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工业软件走向无形,主宰未来工厂形态
 

随着数字技术的发展,工业似乎正在进入一个平台青春期的朦胧前夜。而最开始作为工具的工业软件,则逐渐成为重要推手。它自身正在经历空前的变化。这个变化始自十多年前,但直到现在借助于工业互联网、5G这样的折射光,它的萌芽才开始变得有些轮廓。还需要十年到二十年的时间,工业界才能真正感觉它的颠覆性变化。

也许那个时候,工业软件的工具属性将不复存在。它以一种更加内生、更加隐蔽的平台方式,主宰着工业的走向。

设计与仿真的融合

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、达索系统和欧特克的动向就知道了。

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。

而西门子同样在接连不断地收购仿真公司,2016年,西门子以近10亿美元的价格,收购了全球工程多学科仿真软件供应商CD-adapco,类似的举动还包括并购LMS、自动驾驶仿真软件公司TASS等,都是一次一次地向行业拓展。 

欧特克也通过并购,推出自己在仿真市场的产品。在2016年推出仿真分析CFD软件,这是欧特克仿真分析软件产品组合的最新成员,它依托欧特克在2011年3月的一次并购。而收购大型通用的有限元分析ALGOR、模具分析软件MoldFlow,都让它在CAE市场上占据一席之地。

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。

这种局面,不仅让PTC的CAD事业部会有压力,仿真巨头ANSYS也同样受到冲击。最好的方法,那就是二者联盟。为了应对CAD与CAE的日渐一体化趋势,ANSYS与PTC进行合作,联合开发“仿真驱动设计”的解决方案,为用户提供统一的建模和仿真环境,从而消除设计与仿真之间的界限。而仿真商用软件MSC(已经被海克斯康并购),早在2014年推出的Apex平台,就是为了正面迎接二者融合的挑战

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

机器自我发挥:创成式设计

创成式设计,是软件自动根据零部件的承载的边界条件,进行应力分析和拓扑优化,从多种结构优化的方案中最适宜的方案。在当前人工智能如此热闹的时候,它也会被漫不经心的CAD厂商,成为是人工智能的新篇章。似乎创成式设计,是一场来自AI的拯救,经常会被看做成是一场人工智能的胜利。其实并不如此。

通过增加约束条件,让计算机能够形成更多的拓扑结构,并不是什么新鲜的事情。新鲜的是,这种设计带来的结构和材质的挑战,将如何实现?增材制造给出了一个答案,面对那些奇怪的结构形状(天知道计算机在想什么,给定约束条件下,可以给出瞠目结舌的想法),3D打印可以从容实现。

欧特克在此也是耕耘多年,它的Within软件是在Autodesk2014年收购的伦敦软件公司Within Labs的技术基础上开发出来的。与此同时,还在开发其它衍生式设计项目,其中包括ProjectDreamcatcher。

为空客设计的座椅也增添了美誉度。那些奇怪形状的结构,让人倍加赞叹。

在增材制造的世界,多了CAD和CAE的足迹。与此同时,用于晶格优化和金属增材制造模拟的Autodesk Netfabb。而在PTC的Creo 4.0中,也简化了3D CAD与3D打印之间的流程实现了均匀晶格的创建。

都需要补上这一课。在2017年5月, Solid Edge ST10 正式发布,提供创成式设计,为设计、仿真和协作提供的增强功能

而在物联网世界自由遨游的PTC公司,也意识到这个新方向的价值。2018年11月,购买了创立于2012年的新公司Frustrum。这笔价值约7000万美元的收购交易,将使PTC在其核心CAD软件产品组合中添加Frustum的AI驱动的生成设计工具。

为了突出创成式设计的效果,欧特克也没少下功夫。“CAD是一个谎言”, AutoDesk高管曾经如此调侃到,“创成式设计正在让它变得真正名符其实”

但这个方向,还需要有更多的例子,才能印证这是面向规模制造的一个大跨步式的发展。

数据传递“全屏化”

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,这也是当下所有平庸工厂的普遍特点。

然而,要彻底解决这样的问题,看上去也是有期望了。增强现实AR作为一种全新的媒介,有可能重新定义数据传输方式。在设计研发工程师那里,像《钢铁侠》中的主角那样,在空中进行拖拽式的设计,已经有了萌芽——洛克希德马丁正在做这样的尝试;而在工厂现场,带有丰富软件支撑的增强现实设备AR,已经来到了操作工人的身边。PTC  ThingWorx  Operator Advisor采用了全新的3D设计和工作指令的方式,可以通过AR传递到任何一线操作工的手中。全球最大的风机设备制造商丹麦Vestas,已经率先进入这样的3D时代。它旨在通过简化关键操作数据的收集、合成和传递方式来解决”断点数据”的问题。

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。

基于模型的系统工程

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。PTC在2014年收购的模组化基础的系统与软体工程应用开发Atego,正是为了突出“协同合作”来构建复杂系统,同时满足开发由复杂的机械、电子与软体元件组成的系统。

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。

然而,这是一个持续的挑战。它最早是来自航空航天的号角,这个集结号一直在吹响,但看上去,要完成队伍集结还需要很长时间。这是由产品的复杂性决定的。对产品设计采用全面的系统工程或基于模型的设计方法,涉及到在多个工程学科(机电磁热等)。而智能产品和联网产品的需求,不过是新增的一个复杂性要素之一,无论产品是汽车、家电、消费品还是移动设备,都是如此。

波音它所推动的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。

对中国制造用户而言,也形成了新的担心:一味推动MBD,将会扼杀中国CAD、CAE软件商的努力。因为这些模型的标准,将使得用户未来的数据迁移,将变得更加艰难。国外软件在用户端,建立的壁垒将更高。 三维模型与数据分开存储,将是一种可行的方式。然而中国企业没有形成共同标准和体系的意愿,难以形成合力,用户更是无法摆脱既有的数据结构和使用习惯,前景完全不容乐观。更重要的是,国内的很多工业软件都被吸引到了工业互联网的沟渠里面去了,国际上10303标准体系中有将近200个标准,构成了深深的MBD的壁垒鸿沟,然而国内企业却鲜见研究,鲜有进展。

一些大型企业(如航空航天)的复杂性增强,对于大型主流软件的依赖越来越大,导致后者越来越封闭,越来越垄断,其它上下游软件基本没有进入机会和发展空间。许多企业的技术交流,张口闭口都是基于系统工程MBSE的等大型整体解决方案,根本都不提任何产品的名字和品牌。可以想象,一旦企业采用了一个整体解决方案,其它产品是很难有机会进入的。

从一次买断到持续订阅

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。

而对于软件公司而言,则可以确保用户产生持续的现金流,虽然当期某个用户企业带来的收入减少,但是几年下来,订阅服务的收入就会超过销售固定使用权的营收。同时,对于用户企业而言,应用软件产生的大量数据,是很容易绑定在软件工具上。

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。

当然,Autodesk在订阅制走的并不顺利,自 2015 年开始,便希望能将商业模式从传统的软件买断过渡到订阅制。2017年的大裁员风波与这个模式的推动也有关系,那就是继续组织重整,坚决聚焦订阅服务模式。

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。

订阅制,对中国用户的数据垄断,或许是一个巨大的威胁;但对于国内软件商,却是一个巨大的机会。这会让工业软件商,可以更好地做好研发。

工具向平台进化

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 Experience  World。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。

工业软件作为一种强烈存在的工具属性,正在被降低它独立存在的意义。

当你想要一把斧头,对方会问你,难道你要的不是一根木头吗?

也许是真的,你的确想要一块篝火用的木头。

这也意味着商业模式的更新。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。这就是为什么达索系统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。



地点
中国光谷科技会展中心
(湖北省武汉市东湖新技术开发区高新大道787号)

时间
2019年10月29日(星期二)   上午09:00-下午5:00
2019年10月30日(星期三)   上午09:00-下午5:00
2019年10月31日(星期四)   上午09:00-下午5:00