這標(biāo)志著日本放棄了抵抗軟件標(biāo)準(zhǔn)化的路線。SIGMA公司無(wú)疾而終。
這次失敗，是日本試圖尋求軟件自主化遭遇的一個(gè)重大挫折。 SIGMA項(xiàng)目意圖對(duì)抗的是一個(gè)全球軟件標(biāo)準(zhǔn)化程序的潮流，這個(gè)逆潮流的急先鋒項(xiàng)目很快就變成了一堆廢棄的石頭。日本為此損失了230億日元投資，以至于之后再也無(wú)法組織像樣的振興軟件國(guó)家行動(dòng)。
缺乏強(qiáng)勢(shì)的通用軟件，但企業(yè)自研能力很強(qiáng)。日本電產(chǎn)株式會(huì)社(NIDEC)主要生產(chǎn)中小型馬達(dá)、軸承等零部件。自1994年起，日本電產(chǎn)開始量產(chǎn)用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的液態(tài)動(dòng)壓軸承 (Fluid Dynamic Bearing，簡(jiǎn)稱FDB)。隨著硬盤驅(qū)動(dòng)器在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度方面的驚人進(jìn)步，傳統(tǒng)的滾珠式軸承制造在理論上已經(jīng)無(wú)法做到讓每一顆滾珠的大小都完全一致。因滾珠間的尺寸差異產(chǎn)生的非周期性振動(dòng)，將導(dǎo)致磁頭無(wú)法精準(zhǔn)地在高精細(xì)、高密度的磁道上刻錄/讀取數(shù) 據(jù)。為了探索液態(tài)動(dòng)壓軸承的最佳結(jié)構(gòu)，日本電產(chǎn)逐漸走上了內(nèi)部開發(fā)、自主研發(fā)建模技術(shù)和仿真軟件之路。
日本是全球第三大經(jīng)濟(jì)體，擁有世界一流的制造業(yè)。日本軟件在銷售方面僅次于美國(guó)軟件，機(jī)床、機(jī)器人和汽車行業(yè)的嵌入式軟件獨(dú)步全球，日本軟件的質(zhì)量與生產(chǎn)率也不在美國(guó)軟件之下。然而，日本的軟件產(chǎn)品與服務(wù)卻越來(lái)越缺乏全球競(jìng)爭(zhēng)力，丟失全球存在感。日本軟件業(yè)在強(qiáng)大的軟件開發(fā)能力與虛弱的軟件能力之間橫亙著巨大的鴻溝，這是日本軟件業(yè)留給人們的巨大迷思。
不少學(xué)者也注意到了這個(gè)現(xiàn)象。美國(guó)伯克利大學(xué)的Cole和Nakata教授在2014年對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)的分析。[49]

其中有兩點(diǎn)結(jié)論令人印象深刻:一個(gè)原因是日本軟件業(yè)中有大量IT軟件外包公司，為具有適度軟件技能的員工創(chuàng)造了“藍(lán)領(lǐng)”職位，而對(duì)優(yōu)秀軟件架構(gòu)師/設(shè)計(jì)師的需求不足，進(jìn)而導(dǎo)致軟件創(chuàng)新度不夠。另外一個(gè)原因則是日本對(duì)“造物”的崇拜。硬件工程師無(wú)論是收入，還是社會(huì)地位，都比軟件從業(yè)人員要高。日本卓越的硬件制造形成的“路徑依賴”，使得軟件行業(yè)無(wú)法成為一個(gè)吸引優(yōu)秀人才的行業(yè)。美國(guó)五分之一的軟件開發(fā)者接受過(guò)研究生教育，而在日本這個(gè)比例僅為十分之一。在博士學(xué)位方面，兩國(guó)軟件開發(fā)者之間的差距更大。
20世紀(jì)90年代初，日本大型制造和服務(wù)公司的信息技術(shù)能力有所減弱。大公司將其IT部門剝離為子公司，開始更多地依賴這些子公司和其他系統(tǒng)集成商及其分包商。在隨后的三十年，盡管電子公司已進(jìn)化成IT 公司，但傳統(tǒng)電子工程師思維依然統(tǒng)領(lǐng)企業(yè)高級(jí)職位。日本公司重硬輕軟，其組織結(jié)構(gòu)往往是機(jī)械工程師、化學(xué)工程師在頂層決策位置，而電子工程師、軟件工程師位于底層。以硬件為中心的路線長(zhǎng)期延續(xù)，而軟件的角色依舊被視作功能的輔助和控制器。

大多數(shù)日本人喜歡進(jìn)入大公司工作，因?yàn)楸容^體面，進(jìn)入小公司的人則比較少。這也導(dǎo)致日本創(chuàng)業(yè)公司比較少，限制了軟件業(yè)所需要的蓬勃活力。日本的工業(yè)軟件，在國(guó)家行動(dòng)失敗后，選擇了高度嵌入全球化的策略。以通用軟件為基礎(chǔ)，將自己的行業(yè)制造專業(yè)知識(shí)加載其中，然后與用戶緊密綁定，這種策略成就了強(qiáng)大的日本制造業(yè)。但是，對(duì)于國(guó)產(chǎn)化CAD軟件、CAE軟件以及EDA軟件，日本恐怕已經(jīng)早已失去了目標(biāo)和動(dòng) 力。
法國(guó):成功源自沃土

法國(guó)沒(méi)有閃亮的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)公司，也沒(méi)有非常知名的IT公司。但 2019年，法國(guó)的軟件市場(chǎng)收入依舊達(dá)到了156億美元[50]，在歐洲僅排在德國(guó)的軟件市場(chǎng)和英國(guó)的軟件市場(chǎng)之后。
在法國(guó)的軟件市場(chǎng)中，達(dá)索系統(tǒng)一家就獨(dú)占20%以上的份額。這說(shuō)明，法國(guó)軟件行業(yè)真正挑梁的反倒是工業(yè)軟件。這恐怕是任何一個(gè)國(guó)家都不曾有的現(xiàn)象，
工業(yè)軟件成為軟件行業(yè)的領(lǐng)頭羊。普華永道咨詢公司曾經(jīng)給出2014年全球軟件業(yè)務(wù)收入前100強(qiáng)，法國(guó)有兩家公司上榜，分別是年收入27億美元、排名第15位的達(dá)索系統(tǒng)和年收入8億美元、排名第55位的施耐德電氣，全都是做工業(yè)軟件的。[51]
工業(yè)軟件是推動(dòng)法國(guó)軟件產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)的火車頭。2014年法國(guó)軟件產(chǎn)業(yè) 收入增長(zhǎng)中的41%來(lái)自工業(yè)軟件公司。除了達(dá)索系統(tǒng)和施耐德電氣之外，法國(guó)工業(yè)軟件的陣營(yíng)中還有虛擬樣機(jī)軟件廠商ESI、建筑工程軟件廠商Graitec、激光切割系統(tǒng)和軟件供應(yīng)商Lectra，以及電氣行業(yè)PLM軟件供應(yīng)商IGE XAO等。
眾所周知，計(jì)算機(jī)革命及CAD/CAM技術(shù)是從美國(guó)發(fā)源并席卷全世界的。事實(shí)上，法國(guó)也是CAD技術(shù)的起源地。法國(guó)CAD技術(shù)的發(fā)展同樣與法國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展相伴。可以說(shuō)是法國(guó)汽車的工程需要，激發(fā)了法國(guó)數(shù)學(xué)家的靈感，并反哺工程應(yīng)用領(lǐng)域。
最早用數(shù)學(xué)描述表面的技術(shù)之一，是美國(guó)麻省理工學(xué)院的史蒂文· 孔斯(Steven Coons)在20世紀(jì)60年代中期開發(fā)的“Coons Patches”(孔斯曲面);另一個(gè)關(guān)鍵的曲面數(shù)學(xué)研究活動(dòng)聚集地，是法國(guó)。早在1958年，在雪鐵龍汽車廠工作的保羅·德卡斯特利亞烏就開發(fā) 了一種定義曲面的數(shù)學(xué)方法。出于保護(hù)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的考慮，直到1974年雪鐵龍才披露他的研究成果。此時(shí)，許多學(xué)術(shù)和工業(yè)研究人員已經(jīng)開始采用其他技術(shù)。1960年左右，皮埃爾·貝塞爾向雷諾汽車管理層提議，開發(fā)一種定義汽車表面的數(shù)學(xué)方法。到了1972年，雷諾已經(jīng)建立了大量的數(shù)字模型，并使用這些數(shù)據(jù)來(lái)驅(qū)動(dòng)銑床。該系統(tǒng)被稱為UNISURF，并最終成為達(dá)索系統(tǒng) CATIA軟件的重要組成部分。這項(xiàng)工作推動(dòng)了貝塞爾曲線(以這位天才工程師的名字命名)和曲面的發(fā)展，并成為很多圖形應(yīng)用程序的基礎(chǔ)。
發(fā)展工業(yè)軟件最重要的因素之一是大型工業(yè)企業(yè)的推動(dòng)。法國(guó)的工業(yè)十分強(qiáng)大，在高鐵、航空、核電、汽車等領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先地位。法國(guó)的工業(yè)軟件，正是誕生在這樣強(qiáng)大的工業(yè)體系中。在汽車公司雷諾和雪鐵龍中誕生了最早的曲面定義技術(shù)，在航空制造公司Matra中誕生了 EUCLID，在法國(guó)核電下屬的計(jì)算機(jī)服務(wù)公司中誕生了CISIGRAPH。這些昔日發(fā)源于制造技術(shù)的條條河流，最終都匯集到誕生于達(dá)索飛機(jī)公司的達(dá)索系統(tǒng)的大江之中，成就了達(dá)索系統(tǒng)，使之成為全球工業(yè)軟件巨頭。
法國(guó)的工程師教育體系由拿破侖創(chuàng)立，是享譽(yù)世界的精英教育體系。“工程師”頭銜在法國(guó)地位很高，這個(gè)稱號(hào)在法國(guó)受法律保護(hù)，是名譽(yù)載體。法國(guó)的工程師教育對(duì)學(xué)生的選拔十分嚴(yán)格，淘汰率也很高。法國(guó)的高中生只要拿到高中畢業(yè)文憑就可以直接進(jìn)入大學(xué)學(xué)習(xí)。排名前10%左右的高中生，需要先在預(yù)科學(xué)校進(jìn)行兩三年的準(zhǔn)備學(xué)習(xí)，通過(guò)嚴(yán)格考試，才有資格進(jìn)入理想的工程師學(xué)院。工程師學(xué)院培養(yǎng)出來(lái)的畢業(yè)生不僅具備深厚的基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)，尤其是數(shù)學(xué)知識(shí)，也擁有廣博的技術(shù)知識(shí)，還擁有包括項(xiàng)目管理、復(fù)雜系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)技能在內(nèi)的工程實(shí)用知識(shí)。這為工業(yè)軟件企業(yè)提供了高素質(zhì)的人力資源。曾有報(bào)道說(shuō)，中山大學(xué)送往法國(guó)頂級(jí)工程師學(xué)校格勒諾布爾大學(xué)培養(yǎng)的留學(xué)生，回國(guó)后首選的工作崗位是開發(fā)核電軟件。
加拿大：圍繞工業(yè)優(yōu)勢(shì)

實(shí)際上，人口只有3 700萬(wàn)的加拿大，開發(fā)了許多全球著名的工業(yè)軟件，比較而言，可以說(shuō)是與美國(guó)、法國(guó)不相上下。
2019年，加拿大的信息通信技術(shù)(ICT)行業(yè)GDP產(chǎn)值為940億美元，占全國(guó)GDP的4.8%。其中，90%以上是來(lái)自軟件與計(jì)算機(jī)服務(wù)行業(yè) 的貢獻(xiàn)。常用的圖像處理軟件CorelDraw、科幻影片《阿凡達(dá)》所使用的特技3D軟件，都是來(lái)自加拿大。
就科學(xué)計(jì)算軟件而言，世界上除了美國(guó) 的Mathematica和MATLAB，還有加拿大滑鐵盧大學(xué)開發(fā)并早在1980年就對(duì)外發(fā)布的Maple，形成三足鼎立的局面。在Maple基礎(chǔ)上開發(fā)的建模仿真系統(tǒng)MapleSim，是多學(xué)科建模和高性能仿真方面的佼佼者，在機(jī)器人開發(fā)的仿真方面擁有獨(dú)到的特色。中國(guó)上海的磁懸浮項(xiàng)目就是采用了這個(gè)軟件進(jìn)行物理建模和仿真。
加拿大在信息技術(shù)領(lǐng)域深受美國(guó)的影響，擁有很多美國(guó)產(chǎn)品的姊妹版。例如，實(shí)時(shí)微內(nèi)核操作系統(tǒng)QNX軟件，于1982年就已經(jīng)面世，與美國(guó)風(fēng)河公司的VxWorks定位類似。它廣泛被用于核反應(yīng)堆和軌道交通設(shè) 備，而且在全球汽車的車載平臺(tái)領(lǐng)域具有優(yōu)勢(shì)地位。全球顯示芯片巨頭 ATI公司，在被美國(guó)AMD收購(gòu)之后，其研發(fā)業(yè)務(wù)留在了加拿大，繼續(xù)與全球霸主英偉達(dá)公司抗衡。在芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域，除了美國(guó)Synopsys、 Cadence和Mentor(被德國(guó)公司收購(gòu)但總部依舊在美國(guó))三大霸主之外，加拿大的EDA依然有自己的地盤，如Solido Design。主攻存儲(chǔ)器、模擬/射頻和標(biāo)準(zhǔn)單元的變化感知設(shè)計(jì)軟件的Crosslight(原為Beamtek) 則是全球首家推出量子阱激光二極管仿真軟件的商業(yè)公司。
在熱門的人工智能領(lǐng)域，加拿大的表現(xiàn)也令人矚目，人工智能的學(xué) 術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)化均極為強(qiáng)大。至2020年，加拿大已經(jīng)擁有60多個(gè)AI實(shí)驗(yàn) 室、大約650家AI初創(chuàng)企業(yè)、40多個(gè)加速器和孵化器。著名的人工智能專家理查德·薩頓，是強(qiáng)化學(xué)習(xí)的開創(chuàng)者，他的學(xué)生后來(lái)締造了“阿爾法狗”，讓人工智能由此享譽(yù)天下，成為新一輪AI的起點(diǎn)。來(lái)自多倫多大學(xué)的深度學(xué)習(xí)鼻祖杰弗里·辛頓則幾乎憑一己之力，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從邊緣課題變成人工智能的中心舞臺(tái)。憑借如此雄厚的人才基礎(chǔ)，加拿大有可能成為下一個(gè)矚目的全球人工智能中心。
將工業(yè)優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為工業(yè)軟件
加拿大是全球最富裕的國(guó)家之一，2019年人均GDP達(dá)到4.6萬(wàn)美元，在發(fā)達(dá)國(guó)家G7集團(tuán)中僅次于美國(guó)。這與它得天獨(dú)厚的自然資源相關(guān)。加拿大的原油儲(chǔ)量高達(dá)1 730億桶，位居世界第三，同時(shí)也是第三大礦業(yè)國(guó)。
人口不多而資源豐富，就容易走上貿(mào)易立國(guó)的路線，外貿(mào)依存度會(huì) 相當(dāng)大，對(duì)鄰國(guó)尤其如此。加拿大的對(duì)外出口地區(qū)相對(duì)單一，美國(guó)、中國(guó)、墨西哥、英國(guó)和日本這五大出口國(guó)合計(jì)占據(jù)了加拿大85%以上總出口份額。2020年加拿大出口美國(guó)的產(chǎn)值達(dá)到2 870億美元，占整個(gè)加拿大出口總產(chǎn)值的73%以上。向中國(guó)出口雖然排第二位，但只占加拿大出口總產(chǎn)值的4.8%。美國(guó)人口約為3.3億，幾乎是加拿大的十倍，而且美國(guó)是一個(gè)龐大而成熟的市場(chǎng)，這給加拿大本來(lái)就非?；钴S的技術(shù)創(chuàng)新，留下了充足的發(fā)揮空間。它的技術(shù)發(fā)展，有著穩(wěn)固的后方市場(chǎng)。
能源、制造、礦業(yè)是加拿大國(guó)民產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的重要支柱。[56]加拿大是世界第三大飛機(jī)制造國(guó)、第十大汽車制造國(guó)。加拿大麥格納公司，是全球最大的汽車代工制造商，以制造的汽車數(shù)量而言，它是全球第三大汽車制造商。這些行業(yè)優(yōu)勢(shì)，都被加拿大轉(zhuǎn)換為工業(yè)軟件的優(yōu)勢(shì)。加拿大是全球排名第六的發(fā)電量大國(guó)，發(fā)電量?jī)H次于中國(guó)、美國(guó)、印度、俄羅斯和日本，在電力工業(yè)軟件也頗有造詣。電力仿真軟件、電力系統(tǒng)軟件幾乎都曾經(jīng)是加拿大的天下。加拿大擁有全面的解決方案，包括配電網(wǎng)仿真軟件CYME、接地仿真軟件CDEGS、電磁暫態(tài)仿真軟件 PSCAD、大規(guī)模電網(wǎng)仿真軟件DSA-Tools等。加拿大的HYPERSIM則是基于魁北克水電公司(Hydro-Quebec)多年研究開發(fā)的超大型電力系統(tǒng) 的仿真測(cè)試軟件和硬件。
加拿大軟件企業(yè)的一個(gè)特點(diǎn)，即愿意抱團(tuán)。加拿大軟件公司大多數(shù)是微型企業(yè)，企業(yè)的員工一般不超過(guò)10人，通常依附大公司開展設(shè)計(jì)與開發(fā)?？赡芤庾R(shí)到了軟件業(yè)生態(tài)的重要性，加拿大的軟件戰(zhàn)略聯(lián)盟比較普遍。例如，兩個(gè)軟件企業(yè)簽訂協(xié)議一起進(jìn)行開發(fā)，相互嵌套但獨(dú)立實(shí)施銷售、產(chǎn)品開發(fā)等。這是一個(gè)結(jié)伴而行的策略。
英國(guó)：去工業(yè)化使得被收購(gòu)成為主旋律

英國(guó)軟件產(chǎn)業(yè)具有悠久的傳統(tǒng)和基礎(chǔ)，比如，在數(shù)據(jù)庫(kù)、支撐軟件包、虛擬現(xiàn)實(shí)、金融財(cái)務(wù)軟件和娛樂(lè)軟件等領(lǐng)域。實(shí)際上，英國(guó)一直是歐洲獨(dú)角獸中心，在打造快速發(fā)展的全球公司方面，緊隨美國(guó)和中國(guó)之后。根據(jù)億歐數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年有8家英國(guó)公司邁入獨(dú)角獸公司陣營(yíng) ，這意味著英國(guó)已經(jīng)產(chǎn)生了77家估值10億美元以上的公司，總數(shù)達(dá) 到了德國(guó)(34家)的兩倍、以色列(20家)的三倍。
在工業(yè)軟件領(lǐng)域，也能看到非常顯赫的英國(guó)創(chuàng)立者榮光。目前全球商業(yè)化的CAD軟件主流幾何內(nèi)核，是Parasolid和ACIS，由英國(guó)劍橋大學(xué) 的同一個(gè)教授開發(fā)，當(dāng)時(shí)被看作是一代和二代產(chǎn)品。在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 制造(CAM)軟件領(lǐng)域，英國(guó)也有著非常悠久的傳統(tǒng)。如英國(guó)達(dá)爾康 (Delcam)公司的CAM軟件PowerMILL廣受贊譽(yù)。根據(jù)美國(guó)調(diào)研機(jī)構(gòu) CIMdata 2012年的報(bào)告，其銷售額連續(xù)第13年保持全球領(lǐng)先的桂冠。
2013年，歐特克公司收購(gòu)英國(guó)達(dá)爾康公司[61]，被認(rèn)為是CAM軟件領(lǐng)域的一次出人意料的事件。此后，英國(guó)的許多CAM軟件被大肆并購(gòu)。第二年，營(yíng)業(yè)額約計(jì)8 000萬(wàn)歐元的英國(guó)CAM軟件公司Vero被?？怂箍倒?司全面并購(gòu)，成為后者測(cè)量檢測(cè)和質(zhì)量管理部門的一部分。經(jīng)過(guò)多年的并購(gòu)，Vero已擁有很多響當(dāng)當(dāng)?shù)钠放栖浖?，如Edgecam、SurfCAM和 WorkNC等。
被國(guó)外公司收購(gòu)像是一曲主旋律，一直在英國(guó)工業(yè)軟件界回響。 2020年，?？怂箍翟俅问召?gòu)英國(guó)齒輪設(shè)計(jì)技術(shù)公司Romax，后者在旋轉(zhuǎn) 機(jī)械如風(fēng)機(jī)齒輪箱、電動(dòng)汽車變速箱等的仿真技術(shù)領(lǐng)域具有獨(dú)特的地位。Romax的軟件被用來(lái)補(bǔ)充?？怂箍档姆抡孳浖﨧SC的產(chǎn)品線，加強(qiáng) 海克斯康在低碳新能源和電氣化方面的發(fā)展。
英國(guó)至今保持著高度的創(chuàng)新活力。然而，工業(yè)軟件行業(yè)的長(zhǎng)大需要工業(yè)產(chǎn)業(yè)的土壤。去工業(yè)化曾經(jīng)是英國(guó)的國(guó)策，導(dǎo)致英國(guó)制造業(yè)一直在衰落。英國(guó)制造業(yè)增加值從1994年GDP占比達(dá)到16.4%的高點(diǎn)之后，一路下滑，2019年只有8.6%。[64]早年領(lǐng)先的汽車行業(yè)、機(jī)床行業(yè)都逐漸在走下坡路。隨著制造業(yè)的落敗，英國(guó)機(jī)床行業(yè)的品牌相繼陷落，比如，在中國(guó)改革開放初期一度走紅的英國(guó)橋堡機(jī)床(Bridgeport)于 2004年被美國(guó)哈挺公司收購(gòu)。這些都會(huì)對(duì)CAM軟件的發(fā)展帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響。整體而言，不可逆轉(zhuǎn)的去工業(yè)化，給英國(guó)工業(yè)軟件的發(fā)展也帶來(lái) 了損傷。
有強(qiáng)大的制造業(yè)伴行，工業(yè)軟件才能有更好的發(fā)展。法國(guó)、加拿大是正面的例子，英國(guó)則讓我們看到了另外一面。這再次驗(yàn)證了，一個(gè) 國(guó)家的制造對(duì)工業(yè)軟件所起到的支撐性作用。
工業(yè)軟件的基礎(chǔ)規(guī)律

座頭鯨少、深海物種多

在這片廣袤的工業(yè)軟件海洋中，品類相對(duì)齊全、產(chǎn)值達(dá)10億美元以上的頭部企業(yè)，例如達(dá)索系統(tǒng)、西門子工業(yè)軟件、ANSYS、Synopsis 等，就像座頭鯨般顯眼。
一些主營(yíng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)軟件、計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)軟件、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)軟件等的明星企業(yè)，例如法國(guó)的ESI、美國(guó)的MSC和Altair、日本富士通旗下的迪普勒、廣州中望、蘇州浩辰等，則像那些海豹、章魚，只要稍加注意也能被辨認(rèn)出來(lái)。
然而，更多的工業(yè)軟件是深海物種，千姿百態(tài)，需要深度下潛才能一睹它們的芳容。正是這些不動(dòng)聲色、不為常人所知的深海生物，用另外一種方式，統(tǒng)治著海洋。當(dāng)前被熱捧、追逐、為人熟知的那些工業(yè)軟件，僅僅是海洋中熱鬧的一角。
對(duì)于專業(yè)性軟件的發(fā)展來(lái)說(shuō)，行業(yè)協(xié)會(huì)、研究所和大學(xué)往往可以起到很重要的作用。日本AMTEC軟件可以用于類齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域、塑料/粉末冶金齒輪設(shè)計(jì)分析領(lǐng)域，是日本齒輪協(xié)會(huì)下屬機(jī)構(gòu)所開發(fā)的一套齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)分析工具軟件。Windows LDP則是美國(guó)俄州立大學(xué)機(jī)械工程系齒輪動(dòng)力學(xué)和齒輪噪聲實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的齒輪載荷分布分析軟件。國(guó) 內(nèi)的齒輪傳動(dòng)CAD集成系統(tǒng)軟件ZGCAD，則是由鄭州機(jī)械研究所開發(fā)，囊括了常見的齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算方法。
各行各業(yè)孕育著不同的工業(yè)軟件

專業(yè)工業(yè)軟件的數(shù)量難以數(shù)清楚，現(xiàn)存數(shù)萬(wàn)款不同的軟件是完全可能的。為了找到并理解這些不同的軟件，需要從國(guó)民經(jīng)濟(jì)行業(yè)分類代碼開始。因?yàn)槊恳粋€(gè)行業(yè)背后，都有著工業(yè)軟件的痕跡。
例如，隨著復(fù)合材料在工業(yè)化的更廣泛應(yīng)用，需要圍繞復(fù)合材料進(jìn) 行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、分析和尺寸優(yōu)化。作為一款專業(yè)軟件，HyperSizer將數(shù)百種分析失效方法囊括其中。憑借著快速的分析和復(fù)合材料優(yōu)化能力，它在國(guó)內(nèi)外航空航天項(xiàng)目中起到至關(guān)重要的減重作用，例如洛克希德·馬丁公司的高空高速偵察機(jī)SR71、格魯門公司的全球鷹的機(jī)翼、空客 A350客機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)短艙等項(xiàng)目，都使用了HyperSizer軟件。中國(guó)商飛 C919客機(jī)的復(fù)合材料后機(jī)身、中央翼、平尾和垂尾，也應(yīng)用這款軟件進(jìn) 行優(yōu)化設(shè)計(jì)。它最早起源于美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)蘭利研究中心，這是一家以氣動(dòng)研究和風(fēng)洞而知名的實(shí)驗(yàn)室。游泳冠軍菲利普斯的大名鼎鼎的鯊魚皮泳衣，也是誕生在這里。那是材料與仿真的一次完美體驗(yàn)。這種技術(shù)現(xiàn)在由美國(guó)Collier公司持有，能與常見的商用有限元軟件相結(jié)合，對(duì)各個(gè)部件自動(dòng)生成安全裕度報(bào)告。這是美國(guó)國(guó)家航空航天局基礎(chǔ)研究向外擴(kuò)散成商業(yè)化軟件的又一個(gè)典型案例。
一個(gè)行業(yè)中的企業(yè)，往往會(huì)采用綜合的軟件體系。例如一個(gè)造船廠，會(huì)使用法國(guó)施耐德電氣AVEVA這類廠房設(shè)計(jì)軟件，因?yàn)樵O(shè)計(jì)一艘船，就如同設(shè)計(jì)一個(gè)工廠或者一個(gè)城市。然后，它會(huì)采用西門子公司收購(gòu)的西遞安科(CD-adapco)公司旗下的通用CFD軟件STAR CCM+，進(jìn)行多面體網(wǎng)格劃分和流體解析。這個(gè)軟件從1980年開始，一直在跟湍流、熱傳遞和氧化燃燒打交道。盡管手握這些巨頭公司的工具，造船業(yè)依舊給很多不起眼的工業(yè)軟件小公司留下足夠大的空間。例如，比利時(shí)的NUMECA公司，依然在為船舶與海洋工程打造專業(yè)的CFD軟件包。這個(gè)軟件包含有全六面體非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成器HEXPRESS和功能強(qiáng)大的后處理工具CFVIEW，再配上由法國(guó)國(guó)家科學(xué)院開發(fā)的不可壓黏性流場(chǎng)求解器ISIS-CFD，可以用來(lái)模擬船舶周圍的單流體和多流體流動(dòng)。
工業(yè)軟件代表著工業(yè)文明的最高形態(tài)、難度極高

工業(yè)軟件是數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物等自然科學(xué)知識(shí)，與人類設(shè)計(jì)制造實(shí)踐相結(jié)合，相互浸潤(rùn)、長(zhǎng)期磨合而成。

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國(guó)外軟件經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展和數(shù)輪并購(gòu)，基本上已經(jīng)完成了形態(tài)的徹底改變。國(guó)外大部分軟件的創(chuàng)立者，往往都是在數(shù)學(xué)、物理或者工程有著很深的造詣的人。先行者打造了一把鋼刀，后人則反復(fù)錘煉。初學(xué) 者求勝心切，絕非正途。
發(fā)展工業(yè)軟件要從工具軟件開始。因?yàn)橹挥猩钊牍ぞ哕浖?strong>才會(huì)發(fā) 現(xiàn)數(shù)學(xué)的硬核、物理的基礎(chǔ)和自然科學(xué)的世界。但除了基礎(chǔ)科學(xué)之外，還需要一些其他條件。中國(guó)科學(xué)院計(jì)算數(shù)學(xué)與科學(xué)工程計(jì)算研究所的創(chuàng) 始人、計(jì)算數(shù)學(xué)的奠基人馮康先生，是國(guó)際公認(rèn)的有限元權(quán)威。在有限元國(guó)際大會(huì)和學(xué)術(shù)文章中，也不乏中國(guó)人的身影?？梢哉f(shuō)中國(guó)是有限元研究大國(guó)，但為什么中國(guó)在有限元分析商業(yè)化CAE軟件領(lǐng)域卻基本無(wú)所作為?
這就涉及工業(yè)軟件的第二個(gè)特性:用戶側(cè)的知識(shí)反哺。工業(yè)軟件是用戶用出來(lái)的，用則進(jìn)，不用則廢。
若要用戶真正介入，則要依賴工業(yè)軟件的第三個(gè)特性:協(xié)同生態(tài)。好的軟件，一定是配有一批豐富的組件、插件、接口，以及大量的模型庫(kù)、參數(shù)庫(kù)、物性庫(kù)等。沒(méi)有數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，就沒(méi)有軟件;沒(méi)有用戶哺育，就沒(méi)有商業(yè)產(chǎn)品;沒(méi)有協(xié)同生態(tài)，就沒(méi)有產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。三者相互鎖定，無(wú)法單一解鎖。
根據(jù)聯(lián)合國(guó)產(chǎn)業(yè)分類，工業(yè)包括制造業(yè)、采掘業(yè)、建筑業(yè)、紡織業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、電力生產(chǎn)、水生產(chǎn)等41個(gè)大類。工業(yè)軟件是指在工業(yè) 領(lǐng)域應(yīng)用軟件，其產(chǎn)業(yè)屬性本質(zhì)上屬于工業(yè)、制造業(yè)門類，而不是信息產(chǎn)業(yè)。工業(yè)系統(tǒng)本質(zhì)上是信息物理系統(tǒng)，一方面工業(yè)、制造知識(shí)不斷軟化為工業(yè)軟件;另一方面，工業(yè)軟件不斷硬化入芯片、控制器、設(shè)備、生產(chǎn)線，直至工廠系統(tǒng)。
工業(yè)軟件應(yīng)用于制造、電力、石化、國(guó)防等行業(yè)，與各行業(yè)的工藝環(huán)節(jié)，如研發(fā)、生產(chǎn)、管理、協(xié)同等緊密相連。工業(yè)軟件主要包括研發(fā) 設(shè)計(jì)類軟件、生產(chǎn)控制類軟件、管理運(yùn)營(yíng)類軟件，以及服務(wù)保障類軟件。
工業(yè)軟件中最難征服的三座“高山”，是CAD軟件、CAE軟件、EDA 軟件?！案呱健敝g還遍布著大大小小的“丘陵”，如計(jì)算機(jī)輔助制造 (CAM)、拓?fù)鋬?yōu)化、工程數(shù)據(jù)庫(kù)等。工業(yè)軟件的這三座高山，乃是集人類基礎(chǔ)學(xué)科和工程知識(shí)之大成者。
國(guó)防軍工是工業(yè)軟件之母

就代碼的數(shù)量而言，全球頭號(hào)軍火商洛克希德·馬丁很早就超越微軟成為最大的軟件商也就毫不奇怪了。隨著美軍向“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”(Network-centric warfare，簡(jiǎn)稱NCW)轉(zhuǎn)移，各類武器統(tǒng)一上網(wǎng)，指揮中心將一統(tǒng)天下，洛克希德·馬丁公司自然也成為贏家。一個(gè) 單兵就是全系統(tǒng)，這是未來(lái)武器的發(fā)展方向。這背后，需要大量軟件的支持。
可能會(huì)讓所有人都感到驚訝的是，美國(guó)國(guó)防部其實(shí)是全世界最多軟件的擁有者。在美國(guó)，軍事軟件一直是可以獨(dú)立成章的類別。在最近幾十年的商業(yè)史中，密密麻麻寫滿了軟件的傳奇故事:無(wú)論是Windows 95 開創(chuàng)的個(gè)人PC機(jī)的巔峰時(shí)代，還是輝煌一時(shí)的互聯(lián)網(wǎng)，或者是打爆天下的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能、App。然而，從1990年開始到現(xiàn) 在的三十年間，雖然應(yīng)用軟件數(shù)量經(jīng)歷了大爆炸般激增，美國(guó)軍事和國(guó) 防應(yīng)用軟件的數(shù)量，依然牢牢地占據(jù)了16%的比例。美國(guó)國(guó)防軍工的應(yīng) 用軟件的發(fā)展勢(shì)頭依舊，從未減速。
美國(guó)軍工行業(yè)一直高調(diào)而持久地推動(dòng)著民用工業(yè)軟件的發(fā)展。工業(yè) 軟件其實(shí)是一樁看不見的軍火生意。從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，軍工是工業(yè)軟件之母。
中國(guó)工業(yè)軟件發(fā)展

艱難的起步

20世紀(jì)80年代初，伴隨著昂貴的IBM大型機(jī)、VAX小型機(jī)、阿波羅 (Apollo)工作站的引入，圖形和設(shè)計(jì)CAD軟件也進(jìn)入中國(guó)科研工作者的視野。最早有實(shí)力引進(jìn)這些昂貴計(jì)算機(jī)硬件的研究所和高校，由此開始了模仿和開發(fā)工業(yè)軟件的征程。這個(gè)時(shí)期所開發(fā)的工業(yè)軟件，大部分都是以二維CAD繪圖軟件為主。
當(dāng)時(shí)中國(guó)政府相關(guān)部門早期重點(diǎn)支持的也是二維CAD軟件，后來(lái)進(jìn) 一步被總結(jié)成簡(jiǎn)單實(shí)用的“兩甩”工程，即甩圖板、甩賬本。這對(duì)于二維 CAD軟件的普及取得了一些成效，先后出現(xiàn)了高華、數(shù)碼大方、開目、浙大大天、山大華天等公司的一批軟件產(chǎn)品。即使在開發(fā)難度比較大的三維CAD軟件領(lǐng)域，也出現(xiàn)了北京航空航天大學(xué)的PANDA CAD系統(tǒng) (后稱金銀花系統(tǒng)軟件)等軟件。從“七五”到“十五”(1986—2005)期間，國(guó)家對(duì)于國(guó)產(chǎn)自主工業(yè)軟件一直是有扶持的。當(dāng)時(shí)主要的扶持渠道是電子部、機(jī)械部的“CAD攻關(guān)項(xiàng)目”和國(guó)家科委(后來(lái)的科技部) 的“863/CIMS、制造業(yè)信息化工程”。隨著電子部、機(jī)械部的機(jī)構(gòu)改革，對(duì)CAD技術(shù)的支持工作漸漸由科技部接管。

20世紀(jì)70—80年代，以北京航空航天大學(xué)、清華大學(xué)為代表的一批高校和科研人員開始進(jìn)行相關(guān)的軟件開發(fā)。北京航空航天大學(xué)的唐榮錫先生等，成為國(guó)內(nèi)第一代從事CAD軟件開發(fā)的標(biāo)志性人物。隨著 CAD/CAE軟件在制造業(yè)的推廣普及，清華大學(xué)、浙江大學(xué)、華中科技大學(xué)、大連理工大學(xué)等一批高校和中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)航空研究院等一批科研院所先后開展了CAD/CAE軟件自主研發(fā)，并取得了一些研究成果。CAE軟件領(lǐng)域出現(xiàn)了一個(gè)百花齊放的小陽(yáng)春，涌現(xiàn)出中國(guó)科學(xué)院的飛箭、鄭州機(jī)械所的紫瑞、大連理工大學(xué)的JIFEX、中航發(fā)展研究中心的APOLANS、中國(guó)航空研究院的HAJIF等商業(yè)化和大企業(yè)自用軟件。
在“十五”和“十一五”期間，科技部對(duì)研發(fā)設(shè)計(jì)軟件的重點(diǎn)支持，轉(zhuǎn) 到了三維CAD軟件。在“十二五”期間，中國(guó)的信息化走上兩化融合的道路，研發(fā)設(shè)計(jì)軟件的工作轉(zhuǎn)由工業(yè)和信息化部負(fù)責(zé)，“863項(xiàng)目”被合并到國(guó)家重點(diǎn)科技研發(fā)計(jì)劃中，科技部也不再分管信息化工作。由于工業(yè) 和信息化部并不對(duì)屬于基礎(chǔ)科研的工業(yè)軟件研發(fā)進(jìn)行補(bǔ)助，國(guó)家對(duì)三維 CAD軟件研發(fā)的資金投入變得越來(lái)越少。
隨著兩化融合的試點(diǎn)示范和兩化貫標(biāo)等深入，通過(guò)企業(yè)應(yīng)用拉動(dòng)制造業(yè)信息化的建設(shè)得到普及，也培養(yǎng)出一批人才。但一個(gè)間接的后果是，國(guó)家補(bǔ)貼的大量?jī)苫诤腺Y金，往往都被用于購(gòu)買國(guó)外的工業(yè)軟件。
可以說(shuō)，從20世紀(jì)90年代到21世紀(jì)的第一個(gè)10年，中國(guó)的CAD軟件和CAE軟件發(fā)展也是自成一派。之后隨著兩化融合的大舉投入，國(guó)外工業(yè)軟件興旺發(fā)達(dá)，而中國(guó)自主軟件的發(fā)展則步履維艱。
雖然設(shè)計(jì)研發(fā)數(shù)字化技術(shù)主流的發(fā)展轉(zhuǎn)向三維CAD/CAE一體化，但對(duì)三維CAD/CAE軟件的研發(fā)資金投入強(qiáng)度一直非常低。在“十五”“十一五”期間，對(duì)三維CAD軟件研發(fā)的總投入是4 000萬(wàn)—5 000萬(wàn)元的規(guī) 模，CAE軟件則主要通過(guò)國(guó)家自然基金委的一些項(xiàng)目，每年大約有1 000萬(wàn)元的投資。再加上“十二五”搞兩化融合的一些間接性的促進(jìn)，這三個(gè)五年規(guī)劃之中，國(guó)內(nèi)對(duì)三維CAD/CAE軟件等核心工業(yè)軟件研發(fā)的投資強(qiáng)度并不大。
國(guó)內(nèi)投入的這些資金與國(guó)外軟件廠商的投入相比，可以說(shuō)是杯水車薪。全球最大的CAE仿真軟件公司Ansys，2016年在研發(fā)方面的投入為 3.5億美元，大約為20億人民幣。
從產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度來(lái)看，中國(guó)工業(yè)軟件的發(fā)展，似乎是陷入了“失去的三十年”。
中國(guó)的CAD軟件之路

2019年5月華為公司發(fā)生“備胎危機(jī)”，仿佛有一道閃電劃破了黑暗的長(zhǎng)空，那些隱藏的卡脖子技術(shù)在亮光之中露出了牙齒。備胎危機(jī)空前地普及了人們對(duì)于“工業(yè)暗器”的認(rèn)識(shí):它不動(dòng)聲色地潛伏在工業(yè)領(lǐng)域，體量很小，卻為工業(yè)創(chuàng)造了巨額財(cái)富。人們離不開它，卻看不到它。它雖是最不起眼、最中性的工具，在極端的情況下卻會(huì)成為致命的政治武器。在中國(guó)已經(jīng)發(fā)展了近半個(gè)世紀(jì)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)軟件，會(huì) 同其兄弟軟件如計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)軟件、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化 (EDA)軟件等，都可能成為這樣一種“工業(yè)暗器”。
對(duì)于一個(gè)獨(dú)立自主的經(jīng)濟(jì)體而言，CAD軟件產(chǎn)業(yè)具有重大的戰(zhàn)略意義，作用于技術(shù)創(chuàng)新的源頭，關(guān)系到整個(gè)國(guó)家的設(shè)計(jì)能力。1989年美國(guó) 工程科學(xué)院評(píng)出近25年來(lái)全球7項(xiàng)最杰出的工程技術(shù)成就，其中第4項(xiàng)是 CAD/CAM技術(shù)。1991年3月，美國(guó)政府發(fā)表跨世紀(jì)的國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略，列舉了6大技術(shù)領(lǐng)域中的22項(xiàng)關(guān)鍵項(xiàng)目，而CAD/CAM技術(shù)與其中的2大領(lǐng)域11個(gè)關(guān)鍵項(xiàng)緊密相關(guān)。
根據(jù)公開的財(cái)務(wù)報(bào)告，西門子和達(dá)索系統(tǒng)的年收入都在40億美元左右。而中國(guó)的CAD軟件廠商，年收入基本是在2 000萬(wàn)元到2億元人民幣之間徘徊。四十多年以來(lái)，自主CAD軟件產(chǎn)業(yè)從緊隨國(guó)際，到熱火朝天，再到艱難生存，保留火種至今。雖然艱難，但國(guó)產(chǎn)軟件找到了利基市場(chǎng)，并頑強(qiáng)地生存下來(lái)。
中國(guó)工業(yè)軟件再出發(fā)

幾十年來(lái)，中國(guó)工業(yè)軟件一直不缺乏技術(shù)突破的火種。但在現(xiàn)實(shí)制造環(huán)境中，其火苗一直比較暗淡，部分原因是工業(yè)意識(shí)的缺位。盜版軟件不僅僅與知識(shí)產(chǎn)權(quán)的薄弱意識(shí)相關(guān)，也與制造業(yè)水平不高息息相連。盜版軟件的滋生土壤，正是貧瘠的工業(yè)意識(shí)所帶來(lái)的。軟件的價(jià)值，遲遲不能被廣泛認(rèn)可，也是發(fā)展工業(yè)軟件的一大沼澤地。正版軟件每年要支付的維護(hù)費(fèi)，往往不被國(guó)內(nèi)用戶所理解。從財(cái)務(wù)角度來(lái)看，傳統(tǒng)上軟件一直被當(dāng)成硬設(shè)備來(lái)采購(gòu)，采用了設(shè)備臺(tái)套的概念，而非軟件的持續(xù) 完善和持續(xù)交付能力。這些多年來(lái)形成的固有思維，還需要一段時(shí)間來(lái) 打破。
在當(dāng)下，全球化制造格局正在發(fā)生重大變化，中國(guó)制造業(yè)面臨著往更高價(jià)值鏈爬升的全新關(guān)口。知識(shí)產(chǎn)權(quán)是人類創(chuàng)新的最堅(jiān)硬保護(hù)盾牌。如果盾牌閃亮，讓工業(yè)軟件的智力投入，可以得到足夠的回報(bào)，中國(guó)工業(yè)軟件也就迎來(lái)了徹底的翻身機(jī)會(huì)。對(duì)工業(yè)軟件的重視程度，則是一把體現(xiàn)工業(yè)文明的高級(jí)量尺。
中國(guó)工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)的一個(gè)特點(diǎn)是，在每一條細(xì)小的賽道中，都向國(guó) 外工業(yè)軟件發(fā)起挑戰(zhàn)賽。雖然二者的體量往往不成比例，但這并不妨礙頑強(qiáng)的國(guó)內(nèi)選手，數(shù)年甚至數(shù)十年緊盯著目標(biāo)不放。只要盯緊，就會(huì)有結(jié)果。國(guó)內(nèi)蘇州同元緊盯德國(guó)系統(tǒng)建模仿真公司Modelon不放，取得了很好的效果。在廠房管理軟件與數(shù)字孿生軟件PDMS方面，對(duì)標(biāo)法國(guó)施耐德AVEVA和美國(guó)鷹圖的軟件，國(guó)內(nèi)的達(dá)美盛、圖為和中科輔龍等公司的管道軟件研發(fā)，都取得了突圍。在家居設(shè)計(jì)領(lǐng)域，法國(guó)的KD、加拿大的2020 Design[28]等軟件在中國(guó)市場(chǎng)的份額被廣州圓方(尚品宅配旗下)、酷家樂(lè)、數(shù)碼大方等的軟件攻占，中國(guó)軟件開創(chuàng)了智能家居的個(gè)性化定制的一派美好景象。

四大頑疾：目前中國(guó)工業(yè)軟件的短板是，底部中空缺少根基，基礎(chǔ)研究相對(duì)缺乏;軟件廠家大多自身羸弱，沒(méi)有造血能力;用戶無(wú)心陪伴，拿來(lái)主義至上;協(xié)同舢板不成局，企業(yè)依舊是單打獨(dú)斗，缺乏組件與生態(tài)的配合。可以說(shuō)，上述四大頑疾不破，工業(yè)軟件難進(jìn)。
制造業(yè)再次升級(jí):從機(jī)電一體化到機(jī)電軟體化

20世紀(jì)七八十年代，日本人發(fā)明了機(jī)電一體化的概念，以解決電子與機(jī)械的互動(dòng)。任何一個(gè)產(chǎn)品，都要同時(shí)從機(jī)械和電氣兩個(gè)方面來(lái)看待。就像質(zhì)子和電子一樣，它們相互作用形成了一種不可分割的力量。
許多仿真技術(shù)公司最早是從機(jī)械仿真起步，后來(lái)則通過(guò)大量收購(gòu)電氣、電子方面的軟件，加強(qiáng)了多物理場(chǎng)的耦合，提高了仿真的精度，從而使得仿真結(jié)果向現(xiàn)實(shí)物理世界進(jìn)一步靠攏。
然而，制造業(yè)正在發(fā)生新的變化，數(shù)據(jù)變成了全新的戰(zhàn)略資產(chǎn)，物聯(lián)網(wǎng)則成為釋放數(shù)據(jù)的超級(jí)明星，以數(shù)據(jù)為食糧的人工智能也得到了快速的應(yīng)用。這進(jìn)一步激發(fā)了人們尋找數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)的熱情。這幾種不同的方向的技術(shù)，推動(dòng)了軟件業(yè)的繁榮。作為知識(shí)的數(shù)字化載體，軟件開始受到空前的矚目。
最早的仿真，是基于子系統(tǒng)、組件進(jìn)行計(jì)算。隨著數(shù)據(jù)流的蔓延，把所有數(shù)據(jù)和工作流都匯聚在一起，成為工程師嘗試的新方向。這個(gè)時(shí) 候，諸如對(duì)一輛汽車整體開發(fā)的考慮，催生了系統(tǒng)級(jí)仿真的出現(xiàn)。
這也意味著，工業(yè)正在形成全新的維度，從機(jī)電一體化，走向機(jī)電軟體化。這個(gè)世界的物理形狀，正在被一層看不見的軟件覆蓋——如果不是說(shuō)吞噬。機(jī)電軟體化的本質(zhì)，就是MED——“機(jī)械+電氣電子+數(shù) 據(jù)”，三者交互發(fā)揮作用。
可以說(shuō)，從機(jī)械到電氣，是一個(gè)臺(tái)階的躍升。對(duì)于從事機(jī)械制造的傳統(tǒng)工程師而言，完全可以靠提升技能而掌握它。機(jī)電一體化的融合，使得很多制造業(yè)門類都順利升級(jí)。在中國(guó)許多企業(yè)中，能夠看到很多掌握技術(shù)要領(lǐng)的企業(yè)，都從機(jī)械時(shí)代幾乎“無(wú)師自通”地進(jìn)入電氣化和自動(dòng) 化時(shí)代。然而，從機(jī)電一體化到機(jī)電軟體化的升級(jí)，則要跨越一道鴻溝。物理世界的傳統(tǒng)邏輯出現(xiàn)斷層，軟件與機(jī)電一體化的融合，形成一個(gè)全新維度，無(wú)法再靠邁臺(tái)階的方式突破。認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，對(duì)于中國(guó)傳統(tǒng)制造業(yè)而言尤為關(guān)鍵。缺乏工業(yè)軟件思維的企業(yè)家，將面臨一種新的游戲規(guī)則，面臨事關(guān)企業(yè)生存的一場(chǎng)挑戰(zhàn)。
數(shù)據(jù)傳遞“全屏化”

在相當(dāng)長(zhǎng)的工業(yè)發(fā)展時(shí)期，無(wú)論是設(shè)計(jì)，還是車間生產(chǎn)，曬藍(lán)的二維圖紙，象征著總工程師的權(quán)威。指令，往往就是“一紙之令”，這是一種傳遞決策的古老方式。越是復(fù)雜的制造，數(shù)據(jù)傳遞就越復(fù)雜，傳遞路徑就越長(zhǎng)，因此通過(guò)紙張、看板等載體實(shí)現(xiàn)信息傳遞，出現(xiàn)差錯(cuò)的可能性也就越高。
無(wú)紙化，是波音公司早在20世紀(jì)90年代提出來(lái)的。作為一個(gè)簡(jiǎn)潔易懂的目標(biāo)，其背后含義重大。告別簡(jiǎn)單的曬藍(lán)圖紙或許容易，但在設(shè)計(jì) 與制造之間以及整個(gè)工廠實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化則非常困難。從1990年開始研發(fā)的波音777客機(jī)，是最早采用數(shù)字化技術(shù)設(shè)計(jì)的飛機(jī)，但直到現(xiàn)在，波音依舊在致力解決無(wú)紙化問(wèn)題。
無(wú)紙化，是一個(gè)解決信息孤島問(wèn)題的方向。在這種理念之下，所有的紙張和表格，都是孤島數(shù)據(jù)的象征，意味著工廠出現(xiàn)了“數(shù)據(jù)阻塞”。不過(guò)，這也是當(dāng)下很多工廠的普遍特點(diǎn)。
然而，徹底解決這樣的問(wèn)題，看上去也是有希望的。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) (AR)作為一種全新的媒介，有可能重新定義數(shù)據(jù)傳輸方式。設(shè)計(jì)研發(fā)工程師像《鋼鐵俠》中的主角那樣，在空中進(jìn)行拖拽式的設(shè)計(jì)，已經(jīng) 有了萌芽——洛克希德·馬丁公司正在做這樣的嘗試;在工廠的車間現(xiàn) 場(chǎng)，以豐富軟件支撐的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備，已經(jīng)來(lái)到操作工人的身邊。美國(guó) 參數(shù)技術(shù)公司的ThingWorx Operator Advisor采用了全新的3D設(shè)計(jì)和工作指令的方式，可以通過(guò)AR把相關(guān)信息傳遞到任何一線操作工的手中。全球最大的風(fēng)機(jī)設(shè)備制造商丹麥維斯塔斯(Vestas)公司，率先進(jìn)入這樣的3D時(shí)代。它正在通過(guò)簡(jiǎn)化關(guān)鍵操作數(shù)據(jù)的收集、合成和傳遞方式來(lái)解決“斷點(diǎn)數(shù)據(jù)”問(wèn)題。
這意味著，在車間里向員工傳遞信息的方式將被徹底改變，“文本”和“紙令”時(shí)代將有可能宣告結(jié)束。三維數(shù)據(jù)和指令，不完全是數(shù)據(jù) 下發(fā)問(wèn)題，而是通過(guò)一種類似“知識(shí)感受”的方式傳遞信息。這種傳遞是體驗(yàn)，是感受，而不是文本說(shuō)明。
這時(shí)候需要的指令，不再是用紙說(shuō)明，而是通過(guò)屏幕來(lái)傳遞，是一種感受。無(wú)紙化是一個(gè)燈塔，它現(xiàn)在有了更加具體的方式:“屏幕”將成為新的載體。在西班牙巴塞羅那的2019年世界移動(dòng)通信大會(huì)上，美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司宣布自己的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)Vuforia解決方案已經(jīng)在微軟的HoloLens 2中內(nèi)置，通過(guò)新手勢(shì)、語(yǔ)音增強(qiáng)和跟蹤功能，可以拋開繁復(fù)的編程工作?？諝夤こ坦綡owden，已經(jīng)開始采用這種技術(shù)，提高客戶使用其設(shè)備的體驗(yàn)。
鼠標(biāo)讓人手成為鼠標(biāo)墊上的爬行物;AR則將人的手解放出來(lái)，成為在空中翻動(dòng)的飛鳥。無(wú)論是在設(shè)計(jì)室，還是在工廠，人們將像指揮家那樣揮舞雙手，那是他們驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)的全新方式。
然而，這種發(fā)展背后的潛臺(tái)詞，則意味深長(zhǎng)。全球最大的工程機(jī)械制造商卡特彼勒(Caterpillar)已經(jīng)不再為用戶提供圖紙。若需要維修油路，非授權(quán)的維修工程師今后恐怕只能依靠猜測(cè)。用戶可以擁有一切細(xì)節(jié)，卻看不到它的數(shù)據(jù)。那么，下一代工人是什么樣子的? 他們都是裝有“第二血管”的互聯(lián)工人。在“第二血管”中，穿梭著各
種數(shù)據(jù)。借助于AR技術(shù)，這些工人可以看見它們。撕掉每一張紙?“全屏化”成為精益的標(biāo)配?這將挑戰(zhàn)一個(gè)工廠以往幾十年所形成的標(biāo)桿實(shí)踐和燈塔文化。
從永久性授權(quán)到持續(xù)訂閱

隨著云平臺(tái)的普及，軟件的訂閱制也開始盛行。軟件使用授權(quán)有兩種模式:年租(ALC，Annual License Cost)和永久性授權(quán)(PLC， Perpetual License Cost，也稱為一次性買斷)。年租主要是收取服務(wù)費(fèi) (或者維護(hù)費(fèi))，大概為軟件價(jià)格的20%左右。
訂閱模式的軟件并不一定都是基于云部署，依舊可以在企業(yè)內(nèi)部安裝，但是需定期獲得授權(quán)密碼。在歐、美、日市場(chǎng)上，達(dá)索系統(tǒng)、西門子公司每年?duì)I收的70%— 80%都來(lái)自年租，只有20%—30%來(lái)自一次性買斷。70%—80%的年收入是可以提前鎖定的，這是工業(yè)軟件行業(yè)在發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家的通行規(guī)則，也意味著工業(yè)軟件企業(yè)的日子過(guò)得很舒服。
對(duì)于軟件公司而言，訂閱制可以確保用戶產(chǎn)生持續(xù)的現(xiàn)金流。雖然當(dāng)期某個(gè)用戶企業(yè)帶來(lái)的收入較少，但是幾年下來(lái)，訂閱服務(wù)的收入會(huì) 超過(guò)銷售固定使用權(quán)的營(yíng)收。而且，用戶常久使用軟件會(huì)產(chǎn)生大量數(shù) 據(jù)，由于日后數(shù)據(jù)難以遷移，因此用戶會(huì)對(duì)軟件產(chǎn)生更多的黏性。
從軟件發(fā)展的動(dòng)力來(lái)看，顯然軟件供應(yīng)商也會(huì)更喜歡訂閱模式。持續(xù)用戶的存在，會(huì)激勵(lì)開發(fā)者的熱情和雄心，也會(huì)使得軟件收入變得非常穩(wěn)定。在訂閱的模式下，長(zhǎng)期的更新顯得更加合理，工程師們可以專心搞研發(fā)。
在國(guó)外，很多企業(yè)用戶會(huì)選擇簽續(xù)訂協(xié)議。一旦新版本發(fā)布，就按協(xié)議更新版本。

但國(guó)內(nèi)企業(yè)通常習(xí)慣一次性購(gòu)買。一次性買斷幾乎是壓倒性的策略，訂閱制的發(fā)展并不順利。一旦新版本發(fā)布，軟件廠商就開始催促國(guó) 內(nèi)企業(yè)用戶續(xù)訂、更新軟件。如果想得到更新版本，那就要再買一次。在這種情況下，很多國(guó)內(nèi)工程師不得不繼續(xù)使用老版本的軟件。這種軟件使用模式也與中國(guó)的采購(gòu)管理體系有關(guān)。在中國(guó)財(cái)務(wù)記賬模式中，軟件通常當(dāng)作固定資產(chǎn)記為一次性投入，按資產(chǎn)折舊的模式計(jì) 算。這使得訂閱模式無(wú)法實(shí)現(xiàn)。軟件購(gòu)買是有標(biāo)準(zhǔn)預(yù)算的。如果購(gòu)買軟件服務(wù)，則很難有對(duì)應(yīng)的財(cái)務(wù)預(yù)算科目。軟件服務(wù)在中國(guó)的價(jià)值，并沒(méi) 有被廣泛認(rèn)可，盡管服務(wù)才是軟件的核心價(jià)值。這是一個(gè)根深蒂固的舊思維方式，國(guó)內(nèi)用戶往往只肯為新功能付費(fèi)，而不認(rèn)可軟件的服務(wù)費(fèi)。軟件服務(wù)無(wú)法產(chǎn)生正常的收入，也是國(guó)內(nèi)一些自主軟件企業(yè)生存困難的重要原因之一。

當(dāng)然，國(guó)外最開始推動(dòng)訂閱制時(shí)也碰到一些困難。歐特克公司在推行訂閱制時(shí)并不順利。自2015年開始，歐特克公司便希望能將商業(yè)模式從傳統(tǒng)的軟件買斷過(guò)渡到訂閱制。2017年11月，歐特克公司在全球裁員 1 100多人，激進(jìn)地推動(dòng)訂閱制。之后，歐特克公司所有的產(chǎn)品都只能訂閱，不賣永久許可。這一步邁得很大，對(duì)歐特克公司當(dāng)時(shí)的銷售產(chǎn)生很大的負(fù)面影響。然而，歐特克公司不為所動(dòng)，繼續(xù)組織重整，堅(jiān)決聚焦訂閱服務(wù)模式。隨后兩年的發(fā)展，證明這一步是相當(dāng)有戰(zhàn)略眼光的選擇。
在互聯(lián)網(wǎng)普及度不高的時(shí)代，軟件廠商或作者利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行持續(xù)地維護(hù)與升級(jí)比較困難，很多軟件的銷售基本就是“一錘子買賣”。現(xiàn)在，隨時(shí)更新版本的條件基本成熟，為產(chǎn)品提供完善的客戶服務(wù)支持和迭代升級(jí)，完全可以通過(guò)在線實(shí)施，幾乎沒(méi)有任何障礙。云計(jì)算更是加速了這種操作的普及。由于軟件廠商與用戶之間利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行持續(xù)維護(hù)與升級(jí)非常容易，商業(yè)模式也變得更加豐富。例如，軟件廠商可以通過(guò)下載免費(fèi)、部分功能使用免費(fèi)、更多服務(wù)需付費(fèi)的訂閱方式，吸引那些因?yàn)?一開始就需要付費(fèi)而知難而退的用戶?？邕^(guò)部分功能免費(fèi)使用的門檻，一部分體驗(yàn)用戶往往會(huì)發(fā)展成訂閱付費(fèi)的用戶。以前的買斷制就像是只購(gòu)買了一款軟件，現(xiàn)在的訂閱制更像是購(gòu)買了軟件廠商提供的持續(xù)服務(wù)。
訂閱模式是否容易推動(dòng)，也跟行業(yè)屬性有關(guān)。半導(dǎo)體行業(yè)更傾向于工藝軟件的訂閱制，因?yàn)樾酒に嚫滤俣群芸欤浖磕甓家?jí)，否則無(wú)法達(dá)到最新的標(biāo)準(zhǔn)。既然需要持續(xù)維護(hù)，訂閱制就要好很多。相反，在傳統(tǒng)行業(yè)，如機(jī)械、航空、汽車等領(lǐng)域，對(duì)軟件更新的需求要慢得多。事實(shí)上，80%—90%的用戶對(duì)新版本的功能并不需要。他們購(gòu)買一款新軟件，僅僅是為了獲得一款軟件而已，許多軟件功能配置(甚至達(dá)80%)是被浪費(fèi)的。
在十年前，云CAD產(chǎn)品就被廣泛談?wù)?，但大家都覺(jué)得困難重重。最知名的CAD軟件架構(gòu)師之一，歐特克的創(chuàng)始人之一邁克·瑞德(Michael Riddle)當(dāng)時(shí)指出，云CAD產(chǎn)品的復(fù)雜性是桌面CAD軟件的十倍以上。這并不完全是因?yàn)檫@類程序動(dòng)輒數(shù)千萬(wàn)行數(shù)的代碼，而是指建模的難度，以及復(fù)雜的可能性。重建架構(gòu)體系是必需的，但這簡(jiǎn)直是成熟軟件廠商的夢(mèng)魘。1994年，AutoCAD第13版隆重發(fā)布，然而市場(chǎng)反饋是差評(píng) 如潮。這是一個(gè)重建架構(gòu)、代碼幾乎完全重寫的全新軟件，卻給歐特克帶來(lái)一場(chǎng)代價(jià)高昂的災(zāi)難。
從SolidWorks出走的元老，在2012年創(chuàng)立了Onshape公司，單一提供在線CAD服務(wù)。借助于創(chuàng)始人的專家效應(yīng)，一時(shí)間引起了強(qiáng)烈的反響。Onshape公司在2016年4月一共獲得了四輪1.7億美元的投資，但之后再無(wú)下文?？瓷先?，Onshape公司起了大早，趕的卻是晚集。它的沖擊力并沒(méi)有原來(lái)想象的那么強(qiáng)。云CAD產(chǎn)品有云模式帶來(lái)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，有商業(yè)模式的創(chuàng)新，但是說(shuō)到底，還是要把基本建模做好，否則并不能被用戶廣泛接受。盡管在2019年Onshape公司被老牌CAD軟件廠商美國(guó) 參數(shù)技術(shù)收歸門下，但Onshape公司的舉動(dòng)，還是喚醒了諸多傳統(tǒng)CAD 軟件廠商。
除了歐特克以Fusion360迅速跟進(jìn)之外，2018年達(dá)索系統(tǒng)也在 3DEXPERIENCE平臺(tái)上推出了xDesign，其界面顏色與SolidWorks保持基本一致。這些行動(dòng)旨在應(yīng)對(duì)OnShape等在線設(shè)計(jì)軟件帶來(lái)的沖擊。
在線CAD服務(wù)帶來(lái)了巨大的協(xié)同效應(yīng)，使得“眾包眾創(chuàng)，集體協(xié)同”成為一種可能。這是在線設(shè)計(jì)的魅力之一。隨著工業(yè)云的進(jìn)一步普及，會(huì)有大量的中間軟件商，提供各種軟件之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換服務(wù)。這種服務(wù)可以把云CAD等工程數(shù)據(jù)與云平臺(tái)進(jìn)行無(wú)縫、簡(jiǎn)潔的連接。
為了云平臺(tái)這樣一個(gè)戰(zhàn)略方向，達(dá)索系統(tǒng)甚至考慮到云計(jì)算設(shè)施的硬件資源。2011年，成立不到一年的云計(jì)算公司Outscale獲得了達(dá)索系統(tǒng)的戰(zhàn)略投資;2017年6月，達(dá)索系統(tǒng)追加投資，獲得其多數(shù)股權(quán)。通過(guò)Outscale全球十多個(gè)數(shù)據(jù)中心提供的云計(jì)算服務(wù)，達(dá)索系統(tǒng)的3D EXPERIENCE平臺(tái)可以充分發(fā)揮硬件、軟件的集成優(yōu)勢(shì)，并向各種規(guī)模的企業(yè)進(jìn)行部署。
這種基于獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)施的云平臺(tái)，可以從云端交付Windows應(yīng)用程序和工作流。Frame就是這樣一種獨(dú)立服務(wù)商，打破了傳統(tǒng)的虛擬化桌面解決方案(如Citrix或VMware)，后者是為非彈性的、單租戶的數(shù)據(jù) 中心基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)的。以虛擬化方式發(fā)展，還是以軟件即服務(wù)(SaaS) 的方式發(fā)展，也許在今天并不能涇渭分明地區(qū)分，但未來(lái)會(huì)在商業(yè)模式、部署方式、生態(tài)開發(fā)上有所不同。遠(yuǎn)算科技的新一代介于虛擬化與 SaaS的技術(shù)，也許是另外一條更具有生命力的方式。
天生云端，架構(gòu)輕盈，符合用戶對(duì)于工業(yè)云的彈性訪問(wèn)，正是工業(yè) 軟件在云端被看好的地方。
在這個(gè)領(lǐng)域，中國(guó)的軟件正在迅速作出反應(yīng)。浩辰、利馳等都加強(qiáng) 了線上CAD產(chǎn)品。2021年9月山大華天發(fā)布了基于云架構(gòu)的三維CAD平臺(tái)Crown CAD。在CAE應(yīng)用領(lǐng)域，這更像是新型小企業(yè)的選擇。很多國(guó) 產(chǎn)CAE軟件公司，例如北京云道、上海數(shù)巧、藍(lán)威、遠(yuǎn)算科技等正走在這條道路上。這是避開強(qiáng)敵鋒芒、找到利基市場(chǎng)的一次良機(jī)。
工具向平臺(tái)進(jìn)化

把工業(yè)軟件看成工具的時(shí)代，或許已經(jīng)過(guò)去。2019年2月，達(dá)索系統(tǒng)宣布，走過(guò)了21年的“SolidWorks World”大會(huì)將不再保留原名稱，而是成為“3D EXPERIENCE World”。這發(fā)出了一個(gè)重要的信號(hào)，任何單一軟件工具的品牌不再重要，平臺(tái)將統(tǒng)領(lǐng)一切。達(dá)索系統(tǒng)正在主推它的 3D EXPERIENCE平臺(tái)，這是一個(gè)頂層戰(zhàn)略。
工業(yè)軟件作為一種強(qiáng)烈存在的工具屬性，正在被降低它獨(dú)立存在的意義。當(dāng)你想要一把斧頭，對(duì)方會(huì)問(wèn)你，難道你想要的不是一根木頭嗎?也許是對(duì)的，你想要的的確是一根點(diǎn)燃篝火的木頭。
這也意味著商業(yè)模式的更新。工業(yè)軟件供應(yīng)商正在試圖從設(shè)計(jì)到制造的全過(guò)程中，進(jìn)一步挖掘價(jià)值。制造即服務(wù)，是這個(gè)理念的核心。這就是為什么達(dá)索系統(tǒng)致力于將前端的設(shè)計(jì)與后期的制造直接打通。它在 2014年收購(gòu)面向營(yíng)銷和展示的高端3D可視化軟件RTT公司，正是秉承了這樣一種理念。
從這個(gè)大趨勢(shì)來(lái)看，就能理解近幾年計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)軟件風(fēng)雨飄搖的市場(chǎng)。曾經(jīng)獨(dú)立的CAM軟件商，紛紛退場(chǎng)。英國(guó)CAM軟件公司達(dá)爾康在2013年出乎意料地被歐特克吞并;?？怂箍涤?014年并購(gòu)了英國(guó)CAM軟件公司Vero;同年年底，增材制造巨頭3D System則以一億美元的價(jià)格收購(gòu)了以色列優(yōu)秀的CAM軟件廠商Cimatron。圍繞 CAM軟件，2017年SolidWorks推出了面向CAM的版本，而?？怂箍翟?2018年吞并了法國(guó)CAM軟件公司SPRING。獨(dú)立的CAM軟件商，正在成為軟件平臺(tái)服務(wù)的組成部分。
支撐平臺(tái)最大的秘密，在于社區(qū)，在于協(xié)同。其實(shí)，社區(qū)的概念早已有之，20世紀(jì)90年代末，因?yàn)闅W特克公司扶持打造合作伙伴生態(tài)，出現(xiàn)了一大批二次開發(fā)的工業(yè)軟件企業(yè)。但在歐特克并購(gòu)二次開發(fā)企業(yè)德美科之后，國(guó)內(nèi)的二次開發(fā)者一時(shí)無(wú)還手之力，只能紛紛轉(zhuǎn)型。隨著工具向平臺(tái)的轉(zhuǎn)移，國(guó)內(nèi)的各種小軟件公司將越來(lái)越多地成為附在巨艦船舷上的一塊塊海藻。所謂的合作伙伴，也就是鐵與草的關(guān) 系，如此而已。
這樣的平臺(tái)存在，對(duì)中小企業(yè)有著巨大的誘惑力。這也意味著平臺(tái) 型的企業(yè)必須做好“全能選手”的準(zhǔn)備。工業(yè)軟件企業(yè)也需要做好遷移平臺(tái)、服務(wù)中小企業(yè)的準(zhǔn)備。
2018年底達(dá)索系統(tǒng)以4.25億美元的價(jià)格完成收購(gòu)制造業(yè)ERP軟件公司IQMS。將設(shè)計(jì)端的數(shù)據(jù)與經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)相結(jié)合，這是PLM軟件商拓展疆土的歷史中，跨出的最大一步。2019年初，達(dá)索系統(tǒng)SolidWorks推出 3DEXPERIENCE Works，為中小型企業(yè)用戶提供了一個(gè)單一的數(shù)字環(huán) 境，將社交協(xié)作與設(shè)計(jì)、仿真、制造甚至ERP功能相結(jié)合。

有意思的賽道：自動(dòng)駕駛仿真

自動(dòng)駕駛仿真，也成為汽車制造商的逐鹿之地。為了獲得足夠的安全驗(yàn) 證，往往需要十億級(jí)甚至上百億千米的模擬測(cè)試。由于真實(shí)道路測(cè)試效率較慢，目前很多車企對(duì)于自動(dòng)駕駛都傾向于選擇仿真測(cè)試。據(jù)稱，自動(dòng)駕駛測(cè)試的90%將通過(guò)仿真完成，9%通過(guò)測(cè)試場(chǎng)完成，只有1%到實(shí) 際道路上進(jìn)行。既然智能網(wǎng)聯(lián)是未來(lái)汽車的重點(diǎn)，這里自然駐扎了仿真界的重兵，包括仿真平臺(tái)(如VI-Grade軟件)、場(chǎng)景仿真(如ESI公司的Pro-SiViC軟件)、動(dòng)力學(xué)仿真(如SimPack軟件)、車聯(lián)網(wǎng)仿真軟件 (如德國(guó)戴姆勒汽車信息技術(shù)創(chuàng)新研究所開發(fā)的VSimRTI軟件)、硬件在環(huán)(如NI公司的軟件和硬件)等，有三四十種軟件產(chǎn)品聚集在這個(gè)尚未建設(shè)完全的新處女地，日以繼夜地進(jìn)行密集計(jì)算轟炸。成立于2005年的德國(guó)VI-grade公司，憑借著德國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)界的優(yōu)勢(shì)，在系統(tǒng)級(jí)仿真領(lǐng) 域提供高級(jí)應(yīng)用軟、硬件產(chǎn)品和服務(wù)。該公司提供的汽車駕駛模擬系統(tǒng)，可以大幅度減少對(duì)物理樣車的需要。
自動(dòng)駕駛的仿真，可分為兩大類。
第一類是關(guān)于自動(dòng)駕駛的環(huán)境交互問(wèn)題，基本可以依靠仿真解決約 90%。開發(fā)一個(gè)自動(dòng)駕駛的系統(tǒng)，要經(jīng)歷軟件仿真，硬件在環(huán)仿真，車輛在環(huán)仿真，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，再到室外受控場(chǎng)地進(jìn)行測(cè)試。當(dāng)這些驗(yàn) 證合格之后，它終于可以到完全真實(shí)的公共道路上進(jìn)行大規(guī)模的路測(cè)[37]。谷歌很早就為自己的無(wú)人駕駛車輛Waymo，創(chuàng)建了模擬場(chǎng)景軟件Carcraft，并建立了真實(shí)的測(cè)試場(chǎng)Castle。實(shí)際馬路、真實(shí)測(cè)試場(chǎng)的路線，被重新組合后，形成了復(fù)雜多樣的虛擬城市。谷歌Waymo車隊(duì)，天天在虛擬城市里穿梭不停，從而快速掌握了自動(dòng)駕駛的本領(lǐng)。場(chǎng)景庫(kù)是高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)軟件中很重要的一個(gè)概念，也是中國(guó)廠商比較拿手的地方。它需要提供基于地圖的場(chǎng)景和法規(guī)之間的邏輯，積累起來(lái)較快，例如騰訊TAD Sim場(chǎng)景庫(kù)、百度Apollo場(chǎng)景庫(kù)等。
為了應(yīng)對(duì)高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)對(duì)交互環(huán)境的需要，仿真軟件會(huì)加強(qiáng)構(gòu) 建各種場(chǎng)景的能力，將實(shí)際路線重新組合成多種不同的路線。許多自動(dòng) 駕駛仿真方案，會(huì)采用跟谷歌Waymo車隊(duì)的虛擬城市Carcraft一樣的思路:一個(gè)1 000千米的路測(cè)場(chǎng)地，可以變換成數(shù)十萬(wàn)甚至上百萬(wàn)千米的道路。與此同時(shí)，這些企業(yè)也在進(jìn)化，通過(guò)并購(gòu)人工智能軟件加強(qiáng)對(duì)數(shù) 據(jù)的處理。把自動(dòng)駕駛仿真看成是一個(gè)游戲場(chǎng)景的延續(xù)，也并無(wú)不恰當(dāng)之處。從本質(zhì)來(lái)講，自動(dòng)駕駛軟件其實(shí)是一套非常復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)。
第二類仿真，針對(duì)的則是整車的動(dòng)力性能、安全性等。把一輛汽車的模型參數(shù)化，涉及車體、輪胎、制動(dòng)等諸多因素，需要處理大量的機(jī) 械動(dòng)力學(xué)、電磁場(chǎng)、聲光電等物理問(wèn)題，其中許多依舊是傳統(tǒng)的仿真問(wèn) 題。這與互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)面向以場(chǎng)景為主的高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)測(cè)試有所不同。早期的仿真軟件主要關(guān)注車輛的動(dòng)力、穩(wěn)定性、制動(dòng)等方面。例如，創(chuàng)始于1996年的車輛動(dòng)力學(xué)仿真軟件CarSim，脫胎于美國(guó)密歇根大學(xué)交通運(yùn)輸研究所，其主要?jiǎng)?chuàng)始人是國(guó)際知名的車輛動(dòng)力學(xué)專家。同門的TruckSim軟件包則主要用于仿真中型到重型卡車以及客車的動(dòng)力學(xué)特性。
一輛汽車的安全性、舒適度、操控性能、燃油效率、電池散熱以及排放等，分別是由各自的子系統(tǒng)完成的。因此，需要用一種系統(tǒng)觀的角度，提前解決各種子系統(tǒng)相互交互帶來(lái)的干擾。這意味著，很多子系統(tǒng) 必須在整車環(huán)境下進(jìn)行開發(fā)。但此時(shí)，物理樣機(jī)根本沒(méi)有介入，因此這個(gè)問(wèn)題需要在數(shù)字世界進(jìn)行解決。這是基于模型的系統(tǒng)工程最拿手的地方。如德國(guó)IPG公司的CarMaker作為乘用車的動(dòng)力學(xué)仿真軟件，提供了車輛動(dòng)力模型，囊括了從發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤，到懸架、傳動(dòng)和轉(zhuǎn)向等。它既可以完成開發(fā)流程前期所需要的V形山谷左坡的離線仿真，也可以在右坡接入ECU、子系統(tǒng)總成等做硬件在環(huán)測(cè)試。作為一個(gè)附加產(chǎn)品，它也能為其他高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)仿真軟件提供豐富的模板庫(kù)。
PreScan是由荷蘭國(guó)家應(yīng)用技術(shù)研究院開發(fā)的一款測(cè)試仿真軟件，重點(diǎn)是解決主動(dòng)安全避撞系統(tǒng)，也可用于高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)的仿真。該軟件在2017年8月被西門子公司收購(gòu)。除了添加場(chǎng)景之外，它還可以對(duì) 傳感器的特性進(jìn)行模擬，重點(diǎn)解決控制器、各種硬件與動(dòng)力學(xué)模型問(wèn) 題。
電控系統(tǒng)方面做的比較好的是德國(guó)的dSPACE公司。發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制器的開發(fā)和測(cè)試，都可用dSPACE的軟硬實(shí)時(shí)機(jī)完成。汽車主機(jī)廠需要將各種不同的零部件集中在一起，進(jìn)行綜合測(cè)試。 dSPACE公司在MATLAB基礎(chǔ)上開發(fā)的面向汽車的硬件模擬方案，可以無(wú)縫連接軟硬件，快速搭建原型，一體化實(shí)現(xiàn)模型在環(huán)、硬件在環(huán)和系統(tǒng)仿真這三個(gè)完整的工作。dSPACE公司提供的仿真和驗(yàn)證解決方案在汽車行業(yè)中已經(jīng)被廣泛使用，在航空航天、電力電子、風(fēng)機(jī)等領(lǐng)域，也都有著巨大的影響。在2008年，該軟件被禁用于中國(guó)軍工行業(yè)，但對(duì)汽車行業(yè)依舊是放開的。在新車型上路前的很長(zhǎng)時(shí)間，汽車制造商及其供應(yīng)商，需要使用dSPACE端到端解決方案來(lái)測(cè)試新車的軟件和硬件組件。

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