题1-2:
工业软件行业发展概况?

本篇作者:赵敏、郎燕

工业软件的发展是持续的、渐进的、分阶段的。工业软件的发展大致可分为3个阶段。

一、工业软件发展早期

第一阶段是工业软件发展早期(20世纪50年代到70年代),工业软件主要为了解决工业设计和制造中的复杂计算和控制问题,如CAD(计算机辅助设计)软件可以帮助工程师进行图形绘制和参数化设计;CAE(计算机辅助工程)软件可以在产品设计过程中优化设计方案、提升产品性能、大幅减少试验次数、提升研发效率等;EDA(电子设计自动化)通过运用计算机对PCB(印制电路板)进行设计,代替电子产品设计中布图、布线这类劳动;CAM(计算机辅助制造)软件可以帮助工程师进行数控编程和加工仿真,生产控制软件可以让离散或流程制造业的生产过程精准可控。

工业软件起源于美国,业界比较公认的第一款工业软件是1957年出现的一款名为PRONTO的数控程序编制软件,由“CAD/CAM之父”Patrick J.Hanratty博士在美国GE(通用电气)公司工作时开发。20世纪60年代,美国麻省理工学院的Ivan Sutherland和他的团队开发出了第一款CAD软件Sketchpad,用于绘制和修改图形。美国也是全球最早开始CAE软件开发的国家,美国国家航空航天局(NASA)于1966年提出发展世界第一套泛用型的有限元分析软件Nastran,并在1969年推出第一个版本。EDA工具起源于20世纪70年代,电路布线布局等工具开始出现,70年代初期电气工程师Randy Reed在加州大学伯克利分校开发了一款名为Auto-Router的软件,可以帮助工程师快速、准确地将电路设计方案转换为PCB布局。世界上第一款CAM软件NX(UG)开始于1972年,起初叫UNIAPT,1978年发布UG R1版本,这一款软件最终被西门子收购。

20世纪50年代到70年代诞生了很多知名工业软件,基本上是航空、航天类工业巨头企业或汽车类工业巨头企业根据自己产品研制的迫切需求而自己开发或重点支持的。如美国洛克希德·马丁公司开发的CADAM,美国通用电气公司开发的CALMA,美国波音公司支持的CV,法国达索系统公司开发的CATIA,法国马特拉公司开发的EUCLID,NASA支持的I-DEAS,德国大众公司开发的SURF系统,美国福特公司开发的PDGS系统,法国雷诺公司开发的Unisurf系统等。多种类型的工业软件是从工业领域实际需求和应用中诞生的,并由工业巨头主导整个市场。

二、工业软件进入生产和管理领域时期

第二阶段是工业软件进入生产和管理领域时期(20世纪80年代到21世纪初),虽然工业软件起源于美国,但现代工业却发源于欧洲,这一阶段,欧洲发达的工业化与深厚的知识积淀孕育出许多优秀工业软件,水平整体上与美国相当。一方面,在这一阶段,以工业软件发展早期的CAD、CAE、EDA、CAM等研发设计类工业软件为基础,形成了包括生产制造类、经营管理类工业软件等在内的不同相关学科领域、不同生产环节的工业软件,工业软件产业生态逐渐扩大。如PLC(可编程逻辑控制器)软件可以帮助工程师对工业设备动作进行可编程的逻辑控制,PDM(产品数据管理)软件可以帮助企业实现工业软件所生成的产品数据的统一管理和共享,PLM(产品生命周期管理)软件可以帮助企业实现产品全生命周期的管理和优化,ERP(企业资源计划)软件可以帮助企业实现资源的规划和调度。20世纪80年代是三大EDA软件Mentor、Cadence、Synopsys集中诞生的年代;1981年AspenTech公司成立,专注开发用于工厂生命周期的设计、运营和维护的Aspen软件;1987年Wonderware公司开发出第一套基于微软操作系统的工业及过程自动化领域人机视窗组态软件InTouch;20世纪90年代,SAP和Oracle推出以财务、人力、生产制造为核心模块的软件产品,同时也出现了PDM软件Metaphase(2002年升级为Teamcenter)、Windchill、MatrixOne、Agile、Enovia等,PDM软件可以实现产品数据的统一管理和共享;进入21世纪,PDM软件普遍升级为PLM软件。

在这一阶段,工业软件的商业化发展逐渐成熟。无论是CAD、CAE、EDA、PLM,还是工业控制软件、管理软件领域的工业软件供应商或工业自动化企业,从这一时期开始都走上一条资本兼并与重组之路,产生了达索系统、PTC、ANSYS、Synopsys、SIEM ENS、Rockwell、ABB、SAP、Oracle等欧美工业软件领域的巨头。

三、工业软件全面发展新时期

第三阶段是从21世纪10年代至今,工业软件发展进入了新工业革命时期,工业云平台、工业互联网、工业APP、SaaS(软件即服务)、数字孪生等新型软件和服务模式的出现和应用,实现了工业流程的数字化、智能化和网络化。在这一时期,工业软件主要是为了实现工业流程的数字化、智能化和网络化,如工业云平台可以帮助企业实现云端的数据存储、计算、分析和服务,工业互联网平台和工业APP可以帮助企业实现设备、人员、物料等的互联互通和协同作业,数字孪生可以帮助企业实现虚拟与现实的映射和交互,AI(人工智能)、物联网、区块链等新技术可以帮助企业实现智能识别、预测、优化和创新。例如,21世纪初期,出现了第一代工业云平台Predix、MindSphere等,可以实现云端数据存储、计算、分析和服务;之后两三年,出现了第一代工业互联网平台ThingWorx、UCloud、Predix等,可以实现设备、人员、物料等的互联互通和协同作业;再之后两三年,出现了第一代数字孪生平台3DEXPERIENCE、Simcenter等,可以实现虚拟与现实的映射和交互;21世纪20年代,出现了第一代AI、物联网、区块链等新技术应用平台TensorFlow、Azure IoT Hub、Hyperledger Fabric等,可以实现智能识别、预测、优化和创新。

纵观工业软件行业,历经60多年的发展,全球工业软件已经形成了相对稳定的行业格局。工业软件大河缓缓向前,无数浪花起落,偶有大浪涌现。我们仅仅是采撷了其中的几朵浪花,让读者对工业软件有一个大致印象。更详细的工业软件“浪花众生相”,还有待业内专业人士共同来描绘。