读工业软件简史06工业软件强国(上)

1. 美国

1.1. 美国最早发展CAE软件是从美国国家航空航天局开始的

1.2. 美国国家航空航天局开发了著名的有限元分析软件Nastran

1.3. 1971年MSC公司改良了Nastran程序，使之成为美国仿真软件的鼻祖

1.4. 国家战略投资计划

• 1.4.1. CAE软件产业的萌芽是在领先的美国航空航天和国防科技工业中诞生的

• 1.4.2. 计算正在成为与理论和实验并列的第三种科学研究范式

• 1.4.3. 三大领域

• 1.4.3.1. 开发面向复杂系统的设计工具

• 1.4.3.2. 开发模块化制造设备

• 1.4.3.3. 提供开放式参与平台

1.4.3.3.1. 围绕数值模拟技术的工具和应用软件平台

1.5. CAE软件的伴生工程

• 1.5.1. 产业发展的核心是培育多方产业主体，确定其在价值链上的上下之分，促使他们在市场竞争和商业运作中持续协调和发展新的关系，直到价值链解体和再造

• 1.5.2. CAE软件产业发展的核心需求，源于美国军方对装备技术数据的数字化要求，以及美国军工企业对工程过程和工程环境的数字化和智能化需求

• 1.5.3. CALS看作是武器装备采办工作从基于纸张的手工工作方式向高度电子化、集成化和自动化过渡的一项战略措施，在很多武器装备型号中实施CALS，取得了明显的效益

• 1.5.4. 尽管CAD、CAE和CAM技术已经成功运用于军工领域，但是武器装备承包商依然在采用手工方式向军方交付纸介质的各种管理文件、技术文档和后勤保障技术手册

• 1.5.4.1. 使用手工方式交付纸介质技术手册的传统做法，已经成为制约当时美国军方装备后勤保障的突出问题

• 1.5.5. 实施CALS的重点放在研究和推广交互式电子化技术手册(IETM)方面

• 1.5.6. 将CALS的内涵发展为“持续采办与全寿命支持”​，明确提出CALS的发展目标是“集成数据环境”​，为军方与承包商协同运作武器装备采办及武器装备研制生产创造条件

• 1.5.7. 把CALS的最终目标定位为实现集成数据环境

• 1.5.7.1. 在集成数据环境中，把武器装备等大型复杂产品各方面的信息数据，包括产品技术数据和项目管理数据有序存储在大数据库内，相关的工作人员可以随时随地通过网络提交和获取需要的工作信息

• 1.5.7.2. 实施以“持续采办与全寿命支持”为内涵的CALS，其工作重点是推进系统集成和信息集成，发展集成数字化信息环境

1.6. “先进工程环境”研究计划

• 1.6.1. 是由美国国家科学院和美国国家航空航天局共同发起，由美国国家研究委员会工程技术系统分会航空航天工程专业组先进工程环境研究组负责实施

• 1.6.2. 先进工程环境可能产生的影响或可与互联网鼻祖阿帕网(ARPANET)相提并论，但面临的技术挑战远大于阿帕网，因此需要尽早以政、产、学联合的方式推进，开发开放式集成架构和功能配置，引导可用可互操作软件工具的开发，实施让软件产业和军工企业皆可从中受益的科技成果推广应用方案，集中进行知识管理等

• 1.6.3. 五方面的要素

• 1.6.3.1. 快速综合与仿真工具

• 1.6.3.2. 成本和风险管理技术

• 1.6.3.3. 全生命周期集成与验证

• 1.6.3.4. 协同工程环境

• 1.6.3.5. 文化变革、培训和教育

• 1.6.4. 国防部及各军兵种的实验室也积极推动基于仿真的采办，为军工企业的专业技术力量提供集成于采办流程的协同仿真技术，特别提出要有效使能集成产品和过程开发(IPPD)

1.7. 核心要素

• 1.7.1. 软件始终是美国国家航空航天局成功的核心要素

• 1.7.2. 软件已成为定义技术的新媒介

• 1.7.3. 从2009年起，美国国家航空航天局已经通过各种形式向工业界转化了5000多个软件项目，取得了显著成效

1.8. 启示

• 1.8.1. 国际工业软件市场已经进入寡头竞争和平台竞争的时代，CAD软件和CAE软件会日益下沉，变成功能组件和技术支撑组件，成为编译器、驱动器、操作系统内核这些角色

• 1.8.2. CAE软件承载了工业技术知识的分析、验证和确认过程，是创新的核心要素

• 1.8.3. 持续的国家投入

1.9. EDA软件

• 1.9.1. 电子设计自动化(EDA)软件，正演变成半导体市场上的利器

• 1.9.2. EDA软件在整个全球只有区区100亿美元的产值，却主宰着5000亿美元的全球集成电路市场，以及它背后近1.5万亿美元的整个电子产业

• 1.9.3. EDA软件是人类工程史上一座宏大的建筑

• 1.9.3.1. 人类应用EDA软件成功地设计了世界上最为复杂的、以指数级增长的超级微雕物理宫殿

• 1.9.3.2. 从1971年第一个拥有2250个晶体管的微处理器(Intel4004)开始，到拥有103亿个晶体管的华为最新移动处理器麒麟(Kirin)990，都离不开进化的电子设计自动化(EDA)技术相伴

• 1.9.4. 美国EDA软件企业已经取得了绝对垄断的地位，但美国政府从来没有放弃对它的资助，而是以一种持续加码的方式，推动EDA软件基础研究的发展

• 1.9.5. 三个研究领域

• 1.9.5.1. 开发更新、更强大、面向信息物理系统的设计科学和方法，将设计生产力提高一个数量级，超越当前包含数十亿晶体管的系统集成技术

• 1.9.5.2. 建立更稳健的优化方法，为高可变、多领域、高度不确定的集成系统提供可靠的性能保证

• 1.9.5.3. 极大改进交互界面，支持高级系统的量产，以最大限度地利用技术

• 1.9.6. EDA技术作为兼具理论和工程的学科，需要强大的计算基础设施支持，这使得它的研究成本十分高昂

• 1.9.7. 处于工程与计算机科学的交界地带，EDA技术是计算机科学解决工程问题的应用范例

• 1.9.8. 解决EDA技术问题取得的成果可以用来帮助解决数学及计算机科学领域的开放问题

• 1.9.9. EDA视角在解决其他科学问题方面也是非常有价值的

• 1.9.10. 半导体研究共同体是世界领先的大学半导体和相关技术研究联盟，是推动美国半导体共性技术发展的关键性力量

• 1.9.10.1. 半导体研究共同体并不急于立刻盈利，它关注的是未来颠覆性和前沿性技术

• 1.9.11. 美国拥有培养完整的从基础研究到应用转化，再到商业应用的EDA全科技产业链条

• 1.9.12. 只有充分做好前端的数学、物理机理和工程系统的基础研究突破，EDA软件的发展才会表现出充足的活力

2. 德国

2.1. 德国拥有世界第五大信息与通信技术市场，2017年市场总值约为1600亿欧元

2.2. 欧洲最大的两家拥有工业软件的公司—一家是SAP公司，另一家是西门子公司—是两盏耀眼的明灯，其他软件公司的国际知名度其实都不算太高

2.3. 德国在嵌入式系统、数控系统、自动化控制软件等领域很发达，而在设计工具CAD软件、CAE软件、EDA软件领域，几乎只有西门子公司独家撑起一片天地

2.4. 德国最“古老”的软件公司当属成立于1969年的Software AG，至今已经有50多年的历史

2.5. 总体上，德国软件公司很年轻，大多数都是近十年来成立的新公司，而且以10人以下的小微企业为主

2.6. 一级软件业是从事数据处理服务商以及数据处理设备的供应商，是以软件开发和销售为主要经营目的，包括独立软件开发者，其中以应用软件高居多

2.7. 二级软件业的企业，多数源于传统商业和制造业，如电子技术、通信、机械制造等

• 2.7.1. 最大的特点，是为了配合硬件产品而开发软件，软件开发自身并不是这些企业的主要经营目的

• 2.7.2. 在中国，不销售软件的华为和海尔，却在中国电子信息百强排行榜中屡屡排名第一、第二，就是这个道理

2.8. 德国并无专门鼓励工业软件的政策

• 2.8.1. 工业软件被作为IT产业的基础进行鼓励

• 2.8.2. 在工业软件的发展上，起到主导作用的是企业而不是政府

2.9. 在20世纪70年代和80年代，德国和瑞士CAM软件发展的重点是数控机床、柔性制造单元(FMC)和柔性制造系统(FMS)等

2.10. 德国的CAD软件开发和应用并不晚，二维系统应该在20世纪70年代就已经开发并得到广泛的应用

2.11. PROPEN系统是由塞弗特教授的公司ISYKON研发和销售的

• 2.11.1. PROPEN1是相当成功的一个系统，产品更名为PROCAD后沿用到21世纪初

2.12. CAD软件的早期发展，都是由大型的航空工业带动发展的

2.13. VW IP是大众汽车公司基于从控制数据(Control Data)公司购买的CAD软件二次开发的成果

2.14. 在CAE软件方面，德国的AutoForm软件是一款汽车设计中很重要的工具，可以用来计算、仿真汽车覆盖件（壳）冲压过程的弹塑性变型

• 2.14.1. 世界上的汽车龙头企业几乎都在使用AutoForm软件

• 2.14.2. 结构优化软件TOSCA也是德国产的，几年前被达索系统收购，更名为ATOM

2.15. 作为一家CAD/CAM组件供应商，德国ModuleWorks公司提供了加工制造软件的内核

• 2.15.1. ModuleWorks是一家将机械和IT技术融合得非常完美的公司

• 2.15.2. 了解和理解ModuleWorks这家工业软件公司，一个不为业界熟知的小霸王，对于改变中国工业软件的现状会非常有帮助

2.16. 优秀的算法工程师，必须懂数学、机械或某个专业

2.17. SIGRAPH 2D

• 2.17.1. 使用方便并具有参数化设计的功能

2.18. SIGRAPH 3D的内核采用了英国赫赫有名的科学家的ROMULOS系统，这是由创建Parasolid内核的同一批人开发的

2.19. 在电子目录和零部件数字模型方面，德国卡迪纳斯(CADENAS)、CADCLICK是业界翘楚

2.20. 云端CAE做得相当好的云计算平台SimScale，上面有大量的第三方公司的软件

• 2.20.1. SimScale在德国已经有十多万工程师用户

2.21. 虽然于2010年才成立，但Exocad软件公司很快成为全球牙科CAD/CAM软件市场的领导者，为牙科实验室和诊所提供一体化工作流程

• 2.21.1. 它在修复牙科、种植学、指导手术和微笑设计方面，具有丰厚的专业知识

2.22. 在机械设备制造业，德国工业软件被广泛用于设计研发、机器控制、工艺操作等环节