工業(yè)軟件未來之《隆中對》

新冠三年，工業(yè)軟件市場依舊硝煙彌漫，群雄并起，有扯《軟件定義一切》之大旗者，有扯《數(shù)字孿生》之大旗者，有扯《低代碼》之大旗者，有扯《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)》之大旗者，有扯《萬物互聯(lián)》之大旗者，有扯《工業(yè)云》之大旗者，旌旗招展，看的投資人牛騰云是眼花繚亂，不知跟隨哪一路兵馬。

電視中正在播放《三國演義》，牛騰云正在冥思苦想，百思不得其解之際，一杯清茶入口，伏案沉沉睡去?；腥婚g飄飄悠悠，飛到一處院落，只見兩人正在談得興高采烈，身著古代服飾，其中一人仙風(fēng)道骨，手持羽扇，指指點(diǎn)點(diǎn)。另一人，大耳垂肩，正洗耳恭聽。

又見大耳垂肩者，問曰：“……至于今日。然志猶未已，君謂計將安出？”

牛騰云一驚，莫不是在隆中，劉備正在請教諸葛亮？正驚詫間，嗖地一聲鉆入劉備體內(nèi)。

備問曰：“自今年（208年）起，2000又14年后，工業(yè)軟件市場，想聽先生見解?！?/span>

諸葛一愣，捋了捋胡須，雙目鈦光閃爍，羽扇輕搖，答曰：

那時之人，科學(xué)技術(shù)已非今日可比，比古時公輸班、墨翟者，更強(qiáng)百倍千倍。天上有飛機(jī)、天宮，甚至漢室后人已觸及月宮、熒惑，地上有汽車、高鐵奔馳，速度勝戰(zhàn)馬四倍有余，海上大船，有航空母艦大如皇城，核潛艇者，可潛入海底。手里的手機(jī)，堪稱千里眼順風(fēng)耳。且如上諸物，皆有靈魂，才智過人。

以上種種，皆是人類智慧之結(jié)晶，人類眾多有才華之人，歷經(jīng)數(shù)代，知識迭代，均匯集于工業(yè)軟件之中，工業(yè)軟件支撐人類，造出天地海中諸物。公輸班、墨翟諸圣之技巧，甚至你我之智慧，皆在工業(yè)軟件傳承之列。

備問曰：CAD與CAE市場發(fā)展，哪個更快？

亮答曰：對于單一CAD市場，在早期的發(fā)展一定是先發(fā)的，CAD是描述產(chǎn)品之基礎(chǔ)。但快速普及之后，市場容量已經(jīng)趨于飽和，即便是3DCAD市場，市場份額達(dá)到一定容量之后，必然呈現(xiàn)增長乏力之結(jié)局。

而CAE市場乃是多學(xué)科、多專業(yè)市場，力、熱、聲、光、電、磁、核輻射、流體等等，市場范圍要寬廣太多，可以說CAD設(shè)計做一次，而仿真要在此基礎(chǔ)上做N次。而且，如果考慮CAE仿真的多物理場耦合因素，就不僅僅是用N!計算了，而是C(0,N)+C(1,N)+…+C(N,N)，總和是2^N次??！

為了增加產(chǎn)品競爭力，企業(yè)對信息化的投入是高度內(nèi)卷的，更是匹配CAE的多學(xué)科、多專業(yè)特征。如果說CAD市場是單一內(nèi)卷市場，CAE市場是螺旋內(nèi)卷市場。

A企業(yè)通過采用3DCAD提升了競爭力，B企業(yè)和C企業(yè)必然跟進(jìn)，甚至超越。以汽車為例，在3D模型的基礎(chǔ)上，要做撞擊安全性的分析、舒適性的分析、溫度場的分析、零件疲勞的分析、電磁干擾的分析、空氣阻力的分析等等。一家車企取得比較好的效果之后，其他車企必然會跟進(jìn)。這市場規(guī)模，應(yīng)該有多大！

備問曰：我看現(xiàn)在CAD市場的規(guī)模還是大于CAE市場的規(guī)模，到什么時候CAE市場的規(guī)模才能趕上CAD市場的規(guī)模呢？

亮掐指一算，答曰：大約今年（208年）后2000又20年（2028年），CAE市場規(guī)模就能夠趕上CAD市場的規(guī)模，之后就一騎絕塵，直到下一階段，大隱于市之階段，CAE將會融入于CAD之中，設(shè)計出的產(chǎn)品即為最優(yōu)產(chǎn)品，單獨(dú)的CAE軟件將難以為繼。

備問曰：那CAD的出路在哪里？

亮答曰：其一為設(shè)計仿真一體化，CAD目的就是設(shè)計出性能最優(yōu)的產(chǎn)品。而性能最優(yōu)的保障要通過CAE技術(shù)的分析和優(yōu)化才能獲得。精細(xì)的CAE分析往往需要大量的算力、專業(yè)的CAE仿真工程師的參與。設(shè)計仿真一體化可以使設(shè)計工程師具備快速、非精細(xì)、較少算力的仿真計算，減少專業(yè)CAE分析的壓力。

CATIACAE就是基于這樣的考慮而開發(fā)的。

其二為系統(tǒng)工程設(shè)計。隨著產(chǎn)品本身的復(fù)雜程度以及產(chǎn)品使用場景的復(fù)雜程度越來越高，飛機(jī)、汽車、航母都已經(jīng)成為一個復(fù)雜的系統(tǒng)，甚至是復(fù)雜的系統(tǒng)之系統(tǒng)。比如飛機(jī)，需要應(yīng)對各種各樣的復(fù)雜的飛行場景、起落場景，甚至對于戰(zhàn)斗機(jī)來講，作戰(zhàn)場景。此時的產(chǎn)品已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不再是由零部件簡單裝配在一起的組合。其中蘊(yùn)含了復(fù)雜的系統(tǒng)邏輯行為。產(chǎn)品功能的復(fù)雜程度使設(shè)計師必須要用系統(tǒng)工程的思維方式才能完成設(shè)計。由于系統(tǒng)工程設(shè)計其中包含了包括三維模型在內(nèi)的各種功能邏輯模型，因此，基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）設(shè)計成為未來產(chǎn)品設(shè)計必不可少的一環(huán)。

其三為智能設(shè)計，包括知識工程設(shè)計、創(chuàng)成式設(shè)計、認(rèn)知增強(qiáng)設(shè)計、基于規(guī)格的設(shè)計、面向體驗的設(shè)計、知識圖譜設(shè)計、人工智能設(shè)計等等。

一個產(chǎn)品的設(shè)計，從本質(zhì)上來說就是要確定此產(chǎn)品涉及到的所有設(shè)計變量的一個過程。再以一輛汽車為例。它的設(shè)計變量包括車身的長度、高度、寬度，用什么樣的車門？用什么樣的材料？噴涂什么樣的漆？等等各種可變的因素皆為變量。

這輛車和那輛車有什么不一樣？讓我們從上帝視角來看看，車與車之間到底有什么差別？主要也就是可配置的變量及選裝、可變形的曲面及幾何參數(shù)、可變化的功能邏輯三種。

即便是這三種，最終一輛汽車的變量可達(dá)上百萬種。作為一個汽車設(shè)計工程師。如何才能保證最后他確定的這100多萬個參數(shù)都是正確的，而且是最優(yōu)的呢？

首先是知識工程設(shè)計。通過建立知識工程模板，包括各種校核的模板，包括各種專家系統(tǒng)的邏輯。在知識工程模板中，已經(jīng)將專家的知識和經(jīng)驗、各種校核標(biāo)準(zhǔn)，都以公式或者參數(shù)的形式設(shè)計在知識模板中。大大加快了設(shè)計工程師設(shè)計的速度，降低了出錯的概率。

在接下來是創(chuàng)成式設(shè)計。這里有一種新的說法叫做認(rèn)知增強(qiáng)設(shè)計。當(dāng)我們給出一個零件的規(guī)格。電腦可以幫我們計算出來，最適合的形狀是什么樣子。因此也叫做基于規(guī)格的設(shè)計。

在創(chuàng)成式設(shè)計的過程中，仿真分析和優(yōu)化是內(nèi)嵌的過程。只要我們給出零件的規(guī)格，電腦自動對參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，通過內(nèi)在的仿真分析，不斷地進(jìn)行嘗試迭代，計算出最優(yōu)的結(jié)果。這一過程已經(jīng)高度自動化，甚至不需要人的參與。

這個時候我們可以說一個零部件或者一個產(chǎn)品是計算出來的，而不是設(shè)計出來的。此時CAE已經(jīng)融入到CAD之中，高度融合，甚至可以說隱藏起來了。

從零部件的自動化設(shè)計躍遷到產(chǎn)品級別的人工智能設(shè)計，還需要大量知識圖譜的積累。從基于規(guī)格的零部件設(shè)計到基于知識圖譜的整車設(shè)計，大概需要20年左右的進(jìn)步。

其四為設(shè)計即體驗，設(shè)計一款產(chǎn)品的最終目的是為了什么？就是為了讓人使用而已。我們怎樣才能知道最終產(chǎn)品制造出來之后，人們在使用的時候好不好呢？這就需要打造一個虛擬的世界，讓消費(fèi)者在虛擬的世界里面去進(jìn)行虛擬的體驗。

設(shè)計不僅僅要考慮最終的消費(fèi)者體驗，產(chǎn)品是否易于制造、對環(huán)境友好等等都要在設(shè)計階段考慮。因此有了另一個系列，DFX系列。

DFX也就是“DesignforX”，表示面向產(chǎn)品全生命周期的一種設(shè)計理念。其中“X”代表整個產(chǎn)品生命周期或其中某一環(huán)節(jié)，如供應(yīng)、制造、安裝、維護(hù)、維修、回收等，也可以代表產(chǎn)品競爭力或決定產(chǎn)品競爭力的因素，如可靠性、節(jié)能減排、環(huán)保低碳等等。

總之，CAD融合的元素越多，耦合的能力越強(qiáng)，自動化程度越高，則越有競爭力。

備問曰：先生所提萬物皆有靈，如何理解？

亮答曰：2000年之后的時代，行走之車，飛行之梟，海上之舟，居住之屋，身著之服，皆有靈焉。各種產(chǎn)品都越來越有智慧，產(chǎn)品之硬件功能由軟件控制，稱為軟件定義一切：

SoftwareDefinedEverything，或者SoftwareDefinedX，SDX。

產(chǎn)品的功能越來越多，可以控制的部分越來越多，實現(xiàn)起來也越來越復(fù)雜。越是高端的產(chǎn)品，軟件的部分也越多。

軟件定義汽車，使人類乘車體驗更好；

軟件定義家居，使人類居住更加智能；

軟件定義廚房，使人類飲食更加健康；

軟件定義企業(yè)，讓企業(yè)的運(yùn)營更加智能；

對于產(chǎn)品相關(guān)的嵌入式軟件開發(fā)，虛擬化包括通過模擬被測對象和/或其環(huán)境來進(jìn)行測試、驗證和校準(zhǔn)的早期執(zhí)行，而無需提供完整的目標(biāo)硬件。有另外一套術(shù)語，稱之為XiL，X-in-the-Loop，硬件在環(huán)、軟件在環(huán)、模型在環(huán)、處理器在環(huán)、實車在環(huán)等等，分別對應(yīng)HIL/SIL/MIL/PIL/VIL，終極目標(biāo)肯定是EIL，ExperienceintheLoop，體驗在環(huán)。

備感嘆：未來社會豈不是需要更多的軟件工程師？

亮答曰：然也。未來社會需要越來越多的軟件人才。軟件人才的數(shù)量和質(zhì)量，也決定了一個國家的工業(yè)是否發(fā)達(dá)，高端產(chǎn)品競爭力是否強(qiáng)大。

未來我華夏國應(yīng)該培養(yǎng)更多的軟件人才，甚至要從娃娃抓起，軟件課成為必修課，方能立于世界之巔。

備問曰：是否可以低代碼？

亮答曰：所謂低代碼平臺，是指通過自動代碼生成、可視化編程或者腳本語言，只需要少量代碼，即可快速搭建各種應(yīng)用，滿足了很多非專業(yè)的開發(fā)人員和業(yè)務(wù)人員快速上手、快速實現(xiàn)的需求。

但通常情況下，低代碼平臺側(cè)重點(diǎn)是信息重組展示、模塊控件組件重新組合、Web頁面組合、工作流自動化、在線表單工具等等。

而封裝的模塊、控件、組件等等，交給專業(yè)的開發(fā)人員去做。低代碼并不能取代這部分工作。高級程序員來做高代碼的內(nèi)在，普通人，非專業(yè)開發(fā)人員來做外表的拖拉拽的簡單工作。

就好比你要學(xué)武藝，低代碼就是外面的招數(shù)，而平臺內(nèi)部封裝的代碼就是高手的內(nèi)力。沒有內(nèi)力，只有招數(shù)是不管用的，頂多算是一個會花拳繡腿的假武師而已。

因此低代碼有兩大門派，一派是花拳繡腿派，只是做一些數(shù)據(jù)錄入、屏幕呈現(xiàn)、工作流自動化的工作；另一派是內(nèi)功修煉派，建立在強(qiáng)大的即有能力之上的低代碼，比如微軟推出的低代碼平臺PowerPlatform，背后依托的是微軟Office強(qiáng)大的辦公組件、Azure強(qiáng)大的云組件。但微軟的低代碼平臺不可能解決產(chǎn)品設(shè)計和仿真優(yōu)化的問題，因為PowerPlatform里面沒有這方面的能力。

而工業(yè)軟件，以達(dá)索系統(tǒng)的3DEXPERIENCE平臺為例，通過PlatformWidget將相應(yīng)的Widget組件組合創(chuàng)建一個Dashboard，也是典型的低代碼應(yīng)用。

尤其是xGenerativeDesign，3D創(chuàng)成式設(shè)計，是基于移動瀏覽器的創(chuàng)成式三維建模，用圖形可視化腳本（低代碼）結(jié)合交互式3D建模代替編程。

有人很形象的把低代碼看成是解決最后一公里的最佳方案，這也得是建立在有長途交通方案的基礎(chǔ)之上的。沒有長途的基礎(chǔ)，只談最后一公里應(yīng)用場景是有限的，注定跑不遠(yuǎn)。

備問曰：天下大勢，萬物互聯(lián)，請教先生物聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢？

亮答曰：萬物互聯(lián)是未來趨勢，但不宜投資過熱。

其一，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢之一在于規(guī)模效益，但總體的數(shù)據(jù)耦合和各個企業(yè)自身的數(shù)據(jù)安全之間是一對矛盾體，而當(dāng)前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)門派眾多，各立山頭，收效不大啊。

其二，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)要與工業(yè)軟件相結(jié)合發(fā)展。投入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)不能減弱對工業(yè)軟件的投資力度。

決定一個產(chǎn)品成本的因素，重點(diǎn)在于前期的設(shè)計階段。Munro&Associates于1989年發(fā)表了一張產(chǎn)品全生命周期各個階段的成本影響影子圖。

在影子圖中可以看到，產(chǎn)品設(shè)計所需要的費(fèi)用雖然只占產(chǎn)品全生命周期的5%左右，但卻在產(chǎn)品成本影響度上，具有70%的影響力。真正在制造階段，對產(chǎn)品成本的影響力只有30%。

如果再把制造階段細(xì)分，劃分成制造規(guī)劃和制造運(yùn)營兩個階段，制造規(guī)劃，包括工廠布局、產(chǎn)品工藝規(guī)劃等等，又能夠占到制造階段產(chǎn)品成本影響力的70%。

而一般工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的項目，切入點(diǎn)經(jīng)常在工廠布局、工藝規(guī)劃確定之后，在制造運(yùn)營階段，通過獲取生產(chǎn)線上的設(shè)備參數(shù)、通過部署傳感器所獲得的產(chǎn)品質(zhì)量相關(guān)參數(shù)，并在這些工業(yè)大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量提升、制造運(yùn)營效率提升。

產(chǎn)品的競爭力分析也是類似的。也就是說一般工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)項目的發(fā)力點(diǎn)在30%里面的30%，也就產(chǎn)品整體競爭力的9%里面進(jìn)行改善，改善空間是有限的。

而前面產(chǎn)品設(shè)計階段的70%以及制造階段30%里面的制造規(guī)劃的70%，正是工業(yè)軟件的發(fā)力點(diǎn)。

當(dāng)然不是說工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的項目不重要，但要和工業(yè)軟件緊密結(jié)合，才能使企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型更加成功。

誠然，開發(fā)覆蓋產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計和制造規(guī)劃的工業(yè)軟件的難度系數(shù)要比做工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)項目高出很多?，F(xiàn)有工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺企業(yè)有500~600家，而能夠支撐產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計和制造規(guī)劃的工業(yè)軟件能有幾家呢？