以下文章來源於知識自動化 ，作者林雪萍
知識自動化
重塑工業思維：國家生活要好，必須生產要好！
看上去，「工業軟體熱」終於找回了工業的命門，但細看，仍是一種假象。
當下對於工業軟體的振興，就像是「拋繡球選新郎」的套路，熱鬧很大，名額有限。而能被關注到的，僅僅是少數幸運兒。這種方式，跟工業軟體萬紫千紅的產業生態，完全不匹配。
工業軟體是來自製造的需要，跟工業產品密不可分，因此也跟工業門類一樣，浩瀚如海。在這廣袤的深海中，既有10億美元以上產值的頭部大傢伙，看上去各種軟體都有，就像大白鯊、座頭鯨那樣地顯眼——包括達索系統、西門子工業軟體、ANSYS、Synopsis等；也有一些CAD/CAE/EDA軟體等單打獨鬥的頭部明星，只要稍加注意就能認出這些海豹、章魚，如法國ESI仿真、美國MSC、Altair，還有日本富士通旗下的迪普勒、廣州中望、蘇州浩辰等。
然而，更多的工業軟體，都是深海物種。豐富多彩的生命，需要深度下沉，才能一睹芳容 。正是這些不動聲色、不為人所知的海底生物，用另外一種方式，暗自統治著海洋。
當前被熱捧追逐的為人熟知的商業軟體，僅僅是海洋中熱鬧的一角而已。
文 | 林雪萍
本文轉載自微信公眾號「知識自動化」（ID：zhishipai），原文首發於2020年11月10日，原標題《林雪萍 | 深不可測 工業軟體之謎（萬字長文）》，不代表瞭望智庫觀點。
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每一個零件都離不開軟體
說起這些無處不在的軟體，不妨先從汽車行業開始。汽車是大規模工業化的典範，工業軟體在這裡無比繁榮，也就不足為怪。早在計算機輔助設計製造CAD/CAM剛剛萌芽的時候，除了航空製造，汽車業就是最好的搖籃。
在汽車的設計研發領域，通用的CAD、CAE軟體已經廣泛應用，自不必說。
而這之外，有許多隱藏的工業軟體獨狼，並不容易為外人知曉。
先說說最重要的動力裝置：內燃機。作為汽車動力總成系統開發和測試技術的獨立公司，奧地利AVL（AVL List GmbH）應該是所有發動機製造商的座上客。
中國是跟AVL淵源最深的國家之一。它的創始人曾經在同濟大學任教，回國之後在1948年建立了AVL公司。與中國良好的淵源，也使它隨著中國成為汽車製造大國而受益匪淺。在國內的許多汽車製造商的研發中心，都可以看到AVL的各種設備。且價格也毫不含糊，一套排放檢測設備，動輒就是幾千萬元。
AVL旗下的軟體很多，如AVL FIRE作為專業的發動機流動力學軟體，能對發動機內部的燃燒進行詳細的模擬分析。同時帶有尾氣後處理模塊，用於各類催化轉化器的研究。這些軟體，由於得到了大量汽車用戶經驗的哺育，可信度很高，界面也很熟練，因此用戶的依賴度極高。
當下內燃機時代，正在受到愈加普及的電氣化和日益嚴苛的環保法規的嚴重挑戰。那麼這些內燃機軟體，是不是就束手無策了？
答案正好相反。這些源自一線工程領域的軟體公司，恰好在這裡體現了它獨到的敏感性。用戶在轉向，這些公司也隨之轉向。
AVL的電驅軟體eSuite，可以完成電驅動總成設計，而對於齒輪箱的嘯叫、電機轉子等都有很好的適應性。
實際上，這些軟體的功能，也不再僅限於ICE本身（「完全靈活的內燃機」），而是分布在整個動力系統（「完全靈活的動力系統」）上 。通過平衡電氣化和內燃機的互補特性，在減少排放物方面可以產生協同效應。
在電氣化和電子控制的時代，軟體的應用同樣得心應手。AVL公司當前的軟體方向，同時覆蓋自動駕駛系統等新領域。就是這樣一家公司，2019年全球營業額將近20億歐元 ，大概可以排在中國機械製造500強的頭400名以內，中國汽車完全離不開它的設備和軟體。
而對於汽車製造業如此大的市場，也很難有任何一家企業能吃獨食。除了AVL之外，世界上還有三大發動機設計諮詢公司：德國的FEV、英國的Ricardo、美國的Southwest Research Institute。這幾家設計諮詢公司，都有著軟硬一體的工程優勢。由於這些機構往往有著非常好的工程諮詢背景，早已成為汽車製造商的貼身顧問，而非簡單的軟體提供商。
軟體當家，是一個顯著特點。如Ricardo Software 的內燃機仿真/分析和設計軟體，也是汽車行業的常客。而Ricardo IGNITE則是完整的車輛系統建模和仿真系統，包括驅動循環、性能和熱系統分析等。
美國CSI公司開發的發動機流體仿真軟體CONVERGE，也被國外主機廠使用。相比於經典的Star-CD和AVLFire等軟體複雜的網格劃分而言 ，它在網格劃分上，獨具亮點，如自適應加密網格、化學反應動力學燃燒模型等。這樣的軟體，能得到學術界（國內大學和燃燒實驗室）的厚愛，也就不足為奇了。這家公司也是由美國一所大學的研究生所創立，最初只是一個CFD諮詢公司。後來將工程經驗知識固化成軟體，2008年才開始順勢進入流體分析軟體領域，並一舉得手。
從垂直行業軟體商的發展策略來看，面對龐大的工業軟體巨頭，單點突破是一種更加有效的戰術。想上來直接全面挑戰巨人，是一件很容易失敗的事情。因此即使技術表現不錯，用戶也未必會買帳。用戶使用習慣的形成是一個漫長的過程，這絕非短時間內能用錢來彌補的距離。這幾乎窒息了後來者的成長空間。
常見汽車仿真軟體
汽車需要大量的工業軟體的支撐。在這個移動的小城堡中，各種能夠數出來的裝置，背後都是軟體的浸泡。
要想讓乘客感到舒服，汽車空調就不是小事情，各種工程優化必不可少，如壓力損失、噪聲最小化、化工反應器混合效率最大化等。美國 Optimal Solutions軟體公司提供的Sculptor ，就是提供基於任意形狀變形的實時變形技術，幫助設計師解決空調管道的外形優化問題。由於可以重用三維數據，即使重新畫網格和構建模型，都不用修改設計。這為設計師節省了大量的時間。
而德國P+Z工程公司開發的THESEUS-FE，是一款面向航空航天、汽車座艙的空調系統，專門進行熱舒適性分析。一個戰鬥機座艙，也有著複雜的工程考量，它需要從人體工程學考慮駕駛員的舒適性。P+Z公司的母公司，則是一個奇特的歐洲集團組合，既有工程軟體，也有工裝系統。而它在2018年已經被日本三菱化學所收購。
在各種工業門類中，工業軟體藏得最深。庭深如海，深藏不露，分布在一個又一個極其小眾的圈子裡。
汽車行業，一般使用的都是德國dSPACE公司的軟體和硬體。通過定製代碼，可以無縫連接軟硬體，快速搭建原型，一體化實現模型在環、硬體在環和系統仿真這三個完整的工作過程。但是這種軟體、仿真器那都是相當貴——數千萬元，也只有汽車企業才能享用。由於德國大眾汽車等都已經先行使用，形成很好的示範效應，國內一汽、奇瑞、宇通汽車等都在使用。它對於其他如航空航天、電力電子、風機等領域，也都有著巨大的影響。
如果繼續細分，可以說說現在最熱的動力電池。光鋰電池電化學模擬，至少就有上10種軟體 。如美國Gamma公司的性能解析軟體GT-AutoLion ，基於開源的Matlab應用程式Taufactor 、電池性能和成本模型BatPaC軟體等。
而往大裡看，自動駕駛，無疑是群雄逐鹿之地。要獲得足夠的安全驗證，往往需要十億級甚至上百億公裡的模擬測試服務。在實際測試過程中，由於真實道路測試效率較慢，目前很多車企都傾向於選擇自動駕駛仿真測試。據稱自動駕駛測試的90%將通過仿真完成，9%通過測試場完成，只有1%到實際道路上進行。既然智能網聯是未來汽車的重點，這裡自然就囤積了仿真界的重兵。包括仿真平臺（VI-Grade）、場景仿真（如ESI的Pro-SiViC）、動力學（SimPack）、車聯網仿真（德國戴姆勒汽車信息技術創新研究所DCAITI開發的VSimRTI）、硬體在環（如NI）等，有三四十種軟體產品聚集在這個尚未發育完全的新處女地，進行日以繼夜的密集計算轟炸。
德國雖然在大型通用工業軟體上的成就不算太（除了西門子收購了大量的工業軟體），但在垂直行業的軟體，藉助於強大的工業力量，還是很有建樹。成立於2005年的德國VI-grade公司，憑藉著德國汽車產業界的優勢，為車輛動力學的仿真、軟體在環、硬體在環及人在環仿真測試，提供了汽車駕駛模擬系統，大幅度減少了物理樣車。
而另外一個中國汽車界也廣泛依賴的德國dSPACE實時機，主要做電控單元和硬體在環分析等。儘管早在2008年，它就開始對中國軍工禁用。但對汽車產業仍然是放開的。在新車型上路前的很長時間，汽車製造商及其供應商，需要使用dSPACE端到端解決方案來測試新車的軟體和硬體組件。
其實，工業軟體想追求全面的自主，是一件不可想像的事情。就以汽車行業為例，軟體需要建模仿真與代碼生成軟體系統，包括美國的系統建模MatLab、美國NI的LabView、法國達索的機電液多學科建模工具Dymola、德國工程公司ITI的SimulationX、AVL的動力總成仿真分析軟體Cruse等，而硬體，則需要實時計算設備如德國dSPACE、美國NI、加拿大的RT-LAB等。這些國外相關軟體與硬體廠商以形成類似Wintel聯盟，幾乎掌控了複雜系統產品的高端開發技術體系和手段。以汽車電控領域為例，AVL李斯特公司的發動機設計分析軟體，再加上德國實時計算設備dSPACE，有軟有硬，幾乎壟斷了中國汽車電控正向設計研發技術體系。
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成為裝備製造商的美味
機械製造是軟體的富礦區。往下逐一挖過去，軟體就會一一浮現。
機械傳動是一個龐大的門類，而齒輪則是一個最常見的子類。但齒輪卻是量大面廣的關鍵基礎零部件，已成為中國機械基礎件中規模最大的行業。2018年全國齒輪行業的產值2400多億元，居世界首位。這樣的產業，自然離不開軟體的身影。
要說精密，從奢華手錶，到飛彈，背後的精密機構，都離不開齒輪的設計。既然瑞士以精密手錶、精密工具機著名，那麼瑞士的齒輪傳動軟體，也就不足為奇。瑞士KISSsoft公司開發的機械零部件設計，及傳動系統分析的工具軟體，都是行業中的佼佼者，可以設計風機齒輪等。然而這兩款軟體，已經被美國格裡森齒輪工具機公司收購了。
美國格裡森的工具機是美國工具機界少數存活下來的稀缺品種，它一向以加工精密齒輪和傳動系統知名，國內許多汽車齒輪箱和汽輪機，都是它的用戶。而它，也是美國軍火商的供應商之一，而且跟美國國防部保持著良好的關係。這也是美國工具機的一個特點，許多很小眾的加工工具機，已經轉變成為專門瞄準美國軍火生意的工具機。生意照樣做得不錯。
可以想到的是，格裡森自身也有一套齒輪軟體 ，這是它能夠提供傳動解決方案的重要保障。通過併購，一個高端、一個中低端，二者有機結合，格裡森公司實現了在圓柱齒輪和圓錐齒輪及其軸系零件CAD/CAM上的全面覆蓋。數控工具機必須依靠軟體實現運動控制，正是這種軟體和工具機本體的有機結合，形成了格裡森數位化齒輪製造體系。格裡森的工具機和齒輪軟體的關係，就如同電腦和軟體的關係，沒有軟體的支持，工具機就很難加工出具有高精度高性能的齒輪。
這也正是國內最吃虧的地方——無論是軟體，還是設備。
先看軟體，國內湖南也有一家專門做齒輪軟體傳動的企業，可以為各種齒輪提供軟體和方案。但由於缺乏規模，往往只能採用項目定製化的方式。
再看設備，國內西部老牌廠秦川工具機，多年一直咬牙死磕，跟著美國格裡森工具機，一路對標闖關。
近些年興起的民營企業，如跟三菱滾齒機對標的浙江陀曼，也都有很大的進步。但如果說在機械和數控時代差距還是可見的話，那麼到了數位化時代，差距就變得隱性，變得不可測量了。因為設備必須靠軟體，才能發揮更卓越的性能。
然而，這其實仍然只是一個表面現象。正如我們在多處地方看到的，工業軟體背後是數學、是物理、是工程，這才是它的筋骨；IT的編程只是它最後要穿上的衣服而已。格裡森齒輪工具機的軟體之所以強大，跟它的數學基礎密不可分。格裡森有很多的數學家，在齒輪理論上非常有造詣，這才是它能成為齒輪曲面加工之王的根本原因 。
而軟體與機器密不可分的這套理念，對於從三坐標測量儀起家的瑞典海克斯康計量集團，一定是融化在企業運營的血液中。瑞典海克斯康已經收購了上百家的軟體公司，近來收購了英國Romax軟體，主攻風電領域，正是對齒輪箱、軸承及齒輪傳動進行虛擬樣機設計分析。而海克斯康10月底收購的計算機輔助製造CAM軟體Esprit ，再次讓人震驚。Esprit以機器優化、無需編輯G代碼（刀具路徑）而廣有知名度，但六年前海克斯康收購全球CAM軟體排名第一的Vero公司的時候，那可是一下子就抓了一大把CAM軟體，包括工具機常用的EdgeCAM、WorkNC等，還有專門用於鈑金加工的RADAN軟體。那麼，一個測量儀器出身的製造商，一直在不停的軟體收購、收購，到底要有多少軟體，才能算滿意？或許對於質量的要求，就是無止境，機器對於軟體的需求也就沒有盡頭。
而這次併購格外讓人感到震撼的原因在於，這是一個連環響炮。因為就在同一個月份，全球第一的刀具製造商山特維克可樂滿，也是瑞典製造商，出手收購了CAM仿真公司的CGTech 。刀具公司與CAM軟體是井水不犯河水，兩相共生的好夥伴，這次CAM軟體被刀具商給吃掉了。而且，這兩個CAM公司都在美國加州，2019年銷售額都在2億—3億元人民幣。有好軟體，最好就拿下。這就是國外機器製造商，對於CAM的態度。
CAM軟體曾經是一個很獨立的軟體領域，對於數控工具機的運行至關重要。西門子工業軟體中最知名的品牌NX（UG），最早就是從CAM起家的。然而，最近這幾年獨立的CAM軟體廠商，被大量併購，品牌迅速減少。這也讓這種軟體，越發顯得寶貴，也越發隱蔽。
然而這樣的轟轟雷鳴，也不足以震醒中國的製造業。中國智能製造的戰火，燒到另外的「智能「戰場上去了。發展到現在，中國智能製造最吃虧的地方之一，就是對CAM軟體的熟視無睹。而這正是國外工業4.0或智能製造發力的地方。要想用好工具機，提升機器的柔性，CAM軟體實在是離不開，德國每年都在這方面有扶持，而國內則幾乎淡忘。
而海克斯康收購的CAM軟體實在是太多了，如果排兵布陣，一定會像三國演義那般熱鬧，排出五虎上將的陣形，前有張飛趙雲後有關羽黃忠，齊刷刷的兵團布陣。
而國內，如果沒有靠北京精雕工具機的支撐，幾乎就要上演空城計。這家以CAM軟體起家的工具機公司，應該是中國機械製造領域最成功的軟硬結合的典範。許多人將精雕的成功，歸於它抓住消費電子3C市場崛起的機會，傍上了蘋果的飛船。其實智慧型手機的崛起，帶來諸多機器的革命。這種形勢逼人的大浪頭，給許多躍躍欲試者都提供了同等的機會。但精雕拿到了最有利位置的船票，這是與它多年苦苦打磨的CAM軟體，息息相關。當年黯淡無光看不到前途的時刻，正是每個工業軟體創始人最熟悉的煎熬。然而只要熬過去了，那就會有巨大的回報。當下，工業軟體給機器製造商，正在頻頻帶來捷報。
海克斯康也不是孤例，德國蔡司去年收購測量技術的軟硬體供應商3GO，納入旗下。如果要了解軟體給硬體設備帶來的變化，對比一下同樣也是計量出身的英國雷尼紹，就很有代表性。雷尼紹在軟體方面，可以說是乏善可陳，除了自行也研發軟體之外，最主要採用的方法就是建立聯盟，跟各個CAM軟體進行合作。整體上，表現出了一種對軟體的鈍感，這也使得它在計量領域顯得有些消沉。
對於許多專業性的軟體，行業協會、研究所和大學往往可以起到很重要的作用。日本AMTEC可以用於類齒輪傳動設計領域、塑料/粉末冶金齒輪設計分析領域。它是日本齒輪協會下屬機構所開發的一套齒輪傳動設計分析工具軟體。而Windows LDP則是美國俄亥俄州立大學機械工程系開發的齒輪動力學和齒輪噪聲實驗室開發的齒輪載荷分布分析軟體。而國內的齒輪傳動CAD集成系統軟體ZGCAD，則是由鄭州機械研究所開發，囊括了常見的齒輪傳動設計計算方法。
可以看到，國外製造業發展的趨勢，無論是工業母機的工具機，還是事關精度與質量的測量儀器，或者是作為工廠中最大消耗品的刀具，都在向軟體靠攏。
軟硬結合，才是王道，這也使得國外的工業裝備製造，越發呈現智能化的特點。而國內製造，則缺乏這樣的環境。硬體不硬，軟體更軟。這種製造戰場上的對陣形式，類似青龍刀與雷射劍，這是兩個時代的競爭。
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那些來自大學的精彩
鍋爐製圖軟體的選擇很多，比如可以採用達索的Solidworks，或者國內的軟體。這類軟體一般都是通用化的CAD軟體。但是鍋爐工藝軟體，則需要有較深的行業背景，這是因為對鍋爐內部的傳熱、流動、介質等要進行複雜的模擬計算。
很多企業往往都是採用專有技術，如早期的日立、GE、西門子、ABB的鍋爐，都有大量的自研軟體。這也是企業的核心技術之一。現在這類軟體也基本上都商業化，例如美國麻省理工學院的GT-PRO Thermoflow、德國KED軟體、GE的GateCycle熱量平衡分析軟體。而為了彌補編程能力的不足，工業巨頭也會選擇與外部軟體公司合作，例如GateCycle就是GE跟一家軟體公司聯合開發的。
這一方面，浙江大學做了非常好的工作，它所開發的鍋爐本體仿真軟體 BESS，基本上國內頭50名的鍋爐廠都在採用。跟麻省理工成功的軌跡一樣，這個軟體的主創團隊，最早就是來自浙大化工學院。這聽上去像是一個外行，實則不然，因為鍋爐燃燒的過程，本質就是一個化工過程。而BESS軟體的成功，讓人看到了產學研結合難得一覓的好案例。從1995年國家基礎項目支撐，就有鍋爐廠在其中；隨後十年的打磨，更多鍋爐廠的介入，成就了這款國產鍋爐軟體的崛起。
這種發展軌跡，在國外軟體發展史上是屢見不鮮。它遵循了許多軟體發展的基本規律，國家經費扶持基礎研究，但市場應用方一直牽手其中。項目驗收後，持續經費投入，更多應用加入，最後走向商業化。
化工過程模擬的頂級軟體ASPEN的團隊，來自麻省理工的化學系。Aspen Plus是一個面向流程行業的流程模擬與優化的系統，國內化工行業使用非常廣泛。這也是中國國內流程行業的重要命門之一。這個軟體源於70年代後期，由於石油危機引發了整個流程行業效率提升的巨大動力。美國能源部委託麻省理工學院開發的新型流程模擬軟體。這個項目名稱就是「過程工程的先進系統」（Advanced System for Process Engineering，簡稱ASPEN），1981年底完成整個軟體的編制。
在美國，根據拜杜法案，聯邦政府投入的基礎研究經費所產生的科技成果，可以轉讓給大學。而大學則可以通過授權和專利等形式，賦予成果擁有者極大的資金收益權。因此，最擅長商業化的麻省理工學院，一點時間都沒有耽擱，第二年就將其商品化，成立了AspenTech公司。而這款稱之為Aspen Plus的軟體，如今已先後推出了十多個版本，成為舉世公認的標準大型流程模擬軟體。大量的化工用戶，包括國內數不勝數的化工廠，都是AspenPlus進行試驗、播種和收穫的肥沃土壤。這些寶貴的用戶經驗，也將Aspen的流程模擬軟體 ，推向了一個不可撼動的霸主地位。而中國化工、石化、煉油行業等，對它的崛起，自然是功不可沒。
同樣在先進過程分析APC軟體，ASPEN的DMC3也佔據很大優勢。而國內來自浙大的中控軟體，也有類似的APC產品，只是商業化相對偏弱，主要與中控的DCS系統聯合使用。如果中國石化等大型企業，可以給予中控APC更多的機會，這種騰飛也是指日可待。而隨著中國存量市場面臨著軟體升級的大窗口期，APC的升級換代處於剛性階段，相信中控也將迎來爆發期。
這些軟體最大的特點，就是背後的工業知識點，這是工業的精髓，是企業不想說出來的工藝秘密。而要描述這些問題，則又必須藉助於數學方程、物理方法和化學方程等進行聯合求解，以及對複雜邊界條件的簡化等。正是因為這種過於數學化的要求，一般企業很難把自己的知識變成軟體。這不是IT企業能夠解決的問題，它需要企業自身有工程知識軟體化的能力。能夠跟實際應用緊密結合的大學教授，往往有著更好的優勢。
顯然工業軟體一般都具有很強的專業性。很多軟體一開始的起源，都有大學背景，或者工程諮詢背景。沒有這些基礎或者工程背景，這類大型軟體，是不可能開發出來的。單純的IT公司，幾乎完全無法勝任。如電廠的熱電聯產熱能分析所用的美國Thermoflow軟體，它的源頭跟Aspen幾乎如出一轍，也是來自麻省理工，也是來自化學系。
縱觀工業軟體發展的歷史，要想培養各個行業的工業軟體，大學和院所是一個誕生火種的重要發源地。激活大學的機理研究優勢，然後跟工程應用相結合（國產軟體學院派吃過大虧），是發展萬紫千紅的工業軟體的重要路徑。
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科學計算三劍客
科學計算是一類最常見的軟體。這其中，除了6月份因為斷供哈工大而更加名聲大噪的美國Mathworks的MATLAB之外，還有加拿大的Maple和美國的Mathematica。
Mathematica則主要是做數值符號運算。而在工程上的仿真和數值，則比MATLAB差不少。這是數學家Wolfram建立的一個軟體，大學廣泛使用它來進行數學計算。後來這位科學家，還開發了一個直接回答問題的搜尋引擎Wolfram，被看成是智能搜尋引擎的重要方向。但後來，網際網路界的興趣都轉移到移動網際網路了，應用程式APP四處開花，搜尋引擎不再成為流量的唯一入口，這個引擎也就不溫不火了。
同樣Maple也是一種符號和數字計算環境的程式語言，由加拿大的Maplesoft開發，解決數學相關領域的問題，內置超過6000個計算命令和100多個算法函數包。而多系統仿真Mapsim軟體，則可以為多域物理建模和代碼生成添加功能。而這家公司，已經在2009年被日本Cybernet收購。
科學計算三劍客，還是以MATLAB跟工業的結合最為廣泛。MATLAB在哈工大被禁用事件之後，國內人士群情激昂，尋找「國產MATLAB」的話題，也迅速走熱。蘇州同元軟體、北京聯高軟體都呼聲很高。
實事求是講，這只是一種可能，或者在局部功能上，能有所替代。要想立刻全面替代，幾乎是不可能的。MATLAB各類仿真引擎和數值計算工具比較齊全，用戶依賴性很強。但蘇州同元軟體MWorks，在局部也有一定優勢，它是基於Modelica物理建模，這是MATLAB起步較晚，但正在快速追趕的領域。
然而，基礎功能的替代其實不難，真正難的是用戶習慣的把握和複雜生態的建設。那些日積月累攢下的應用場景的算法、文檔，並不是一朝一夕能夠打磨下來的。
你可以在一天之內用3D印表機造出一隻機械手，但裡面各種精細的血管，則需要花上幾個月搞清它的迴路。由於諸多用戶的使用，它的可用性非常好，交互性和圖形界面無可匹敵。這其實是完全讓用戶用自己的愛好，打磨出來的。ABB的DCS作業系統的Windows版本在微機上的使用，最早也是在三峽工程上使用，開始有許多Bug，也是中國用戶幫著打造的。這再次說明：軟體是用戶用出來的，光靠供應商一頭髮力是沒用的。這就是工業軟體難以快速發展的一個根本原因。到了今天，MATLAB一時間很難被替代了。多年下來，它被用戶的汗水和習慣，澆灌成了鋼鐵長城。中國高校和工程界，也是重要的澆灌者之一。
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優秀用戶造就優秀軟體
電力行業是一個對安全高度敏感的行業，對於軟體的仿真要求很高。而在中國電力高速發展的幾十年，電力仿真軟體也得到了長足的進步。
電力系統軟體，大致可以分為機電、電磁暫態和實時仿真。
中國機電暫態分析軟體是上個世紀90年代從美國引進的。經過幾十年的運維，已經發生了完全的改變和顛覆，並且完全重寫了代碼。國內中國電科院已經開發了電力系統仿真綜合程序PSASP，擁有完全自主智慧財產權，並在網省公司廣泛應用。
而用於電力系統電磁暫態分析的仿真軟體EMTP，則是對高壓電力網絡和電力電子進行仿真。它包含通過現場測試證實的用於變壓器相傳輸線的模型、各種電機、二極體、晶閘管和開關、控制器等模型。它側重於系統的運行，而非個別開關的細節。
最早的EMTP程序，是由美國能源部的邦維爾電力局BPA在上個世紀70年末所主導的。由於這種研發屬於公共財政支持，因此其成果可以免費提供給任何一個感興趣的團體。而到了1984年，這種基礎研究免費、產業界共享的田園風光，開始被打破。這種程序被分為兩個流派，一個流派開始走商業化路線；另一流派則繼續捍衛免費路線。這方面的軟體，以加拿大的PSCAD較為知名。目前中國的電磁暫態仿真，國家電網也有自己開發的版本，但商業化程度不如國外。
隨著電網發展，純粹依靠軟體仿真不能滿足要求，就出現了實時數字仿真、數模混合仿真，有代表性的就是RTDS。這種軟體最大的特點，就是非常昂貴。一套RTDS軟體，仿真規模為100多個三相節點，動輒200萬元。中國的電力系統，最開始也只能是不斷地購買。再後來，也開始研發了ADPSS軟體，性能基本可以跟RTDS相比，而價格只有三分之一。採用的伺服器也是浪潮之類的國產品牌。儘管實時仿真系統中，硬體裡的一些晶片還是進口的，但基本上也算實現了國產化。
可以跟電力強國加拿大做一個對比。目前加拿大開發的電力系統軟體，擁有全面的解決方案，包括配電網仿真軟體CYME、接地仿真軟體CDEGS、電磁暫態仿真軟體PSCAD、大規模電網仿真軟體DSA-Tools等。
如果從電力軟體國產化方面來看，中國的機電暫態仿真PSASP對應於DSA綜合軟體；電磁暫態仿真EMTDC軟體對應於加拿大的PSCA；而代表更高水平的實時數字仿真系統ADPSS，則直接對標加拿大RTDS。
中國的電力系統，可能是各個行業中相對較少依賴國外軟體的行業。這跟中國有世界上最大的電網容量有關，也跟電力系統作為核心能源行業一直追求獨立自主的策略相關。由於旗下有電科院作為基礎研究的龍頭，又有廣泛的應用場景，軟體的發展相對就比較健康。
中國的核電軟體，同樣不落後。核電軟體有熱工水力、反應堆物理、燃燒元件、概率風險等九個專業，涉及到200多個程序。早在1984年，中國核工業部成立之後，其下屬的核電中心，就開始系統地將這些引進的軟體，從工作站移植到不同的計算機上。這種大規模的移植，為核電軟體的開發體系，留下了充分的練兵機會。
當時的核電軟體來源，也是五花八門，有的是購買，有的是國際友人贈送，也有從國外帶回來的。例如從美國阿拉貢國家實驗室國家能源軟體中心NESC購買了CIATAION堆芯分析、NJOY多群中子等77個程序，還有美國橡樹嶺國家實驗室贈送的蒙特卡洛MORSE通用程序等。這些都是中國核電業起步時候的家底。
核電從堆芯結構出發，分為一級、二級、三級設備，而蒸汽發生器、壓力容器等，都需要嚴格仿真。考慮到一般要求都是60年的隨機壽命，仿真驗證是誰也不敢馬虎的事情。以前的校核，都是根據ASME標準，進行手工計算。不得不建立很大的安全係數。而現在的審核，都是按照標準規範，只需要去看仿真報告就可以。不僅僅是流體分析、電磁分析等非常普遍，甚至連一個螺絲、焊縫，都要做仿真。這是一個仿真意識深入民心的領域，這也使得核電發展軟體有著深厚的基礎。
隨著中國核電獨立自主的提升，核電軟體也得到了長足的發展。而在2015年國電投的COSINE軟體公開測試版發布，成為核電設計與安全分析的國產軟體，包含熱工水力設計與安全分析、堆芯物理設計等8個大類的15個軟體。這個突破耐人尋味，因為它是跟隨國家的三代核電自主技術AP1000，同步發展而來。目前COSINE軟體，已完成基於AP1000和國和一號三代核電堆型的工程應用研究 ，其工程應用版已經開始嶄露頭角。
石化、核電、電力系統等這種對安全要求極高的大型設備，專業軟體從來沒有缺席。這些在引進國外設備與技術的時候，往往都是談判的焦點。在大量的國外設備引進中，這些以硬碟或者軟盤進來的程序，不會不被引起注意。因為許多大型的工業設備（如電力、核電等），天生就跟軟體綁定在一起。例如西門子的機電和電磁暫態軟體NETOMAC，是早在上個世紀70年代，就開始開發。而西門子後來還收購了美國公司的PSS/E軟體，進一步強化輸電系統的分析。軟體是裝備的一奶同胞，從來沒有落下。這種現象，在當時其實只是一個微弱的信號。然而，一些有心的技術型領導者發現了這一點，並且局部放大，就會促使這個行業的國產軟體的發展。
這也再次說明了，一個行業工業軟體的強大，其實是來自用戶的信心。如果用戶信任某一類軟體，那麼這個軟體就會像得到陽光和雨露的春筍一樣，長大拔高要容易得多。歐陽修的《賣油翁》早已道出了工業軟體的秘密，「無他，但手熟爾」。只是國內大部分產業，以前從未讓國產工業軟體找到「熟練手藝「的機會。這些練手機會，以前都給了國外軟體。這就形成了一種「系統自鎖循環」，用戶使用的反饋越多，國外軟體用得越順手，國內軟體就越被冷落，就沒有多少機會去發展。
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清晰的進球套路
專業的工業軟體實在難以數得清楚，數萬個不同的軟體也完全可能。要找到並理解這些不同的軟體，一個人需要從國民經濟行業分類代碼開始。因為每一個行業背後，都有著工業軟體的痕跡。
隨著複合材料在工業化中的更廣泛應用，需要圍繞復材進行結構設計、分析和尺寸優化。HyperSizer就是一款專業軟體，它將數百種分析失效方法囊括其中。憑藉著其快速的分析和複合材料優化能力，在國內外航空航天項目中起到至關重要的減重作用，例如洛馬公司的高空高速偵察機SR71、格魯門公司的全球鷹的機翼、空客A350客機的發動機短艙等，都使用HyperSizer軟體。
而中國商飛C919客機的複合材料後機身、中央翼、平尾和垂尾，也離不開這款軟體。它最早起源於NASA蘭利研究中心，這是一家以氣動研究和風洞而知名的實驗室。
遊泳王子菲爾普斯大名鼎鼎的泳衣鯊魚皮，其實就是誕生在這裡。那是材料與仿真的一次完美體驗。這種技術現在由美國Collier公司持有，能與常見的商用有限元軟體相結合，對各個部件自動生成安全裕度報告。而這個案例，又是結合美國NASA基礎研究向外擴散成商業化軟體的典型。
而對於一個行業而言，往往採用了綜合的軟體體系。例如一個造船廠，會使用法國施耐德AVEVA這樣的廠房設計軟體（是的，設計一艘船，就是設計一個工廠，或者就是一個城市）。然後會採用西門子收購的CD-Adapco旗下的通用CFD軟體STAR CCM+，進行多面體網格劃分和流體解析。這個軟體從1980年開始，就跟湍流、熱傳遞和氧化燃燒打交道。
儘管有著這些巨頭公司的工具，造船業仍然給很多不起眼的工業軟體小公司，留下足夠大的空間。比利時的NUMECA公司，依然可以為船舶與海洋工程打造專業CFD軟體包。這款軟體包含全六面體非結構網格生成器HEXPRESS和功能強大的後處理工具CFVIEW，然後配上由法國國家科學院開發的不可壓粘性流場求解器ISIS-CFD，可以用來模擬船舶周圍的單流體和多流體流動。
這個公司是由布魯塞爾自由大學系主任、流體力學科學家所創立的。他曾在80—90年代，為歐洲宇航局(ESA)編寫空氣動力數值求解器(EURANUS)。在此基礎上，工程化軟體和商業化利益隨之而來。這讓我們再一次看到，大學與工業界、國家研究經費與商業軟體之間，有著如此順暢而密切的通道。無論是在美國，還是在法國，以及比利時等歐洲國家，工業軟體背後的國家基礎經費的成果轉化，可以說沒有拖泥帶水的。工業軟體的智慧財產權輸送，從大學院所到商業貨架，就像是足球場的一記長傳，然後就是射門。一起、一接、一射，就完成了整個的得分過程。這也正是國外軟體，到處都充滿了活蹦亂跳的小魚小蝦的原因。
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每個賽道都有一個中國影子
一件有意思的事情是，往往國外有的軟體，國內總會存在它的對標物。
德國威圖公司旗下的Eplan電氣設計軟體在電氣盤柜上使用較多，而國內就有利馳電氣軟體相對應；國外有Sigmetrix這樣的公差分析軟體，國內就有河北明睿智能；面對國外三大電磁仿真軟體，復旦大學孵化的EastWave的高頻電磁仿真軟體，也是勇敢地進行挑戰。至於前面提到的德國dSPACE軟硬一體的實時機，國內的經緯恆潤也在做同樣的工作，藉助於汽車的電控時代而迅速崛起。瑞典的多物理場仿真的老牌明星Comsol，作為一個平臺，近些年來積極進行無代碼化開發APP。生成一個仿真APP，只需要幾個小時。而清華雲道智造的年輕團隊迎頭趕上，在網際網路方面甚至走得更徹底。
即使在很小的領域，如湖南精益傳動設計軟體，就直接對標瑞士KISSSOFT、英國ROMAX、MASTA等這些國際知名的齒輪軟體。安徽太澤透平，則瞄準了美國葉輪透平機械的CAE軟體Concepts NREC。
作為機器和流體的能量轉換的計算軟體，CN一直是旋轉機械的執牛耳者。中國航空發動機研發一般用的都是CN設計軟體。然而美國在授權使用的同時，則要求承諾不能用於軍事用途。近些年美國工業軟體一再收緊，這也給國內軟體留下了發展機會。太澤透平則採用了軟體和工程服務相結合的方式，通過採用了一體化設計平臺，實現幾何導入、存儲、優化的一體化。在國內正在受到沈鼓、杭氧等大型工業壓縮機的青睞，而在新能源領域，低溫餘熱餘溫發電也同樣帶來新的商機。
這種有點「兵對兵，將對將」的挑戰場景，十分常見。德國MagmaSoft鑄造仿真軟體，能夠對鑄造過程中的充型、凝固、冷卻、熱處理、應力應變等進行模擬分析。這可是早在1988年就開始發布的經典軟體。但也不要緊，老爺爺級的軟體，現在碰上了年輕的挑戰者，清華大學科班出身的博士們創立了北京適創公司，正是為此而來，而且採用了更加靈活的SaaS訂閱方式。
再說一點更偏門的，例如散料領域。聽起來夠陌生，其實它就在身邊。如製藥藥劑，還有裝載機挖的泥沙，都需要進行顆粒力學的仿真。這就是散料分析的範疇，它最大的特點，既有固體塊狀物，但同時還有流體特徵。中國作為工程機械大國，三一重工、柳工機械等都少不了這種軟體。德國Fraunhofer研究院SCAI研究所的流體和固體耦合MpCCI軟體，從1996年就開始跟各個商業化軟體合作，實現不同學科求解器的耦合分析。而北京合工公司開發的軟體UninSim，就可以實現這一點，也可以進行燃油/液壓油汙染特性分析。
這是國內產業的一個特點，在每一個細小的縫隙中，都有驚心動魄的挑戰賽。這樣的挑戰，只能用「死磕」來描述。因為二者的體量，往往都不成比例，但並不妨礙頑強的國內選手，數年數十年緊盯著目標不放。只要盯緊，就會有結果。像德國系統建模仿真Modelon，國內蘇州同元緊盯不放，也都取得了很好的效果。在廠房管理軟體與數字孿生軟體PDMS方面，針對法國施耐德的AVEVA和美國鷹圖，國內的圖為和中科輔龍的管道軟體，都有很好的突圍。而在家居設計領域，早期的法國軟體KD，加拿大老牌2020 Design等，許多國內市場都被廣州圓方軟體（尚品宅配旗下）、酷家樂、數碼大方等所攻佔，也開創了智能家居個性化定製的一派大好風光。
工業軟體就像通山之路，既有大道，也有羊腸小路。可以說，在每一個狹窄的山道，國產軟體都像是甩不掉的影子，上演著小角色的大精彩。而這背後都有著企業家鍥而不捨的精神——咬定青山不放鬆，九死而求一生。
不妨說，每一個小小的縫隙，都能找到工業軟體或大或小的上甘嶺之戰。
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小記：吃小灶，不如廣育土
想搞清楚工業軟體的全貌，未免是一件令人沮喪的事情。可以說，工業產品有多少，工業軟體就有多少種。工業軟體就像是工業的DNA，每一種產品都有自己的基因片段。它無處不在，各自長得完全不同，但在基礎底層又有著強烈的共性。這意味著，一個國家想快速發展工業軟體，並不是一件容易的事情。因為它面對的不是一兩個軟體的突破，而是整個工業基礎的鬆土。
從這個意義來看，簡單地尋找明星軟體和頭部軟體，熱情洋溢地給予資金和政策進行催生，並不符合工業軟體的發展特點。工業軟體這個行業的特點，第一是慢，上門媳婦熬成婆的那種慢。急性子無，慢性子有。它是與工業化程度相輔相成的。工業吃不透，軟體也吃不透。第二是廣，工業軟體無處不在，就像田野的野花漫漫，要想逐一辨識，非常困難。逐個苗株進行施肥，只能偶爾為之。
這自然會給人一種深刻的印象，那就是工業軟體需要的是全面開花，而不是人為地集中栽培幾棵標誌性的植物。這是一個建立生態叢林的過程。培養頭部植物明星固然重要，但建立好的土壤和天氣，則是更重要的事情。扶持工業軟體的發展，它的複雜性遠遠超過常規想像，喧囂的熱情和膚淺的投資，遠遠不能解決問題。中國的工業軟體的政策，必須有面對百花齊放、小苗滿地的「精準扶貧」的耐心。幾十人的公司，一兩千萬的收入，或許正是扶持的最佳對象。如果當前按照大手筆、大配套資金的方式，會讓許多優秀的工業軟體被遺忘在黑暗之中。
而發展工業軟體最難的地方，並不在於技術上的複雜，而是在於人們對工業軟體充滿了太多錯誤的認知。
原標題：《工業軟體，「水」有多深？》
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