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工業軟件的七大趨勢:不再是工具,而是未來工業的主宰

2019-07-09 來源:知識自動化、制造界 作者:林雪萍 閱讀:814


隨著數字技術的發展,工業似乎正在進入一個平臺青春期的朦朧前夜。而最開始作為工具的工業軟件,則逐漸成為重要推手。它自身正在經歷空前的變化。這個變化始自十多年前,但直到現在借助于工業互聯網、5G這樣的折射光,它的萌芽才開始變得有些輪廓。還需要十年到二十年的時間,工業界才能真正感覺它的顛覆性變化。


也許那個時候,工業軟件的工具屬性將不復存在。它以一種更加內生、更加隱蔽的平臺方式,主宰著工業的走向。


1/ 設計與仿真的融合


CAD與CAE曾經是兩個涇渭分明的陣營。少數工業軟件才會橫跨這兩個領域。而現在,設計已經跟仿真緊密地結合在一起了。設計既出,仿真即行。同源數據,共生驗證。業界比較熱鬧的CPS、數字孿生、數物融合等概念背后,都有映射著這樣的事實。


看一看這幾年西門子、達索系統和歐特克的動向就知道了。


在最近幾年,達索系統重點就是深耕仿真領域,充實達索系統旗下的仿真品牌 。在最近五年的并購中,有一半是在進行仿真軟件的購買。


這標志一個顯著的變化,CAD與CAE正在緊密地連接在一起。即設計即仿真,將成為工業領域的標配。這種融合的力度,正在得到空前的加強。傳統的CAD和CAE分而治之的局面,正在由CAD廠商率先打破。由于物理數值仿真將先于物理實現,使得幾何引擎的重要性也將隨之降低。這將會對單純只做CAD和CAE的廠家,形成一個巨大的壓力。


CAD與CAE的融合,意味著制造端的前置,它使得設計要更多擔負起傳統上樣機與測試的功能。“面向制造的設計”DFM、面向安全的設計DFS等DFX系列,變得更加可行,而且更具普遍性。


NASA土星登陸器


2/ 數據傳遞“全屏化”


紙張是制造的圣杯。在相當長的工業發展時期,無論是設計,還是車間生產,發藍的二維圖紙,象征著總工的最高權威。指令,往往就是“紙之令”,這是一種傳遞決策的古老方式,就像古代的軍隊驛道。而且,越是復雜的制造,數據傳遞越是復雜,那么通過紙張、看板等載體實現信息傳遞出現差錯的可能性就越高。


無紙化,是波音早在上個世紀九十年代就提出來。作為一個簡潔易懂的目標,背后含義重大。告別簡單的藍圖紙,或許容易;但要在設計與制造之間以及整個工廠實現無紙化,則非常困難。從1990年開始研發的波音777,是最早采用數字化技術設計的飛機,而一直到現在,波音仍然在致力解決這樣的問題。


無紙化,是個解決孤島的方向。在這種信念之下,所有的紙張和表格,都是孤島數據的象征,這意味著工廠出現了“數據腸阻塞”。不過,這也是當下普通工廠的特點。


這意味著,車間里向員工傳遞信息的方式,將徹底改變,“文本”和“紙令”時代 將有可能宣告結束。三維數據和指令,不完全是數據下發的問題,而是通過一種類似“知識感受”的方式進行傳遞。這種傳遞是體驗,是感受,而不是文本說明。


這時候需要的指令,不是一張紙的說明,而是一張屏,而是一種感受。


無紙化本身是一個燈塔,它正在有了更加具體的的方式:“屏幕化”將成為新的載體。在巴塞羅那的2019世界移動通信大會上,PTC的增強現實Vuforia解決方案已經開始在微軟的HoloLens 2進行內置,通過新手勢、語音增強和跟蹤功能,可以無需繁復的編程工作。空氣工程公司Howden,已經開始采用這種技術,提高客戶使用其設備的體驗。


鼠標,讓人手成為鼠標墊上的爬行動物;而AR則讓人的手解放出來,成為在空中翻動的飛鳥。無論是在設計室,還是在工廠,許多人就像指揮家一樣揮舞雙手——那是他們驅動數據的全新方式。


然而它背后的潛臺詞,則要意味深長得多。全球最大的工程機械制造商Caterpillar已經不再為用戶提供圖紙了。想要維修油路,非授權的維修工程師只能去猜測了。用戶可以擁有一切細節,但看不到它的數據。


那么,下一代工人是什么樣子的?


他們都是裝有“第二血管”的互聯工人。在這條第二血管的通道上,穿梭著各種數據。而借助于AR技術,這些工人完全可以看得見它們。


“撕掉每一張紙”?“全屏化”成為精益的標配?這將挑戰一個工廠在幾十年所形成的標桿實踐和燈塔文化。


3/ 基于模型的系統工程


人類處理復雜問題的能力,是有限的。系統工程是一種頂層的全局思維;而模型則是在更高的抽象層次上表達復雜事物的一種手段。很顯然,基于模型的系統工程MBSE和基于模型的定義MBD,都是為了增強人類處理復雜性的能力。


美國國防經費在全球遙遙領先,是其國家競爭力的重要保障。而美國國防部采辦則涉及到從研發、制造到維護,有15萬人,這其中將近30%的人員都是系統工程師。未來的設計,都是系統性思維考量。沒有基于模型的系統工程,龐大的武器裝備制造,是不可想象的。


波音所推動的MBD(基于模型的定義)概念,正在得到廣泛的認同。許多CAD公司,都開始支持與MBD直接相關的產品制造信息PMI的相關標準。這個看上去打破CAD各家的格式枷鎖的MBD標準,也得到了各家CAD軟件目前都表示支持。早在2013年,Solidworks就開始推出了MBD模塊。


然而,這只是一個意愿的開始而已。目前企業用戶采用不同的三維設計軟件,仍然會碰到多個MBD標準而無法統一,受三維軟件限制太大。


要支持全生命周期,必須要有端到端的MBSE的技術基礎。波音采用了全新的“菱形”描述,以優化傳統系統工程中大名鼎鼎的“V”字型路線。從這個菱形描述中,可以看出虛擬模型和物理世界中,二者需要隨時交互,形成一個“互聯環境”。這意味著,必須擺脫文檔驅動的局面。


數字孿生提供了令人激動的想象力。然而它的實現,必須依靠基于模型定義的產品。因此,它還是一個浮在上面的荷花,絲連不斷的蓮藕才是它的根基。


波音研發技術部高級技術Don Farr 2018年 


4/ 從一次買斷到持續訂閱


工具類軟件的銷售方式,正在從一次性許可(License)轉向訂閱模式(Subscription)。訂閱模式的軟件并不一定都是基于云部署,可以仍然是在企業內部安裝,但是通過訂閱定期獲得授權密碼。


訂閱模式是一種對于用戶企業和軟件公司雙贏的模式,用戶企業可以根據應用需求,靈活增減用戶數,還可以即時獲得最新的軟件版本。


從軟件發展的動力來看,顯然軟件供應商更喜歡訂閱模式,它會使得收入變得非常穩定。在訂閱的模式下,長期的更新顯得更合理。在國際市場已經呈現出絕對性的勝利:達索在很多歐美日國家每年的營收, 70~80%是年租收入,只有20~30%是一次性買斷PLC(perpetual license cost)。因此,軟件公司在歐美看上去也很舒服,因為每年都會提前鎖定大部分收入,工程師可以輕輕松松搞研發。


在互聯網普及度不高的上個時代,廠商或作者利用網絡進行持續地維護與升級比較困難,很多軟件基本就是“一錘子買賣”;而現在,隨時更新版本的條件基本完善,為產品提供完善的客戶支持和迭代升級,通過在線實施沒有任何障礙。而云計算則加速了它的普及。


工業軟件的訂閱制,已經勢不可擋了。中國市場還在憑著它特有的市場特色,在進行勉強的抵御。一次性購買,這也是中國最喜歡的方式,也是由于中國項目經費的構成具有特殊性:軟件升級是有預算的,而購買軟件服務則很難形成項目預算。


同時,這也是中國的一個奇怪現象:軟件服務在中國的價值,遠遠沒被認可。但服務恰恰才是軟件的核心價值。無法提前鎖定軟件的長期服務價值,是國內許多自主軟件企業生存困難的重要原因之一。


5/ 工具向平臺進化


把工業軟件看成工具的時代,或許已經過去。2019年2月達索系統宣布,經歷了21年的SolidWorksWorld大會名稱將不再保留,而是成為3D Experience  World。大會名稱要改,這可能會哭死眾多的SolidWorks粉絲。


這發出了一個重要的信號,任何單一軟件工具的品牌,都不再重要,平臺的存在將籠罩一切。達索系統正在主推它的3D EXPERIENCE平臺,這是一個頂層戰略。


工業軟件作為一種強烈存在的工具屬性,正在被降低它獨立存在的意義。


當你想要一把斧頭,對方會問你,難道你要的不是一根木頭嗎?


也許是真的,你的確想要一塊篝火用的木頭。


這也意味著商業模式的更新。工業軟件供應商,正在試圖從設計-制造的全過程中,進一步挖掘價值。制造即服務,是這一理念的核心。這就是為什么達索致力于將前端的設計、后期的制造直接打通。而它在2014年收購面向營銷和展示的高端3D可視化軟件RTT公司,正是秉承了這樣一種理念。


從這個大趨勢來看,就能理解近幾年計算機輔助制造CAM風雨飄搖的市場。曾經獨立的CAM軟件,紛紛落下。英國CAM公司達爾康在2013年出乎意料地被歐特克吞并,本來是獨立的CAM軟件市場,被迅速洗牌,海克斯康2014年并購了英國CAM軟件公司Vero——后者此前已經進行過系列并購,而同年年底增材制造巨頭3D System則以一億美元的代價收購了以色列優秀的CAM廠商Cimatron。這個故事最新上演的劇情是,2017年Solidworks推出了面向CAM的版本,而海克斯康在2018年吃掉了法國CAM公司SPRING。



獨立的CAM軟件商,都在成為軟件平臺服務的一部分。


支撐平臺最大的秘密,在于社區,在于協同。其實社區的概念早已有之,上個世紀90年代末的Autodesk公司,最早也扶持做合作伙伴生態,出現了一大批二次開發的工業軟件企業。但隨著Autodesk并購德美科這樣的二次開發企業之后,國內的二次開發者一時也毫無還手之力,紛紛轉型,四下散去。


隨著工具向平臺的轉移,國內的各種小伙伴,將越來越成為巨艦之上的一塊塊海藻。所謂的合作伙伴,鐵與草的關系,如此而已。


這樣的平臺存在,對著中小企業將有著巨大的誘惑力。這也意味著平臺型的企業,必須做好“全能選手”的準備。工業軟件企業,也在做好遷移平臺、服務中小企業的準備。 


最近的例子是達索進入了ERP系統。2018年底達索系統以4.25億美元完成收購制造業ERP軟件公司IQMS,隨之將IQMS更名為DELMIAWORKS 。將設計端的數據,與經營數據相結合,這是PLM軟件商拓展疆土的記錄中,所能跨出的最大一步。而在今年年初達索系統SOLIDWORKS推出的3DEXPERIENCE.WORKS,正是中小型企業用戶提供一個單一的數字環境,將社交協作與設計、仿真、制造甚至ERP功能相結合。


工具,再見!


這對于中國苦苦掙扎的PLM廠商,絕不是一個好消息。它的意思是,當青銅俠還在立志成鐵的時候,鋼鐵俠已經披掛上了戰車。整整兩代的差距:不是兩代人,而是兩個時代。


6/ 天生云端


軟件即服務(SaaS)的概念不斷發展,在工業領域。基于云的工業軟件訂閱模式越來越多,成為企業在本地軟件安裝環境之外的一種選擇。云與在線的工業軟件可以直接在本地瀏覽器中運行,或通過Web及移動應用程序運行。與安裝在本地計算機上的傳統軟件不同,它通過遠程服務器進行更新,并通過訂閱獲得服務,通常是每年甚至每月一次。


在十年前,云CAD就被廣泛談論,但大家都會覺得困難重重。最知名的CAD架構師之一,Autodesk的創始人之一的Michael Riddle當時指出,云CAD的復雜性,是桌面CAD的十倍以上。這并不完全是因為這類程序動輒數千萬行數的代碼,而是指建模的難度,以及像國際象棋一樣復雜的可能性。


異構數據的連接


為了云平臺這樣一個戰略方向,達索甚至考慮到了云計算設施的硬件資源。2011年,成立不到一年的云計算公司Outscale獲得了達索系統的戰略投資;到了2017年6月 ,達索系統追加投資獲得其多數股權。通過Outscale全球十多個數據中心提供的云計算服務,達索的3D 體驗平臺,可以充分發揮硬件、軟件的集成優勢,并可以向各種規模的企業進行部署。


這種基于獨立于基礎設施的云平臺,可以從云端交付Windows應用程序和工作流。Frame就是這樣一種獨立服務商,打破傳統傳統的虛擬化桌面解決方案(如Citrix或VMware) ,后者是為非彈性的、單租戶的數據中心基礎設施設計的。對比一下,英特爾的X86架構在PC機上,和ARM架構在移動端,呈現的特征會有多么的不同。


云設施為工業云軟件而來


天生云端,架構輕盈,符合用戶對于工業云的彈性訪問,正是工業軟件在云端被看好的地方


工業軟件向云平臺的遷移,看上去是為了爭奪更加廣闊的中小企業市場。“云PLM” 為中小型PLM用戶提供了更多的選擇,以根據他們的具體業務和工程需求定制解決方案。這意味著PLM業務和部署模式正在發生變化。而工業互聯網的快速發展,則為這種“云生”軟件,提供了優良的沃土。


7/ 最大的猜測:工業軟件走向無形


工業軟件的最高境界,或許就是消滅自己。既然用戶要的是一個洞,那么所有的工具,諸如鑿子、鉆頭就都不必出現了。


最直觀的一種現象是,軟硬結合,正在成為工業界的一種時尚。工業軟件與自動化硬件,正在緊密走在一起。


軟件定義利潤,硬件盈利時代早已結束。隨著軟件的注入,傳統硬件像刀片一樣薄的利潤,正在變得像服務器一樣的厚實。


系統之間的傳統界限正在消失,這使得傳統機械設計與仿真的CAD/CAM/CAE軟件,電子設計自動化軟件EDA,以及與其他軟件如制造執行系統MES、人機界面HMI等,都在融合。


在工業互聯網的背后,軟件才是明星。只有軟件,才能搞得定機器,才能理清楚數據的價值。不再是簡單的套裝工具,它以另外的形式重塑工業的價值。


泛在而無形這或許是工業軟件努力的方向。但在這無形根基之上,才能建立起高聳入云的智能制造和工業互聯網的殿堂。


什么是無形的?空氣是無形的。它主宰著生命的存在。


8/ 小記


工業軟件作為工具的記憶,正在逐步散去。CAD、CAE之類的標簽,已經很難裹住一個PLM廠商的身板。這是一個很小的市場,卻是一個阿基米德的杠桿支點。小的幾乎不見,卻在撬動著未來工業的方向,正是這微不可見的工業軟件,才是新工業之所以為“新”的根本力量。

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