工業(yè)軟件到底應(yīng)該是一個(gè)什么樣的范疇？

前言

上周，科技部出臺(tái)了“十四五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“工業(yè)軟件專(zhuān)項(xiàng)”，在公開(kāi)征集建議中。工具類(lèi)的還在規(guī)劃進(jìn)行中。我們也借此機(jī)會(huì)，探討一下中國(guó)工業(yè)軟件的突破方向。

中國(guó)的工業(yè)軟件最需要突破的重點(diǎn)陣地，就是工具級(jí)和向下的組件。盡管?chē)?guó)外已經(jīng)走向了平臺(tái)級(jí)的方向，但國(guó)內(nèi)的發(fā)展仍要堅(jiān)持從基礎(chǔ)開(kāi)始，從底層突破，“不做泛化、少做平臺(tái)“。

概念之槌，如何舉起來(lái)

那么，工業(yè)軟件到底應(yīng)該是一個(gè)什么樣的范疇？

回答起來(lái)很難。沒(méi)有人能夠完全梳理清楚工業(yè)軟件的問(wèn)題，每一種國(guó)民經(jīng)濟(jì)分類(lèi)的背后，都有著一大堆的工業(yè)軟件的筋脈相連。正因?yàn)槿绱藦?fù)雜，使得在攻堅(jiān)戰(zhàn)打響的時(shí)候，很難給出一個(gè)完整、清晰的邊界。這是一頭巨象，每人都只能摸到局部一點(diǎn)點(diǎn)。

工業(yè)軟件的定義一向?qū)挿海谥袊?guó)也是歧義很多。一種常見(jiàn)的看法是，只要是在工業(yè)活動(dòng)中使用的軟件，都可以算在其中。這意味著工業(yè)軟件的范疇，很難有一個(gè)純種的血統(tǒng)。但這種泛化的認(rèn)識(shí)，容易混淆工業(yè)軟件之間的差異。可以說(shuō)， 像Oracle、Salesforce這樣的軟件巨頭，盡管很難替代，但如果下狠心，正如銀行領(lǐng)域的去IOE一樣，兩年不行，五年總可以，總是有辦法的。這是一個(gè)靠決心和狠心可以短時(shí)間生效的問(wèn)題，我們已經(jīng)看到華為、阿里無(wú)論是服務(wù)器還是數(shù)據(jù)庫(kù)，正在起到的作用。但想要替代類(lèi)似像ANSYS、Synopsys這類(lèi)的大型工業(yè)軟件，靠瞬間的決心和狠心，是沒(méi)有可能的。即使是樂(lè)觀一點(diǎn)，十年八年恐怕都很難。

這讓我們意識(shí)到，工業(yè)軟件的定義界面不能太寬泛。因?yàn)樘蟮耐粨裘?，即使投下去資金和努力，但收效仍然會(huì)很差。小小的按釘，會(huì)讓我們簡(jiǎn)明扼要地了解到，相同的壓力，也只有在更小的面積上，才能產(chǎn)生破除障礙的效果。中國(guó)的工業(yè)軟件，只有收縮并聚焦受力面，才能產(chǎn)生更大的突破性效果。

按美國(guó)咨詢(xún)公司IHS的軟件分類(lèi)，大類(lèi)別有18種。其中跟中國(guó)的工業(yè)軟件最接近的，就是“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。按照該數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)計(jì)，大概有5000多家軟件工業(yè)軟件供應(yīng)商，提供了近2萬(wàn)多種不同的工業(yè)軟件。而實(shí)際上，大量的工業(yè)軟件并不在收錄之中，因此實(shí)際數(shù)目要遠(yuǎn)大于此。

在中國(guó)，“工程和科學(xué)”都有特別的含義，因此這種概念也無(wú)法對(duì)照過(guò)來(lái)。理想中的工業(yè)軟件，最好能跟機(jī)器、工藝、材料等緊密結(jié)合在一起。在這里，筆者給出一個(gè)大類(lèi)，將工業(yè)軟件可以分為工業(yè)管理學(xué)和工業(yè)物理學(xué)。這樣的分法，純粹是為了將管理類(lèi)的軟件區(qū)分開(kāi)來(lái)，同時(shí)還能保留工程科學(xué)計(jì)算的血統(tǒng)。這里的“物理學(xué)”，并非狹義“物理學(xué)科的科學(xué)”，而是指“物理實(shí)體的科學(xué)規(guī)律”，因此也包括化學(xué)、生物學(xué)等。本文主要就是來(lái)討論這一類(lèi)軟件，而ERP軟件、供應(yīng)鏈軟件SCM、客戶(hù)關(guān)系管理等工業(yè)管理類(lèi)軟件，就不再作為本文的討論對(duì)象。

在推動(dòng)美國(guó)制造業(yè)發(fā)展的歷史進(jìn)程中，美國(guó)學(xué)者也曾經(jīng)對(duì)“制造”的定義有過(guò)困惑。后來(lái)有一種定義認(rèn)為，“掉下去能砸到腳的東西，那就是制造”，盡管這種定義也不夠準(zhǔn)確，但它非常形象地描述了“實(shí)體經(jīng)濟(jì)”如粗眉大眼般的活生生氣息。而“工業(yè)物理軟件”，也希望起到這樣一種區(qū)分的作用，盡管筆者給不出類(lèi)似“砸到腳”這種傳神的比喻。

圖1 工業(yè)軟件全景圖示意

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。

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(lèi)軟件，隨著產(chǎn)品一起銷(xiāo)售出去。隨著智能產(chǎn)品快速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品與電子設(shè)備的融合越來(lái)越強(qiáng)，因此嵌入式軟件也是高速增長(zhǎng)。根據(jù)《前瞻研究院》的數(shù)據(jù)，2019年中國(guó)嵌入式軟件市場(chǎng)規(guī)模接近100億。就銷(xiāo)售額而言，華為、海爾、南瑞集團(tuán)、中車(chē)等都是領(lǐng)頭羊。這類(lèi)軟件，行業(yè)跨度很大，而且已經(jīng)跟機(jī)電液壓等融合在一起，因此并非獨(dú)立銷(xiāo)售的產(chǎn)品。很多自動(dòng)化產(chǎn)品也都有大量的與硬件相捆綁的嵌入式軟件，這類(lèi)產(chǎn)品被稱(chēng)為嵌入式系統(tǒng)。像制造業(yè)最常見(jiàn)的控制系統(tǒng)PLC，其實(shí)就是一個(gè)嵌入式系統(tǒng)。在這其中，嵌入式操作系統(tǒng)最引人注目，消費(fèi)者對(duì)安卓、蘋(píng)果手機(jī)操作系統(tǒng)已經(jīng)很熟悉，而在工業(yè)領(lǐng)域則主要是美國(guó)風(fēng)河的VxWorks，以及加拿大的QNX，也有開(kāi)源的Linux系統(tǒng)可以支撐，國(guó)內(nèi)則有北京翼輝的 SylixOS等。跟消費(fèi)者級(jí)的操作系統(tǒng)最大的不同是，它需要很強(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)用軟件跟行業(yè)密切相關(guān)，也最豐富多彩。風(fēng)河的起家，就是跟美國(guó)宇航局NASA密切相關(guān)，并逐漸滲透到到軍工、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能姍C(jī)、導(dǎo)彈等，也帶有大量的嵌入式軟件。但對(duì)外單獨(dú)出售成熟軟件，卻并不是他們這類(lèi)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(shū)的研究對(duì)象。而開(kāi)發(fā)汽車(chē)、家電、醫(yī)療器械等產(chǎn)品的嵌入式軟件的時(shí)候，仍然需要大量的研發(fā)工具軟件，則是我們的重點(diǎn)。

這張《工業(yè)軟件全景示意圖》，肯定會(huì)遭到不少人的質(zhì)疑。因?yàn)橐谝粡垐D上，既反映出工業(yè)軟件的全貌，又要做到科學(xué)性，真的是太難了。就像在北京這座千年古都中觀光旅游，如果要用兩日游就完成旅途，那只能是個(gè)別看實(shí)景大部分靠地圖，僅僅收獲一個(gè)大致印象，和些許的歷史牽掛。因此這張工業(yè)軟件的圖也取名“示意圖”，也是期冀給大家提供一個(gè)輪廓而已，多一個(gè)視角來(lái)看待復(fù)雜斑駁的工業(yè)軟件世界。在行業(yè)真實(shí)應(yīng)用中，也不能完全按圖索驥，去認(rèn)識(shí)光影陸離的工業(yè)軟件世界。

先說(shuō)工廠設(shè)計(jì)軟件

這首先涉及到建筑設(shè)計(jì)軟件，面向建筑、工程與施工（AEC）的軟件，以及面向流程、電力和海事（PPM），也涉及到正在走熱的數(shù)字化交付。

廠房的設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程活動(dòng)。對(duì)工廠的設(shè)計(jì)，核心是對(duì)生產(chǎn)設(shè)施支持系統(tǒng)的保障。它包含了生產(chǎn)空間的設(shè)計(jì)，物料流動(dòng)、人與設(shè)備的關(guān)系等布局。

在民用建筑領(lǐng)域，建筑信息模型BIM被廣泛使用。它可以說(shuō)是在機(jī)械CAD發(fā)展到巔峰開(kāi)始趨于平緩的時(shí)候（大約在2000年左右）后的新一輪崛起。CAD系統(tǒng)植根于圖形，而難以充分解決建筑信息的問(wèn)題。類(lèi)似結(jié)構(gòu)件的解決方式，基于BIM的建筑設(shè)計(jì)CAD開(kāi)始出現(xiàn)。揮舞“結(jié)構(gòu)件”大旗的Revit，一改機(jī)械CAD里面的點(diǎn)線(xiàn)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。后來(lái)被Autodesk收購(gòu)。到目前，全球BIM建模軟件有70款之多，僅常用的就有25款。

圖2 設(shè)計(jì)CAD面向的領(lǐng)域

最早建筑設(shè)計(jì)CAD軟件的發(fā)展，得益于美國(guó)對(duì)于建筑標(biāo)準(zhǔn)化的推進(jìn)，使得面向AEC（建筑、工程和施工）軟件的快速發(fā)展。美國(guó)鷹圖軟件Intergraph在AEC領(lǐng)域的建樹(shù)，最早就是美國(guó)一個(gè)城市建立數(shù)字地理空間的項(xiàng)目而形成。德國(guó)的Nemetschek并購(gòu)了匈牙利Grahpisoft公司的ArchiCAD軟件，一直以來(lái)都是Revit的熱門(mén)對(duì)手。Nemetschek經(jīng)歷了大量的并購(gòu)發(fā)展，最終建立了與美國(guó)相抗衡的開(kāi)放式OpenBIM體系。這段爭(zhēng)斗的歷史，反應(yīng)了歐洲對(duì)美國(guó)在建筑設(shè)計(jì)軟件格式標(biāo)準(zhǔn)上的壟斷，所具有的高度警惕性。

在中國(guó)，依靠建設(shè)部對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)著要求，中國(guó)面向AEC軟件也有了較快的發(fā)展。盡管在BIM的核心建模軟件仍然落后，但在其它方面也算是各有斬獲。包括北京PKPM、北京盈建科、北京廣聯(lián)達(dá)、品茗、蘇州浩辰、北京博超等軟件。面向結(jié)構(gòu)分析的PKPM，源自中國(guó)建筑科學(xué)研究院，借助于863計(jì)劃的工程三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)的課題而研發(fā)成功，一度占據(jù)勘察設(shè)計(jì)院90%的市場(chǎng)。后來(lái)該軟件的主要開(kāi)發(fā)人離職后創(chuàng)建了盈建科，在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件市場(chǎng)中也迅速崛起。上個(gè)月已經(jīng)在深交所成功上市。

而在工程造價(jià)方面，中國(guó)的軟件也有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。除了魯班之外，廣聯(lián)達(dá)表現(xiàn)突出。它呈現(xiàn)了類(lèi)似國(guó)外成熟軟件公司所具有的特性，那就是對(duì)并購(gòu)的偏愛(ài)。最新一次收購(gòu)，則是在2020年收購(gòu)了以設(shè)備模型見(jiàn)長(zhǎng)、建立在Revit平臺(tái)基礎(chǔ)上的洛陽(yáng)鴻業(yè)軟件。而作為新興的地理信息系統(tǒng)與GIM的結(jié)合，主打輕量化的上海葛蘭岱爾也是嶄露頭角?？梢哉f(shuō)，在各種軟件領(lǐng)域中，面向AEC軟件，中國(guó)算是跟隨國(guó)外品牌跑得最接近、咬得最緊的一個(gè)領(lǐng)域。

而在民用建筑之外，工廠的設(shè)計(jì)尤其是在石化、電力和海事等PPM領(lǐng)域，就進(jìn)入了非常專(zhuān)業(yè)的工廠設(shè)計(jì)范疇。AEC領(lǐng)域的供電、通風(fēng)、土建以及給排水等，在PPM領(lǐng)域這里還只是一個(gè)開(kāi)始。在石油化工、電力、制藥等行業(yè)，有著無(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、控制開(kāi)始變得無(wú)比的重要。于是面向廠房設(shè)計(jì)的軟件，就成為一個(gè)獨(dú)立的分支。這其中佼佼者包括AVEVA的工廠設(shè)計(jì)軟件PDMS、以及美國(guó)鷹圖軟件（已經(jīng)被海克斯康收購(gòu)）。與民用建筑的AEC則更偏重于土建相比，工廠設(shè)計(jì)類(lèi)軟件更重視工藝流程走向、設(shè)備與管道的布置，以及各類(lèi)設(shè)備與管道之間的碰撞干涉檢查與處理。

這類(lèi)需要考慮行業(yè)特性的管道設(shè)計(jì)，到后來(lái)都發(fā)展成為綜合性的工廠設(shè)計(jì)軟件，大量工藝和設(shè)備的知識(shí)，也提前進(jìn)入工廠設(shè)計(jì)軟件之中。世界變得復(fù)雜了，軟件也同步跟進(jìn)。人類(lèi)看待世界的顆粒度，其實(shí)是由軟件來(lái)固化的。

國(guó)內(nèi)這方面的軟件，跟機(jī)械CAD市場(chǎng)有些類(lèi)似，在設(shè)計(jì)端相對(duì)較弱，很難進(jìn)入設(shè)計(jì)院。這塊市場(chǎng)也基本被前面幾個(gè)品牌所壟斷。國(guó)內(nèi)主要有長(zhǎng)沙優(yōu)易軟件UESOFT，作為國(guó)產(chǎn)三維管道CAD/CAE一體化設(shè)計(jì)的代表之一，在能源石化領(lǐng)域也有一席之地。當(dāng)設(shè)計(jì)院完成工藝設(shè)計(jì)之后，圖紙就會(huì)進(jìn)入建造方和之后的運(yùn)營(yíng)。這中間涉及到了大量的數(shù)據(jù)斷點(diǎn)，給國(guó)內(nèi)一些做模型重構(gòu)的軟件公司，如中科輔龍科技、圖為、綏通等國(guó)產(chǎn)軟件，留下了重新打穿數(shù)據(jù)通道的機(jī)會(huì)。一些來(lái)源自各行業(yè)工廠設(shè)計(jì)背景的公司如中機(jī)六院牽頭聯(lián)合國(guó)機(jī)集團(tuán)相關(guān)單位成立的國(guó)機(jī)互聯(lián)等也跨界投入了這一領(lǐng)域的軟件開(kāi)發(fā)。

當(dāng)前，石油化工行業(yè)正在躍躍欲試地推進(jìn)工廠資產(chǎn)管理，如設(shè)備數(shù)字孿生。以工藝特性為基礎(chǔ)，建立高保真的物理模型，是首當(dāng)其沖的任務(wù)。

重兵屯扎在MBSE山谷

如果討論工業(yè)軟件，不談MBSE（基于模型的系統(tǒng)工程），那么一定就是偏離了主戰(zhàn)場(chǎng)。MBSE向來(lái)都是工業(yè)軟件的最擁擠、最熱鬧的兵家必爭(zhēng)之地，MBSE是支撐復(fù)雜工業(yè)品開(kāi)發(fā)的一種方法論和系統(tǒng)觀。它以模型化的描述方法，重寫(xiě)了一遍系統(tǒng)工程的傳統(tǒng)Vee模型：左側(cè)自上而下的分解，以及右側(cè)自下而上的合成。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型”看成是一個(gè)有厚度的物理峽谷，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)Vee字形，代表了工業(yè)正向設(shè)計(jì)的思維。與其說(shuō)是它是一種方法論，用于指導(dǎo)開(kāi)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。

讓我們從這個(gè)Vee字形的左端開(kāi)始出發(fā)吧。

首先碰到的是需求管理。一個(gè)產(chǎn)品最早源自一個(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。而對(duì)于復(fù)雜的產(chǎn)品，則需要有好的“概念處理”方式。但它不能是只用Word來(lái)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(kāi)發(fā)，多視圖等。這就需要一套需求管理軟件，例如IBM的Doors軟件占據(jù)了統(tǒng)治性的地位，其它則包括了Cradle、寶蘭公司Carliber等，也包括Jama 、Goda等偏項(xiàng)目管理級(jí)軟件也可以使用。國(guó)內(nèi)則有索為Sysware.ORM、安世亞太Sys.RE等。當(dāng)然，如果是簡(jiǎn)單的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，不妨用微軟Visio也可以勝任。

從需求管理開(kāi)始，我們就會(huì)碰到軟件開(kāi)發(fā)的第一個(gè)怪癖，那就是需求永遠(yuǎn)是模糊的、主觀的和易變的，這像是我們對(duì)童年遙遠(yuǎn)的回憶。軟件自身開(kāi)發(fā)的需求，更容易如此。需求管理軟件，就是打算為這樣的隨意性，套上一個(gè)籠頭。

圖3 簡(jiǎn)化的Vee字形

從專(zhuān)業(yè)性來(lái)看，Doors專(zhuān)注于需求管理，管理得很細(xì)致、很專(zhuān)業(yè)，但是其技術(shù)架構(gòu)則相對(duì)比較老，對(duì)當(dāng)前越來(lái)越復(fù)雜的產(chǎn)品，可能也會(huì)有犯嘀咕的時(shí)候。最近幾年，國(guó)外的公司非常強(qiáng)調(diào)Design Thinking（設(shè)計(jì)思維），就是要突出創(chuàng)意設(shè)計(jì)。這意味“需求牽引產(chǎn)品研制”，拉長(zhǎng)到整個(gè)生命周期來(lái)看，這就超出了Doors本身能力的范疇。這也是為什么一些做CAD的公司，如西門(mén)子、PTC公司會(huì)不斷收購(gòu)一類(lèi)ALM（應(yīng)用周期管理軟件），類(lèi)似項(xiàng)目管理系統(tǒng)，或者是代碼托管平臺(tái)。西門(mén)子在2015年收購(gòu)了Polarion，而PTC則在2021年初收購(gòu)了SaaS化的ALM軟件：Arena。

然后就是體系的架構(gòu)與建模，需要對(duì)系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行整體描述。最常見(jiàn)的軟件是IBM的Rhapsody和MagicDraw，后者已經(jīng)被達(dá)索系統(tǒng)所收購(gòu)。在國(guó)防軍工、航天航空領(lǐng)域，涉及到多種子系統(tǒng)、零部件之間的交互、各種物理化學(xué)的反應(yīng)，這就需要用一種大系統(tǒng)的胸懷，超越細(xì)節(jié)的糾葛，來(lái)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)，而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(zhuān)注于最重要的功能和邏輯。

在一個(gè)模型驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)——這通常被認(rèn)為是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的一個(gè)重要前半部分，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)電軟體化的普遍存在，通訊、醫(yī)療、汽車(chē)和消費(fèi)電子等領(lǐng)域，都使得系統(tǒng)建模成為上帝之眼。

走完需求和體系這兩級(jí)臺(tái)階，順著山坡再向下走一格，就來(lái)到了一維1D建模的世界，也就是系統(tǒng)級(jí)仿真。工程師們最擅長(zhǎng)的學(xué)科，開(kāi)始登場(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，它需要解決的更多的只是時(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。常見(jiàn)的以文本建模的Modelica語(yǔ)言派，包括處理能源系統(tǒng)的Saber，流體方面的西門(mén)子AMESim和Flowmaster等，以及被ESI收購(gòu)的SimulationX。

這樣的小公司會(huì)有很多，例如Dymola作為一個(gè)多學(xué)科系統(tǒng)的仿真軟件，在熱系統(tǒng)中尤為突出。1996年豐田研發(fā)普瑞斯的電氣動(dòng)力總成系統(tǒng)的時(shí)候，Dymola曾起到了重要作用，也因此被豐田注資。2006年被達(dá)索系統(tǒng)收購(gòu)。而這家公司的創(chuàng)始人瑞典教授，更大的成就則在1997年創(chuàng)立了Modelica語(yǔ)言規(guī)范，開(kāi)辟了系統(tǒng)建模領(lǐng)域的獨(dú)特一派。這看上去是軟件的突破，但軟件的底層向來(lái)都是數(shù)學(xué)的問(wèn)題。90年代初，數(shù)學(xué)上終于突破了微分和代數(shù)的統(tǒng)一求解，統(tǒng)一了微分代數(shù)方程。而機(jī)電領(lǐng)域的多體系統(tǒng)，就是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的微分、代數(shù)問(wèn)題。數(shù)學(xué)石破天驚打開(kāi)門(mén)，軟件豁然開(kāi)朗一片天。Modelica語(yǔ)言隨即誕生。這種語(yǔ)言，天生就是為了系統(tǒng)級(jí)的多學(xué)科聯(lián)合仿真而來(lái)。它源自是歐盟一個(gè)項(xiàng)目，以解決機(jī)電液等聯(lián)合仿真的問(wèn)題，當(dāng)時(shí)1D建模仿真并不流行。彼時(shí)的仿真，仍然需要采用Abaqus或者ANSYS這種笨重的三維仿真去實(shí)現(xiàn)，時(shí)間非常漫長(zhǎng)。

十年之后，基于Modelica發(fā)展起來(lái)的軟件，高速發(fā)展，并又在隨后的十年迎來(lái)了被并購(gòu)的高峰。大的軟件巨頭，都開(kāi)始認(rèn)識(shí)到這種軟件的重要性。而國(guó)內(nèi)對(duì)應(yīng)的公司，則有蘇州同元MWorks等。不用說(shuō)，這也涉及到大量面向行業(yè)如風(fēng)機(jī)、電動(dòng)車(chē)等Modelica數(shù)字模型庫(kù)，如南京遠(yuǎn)思智能的Simtek就在開(kāi)發(fā)類(lèi)似的基礎(chǔ)庫(kù)。蒙特利卡流派的軟件，其中有基于機(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。很多都是依靠伙伴前行。工業(yè)軟件的勝出，已經(jīng)超越了靠單兵作戰(zhàn)的時(shí)候。這就是一個(gè)生態(tài)的征戰(zhàn)。被達(dá)索收購(gòu)的Dymola軟件，周?chē)幸粋€(gè)生態(tài)圈，有很多專(zhuān)門(mén)開(kāi)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)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(lèi)基礎(chǔ)模型庫(kù)，是用來(lái)加固城墻而必不可缺的護(hù)城河。

對(duì)于系統(tǒng)建模仿真而言，整個(gè)系統(tǒng)和子系統(tǒng)的功能和邏輯，將在這里進(jìn)行模擬仿真，以確定是否行得通。而這中間多系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，也需要像世冠GCAir的開(kāi)發(fā)環(huán)境來(lái)進(jìn)行聯(lián)合連接。而2020年六月因?yàn)橥蝗粩喙┕ご蠖鴱氐鬃叱瞿缓蟮拿绹?guó)Matlab，也正是蹲在這一層的小霸王。它可以發(fā)出控制信號(hào)，與其它軟件形成多學(xué)科協(xié)同，成為事實(shí)上的工程計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)閲@Matlab，一個(gè)龐大的生態(tài)已經(jīng)構(gòu)成，各個(gè)軟件都有相互穿插耦合，這正是它最核心的價(jià)值。當(dāng)然了，Matlab的偏微分方程求解能力很強(qiáng)。說(shuō)白了，軟件的強(qiáng)大，核心還是數(shù)學(xué)。

圖4 建模工具一大堆

(Source：MBSE的發(fā)展歷程，中國(guó)系統(tǒng)工程學(xué)會(huì)科普工作站 ）

上面的模擬，可以簡(jiǎn)單認(rèn)為沒(méi)有尺寸、只有時(shí)間的邏輯世界。而沿著臺(tái)階，再下一格，就進(jìn)入了物理世界所真實(shí)對(duì)應(yīng)的數(shù)字世界。一輛汽車(chē)的輪胎、發(fā)動(dòng)機(jī)，都開(kāi)始有了尺寸、材料和形態(tài)特征，這正是最常見(jiàn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD和仿真CAE環(huán)節(jié)。需要用CAD進(jìn)行三維（或者二維）的空間尺寸的描述，然后再用CAE進(jìn)行模擬仿真。這里有大量的CAD軟件，機(jī)械類(lèi)CAD如廣州中望，蘇州浩辰；而電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化EDA軟件則有美國(guó)Cadence，國(guó)內(nèi)如華大九天、概倫電子、蘇州芯合等，既有設(shè)計(jì)也有仿真。而在專(zhuān)業(yè)仿真CAE領(lǐng)域有電氣仿真AVEVA的IGE+XAO，流體力學(xué)如Fluent、大連英特等。而在云端的CAE仿真，則有北京云道智造、適創(chuàng)科技這樣倡導(dǎo)普惠仿真的推動(dòng)者。各自分工，也不一樣。這類(lèi)軟件更加分散，這里就不多作贅述。

如果把事物高度抽象化而言（這種說(shuō)法，其實(shí)容易犯錯(cuò)誤），可以簡(jiǎn)單這么想：系統(tǒng)級(jí)仿真可以看成是0D-1D空間中進(jìn)行快速建模，而CAD設(shè)計(jì)則在2D-3D空間之中完成幾何尺寸的變化，而CAE仿真則更多要在3D空間甚至四維空間，進(jìn)行更加細(xì)微的展示。

而在這個(gè)下坡的最后階段，往往需要一類(lèi)軟件多學(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。佼佼者如美國(guó)Isight、比利時(shí)Optimus。加拿大華人創(chuàng)立的Oasis軟件，在人工智能算法上，也是獨(dú)樹(shù)一幟，也得到了通用汽車(chē)北美汽車(chē)廠的高度肯定。

好了，截止到這里，我們沿著系統(tǒng)工程的Vee字形左端，來(lái)到了Vee字形的谷底。反彈的時(shí)間到了，物理樣機(jī)、測(cè)試等正式接棒。我們來(lái)到了山谷的右側(cè)，開(kāi)始向上爬。物理實(shí)體登臺(tái)，“會(huì)砸到腳的東西”開(kāi)始出現(xiàn)。

要爬上Vee字形的右坡，最重要的是兩個(gè)概念。一個(gè)是驗(yàn)證與確認(rèn)V&V，一個(gè)是硬件在環(huán)。

如果說(shuō)基于模型的SE，也就是MBSE，跟傳統(tǒng)的SE最大區(qū)別，那就是兩點(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，就在山坡左側(cè)；第二就是全過(guò)程虛擬驗(yàn)證，在山坡右側(cè)。這被稱(chēng)為驗(yàn)證與確認(rèn)V&V軟件。例如北京安懷信的SimV&Ver。它需要回答仿真精度問(wèn)題，將試驗(yàn)室的測(cè)試結(jié)果，與仿真結(jié)果進(jìn)行擬合。V&V是利用已經(jīng)確認(rèn)過(guò)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，來(lái)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。計(jì)算機(jī)的仿真要被證明是精確的，必須跟驗(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)卡尺。V&V驗(yàn)證，其實(shí)是一種知識(shí)復(fù)用的典型。一個(gè)好的企業(yè)，需要通過(guò)積累V&V模型庫(kù)，來(lái)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型右山坡的另外一個(gè)重要特點(diǎn)。簡(jiǎn)單說(shuō)，就是把硬件模擬器，開(kāi)始正式加入到測(cè)試環(huán)境中來(lái)，軟硬一體的實(shí)時(shí)機(jī)開(kāi)始出現(xiàn)。例如汽車(chē)領(lǐng)域dSpace，就是在Matlab的基礎(chǔ)上增加硬件，進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真。這一類(lèi)實(shí)時(shí)計(jì)算設(shè)備，還有加拿大RT-LAB，它在電力領(lǐng)域的實(shí)時(shí)仿真長(zhǎng)期獨(dú)占鰲頭。更廣泛的控制和儀器儀表測(cè)試，則主要是美國(guó)國(guó)家儀表NI公司的Labview。

實(shí)時(shí)仿真往往跟仿真軟件高度綁定。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)。實(shí)際上，Speedgoat正是Matlab所在公司的前員工在2007年初成立。這再次強(qiáng)化了一種印象，工業(yè)軟件沒(méi)有不結(jié)伴前行的，灑家一身武功包打天下的軟件是不可想象的。單獨(dú)一個(gè)Matlab或許并不可怕，但它早已跟其它各種軟件、硬件，在地下連接成錯(cuò)綜復(fù)雜的樹(shù)根綜合體。牽一發(fā)而動(dòng)全身，這就是企業(yè)在使用工業(yè)軟件最難替代的地方。也是成熟軟件在技術(shù)之外的更高級(jí)堡壘。

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(lèi)似當(dāng)年英特爾和微軟一樣的Wintel聯(lián)盟，交叉鎖定，掌控了復(fù)雜系統(tǒng)產(chǎn)品的高端開(kāi)發(fā)技術(shù)體系和手段。以汽車(chē)電控領(lǐng)域?yàn)槔?，?lái)自全球著名的奧地利汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)咨詢(xún)公司李斯特AVL，不僅提供發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架，也提供開(kāi)發(fā)測(cè)試的CAE軟件。其汽車(chē)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(chē)電控正向設(shè)計(jì)研發(fā)技術(shù)體系。

就硬件在環(huán)而言，再往前走一步，就是“人在環(huán)路”。也就是主觀性能的測(cè)試，以及人體行為分析。每個(gè)汽車(chē)廠，都會(huì)有很多試車(chē)員，就跟五糧液酒廠會(huì)有品酒師一樣，他們要對(duì)“腳踩下去沒(méi)有勁是什么意思”進(jìn)行回答。當(dāng)下開(kāi)始走熱的汽車(chē)模擬器中，已經(jīng)回答了這個(gè)問(wèn)題。簡(jiǎn)單一點(diǎn)的虛擬駕駛器，模擬連人在內(nèi)的物理樣機(jī)動(dòng)作。三維實(shí)境的路譜由華為提供，硬件釆模器是Concurrent 公司的，而軟件則是達(dá)索系統(tǒng)公司的Simpack等軟件。而更加細(xì)膩逼真的評(píng)估，則需要在一個(gè)大型的座艙里，汽車(chē)試駕員可以進(jìn)行各種操控，急踩油門(mén)，提高音響，猛打方向盤(pán)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，然后進(jìn)行模擬。例如德國(guó)VI-grade就提供這樣的產(chǎn)品，小的模擬器要上百萬(wàn)元1臺(tái)，可以放在辦公室里，而多功能的模擬器則達(dá)到上億元1臺(tái)，需要專(zhuān)門(mén)的大廠房。德國(guó)寶馬汽車(chē)就專(zhuān)門(mén)有一座大樓，用于各種汽車(chē)模擬器。最常見(jiàn)的行為仿真，就是加入了硬件及駕駛者的行為。

一切的一切，最后才走到物理驗(yàn)證，跟實(shí)物完全一樣的物理樣機(jī)才開(kāi)始登場(chǎng)。這個(gè)時(shí)候，創(chuàng)意成型，月影隱去，制造的曙光就要登場(chǎng)了。而此前這個(gè)漫長(zhǎng)的下坡、上坡的過(guò)程中，只有走過(guò)完整的路，是一套正向研發(fā)的最高工業(yè)文明。而逆向仿制研發(fā)，往往只需要截取其中的一小段，甚至主要是在右半坡棲息。而正向研發(fā)之路，看似羊腸小道，卻是通往天空的正路。工業(yè)軟件，不僅僅是一種工具，更是一種量尺，標(biāo)定了正向研發(fā)的決心。

推動(dòng)MBSE的發(fā)展，對(duì)于制造商而言，需要一種前瞻性的視角，是面向未來(lái)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵一環(huán)。在國(guó)際上，方法論、建模語(yǔ)言和規(guī)范、工具都已經(jīng)很成熟，唯一跟不上來(lái)的就是團(tuán)隊(duì)。而對(duì)于復(fù)雜產(chǎn)品的研發(fā)工程師而言，這是應(yīng)該成為一種基本的門(mén)檻技能。很多工業(yè)軟件公司，戰(zhàn)略布局就是遵循MBSE的Vee模型進(jìn)行落子。例如西門(mén)子軟件的戰(zhàn)略布局，可以說(shuō)就是要填滿(mǎn)了整個(gè)Vee的山谷，這讓并購(gòu)軟件的目標(biāo)鎖定，變得十分容易。而工業(yè)巨頭，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(kāi)始。2005年，對(duì)MBSE非常熱心的董事長(zhǎng)，選定了MBSE專(zhuān)家，在所有的制造流程開(kāi)始推動(dòng)MBSE的落實(shí)。十五年過(guò)去了，據(jù)稱(chēng)這項(xiàng)龐大的工程，已經(jīng)完成了40%。這自然是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。然而，數(shù)字化戰(zhàn)略，畢竟開(kāi)始騰飛。

然后，可以進(jìn)入制造了。

制造過(guò)程軟件

一家企業(yè)已經(jīng)建立了一個(gè)復(fù)雜而多產(chǎn)的全球制造體系：6家工廠生產(chǎn)和發(fā)運(yùn)來(lái)自20多個(gè)產(chǎn)品系列的75000多個(gè)SKU。為了滿(mǎn)足每年60萬(wàn)份的全球訂單，這些工廠依賴(lài)于1000多臺(tái)設(shè)備、數(shù)十條連續(xù)流水線(xiàn)，在某些情況下，在不同地點(diǎn)的類(lèi)似產(chǎn)品還需要不同的產(chǎn)品“配方”。如何規(guī)劃這種進(jìn)進(jìn)出出的訂單？

這就涉及到一類(lèi)銷(xiāo)售與運(yùn)營(yíng)規(guī)劃（S&OP）的軟件，行業(yè)也稱(chēng)之為“大物流計(jì)劃”。它超越了一個(gè)工廠的范疇，而是從全球的制造能力分布，來(lái)考慮海陸空的實(shí)際運(yùn)力和成本，再來(lái)決定物品的移動(dòng)軌跡，而這個(gè)軌跡則決定了不同工廠的排產(chǎn)順序。這就是全球視角下的物流規(guī)劃。美國(guó)FlexSim的軟件，就可以完成全球模型的模擬，幫助關(guān)鍵決策的制定。而達(dá)索系統(tǒng)的Quest、西門(mén)子的Plant Simulation也是這類(lèi)物流建模的軟件。大型工業(yè)巨頭，在這些領(lǐng)域，市場(chǎng)切分得非常精細(xì)。在上面全局視角的物流規(guī)劃系統(tǒng)之下，則進(jìn)一步通過(guò)不同的軟件，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理能力。

到了產(chǎn)線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)，就會(huì)涉及到大量的物料運(yùn)輸問(wèn)題，例如傳送帶，而且也涉及到人的行走、AGV車(chē)輛、藍(lán)區(qū)和紅區(qū)區(qū)域等。產(chǎn)線(xiàn)是設(shè)計(jì)出來(lái)的。產(chǎn)線(xiàn)布局，正在被當(dāng)作一個(gè)“數(shù)字化產(chǎn)品”被進(jìn)行設(shè)計(jì)。建模、仿真都是必不可少的。無(wú)論是環(huán)形線(xiàn)布置，還是平行線(xiàn)布置，各種工位、傳送帶作為輸入條件之后，就可以開(kāi)始計(jì)算。例如Delmia 產(chǎn)線(xiàn)軟件旗下的DF就有類(lèi)似軟件功能。而西門(mén)子的Technomatix Process Simulate，羅克韋爾的Demo3D（收購(gòu)自英國(guó)Emulate3D），都可以進(jìn)行機(jī)器產(chǎn)線(xiàn)的設(shè)計(jì)，虛擬調(diào)試以及機(jī)器的調(diào)試。

在整個(gè)數(shù)字化工廠的體系中，可以有一個(gè)復(fù)雜的模擬模型，將訂單、客戶(hù)位置、工廠、成本、機(jī)器性能、產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)能，都能完整地聯(lián)系在一起，并實(shí)現(xiàn)仿真。這是一個(gè)值得期待的數(shù)字化工廠的世界。

這只是數(shù)字端的開(kāi)始，下一步，可以進(jìn)入了真實(shí)制造的環(huán)節(jié)。

我們可以從最常見(jiàn)的制造執(zhí)行系統(tǒng)MES開(kāi)始。它以機(jī)器為中心，向上到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。直到最近幾年的物聯(lián)網(wǎng)和傳感器的大量普及，無(wú)處不在的數(shù)據(jù)采集和邊緣計(jì)算，使得MES的經(jīng)典框架正在承受不小的晃動(dòng)。

然而，這個(gè)行業(yè)最大的特點(diǎn)就是散、專(zhuān)、小。由于它跟行業(yè)特性綁定得非常緊密，工藝流程多變，因此這個(gè)行業(yè)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)所獨(dú)自青睞的MES軟件。與MES相對(duì)應(yīng)的APS高級(jí)排產(chǎn)系統(tǒng)，則由于各種原因，成為一項(xiàng)叫好不叫座的軟件。

質(zhì)量軟件源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。上個(gè)世紀(jì)二十年代休哈特建立了統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制SPC，開(kāi)辟了量化質(zhì)量問(wèn)題的先河。至今仍然深刻地影響著制造業(yè)的質(zhì)量管理。除此之外，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，有很多不同的軟件。在大眾的一家主機(jī)廠，分廠的規(guī)模，一個(gè)質(zhì)量部門(mén)就有大約35種軟件。當(dāng)然在一些簡(jiǎn)化的場(chǎng)合，MES軟件中也有質(zhì)量模塊。

管理工廠的質(zhì)量數(shù)據(jù)是一件非常碎片化的事情。這對(duì)于肯吃苦、愿意做服務(wù)的國(guó)產(chǎn)管理軟件留下很多機(jī)會(huì)。例如清大菲恩、上海云質(zhì)往往會(huì)深度介入作業(yè)端，對(duì)數(shù)據(jù)采集的位置和機(jī)器進(jìn)行定制化開(kāi)發(fā)。沒(méi)有太大的硬技術(shù)門(mén)檻，重要的是吃透工藝的軟門(mén)檻，而且對(duì)設(shè)備要有深刻的理解是必不可少的。做好這些數(shù)據(jù)斷點(diǎn)動(dòng)作，質(zhì)量管理才能變得相對(duì)簡(jiǎn)單。

質(zhì)量軟件最大的推動(dòng)障礙，仍然體現(xiàn)在管理者的怠慢。質(zhì)量在很多時(shí)候，并不是董事會(huì)的熱點(diǎn)話(huà)題，通常情況下質(zhì)量的優(yōu)先級(jí)并不高。因此質(zhì)量軟件也沒(méi)有想象中的那樣成為剛需。只有在諸如制藥和食品等特殊的領(lǐng)域，因?yàn)檫@些行業(yè)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)頭羊之一霍尼韋爾，就花費(fèi)13億美元現(xiàn)金，收購(gòu)一家質(zhì)量管理軟件企業(yè)，而這家企業(yè)的銷(xiāo)售額不過(guò)5600萬(wàn)美元，市值與銷(xiāo)售比達(dá)到了23倍。很正常，這就是霍尼韋爾要進(jìn)軍制藥行業(yè)的代價(jià)。

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)該放在三維設(shè)計(jì)軟件CAD的章節(jié)里面去講。因?yàn)镃AD設(shè)計(jì)的圖紙，當(dāng)面向數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工的時(shí)候，需要使用CAM軟件來(lái)對(duì)機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行編程。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(píng)果手機(jī)殼，都離不開(kāi)CAM軟件對(duì)刀具切削軌跡的預(yù)先規(guī)劃。規(guī)劃得當(dāng)，工件表面才能得到精準(zhǔn)加工。從這一點(diǎn)來(lái)看，CAM軟件是CAD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(píng)果的供應(yīng)商行列，因?yàn)榫褡钤缇褪且訡AM而發(fā)展起來(lái)。這是中國(guó)少數(shù)在CAM領(lǐng)域能夠脫穎而出的軟件。而要做好CAM軟件，同樣需要一個(gè)非常精細(xì)的生態(tài)。這是一個(gè)“螺螄殼里做道場(chǎng)”的股市。就算是再?gòu)?qiáng)大CAD，或者CAM軟件，也離不開(kāi)兩家主要的CAM內(nèi)核廠商，德國(guó)的Moduleworks和MachineWorks。前者占據(jù)了絕大部分市場(chǎng)。如刀片般狹窄的市場(chǎng)，依然是高智力密集型。這就是工業(yè)軟件生態(tài)的分工。而且，以精密機(jī)械制造著稱(chēng)的德國(guó)產(chǎn)業(yè)界，也是最清楚CAM本身的價(jià)值。在德國(guó)政府看來(lái)，工業(yè)4.0的一部分其實(shí)就是源自機(jī)械的精密加工性，因此每年都有上千萬(wàn)的投入，用來(lái)資助CAM的相關(guān)項(xiàng)目。CAM聽(tīng)上去已經(jīng)是隱身幕后的名字，但它其實(shí)正是在智能制造過(guò)程中大放異彩。哪里有概念老廉頗，到處都是新氣象。

石化行業(yè)還得重新理

石化行業(yè)又是另外一番光景。這個(gè)行業(yè)應(yīng)用的軟件，跟離散制造有著很多親戚關(guān)系，例如生產(chǎn)管控、經(jīng)營(yíng)管理ERP等。但盡管也有流體動(dòng)力學(xué)、有限元分析等通用軟件，但又有很多獨(dú)特之處。

從研發(fā)設(shè)計(jì)來(lái)看，很多軟件都是石化行業(yè)特有的。流程模擬對(duì)于石化廠家的設(shè)計(jì)人員來(lái)講，提前確定化工工藝的可行性至關(guān)重要。而在工藝設(shè)計(jì)與模擬方面，中國(guó)幾乎完全空白。通用性流程模擬較強(qiáng)的有美國(guó)Aspenplus，AVEVA的ProII和霍尼韋爾的Unisim。而在國(guó)內(nèi)，目前幾乎沒(méi)有類(lèi)似的軟件。專(zhuān)業(yè)流程模擬市場(chǎng)也基本被國(guó)外壟斷，廣州辛孚能源則通過(guò)分子級(jí)煉油模擬，找到了一個(gè)很好的切入點(diǎn)。在工程管理如EPC方面，基本也都是國(guó)外軟件主宰天下，包括鷹圖、AVEVA等。在2D和3D設(shè)計(jì)方面，一些國(guó)產(chǎn)軟件擠進(jìn)來(lái)，包括廣州中望、山大華天、中科輔龍科技等等。至于在計(jì)算機(jī)輔助分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)CAMD方面，物性計(jì)算和化合物數(shù)據(jù)庫(kù)都是非常專(zhuān)業(yè)的領(lǐng)域，基本都是國(guó)外的幾家公司和大學(xué)所掌握。

而在生產(chǎn)制造方面，除了一些跟離散制造行業(yè)有類(lèi)似的軟件之外，像先進(jìn)過(guò)程控制APC、實(shí)時(shí)優(yōu)化軟件RTO等，基本也都是國(guó)外軟件所占據(jù)的市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)在APC方面有浙大中控、杭州優(yōu)穩(wěn)在自己的控制系統(tǒng)DCS上面，取得了一定的進(jìn)展。

石化行業(yè)還有很多其它的軟件，包括供應(yīng)鏈管控、油藏開(kāi)發(fā)、油品調(diào)度等，這里也就不再贅述了。

相關(guān)軟件還是數(shù)不過(guò)來(lái)

自動(dòng)化軟件，總是要提及的。跟MES軟件和下層控制系統(tǒng)PLC相關(guān)的軟件，則是一類(lèi)人機(jī)交互的界面，有時(shí)也包括被稱(chēng)為數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控軟件SCADA。顧名思義，它是由數(shù)采、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和可視化展示而構(gòu)成。由于機(jī)電一體化設(shè)備，控制系統(tǒng)實(shí)在太多。很多非常小眾的設(shè)備，其數(shù)據(jù)格式是非常獨(dú)特的。可以說(shuō)，沒(méi)有任何一個(gè)品牌SCADA，能夠采集所有設(shè)備的數(shù)據(jù)。目前名氣比較大的是施耐德電氣AVEVA旗下的Wonderware，而國(guó)內(nèi)的則以北京亞控、力控為代表。也有專(zhuān)注于提供數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域的軟件，如美國(guó)Keppware（被PTC這樣PLM公司收購(gòu)后，成為一塊響當(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)，則憑借近二十年的電氣控制的配套和升級(jí)改造，也是吃透了數(shù)據(jù)采集的菜。這些數(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)背后都是軟件，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(lèi)自動(dòng)化軟件往往不被人關(guān)注，但也都是中國(guó)工業(yè)的軟肋。

資產(chǎn)管理軟件EAM，又是一大類(lèi)軟件。這在流程工業(yè)等重資產(chǎn)行業(yè)，尤為重要。國(guó)外的MRO軟件如IBM Maximo，還有常見(jiàn)的SAP、Oracle都有很多軟件屯兵在此。最近幾年涌現(xiàn)出來(lái)許多的數(shù)據(jù)分析公司，與物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，圍繞著設(shè)備的備件、能耗、預(yù)測(cè)性維護(hù)應(yīng)用。最近幾年大熱的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，也期待在這里大顯身手。

小記：無(wú)論發(fā)生什么，都從工具開(kāi)始追

當(dāng)然還有材料、化學(xué)、實(shí)驗(yàn)室等諸多軟件，選定任何一個(gè)行業(yè)，都應(yīng)該有一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的清單需要羅列。但無(wú)論是哪種工業(yè)軟件，都要回歸基礎(chǔ)。對(duì)于工業(yè)軟件的發(fā)展，當(dāng)下能看到很多焦灼與沖動(dòng)，總想借助于新的技術(shù)潮流，大干快上迅速發(fā)展起來(lái)。這種思路，對(duì)于工業(yè)軟件這種靠知識(shí)結(jié)晶的產(chǎn)品，基本上是行不通的。大量的工藝、設(shè)計(jì)、材料知識(shí)進(jìn)入軟件的過(guò)程，恰如煤的形成，它與樹(shù)木之間，有著很長(zhǎng)的隔離期。若求速戰(zhàn)速?zèng)Q，必速戰(zhàn)速敗。

工業(yè)軟件代表著工業(yè)文明的最高形態(tài)，是數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物等自然科學(xué)知識(shí)，結(jié)合人類(lèi)設(shè)計(jì)制造的實(shí)踐，相互浸潤(rùn)長(zhǎng)期磨合而成。而國(guó)外軟件經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展和大量的并購(gòu)，基本上已經(jīng)完成了形態(tài)的徹底改變。國(guó)外大部分軟件的來(lái)源，往往都是在數(shù)學(xué)、物理或者工程有著很深的造詣的人。先行者發(fā)現(xiàn)了一把鋼刀，后人則反復(fù)錘煉。平臺(tái)式軟件，正如一把多功能瑞士軍刀，不僅功能豐富，而且相互之間經(jīng)過(guò)反復(fù)打磨。大殺器，對(duì)于求勝心切的初學(xué)者，絕非正途。追趕者不能為成熟者的形態(tài)而動(dòng)。

發(fā)展工業(yè)軟件，要老老實(shí)實(shí)地從工具層開(kāi)始。因?yàn)橹挥猩羁墓ぞ邔?，才?huì)發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)的硬核，發(fā)現(xiàn)物理世界的基礎(chǔ)和自然科學(xué)。但除了數(shù)學(xué)基礎(chǔ)之外，還需要一些其它條件。中科院計(jì)算數(shù)學(xué)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。而在目前國(guó)際上大會(huì)和學(xué)術(shù)文章，有限元方面一定都缺不了中國(guó)人諸多身影?？梢哉f(shuō)中國(guó)是有限元大國(guó)，但在有限元CAE分析的商業(yè)化軟件，卻基本無(wú)所作為。為什么？因?yàn)檫@就涉及到工業(yè)軟件的第二個(gè)特性，用戶(hù)側(cè)的知識(shí)反哺。工業(yè)軟件是用戶(hù)用出來(lái)的，用則進(jìn)，不用則廢。而用戶(hù)要真正介入，還要依賴(lài)工業(yè)軟件的第三個(gè)特性：協(xié)同生態(tài)。好的軟件，一定是有一群豐富的組件、插件、接口做配合，還有大量的模型庫(kù)、參數(shù)庫(kù)、物性庫(kù)等。廚房里如果只剩下一桶油，再多的蔬菜如何能做出好吃的大餐？沒(méi)有數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，就沒(méi)有軟件；沒(méi)有用戶(hù)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)法單一開(kāi)鎖。而目前中國(guó)工業(yè)軟件的現(xiàn)狀是，底部中空無(wú)根基，大學(xué)基礎(chǔ)研究十分缺乏；軟件廠家身羸弱，沒(méi)有造血能力；用戶(hù)無(wú)心陪小弟，拿來(lái)主義趕快車(chē)；協(xié)同舢板不成局，國(guó)內(nèi)廠家仍然是單打獨(dú)斗，缺乏組件與生態(tài)的配合。國(guó)外軟件已經(jīng)進(jìn)入平臺(tái)協(xié)同的階段，基本已經(jīng)登上了連輪子都帶了鋼刀的希臘戰(zhàn)車(chē)，而國(guó)內(nèi)依然是各自為政?？梢哉f(shuō)，四大頑疾不破，工業(yè)軟件難進(jìn)。因此，發(fā)展工業(yè)軟件，一定要著眼于對(duì)工業(yè)軟件的全景認(rèn)識(shí)，才能了解它完全迥異于其它“砸腳的產(chǎn)品“。

工業(yè)軟件開(kāi)發(fā)者需要耐得住寂寞，而遠(yuǎn)景的規(guī)劃也需要滴灌潤(rùn)土。不是捅破天，而是扎透地，這恐怕是工業(yè)軟件突破的唯一原則。

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