工业软件企业研发设计类软件开发策略及发展建议

工业软件 (48) 2021-11-24 09:53:10

在20世纪60年代,CAD、CAE、CAM等研发设计类工业软件的成功应用,为制造业信息化、自动化添加了动力。当今达索系统公司(Dassault Systèmes,以下简称“达索”)、西门子PLM软件公司(以下简称“西门子”)、参数技术公司(PTC)、欧特克公司(以下简称“欧特克”)在工业软件开发的实践值得我国企业学习和借鉴。

1 工业软件的界定与分类
目前,工业软件的概念比较宽泛。从工业和信息化深度融合、全球软件产业来看,工业软件很少会专门提出。工业软件这一概念被视为属于应用软件类。产业界倾向于将工业软件视为“在工业领域里应用的软件”。根据百度百科的词条解释,工业软件大体上分为两种类型:嵌入式软件和非嵌入式软件。嵌入式软件是嵌入在控制器、通信、传感装置之中的采集、控制、通信等软件,非嵌入式软件是安装在通用计算机或者工业控制计算机之中的设计、编程、工艺、监控、管理等软件,这类工业软件又可分为研发设计类(CAD/CAM/CAE、PLM)、生产管理类(ERP、BPM、QM、SCM)、生产控制类(MES和自动化控制系统)、协同集成类(协同软件)。工业软件除具有软件的性质外,还具有鲜明的行业特色。

随着智能化产业的不断发展,通过不断积累行业知识,将行业应用知识作为发展智能化产业的关键要素,逐渐成为企业调整经济结构、转变经济增长方式的主要因素。可以说,工业软件在企业研发设计、生产制造、管理等业务场景中都有重要的应用。

2 研发设计类工业软件的功能与重要性
2.1 研发设计类工业软件的功能
如前文所述,研发设计类工业软件有CAD、CAE、CAM、PLM等,其功能可以覆盖工业产品全生命周期,即在工业产品从概念设计开始,到生产,再到售后保修和报废等全生命周期里,都能看到研发设计类工业软件的影子,只是每种工业软件的技术功能侧重点不同。

CAD用于产品设计的软件解决方案。CAE用于模拟(分析)将来的产品物理行为的软件解决方案。CAE软件可作静态结构分析、动态分析,研究线性、非线性问题,以及分析结构(固体)、流体、电磁体等。CAM用于定义制造作业的软件解决方案。

进一步, PLM 用于帮助企业共享产品数据、统一工作流程,扩展型的企业可充分利用企业知识完成产品从概念涉及直至退出市场全部过程的开发。国外较为统一的观点认为,PLM是CAD、CAE、CAM、PDM的组合与集成。

可以说,PLM是研发设计类工业软件“集大成者”,国外大型研发设计类工业软件集团公司均有PLM产品和解决方案,并在这一领域相互竞争。另外,随着移动互联网、物联网、云计算等新一代信息技术的发展,PLM也“与时俱进”,从软件产品功能、软件产品发展规划到软件销售和售后都有改进。

2.2 研发设计类工业软件意义重大
研发设计对企业创新发展而言至关重要,研发设计类工业软件对促进企业研发设计信息化具有不可替代的主导作用,不仅可以大大提高研发设计效率、节约成本,更重要的是可以增强企业创新实力。当前,我国研发设计信息化经历了技术探索、推广普及、全面应用等阶段,正在步入融合提升、构建数字化研发设计体系的新阶段。新时代融合提升阶段的重点是,加强研发设计信息化与工业化要素的融合,通过集成与协同,构建研发设计平台,形成数字化研发设计体系。因此,无论是国家还是企业或行业协会,均对研发设计类工业软件的发展更为重视。

3 国外研发设计类工业软件企业发展历程与特点
国外研发设计类工业软件企业主要有达索、西门子、PTC、欧特克等。上述企业占据国内市场超过一半的份额,在高端市场更是具有一定的垄断地位。国内企业与国外企业相比,整体规模还比较小。

正如前文所述,这些国外巨头均是PLM提供商,在PLM平台下拥有CAD/CAM/CAE等多个产品组合,只是由于企业发展历史的原因,子产品功能侧重点各有不同,这也导致了这些巨头在不同的行业会有侧重。比如,达索在航空航天领域,西门子在工业自动化领域,欧特克在机械和建筑领域等具有很大的市场份额。可以说,工业领域行业化背景让这些研发设计类工业软件有了很强的生命力。同时,尽管PTC不是脱胎于某个工业企业软件部门,但其技术创新(参数化建模)实现了对传统行业的颠覆。这一点也值得我国企业借鉴。

3.1 达索系统公司
PLM的发展史几乎就是达索的发展史。20世 纪70年代,洛克希德•马丁公司(大型商用机、卫星系统制造商)开发出基于2D应用的CAD/CAM系统——CADAM(计算机强化设计和制造),使飞机设计开始脱离图纸设计的时代。马赛达索飞机公司(AMD)是洛克希德•马丁公司CADAM的第一个客户。随后,马赛达索飞机公司的工程师研发出基于3D应用的CAD/CAM软件,此软件就是CATIA软件的前身。

1981年,马赛达索飞机公司宣布成立达索系统公司(Dassault Systèmes),旨在开发新一代的CATIA设计软件。随着公司研发技术的不断发展,以及各种收购并购,如今,达索系统公司已成为法国第一大软件公司,全球所有的飞机制造公司都采用达索系统解决方案。

3.2 西门子PLM软件公司
2007年1月25日,西门子公司以35亿美元鲸吞著名PLM企业UGS公司,并成立西门子PLM软件公司,其归属于当时的西门子自动化和驱动集团(A&D)。UGS公司的前身是Unigraphics Solutions公司,隶属于前麦道飞机公司(以下简称“麦道”)。1991年5月,麦道将UG出让给当时通用汽车公司下属的EDS,之后EDS收购了SDRC。2001年,UG与SDRC合并,更名为EDS PLM Solutions。2004年5月,EDS PLM Solutions正式从EDS剥离并改名为UGS。在这之后,UGS进行了一些眼花缭乱的收购,目的在于增强自身解决方案的覆盖范围和服务能力。而由于西门子在工业自动化领域的强大背景优势,西门子PLM软件公司在数字化工厂市场拥有很强的话语权。

3.3 参数技术公司
参数技术公司1989年上市即引起机械CAD/CAM/CAE界的极大振动,因为公司提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关性及工程数据再利用等概念,可让所有的用户同时进行同一产品的设计制造工作,实现并行工程。与达索和西门子不同,参数技术公司的PLM技术发展战略是致力于产品研发流程效率的提升,强调精益产品开发和统一平台。同时,参数技术公司将PLM的概念拓展到动态出版和工程计算的管理。

近期,参数技术公司收购了物联网领域软件公司Axeda(将机器和传感器安全连接到云端的解决方案提供商),能进一步补充服务生命周期管理,并扩展PLM的产品和应用,从而帮助工业企业缩短智能互联产品研发周期。可以说,参数技术公司的视野已扩展到整个物联网领域。

3.4 欧特克公司
从1982年欧特克公司推出AutoCAD开始,到“.DWG”成为二维设计文档事实上的标准,在CAD领域,AutoCAD一度甚至是其代名词,即使在今天,很多人仍然认为:CAD所指的就是AutoCAD。然而,随着智能制造行业对CAD技术应用的不断深入,三维CAD系统,以及以此为基础发展出来的PLM等逐渐成为用户追逐的对象,欧特克公司绝对领先的优势不再明显。于是,欧特克公司开始应用新技术,推出基于云计算的PLM解决方案——Autodesk 360,定位为“经济实惠”,主要目标对象是中小企业。当然,在机械设计和建筑设计里,AutoCAD仍然有很强的影响力。

4 工业软件企业发展的对策建议
我国已初步建立相对完善的研发设计类工业软件体系,国内研发设计类工业软件已经基本形成体系,覆盖CAD/CAE/CAM/PLM等产品生命周期的各个阶段。目前,我国涌现出中望、浩辰、数码大方(CAXA)、华天等知名企业,这些企业的CAD发展尤为迅速,已经在低端市场快速普及,能够占据约30%的市场份额。中望、华天甚至在研发设计类工业软件相当成熟的国外市场也实现了一定的突破。为了进一步促进我国研发设计类工业软件企业做大做强,结合国外研发设计类工业软件企业的发展,提出以下对策建议。

4.1 深耕行业应用
从国外巨头的发展进程不难发现,强烈的行业属性让这些软件产品具有很强的生命力。而工业软件本身就是应用于各种工业行业的软件技术和产品,只有真正把行业吃透,才是工业软件企业做强之道。

其实,从行业发展层面来看,包括研发设计类工业软件的我国整体工业软件产业已经迎来了积极健康的市场氛围。市场应以应用为牵引,用竞争激励创新,形成趋于健康、可持续的良性产业发展氛围。为顺应市场的要求,应鼓励有条件的大企业将IT部门剥离独立发展,为研发设计信息化提供更多专业的共性解决方案。而且云计算、移动互联网等新技术带来了更丰富的交付、应用和维护方式,有效降低了用户的应用门槛和实施难度。

另外,我国借鉴了ISO9000、ISO14000的做法,制定企业两化融合管理体系,与工业企业配合,使得工业软件的主体用户群对工业软件的认识和理解将会通过技术标准和管理规范的系统性梳理有一个显著的提升。这种认识水平和管理水平的提升,为工业软件产业发展提速奠定了用户基础。

当然,工业软件企业自身修炼行业内功,把行业吃透只是一方面;另一方面,工业领域传统行业企业也要和软件企业更多地互动,在互动中找到软件产品的不足,并加以修改完善,从而获得更适合实际情况的研发设计类工业软件,只有这样,工业软件产品市场竞争力才会更强,工业软件企业在市场竞争中的实力也会更强。因此,工业软件企业与传统工业企业的良性互动是双赢的关键。迫切需要建立国家级的评价标准,树立一批领先企业样板,宣传并推广关键的软件产品和技术。

4.2 加强模式创新
为提高研发设计类工业软件对行业的黏性,可以从企业模式创新方面着手。可以借鉴国外企业(例如达索)的发展理念,将原来“大而全”的工业企业内部信息化技术资源和业务分解出来,整合形成一个专业化的软件公司,这一方面提高了资源的整体利用率,另一方面,能与母公司建立一种长期稳定的专业服务关系,增强行业黏性。这种模式已体现出相当的市场合理性和差别优势。

我国已经存在一些从制造业脱胎出来的软件公司,如宝钢的宝信、一汽的启明、中石化的石化盈科等。这些公司由于与母公司具有天然关联性,其对母公司所处的行业相较于竞争对手则更深入,这对于公司今后行业挖潜和业务升级大有裨益。此外,并购收购等在资本层面的创新也是促进产业跨越式发展的方式,这已经在国外巨头中得到了印证。

我国是工业门类丰富的工业大国,建议国家出台政策鼓励支持通过模式创新,让工业企业剥离企业内部IT业务,并成立独立个体,逐渐发展壮大,同时鼓励海外有针对性地并购,促进我国工业软件产业整体实力。

4.3 加强技术创新
对于市场后来者或者弱小者,若想与大象共舞,甚至扳倒大象,需要颠覆性的技术创新。参数技术公司就是一个例子,它通过技术创新修改了游戏规则,为企业的自身发展开拓了广阔空间。

工业软件具有很强的创新性,因其要求对行业更为贴近,其产品的开发也将与其他类型的软件产品不同。究竟应该如何开发?这其实涉及两个方面:一是开发过程的特殊性,二是人才培养的特殊性。

就开发过程而言,从宏观着眼,需要科学家与工程技术专家共同参与开发过程。在工业软件产品整个生命周期中,往往包含有科学研究或者技术创新的过程,复杂度很高,需要科学家或工程技术专家的直接和长期的介入。没有“内行”的直接参与,仅仅依靠软件人员是编写不出工业软件的。为了推动工业软件的发展,必须从政策上激励,促进科学家或工程技术专家与软件专家共同组成研发团队,共同开发工业软件。

从微观着眼,则要求企业在产品开发之前进行调研,了解工业企业用户在应用上关注的焦点,以提高开发的可靠性,最终满足研发设计信息化的要求。在进行工业软件产品开发时,需通过产品设计、过程控制、管理水平、工具支持等四个方面提高产品可靠性,并确立“应用调研——系统分析——应用开发——测试验证——优化设计——工程实践——后评价”的技术解决路线,真正帮助研发设计类工业软件企业实现颠覆性的技术创新。

THE END

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