經(jīng)過六十多年的發(fā)展，工業(yè)軟件不僅沒有看到任何衰退的拐點(diǎn)，反而從產(chǎn)品深度和新技術(shù)的融入，呈現(xiàn)了年輕人一般的活力?？梢哉f，工業(yè)軟件是正當(dāng)壯年。各種工業(yè)軟件公司，在其已經(jīng)構(gòu)建的工業(yè)學(xué)科基礎(chǔ)上，突破屏障，向生命科學(xué)、智慧城市、增材制造、納米材料等更多領(lǐng)域突破。

工業(yè)軟件，呈現(xiàn)了知識軟件化，和空間數(shù)字化的結(jié)合。軟件化是把產(chǎn)品從市場開發(fā)到制造的整個(gè)過程CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有，所涉及的知識與流程都實(shí)現(xiàn)固化的特征控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，而數(shù)字化是把物理世界的對象及其關(guān)系，都通過數(shù)據(jù)方式進(jìn)行呈現(xiàn)。工業(yè)軟件的發(fā)展歷史進(jìn)程中，隨著產(chǎn)品對象和制造設(shè)備的不同，會產(chǎn)生出不同的軟件形態(tài)。

工業(yè)軟件，由于以代碼的形式躲在硬件的后面，無形無影，很少有人會去思考的它的形狀和構(gòu)成。就像水流一樣，既無法區(qū)分它的形狀身段，也難以對它進(jìn)行切分。

然而令人驚訝的是，工業(yè)軟件其實(shí)是一個(gè)以組件為主的裝配行業(yè)。它的構(gòu)成，呈現(xiàn)了強(qiáng)烈的積木特征，從而構(gòu)成了一個(gè)極其獨(dú)特的隱形組件形態(tài)。

從產(chǎn)業(yè)角度看，工業(yè)軟件的開發(fā)過程是在加速的。這是因?yàn)?，它的共性部分，逐漸被抽離出來定義商業(yè)化。這一點(diǎn)本來并不值得奇怪。早在CAD剛剛誕生不久，它的幾何內(nèi)核就被逐漸剝離出來。英國劍橋大學(xué)CAD實(shí)驗(yàn)室是英國CAD的源頭，1973年IanBraid在此完成了“體素設(shè)計(jì)”的博士論文，以此為基礎(chǔ)創(chuàng)建了后來被稱為Parasolid的幾何內(nèi)核。1986年美國Spatial Technology公司成立，同樣邀請Ian Braid以及其導(dǎo)師與同窗合作，并以其名字首字母命名其產(chǎn)品ACIS, 促進(jìn)了工業(yè)軟件核心的組件化與產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。幾何內(nèi)核可以看成是工業(yè)軟件之CAX軟件“宇宙原力”的建模引擎CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有，并且成功地商業(yè)化。Parasolid當(dāng)前屬于西門子工業(yè)軟件PLM Components事業(yè)部，全球有近200多家軟件公司使用Parasolid幾何內(nèi)核。2000年，Spatial被達(dá)索系統(tǒng)收購，全球有近100多家軟件公司使用。絕大部分CAD軟件公司，都會使用這些幾何內(nèi)核，在此基礎(chǔ)上開發(fā)自己的產(chǎn)品。

這種將功能組件進(jìn)行剝離并且商業(yè)化的思路，大大推動(dòng)了工業(yè)軟件社會化分工的發(fā)展。

近60年的發(fā)展，工業(yè)軟件早已經(jīng)成為一個(gè)成熟的產(chǎn)業(yè)。跟汽車、飛機(jī)等一樣，有著不同層面的成熟供應(yīng)商與基于新技術(shù)發(fā)展中的供應(yīng)商。一個(gè)機(jī)械CAD軟件，可以分解成幾十個(gè)組件。每個(gè)組件其實(shí)并沒有想象中那么大的團(tuán)隊(duì)在維護(hù)，人數(shù)大概在30-200人之間，大部分是幾十人的團(tuán)隊(duì)。各個(gè)有獨(dú)特技術(shù)的公司都可以分一杯羹。這使得工業(yè)軟件產(chǎn)品，正在由大部分自主研發(fā)，走向組合式的發(fā)展。

過去傳統(tǒng)的機(jī)械CAD軟件公司，需要長達(dá)十年周期才可能商業(yè)化。而今天，只需投入200人左右花費(fèi)2年的時(shí)間，就可以開發(fā)出面向行業(yè)的比較全面的基礎(chǔ)模塊（零件、裝配體、工程圖）。開發(fā)難度，正在降低。

就像自然界一樣，簡單的食物鏈隨著時(shí)間，也逐漸以分層的方式進(jìn)行分化。時(shí)至今日，整個(gè)工業(yè)軟件的產(chǎn)業(yè)界，已經(jīng)發(fā)展出成熟的產(chǎn)業(yè)提供商（組件）的生態(tài)。分別為系統(tǒng)層、組件層、應(yīng)用層和人機(jī)交互層。

圖1 工業(yè)軟件的四層架構(gòu)

系統(tǒng)層是由操作系統(tǒng)、圖形標(biāo)準(zhǔn)等構(gòu)成。今天CAX軟件一般都是建立在Windows操作系統(tǒng)之上，Unix\\Linux也有一些。由于歷史演進(jìn)的原因，一些軟件依然可以運(yùn)行在Unix之上, 但隨著時(shí)代發(fā)展，一些軟件公司為了降低維護(hù)成本，未來主要以Windows系統(tǒng)和基于云的方式部署為主。

如圖2灰色部分是最基本的組件，這是構(gòu)建CAX軟件最基礎(chǔ)、最核心組件，構(gòu)成其產(chǎn)品屬性的組件。比如：最底層的組件，幾何引擎，它包括曲面建模、小面片建模與實(shí)體建模引擎。不管是CAD、CAE、CAM軟件，目前國際化的商業(yè)軟件基本都包含有其此類組件。

組件的價(jià)值是提供各種算法，但它屬于通用的。因?yàn)閹缀谓?，是?shù)學(xué)、圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)的結(jié)合物，可以廣泛應(yīng)用。作為CAD軟件，最為核心之一就是幾何建模引擎（內(nèi)核），它代表了一款軟件的基礎(chǔ)能力，主要有三種方式，實(shí)體建模、小面片和曲面建模。這是三種主要的建模引擎CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有，從這個(gè)意義講，幾何內(nèi)核的數(shù)學(xué)特性已經(jīng)達(dá)到了巔峰地步，很難有所突破。但并不是所有的幾何建模引擎都支持這三種建模技術(shù)，或者說CAX都需要有這三種內(nèi)核。工業(yè)軟件根據(jù)用途分為很多類型，很多軟件只需要其中一種或者兩種。例如：非?；钴S的創(chuàng)成式設(shè)計(jì)，就是實(shí)體建模+小面片的結(jié)合。

如果要開發(fā)一款CAD軟件，那至少還需要加上幾何約束器；如果是CAE軟件，那至少還需要加上網(wǎng)格剖分的組件（求解器屬于應(yīng)用層）；如果是CAM軟件，還至少還需要加上加工路徑規(guī)劃的組件；如果是機(jī)器人離線編程軟件OLP，那還需要加上機(jī)器人路徑規(guī)劃的組件等等。當(dāng)然光有這些還不夠，有的時(shí)候還需要打開其他軟件設(shè)計(jì)的模型，那么這個(gè)時(shí)候還需要數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的組件；有的時(shí)候需要對畫好的模型進(jìn)行渲染，那還需要渲染的組件。越往上的組件，有的時(shí)候既可以作為組件，也可以作為產(chǎn)品，但很多時(shí)候主要以軟件模塊的方式存在。

圖2 CAX軟件的組件框架

By Vincent LU

如果說組件層，是可以進(jìn)行商業(yè)化的組合。那么應(yīng)用層，就是真正考驗(yàn)一個(gè)軟件公司的功力的時(shí)候。它直接決定了一個(gè)軟件的功能特性。這完全靠時(shí)間堆砌，這也決定了軟件的生死。

工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)鏈的組裝特性，最為典型的控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，發(fā)生在上個(gè)世紀(jì)90年代的Solidworks軟件。一方面它是抓住了Windows界面的機(jī)會，另外不為人所熟悉的就是它率先大膽地采用了組件的思想。這家公司在1993年成立，而在1995年就開發(fā)上市一套令人耳目一新的3DCAD軟件。這背后就是組件思想控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，或者是“模塊裝配”。就是基于產(chǎn)業(yè)鏈思想進(jìn)行開發(fā)。Solidworks在此思想上發(fā)揮的淋漓盡致。有現(xiàn)成組件，絕不會自己開發(fā)。正因?yàn)榛谶@種思想以及把精力放在應(yīng)用層（市場用戶的需求上），迅速被達(dá)索系統(tǒng)盯上，在1997年就被收購，這似乎讓它失去了更好的獨(dú)舞表演機(jī)會。而它的創(chuàng)始人，在2012年再次出山，成立了一家三維云CAD：Onshape。這是人們最早開始在云端來實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)的嘗試，它也較好地融合了協(xié)同設(shè)計(jì)的特性。到了2015年，第一款新品得以發(fā)布。如此快速的時(shí)間，都是得益于軟件的裝配屬性。

就像汽車行業(yè)一樣，既然有零部件的類別，那么就有主要的零部件供應(yīng)商公司了。工業(yè)軟件行業(yè)內(nèi)同樣也是如此。

工業(yè)軟件CAX，一般主要有11類的基礎(chǔ)組件的供應(yīng)商。隨著新技術(shù)的發(fā)展，還在源源不斷的增加。幾何引擎最主要的產(chǎn)品主要有：Parasolid，ACIS，這兩款組件幾乎覆蓋全球最主要的CAX/AEC廠家，而開源幾何引擎Open CASCADE（OCC）非常受國內(nèi)CAX廠家的青睞，基本模塊免費(fèi)與開源 ，其他模塊要收費(fèi)。

幾何約束器在商業(yè)化的MCAD廠家中幾乎都是以DCM為主；而全球90%以上的商業(yè)化CAM軟件公司，都在使用ModuleWorks與MachineWorks這兩家公司的產(chǎn)品，用來生成加工刀路的路徑。CAE中，不少大型CAE廠家在使用MeshGems作為網(wǎng)格剖分的引擎。而在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，供應(yīng)商主要有兩家：HoopsExhange與InterOp。而作為三維CAD另一個(gè)非常重要的組件幾何約束器，幾乎都是西門子收購的D-Cube公司DCM的天下。

圖3 CAX軟件的外圍供應(yīng)商

（By Vincent LU）

組件是構(gòu)建CAX軟件的基礎(chǔ)，在行業(yè)中，即使包括工業(yè)軟件巨頭，也不會所有的組件和產(chǎn)品都自己來做，這是產(chǎn)業(yè)發(fā)展成熟度的標(biāo)志，正如特斯拉不會整車和零部件都靠自己來造。而組件是一個(gè)在不斷發(fā)展的產(chǎn)業(yè)鏈，隨著新技術(shù)的到來，產(chǎn)業(yè)鏈中會發(fā)展出不同的組件。組件大的一個(gè)特點(diǎn)，它是某一類技術(shù)的集合，由點(diǎn)發(fā)展到線，再發(fā)展到面。學(xué)術(shù)層面主要是到點(diǎn)的層次或者線的層次，而要組件化，則還需要有一個(gè)產(chǎn)業(yè)化的過程，通過產(chǎn)業(yè)化與商業(yè)化的結(jié)合，通過不斷的完善，帶動(dòng)組件發(fā)展起來。

這種以組件形式存在的軟件供應(yīng)鏈，就是為了成本，提高效率。當(dāng)然，在當(dāng)今的環(huán)境下，也可能會成為一種危險(xiǎn)的軟件供應(yīng)鏈的封鎖術(shù)。

工業(yè)軟件大的工程量與最核心的競爭力主要是在應(yīng)用層，用戶很少會關(guān)心用哪些內(nèi)核，哪些組件。用戶最關(guān)心的是，有哪些針對性的功能模塊，是否好用。而對于中國工業(yè)軟件廠商，要選擇突破口，需要有一個(gè)理性的判斷。

組件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，不僅僅是在商業(yè)模式上，在產(chǎn)品開發(fā)的成本上都具有產(chǎn)業(yè)發(fā)展的特點(diǎn)，它直接影響其產(chǎn)品對應(yīng)用層的延伸能力、性能、穩(wěn)定性、健壯性。但是它與行業(yè)應(yīng)用場景（應(yīng)用層）不會直接產(chǎn)生關(guān)系，中間還有應(yīng)用層的功能，應(yīng)用層與用戶行業(yè)相關(guān)，所以需要通過大量的時(shí)間與用戶交互，才能完善其功能。在這里還是以MCAD軟件為例，目前國際上最主要的MCAD主流軟件（面對中小型市場），差不多有40個(gè)模塊左右，一款高端MCAD軟件，差不多有150個(gè)模塊左右。其中實(shí)體建模、曲面、裝配等為基本模塊，而鈑金、焊件、管路、模具等等為行業(yè)的應(yīng)用層，后面還其他擴(kuò)展模塊，比如渲染、工業(yè)設(shè)計(jì)、高級曲面、公差分析等。

應(yīng)用層因?yàn)槠渑c行業(yè)相關(guān)性非常高，可以做出垂直的特點(diǎn)，因此也成為工業(yè)軟件真正百花齊放的地方。與此相反，通用型CAD/CAE的發(fā)展窗口，正在越來越狹小，后來者的機(jī)會越來越少。通用軟件正在以平臺化的方式快速發(fā)展。某國外CAD軟件公司生態(tài)合作伙伴分類，有520多個(gè)第三方應(yīng)用層模塊，并且把全球與其合作的生態(tài)合作伙伴分為11大類，每一大類中還分成若干小類，幾乎覆蓋基于MCAD的CAD領(lǐng)域全球所有的第三方應(yīng)用層模塊公司。

這些公司產(chǎn)品通常分為兩種形式，一種是有自己獨(dú)立的圖形用戶界面GUI，獨(dú)立進(jìn)行銷售。還有一種方式，就是作為模塊的插件，使用其他載體產(chǎn)品的GUI，通常會針對數(shù)個(gè)同類產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)，借用后者成熟的渠道進(jìn)入市場。這是更加隱形的軟件模塊。

圖4 某國外CAD軟件公司生態(tài)合作伙伴分類

By Vincent LU

從應(yīng)用生態(tài)公司的發(fā)展路線來看，這些公司通常最終的宿命會被那些大公司收購，這個(gè)方面可以通過前端章節(jié)中看到各大公司的收購史，其中很大一部分公司在沒有收購之前是以這些公司的插件形式進(jìn)入市場，甚至有些軟件都放棄自己的獨(dú)立GUI方式開發(fā)，直接基于某款載體軟件如MCAD或者CAE軟件進(jìn)行開發(fā)。

目前國際上知名的工業(yè)軟件公司，主要投入放在應(yīng)用層的開發(fā)與收購上。從主要工業(yè)軟件公司的規(guī)模與收入、成立時(shí)間與人員投入來看，MCAD類的公司，規(guī)模是屬于第一梯隊(duì)的；CAE類公司規(guī)模屬于第二梯隊(duì)；絕大部分CAM類公司與其他模塊屬于第三梯隊(duì)類的公司。

圖5 部分公司成立時(shí)間與人員

By Vincent LU

正是由于工業(yè)軟件的組裝特性，產(chǎn)生了大量精于做各種組件的公司。這些豐富的小魚生態(tài)，圍繞大魚的發(fā)展，從而讓工業(yè)軟件這個(gè)行業(yè)成為一個(gè)繁忙的并購?fù)鯂?/div>