读工业软件简史04行业软件

1. 行业软件

1.1. 工业软件的发展本质是来自工业制造的需要，它与装备工业密不可分，因此也是非常零散的，呈现出千姿百态

1.2. 头部企业

• 1.2.1. 达索系统、西门子工业软件、ANSYS、Synopsis

1.3. 明星企业

• 1.3.1. 法国的ESI、美国的MSC和Altair、日本富士通旗下的迪普勒、广州中望、苏州浩辰

2. 软硬结合

2.1. 机械制造是软件的富矿区，逐一往下挖掘，软件就会一一浮现

2.2. 齿轮是量大面广的关键基础零部件，齿轮制造已成为中国机械基础件中规模最大的行业

2.3. 无论奢华手表，还是导弹，背后的精密结构都离不开齿轮的设计

2.4. 瑞士KISSsoft公司开发的关于机械零部件设计及传动系统分析的工具软件，是行业中的佼佼者，可以用来设计风机齿轮

2.5. 格里森机床是少数存活下来的美国机床公司之一，以加工精密齿轮和传动系统知名，国内许多汽车齿轮箱和汽轮机企业都是它的用户

• 2.5.1. 美国格里森齿轮机床的软件之所以强大，与它的数学基础密不可分

• 2.5.2. 格里森公司的诸多数学家，在齿轮理论上非常有造诣，这才是格里森公司成为齿轮曲面加工之王的根本原因

• 2.5.3. 通过并购，一个高端软件与一个中低端软件有机结合，格里森公司实现了对圆柱齿轮和圆锥齿轮及其轴系零件CAD/CAM软件的全面覆盖

2.6. 国内西部老牌企业秦川机床，多年来一路与美国格里森机床对标闯关

2.7. 浙江陀曼则以三菱重工滚齿机（已经被日本电产收购）为标杆

2.8. 设备必须靠工业软件，才能发挥更卓越的性能

• 2.8.1. 数学、物理、工程，这才是工业软件的筋骨

• 2.8.2. IT的编程只是它最后要披上的外袍

2.9. 瑞典海克斯康

• 2.9.1. 收购了全球CAM软件排名第一的Vero软件公司，立即掌握了一批优秀的CAM软件，包括机床常用的EdgeCAM、WorkNC等，以及专门用于钣金加工的RADAN

• 2.9.2. 收购的英国Romax软件，则主攻风电领域，能对齿轮箱、轴承及齿轮传动进行虚拟样机设计分析

• 2.9.3. 收购CAM软件Esprit的所属公司DP Technology

• 2.9.3.1. Esprit以机器优化、无需编辑G代码（刀具路径）而广有知名度

2.10. 全球排名第一的瑞典刀具制造商山特维克可乐满公司，收购了CAM软件公司CGTech

• 2.10.1. 刀具公司与CAM软件原本是共生的好伙伴，但这次CAM软件公司却被刀具商吃掉

2.11. CAM软件曾经是一个相当独立的软件领域，对于数控机床的运行至关重要

• 2.11.1. 西门子工业软件中最知名的品牌NX(UG)，最早就是从CAM软件起家的

2.12. 北京精雕这家以CAM软件起家的机床公司，应该是中国机械制造领域中成功结合软硬件的典范

2.13. 德国蔡司公司，在2016年收购测量技术的软硬件供应商3GO

2.14. 日本AMTEC软件可以用于类齿轮传动设计领域、塑料/粉末冶金齿轮设计分析领域，是日本齿轮协会下属机构所开发的一套齿轮传动设计分析工具软件

2.15. Windows LDP则是美国俄州立大学机械工程系齿轮动力学和齿轮噪声实验室开发的齿轮载荷分布分析软件

2.16. 国内的齿轮传动CAD集成系统软件ZGCAD，则是由郑州机械研究所开发，囊括了常见的齿轮传动设计计算方法

2.17. 无论是工业母机的机床，还是事关精度与质量的测量仪器，或者是作为工厂中最大消耗品的刀具，都在向软件靠拢

3. 大学

3.1. 锅炉制图软件的可选项很多，达索系统的Solidworks是其中之一

• 3.1.1. 这类软件一般都是通用化的CAD软件

3.2. 早期的日立、通用电气、西门子、ABB等公司的锅炉业务，都拥有大量的自研软件

3.3. 美国麻省理工学院的GT-PRO Thermoflow、德国的KED、通用电气的GateCycle

3.4. 为了弥补编程能力的不足，工业巨头也会选择与外部软件公司合作，例如GateCycle就是通用电气跟一家软件公司联合开发的

3.5. BESS，基本上国内排在前50名的锅炉厂都在采用

• 3.5.1. 浙江大学在锅炉本体仿真软件方面做了非常好的工作

3.6. 工业知识点

• 3.6.1. 它们工业的精髓，是企业不愿意说出的工艺秘密

• 3.6.2. 这种复杂数学化的要求，一般企业很难把自己的知识变成软件

• 3.6.3. 不是IT企业能够解决的问题，而需要企业自身具备工程知识软件化的能力

• 3.6.4. 能够跟实际应用紧密结合的大学教授，往往有着更好的优势

3.7. Aspen Plus

• 3.7.1. Aspen Plus是一个面向流程行业的流程模拟与优化的系统，在国内化工行业的使用非常广泛，占据了中国国内流程行业的重要命穴

3.8. 工业软件一般都具有很强的专业性

• 3.8.1. 很多工业软件的起源，都有大学或者工程咨询背景

• 3.8.2. 没有工程基础或者背景，这类大型工业软件，是不可能开发出来的

• 3.8.3. 单纯的IT公司，完全无法胜任工业软件的开发

• 3.8.4. 电厂的热电联产热能分析所用的美国Thermoflow软件，它的源头跟Aspen Plus几乎如出一辙，也是来自麻省理工，也是来自化学系

3.9. 纵观工业软件发展的历史，大学和科研院所是火种的一个重要诞生地

• 3.9.1. 激活大学的机理研究优势，然后与工程应用相结合（最重要的前提）​，是发展工业软件的重要路径

4. 科学计算三剑客

4.1. 美国Mathworks公司的MATLAB

• 4.1.1. MATLAB与工业的结合最紧密

• 4.1.2. MATLAB的各类仿真引擎和数值计算工具比较齐全，用户依赖性很强

• 4.1.3. 苏州同元软件MWorks暂时只在局部有一定优势，它是基于Modelica物理建模，这是MATLAB起步较晚、但正在快速追赶的领域

4.2. 加拿大的Maple

• 4.2.1. 是一种符号和数字计算环境的编程语言，由加拿大的Maplesoft公司开发，用于解决数学相关领域的问题，内置超过6000个计算命令和100多个算法函数包

• 4.2.2. Maplesoft公司的多系统仿真Maplesim软件，则为多域物理建模和代码生成添加了功能

• 4.2.3. 在2009年被日本Cybernet集团收购

4.3. 美国的Mathematica

• 4.3.1. 擅长数值符号运算

• 4.3.2. 在工程仿真和数值运算方面，则比MATLAB差了不少

4.4. 基础功能的替代其实并不难，真正难的是对用户习惯的把握和复杂生态的建设

4.5. 软件是用户用出来的，仅依靠供应商一端发力远远不够，这也是工业软件难以快速发展的根本原因之一

5. 电力行业

5.1. 电力行业是一个对安全高度敏感的行业，因而对于软件的仿真要求很高

5.2. 中国电力科学研究院开发了电力系统仿真综合程序PSASP，拥有完全自主知识产权，并在网省公司广泛应用

5.3. 用于电力系统电磁暂态分析的仿真软件EMTP，可以对高压电力网络和电力电子进行仿真

5.4. 中国的电磁暂态仿真软件已有国家电网公司自己开发的版本，但其商业化程度还达不到国外的水平

5.5. 软件非常昂贵，一套RTDS软件，仿真规模为100多个三相节点，动辄200万元左右

5.6. 加拿大开发的电力系统软件，拥有全面的解决方案，包括配电网仿真软件CYME、接地仿真软件CDEGS、电磁暂态仿真软件PSCAD、大规模电网仿真软件DSA-Tools等

• 5.6.1. 中国的机电暂态仿真软件PSASP对应于DSA综合软件

• 5.6.2. 电磁暂态仿真软件EMTDC对应于加拿大的PSCAD

• 5.6.3. 代表更高水平的实时数字仿真系统ADPSS，则直接对标加拿大RTDS

5.7. 中国的电力系统是相对较少依赖国外软件的行业

• 5.7.1. 与中国拥有世界上最大的电网容量有关，也跟电力系统作为核心能源行业，一直追求独立自主的策略相关

5.8. 核电软件有热工水力、反应堆物理、燃烧元件、概率风险等九个专业，涉及200多个程序

5.9. 核电从堆芯结构出发，分为一级、二级、三级设备，蒸汽发生器、压力容器等都需要严格仿真

• 5.9.1. 一般要求都是60年的随机寿命，仿真验证是谁也不敢马虎的事情

• 5.9.2. 不仅仅是流体分析、电磁分析等仿真非常普遍，甚至连一个螺丝、焊缝，都需要做仿真

5.10. 随着中国核电独立自主的提升，核电软件也得到了长足的发展

5.11. 在石化、核电、电力等领域对安全要求极高的大型设备上，专业软件从来不缺席

• 5.11.1. 大型的工业设备（如电力、核电等的）​，从来都是与软件绑定在一起的

5.12. 行业中一种工业软件的强大，关键在于用户的信心

6. 专业工业软件

6.1. 作为一款专业软件，HyperSizer将数百种分析失效方法囊括其中

• 6.1.1. 现在由美国Collier公司持有，能与常见的商用有限元软件相结合，对各个部件自动生成安全裕度报告

6.2. 国外存在的软件，国内会有它的对标物

• 6.2.1. 德国威图公司旗下拥有在电气盘柜上使用较多的Eplan电气设计软件，国内有利驰电气软件与之相对应

• 6.2.2. 国外有Sigmetrix公差分析软件，国内就有上海棣拓的DTAS软件

• 6.2.3. 面对美国Ansys公司的HFSS、法国达索系统的CST、美国Altair公司的FEKO这三大电磁仿真软件，复旦大学孵化的EastWave高频电磁仿真软件

• 6.2.4. 湖南精益传动设计软件，直接对标瑞士KISSSOFT、英国ROMAX、英国MASTA等国际知名的齿轮软件

6.3. 德国MagmaSoft铸造仿真软件，能够对铸造过程中的充型、凝固、冷却、热处理、应力应变等进行模拟分析，是一款早在1988就开始发布的经典软件

6.4. 散料分析

• 6.4.1. 中国是工程机械大国，三一重工、柳工机械等企业都少不了这种软件

• 6.4.2. 德国弗劳恩霍夫应用研究促进协会算法和科学计算研究所(SCAI)的流体和固体耦合MpCCI软件，从1996年就开始与各个商业化软件合作，以实现不同学科求解器的耦合分析

• 6.4.3. 北京合工仿真公司开发的软件UNINSIM，现在也做到了这一点，可以进行颗粒力学分析，也可以进行燃油/液压油污染特性分析等

6.5. 中国工业软件产业的一个特点是，在每一条细小的赛道中，都向国外工业软件发起挑战赛

6.6. 工业软件就像是工业的DNA，每一种产品都有自己的基因片段

• 6.6.1. 瑞士公司DST主攻核级管道应力分析软件，只有区区8人，虽小却精

• 6.6.1.1. 最大的优势是把美国机械工程师协会标准，放入了软件

• 6.6.1.2. DST的软件PepS的特点是自成一派，除了核心程序PipeStree之外，前后处理也指望不上别人，因此自己做出了EditPipe

• 6.6.1.3. 正是一种软件要获得精彩的要义所在，没有生态的支撑，就要自备干粮保障

• 6.6.1.4. PepS软件被广泛用于美国、日本的核电站，在中国AP1000核电机组的建设过程中也用到了这种软件

• 6.6.2. 法国法马通公司(Framatome)开发的管道系统应力计算软件SysPipe，最早应用于法国M310系列核电站

6.7. 德国的COBUS ConCept公司成立于1992年，是木工机械CAM软件的佼佼者

• 6.7.1. Cobus NCAD可以无缝对这些数据进行编辑处理，形成木工机械的加工路径

• 6.7.2. 2017年是这家德国公司创办25周年，公司员工仅有108人

6.8. 工业软件行业的发展速度慢，与工业化程度相辅相成

• 6.8.1. 工业吃不透，软件也吃不透

• 6.8.2. 工业软件无处不在，就像田野的山花漫漫，要想逐一辨识，是非常困难的

• 6.8.3. 工业软件需要的是全面开花，而不是集中栽培几种标志性果树

• 6.8.3.1. 这是一个建立生态的过程

7. 从底层开始追

7.1. 教学和实验室，也是工业软件的重要占领地

• 7.1.1. 地球化学模拟软件Geochemist's Workbench(GWB)，广泛应用在环境地球化学、油气地球化学等学科，用来模拟复杂的地球化学反应过程

• 7.1.2. Spartan则是一款功能强大的专业化学分析建模和分析软件

7.2. 用于依靠知识结晶的工业软件，基本上是行不通的

• 7.2.1. 大量的工艺、设计、材料知识进入软件的过程，恰如煤与树木之间有着很长的沉淀期，速战速决的策略并不合适

7.3. 工业软件代表着工业文明的最高形态，是数学、物理、化学、生物等自然科学知识，与人类设计制造实践相结合，相互浸润、长期磨合而成

7.4. 发展工业软件要从工具软件开始

• 7.4.1. 只有深入工具软件，才会发现数学的硬核、物理的基础和自然科学的世界

7.5. 工业软件是用户用出来的，用则进，不用则废

7.6. 工业软件令人敬畏之处，在于它的复杂性、多样性都超过了一般人的想象