工业软件的十大趋势
CAD与CAE曾经是两个泾渭分明的阵营。少数工业软件才会横跨这两个领域。而现在，设计已经跟仿真紧密地结合在一起了。设计既出，仿真即行。同源数据，共生验证。业界比较热闹的CPS、数字孪生、数物融合等概念背后，都有映射着这样的事实。看一看这几年西门子、达索系统和Autodesk的动向就知道了。在最近几年，达索系统重点就是深耕仿真领域，充实达索系统旗下的仿真品牌 。在最近五年的并购中，有一半是在进行仿真软件的购买。这标志一个显著的变化，CAD与CAE正在紧密地连接在一起。即设计即仿真，将成为工业领域的标配。这种融合的力度，正在得到空前的加强。传统的CAD和CAE分而治之的局面，正在由CAD厂商率先打破。由于物理数值仿真将先于物理实现，使得几何引擎的重要性也将随之降低。这将会对单纯只做CAD和CAE的厂家，形成一个巨大的压力。 CAD与CAE的融合，意味着制造端的前置，它使得设计要更多担负起传统上样机与测试的功能。“面向制造的设计”DFM、面向安全的设计DFS等DFX系列，变得更加可行，而且更具普遍性。纸张是制造的圣杯。在相当长的工业发展时期，无论是设计，还是车间生产，发蓝的二维图纸，象征着总工的最高权威。指令，往往就是“纸之令”，这是一种传递决策的古老方式，就像古代的军队驿道。而且，越是复杂的制造，数据传递越是复杂，那么通过纸张、看板等载体实现信息传递出现差错的可能性就越高。无纸化，是波音早在上个世纪九十年代就提出来。作为一个简洁易懂的目标，背后含义重大。告别简单的蓝图纸，或许容易；但要在设计与制造之间以及整个工厂实现无纸化，则非常困难。从1990年开始研发的波音777，是最早采用数字化技术设计的飞机，而一直到现在，波音仍然在致力解决这样的问题。无纸化，是个解决孤岛的方向。在这种信念之下，所有的纸张和表格，都是孤岛数据的象征，这意味着工厂出现了“数据肠阻塞”。不过，这也是当下普通工厂的特点。这意味着，车间里向员工传递信息的方式，将彻底改变，“文本”和“纸令”时代 将有可能宣告结束。三维数据和指令，不完全是数据下发的问题，而是通过一种类似“知识感受”的方式进行传递。这种传递是体验，是感受，而不是文本说明。 这时候需要的指令，不是一张纸的说明，而是一张屏，而是一种感受。无纸化本身是一个灯塔，它正在有了更加具体的的方式：“屏幕化”将成为新的载体。在巴塞罗那的2019世界移动通信大会上，PTC的增强现实Vuforia解决方案已经开始在微软的HoloLens 2进行内置，通过新手势、语音增强和跟踪功能，可以无需繁复的编程工作。空气工程公司Howden，已经开始采用这种技术，提高客户使用其设备的体验。鼠标，让人手成为鼠标垫上的爬行动物；而AR则让人的手解放出来，成为在空中翻动的飞鸟。无论是在设计室，还是在工厂，许多人就像指挥家一样挥舞双手——那是他们驱动数据的全新方式。然而它背后的潜台词，则要意味深长得多。全球最大的工程机械制造商Caterpillar已经不再为用户提供图纸了。想要维修油路，非授权的维修工程师只能去猜测了。用户可以拥有一切细节，但看不到它的数据。那么，下一代工人是什么样子的？他们都是装有“第二血管”的互联工人。在这条第二血管的通道上，穿梭着各种数据。而借助于AR技术，这些工人完全可以看得见它们。“撕掉每一张纸”？“全屏化”成为精益的标配？这将挑战一个工厂在几十年所形成的标杆实践和灯塔文化。人类处理复杂问题的能力，是有限的。系统工程是一种顶层的全局思维；而模型则是在更高的抽象层次上表达复杂事物的一种手段。很显然，基于模型的系统工程MBSE和基于模型的定义MBD，都是为了增强人类处理复杂性的能力。 美国国防经费在全球遥遥领先，是其国家竞争力的重要保障。而美国国防部采办则涉及到从研发、制造到维护，有15万人，这其中将近30%的人员都是系统工程师。未来的设计，都是系统性思维考量。没有基于模型的系统工程，庞大的武器装备制造，是不可想象的。波音所推动的MBD（基于模型的定义）概念，正在得到广泛的认同。许多CAD公司，都开始支持与MBD直接相关的产品制造信息PMI的相关标准。这个看上去打破CAD各家的格式枷锁的MBD标准，也得到了各家CAD软件目前都表示支持。早在2013年，Solidworks就开始推出了MBD模块。然而，这只是一个意愿的开始而已。目前企业用户采用不同的三维设计软件，仍然会碰到多个MBD标准而无法统一，受三维软件限制太大。要支持全生命周期，必须要有端到端的MBSE的技术基础。波音采用了全新的“菱形”描述，以优化传统系统工程中大名鼎鼎的“V”字型路线。从这个菱形描述中，可以看出虚拟模型和物理世界中，二者需要随时交互，形成一个“互联环境”。这意味着，必须摆脱文档驱动的局面。数字孪生提供了令人激动的想象力。然而它的实现，必须依靠基于模型定义的产品。因此，它还是一个浮在上面的荷花，丝连不断的莲藕才是它的根基。工具类软件的销售方式，正在从一次性许可（License）转向订阅模式（Subscription）。订阅模式的软件并不一定都是基于云部署，可以仍然是在企业内部安装，但是通过订阅定期获得授权密码。 订阅模式是一种对于用户企业和软件公司双赢的模式，用户企业可以根据应用需求，灵活增减用户数，还可以即时获得最新的软件版本。 从软件发展的动力来看，显然软件供应商更喜欢订阅模式，它会使得收入变得非常稳定。在订阅的模式下，长期的更新显得更合理。在国际市场已经呈现出绝对性的胜利：达索在很多欧美日国家每年的营收， 70~80%是年租收入，只有20~30%是一次性买断PLC（perpetual license cost）。因此，软件公司在欧美看上去也很舒服，因为每年都会提前锁定大部分收入，工程师可以轻轻松松搞研发。在互联网普及度不高的上个时代，厂商或作者利用网络进行持续地维护与升级比较困难，很多软件基本就是“一锤子买卖”；而现在，随时更新版本的条件基本完善，为产品提供完善的客户支持和迭代升级，通过在线实施没有任何障碍。而云计算则加速了它的普及。工业软件的订阅制，已经势不可挡了。中国市场还在凭着它特有的市场特色，在进行勉强的抵御。一次性购买，这也是中国最喜欢的方式，也是由于中国项目经费的构成具有特殊性：软件升级是有预算的，而购买软件服务则很难形成项目预算。同时，这也是中国的一个奇怪现象：软件服务在中国的价值，远远没被认可。但服务恰恰才是软件的核心价值。无法提前锁定软件的长期服务价值，是国内许多自主软件企业生存困难的重要原因之一。把工业软件看成工具的时代，或许已经过去。2019年2月达索系统宣布，经历了21年的SolidWorksWorld大会名称将不再保留，而是成为3D ExperienceWorld。大会名称要改，这可能会哭死众多的SolidWorks粉丝。这发出了一个重要的信号，任何单一软件工具的品牌，都不再重要，平台的存在将笼罩一切。达索系统正在主推它的3D EXPERIENCE平台，这是一个顶层战略。 工业软件供应商，正在试图从设计-制造的全过程中，进一步挖掘价值。制造即服务，是这一理念的核心。这就是为什么达索致力于将前端的设计、后期的制造直接打通。而它在2014年收购面向营销和展示的高端3D可视化软件RTT公司，正是秉承了这样一种理念。从这个大趋势来看，就能理解近几年计算机辅助制造CAM风雨飘摇的市场。曾经独立的CAM软件，纷纷落下。英国CAM公司达尔康在2013年出乎意料地被欧特克吞并，本来是独立的CAM软件市场，被迅速洗牌，海克斯康2014年并购了英国CAM软件公司Vero——后者此前已经进行过系列并购，而同年年底增材制造巨头3D System则以一亿美元的代价收购了以色列优秀的CAM厂商Cimatron。这个故事最新上演的剧情是，2017年Solidworks推出了面向CAM的版本，而海克斯康在2018年吃掉了法国CAM公司SPRING。独立的CAM软件商，都在成为软件平台服务的一部分。支撑平台最大的秘密，在于社区，在于协同。其实社区的概念早已有之，上个世纪90年代末的Autodesk公司，最早也扶持做合作伙伴生态，出现了一大批二次开发的工业软件企业。但随着Autodesk并购德美科这样的二次开发企业之后，国内的二次开发者一时也毫无还手之力，纷纷转型，四下散去。 随着工具向平台的转移，国内的各种小伙伴，将越来越成为巨舰之上的一块块海藻。所谓的合作伙伴，铁与草的关系，如此而已。 这样的平台存在，对着中小企业将有着巨大的诱惑力。这也意味着平台型的企业，必须做好“全能选手”的准备。工业软件企业，也在做好迁移平台、服务中小企业的准备。 最近的例子是达索进入了ERP系统。2018年底达索系统以4.25亿美元完成收购制造业ERP软件公司IQMS，随之将IQMS更名为DELMIAWORKS 。将设计端的数据，与经营数据相结合，这是PLM软件商拓展疆土的记录中，所能跨出的最大一步。而在今年年初达索系统SOLIDWORKS推出的3DEXPERIENCE.WORKS，正是中小型企业用户提供一个单一的数字环境，将社交协作与设计、仿真、制造甚至ERP功能相结合。软件即服务(SaaS)的概念不断发展，在工业领域。基于云的工业软件订阅模式越来越多，成为企业在本地软件安装环境之外的一种选择。云与在线的工业软件可以直接在本地浏览器中运行，或通过Web及移动应用程序运行。与安装在本地计算机上的传统软件不同，它通过远程服务器进行更新，并通过订阅获得服务，通常是每年甚至每月一次。在十年前，云CAD就被广泛谈论，但大家都会觉得困难重重。最知名的CAD架构师之一，Autodesk的创始人之一的Michael Riddle当时指出，云CAD的复杂性，是桌面CAD的十倍以上。这并不完全是因为这类程序动辄数千万行数的代码，而是指建模的难度，以及像国际象棋一样复杂的可能性。为了云平台这样一个战略方向，达索甚至考虑到了云计算设施的硬件资源。2011年，成立不到一年的云计算公司Outscale获得了达索系统的战略投资；到了2017年6月 ，达索系统追加投资获得其多数股权。通过Outscale全球十多个数据中心提供的云计算服务，达索的3D 体验平台，可以充分发挥硬件、软件的集成优势，并可以向各种规模的企业进行部署。 这种基于独立于基础设施的云平台，可以从云端交付Windows应用程序和工作流。Frame就是这样一种独立服务商，打破传统传统的虚拟化桌面解决方案（如Citrix或VMware） ，后者是为非弹性的、单租户的数据中心基础设施设计的。对比一下，英特尔的X86架构在PC机上，和ARM架构在移动端，呈现的特征会有多么的不同。工业软件的最高境界，或许就是消灭自己。既然用户要的是一个洞，那么所有的工具，诸如凿子、钻头就都不必出现了。 最直观的一种现象是，软硬结合，正在成为工业界的一种时尚。工业软件与自动化硬件，正在紧密走在一起。 软件定义利润，硬件盈利时代早已结束。随着软件的注入，传统硬件像刀片一样薄的利润，正在变得像服务器一样的厚实。 系统之间的传统界限正在消失，这使得传统机械设计与仿真的CAD/CAM/CAE软件，电子设计自动化软件EDA，以及与其他软件如制造执行系统MES、人机界面HMI等，都在融合。 在工业互联网的背后，软件才是明星。只有软件，才能搞得定机器，才能理清楚数据的价值。不再是简单的套装工具，它以另外的形式重塑工业的价值。 泛在而无形，这或许是工业软件努力的方向。但在这无形根基之上，才能建立起高耸入云的智能制造和工业互联网的殿堂。什么是无形的？空气是无形的。它主宰着生命的存在。
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