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?和 10萬(wàn)+技術(shù)人一起精進(jìn)

這段時(shí)間手機(jī)圈最大的新聞除了蘋(píng)果剛發(fā)布了最新的“十三香”系列產(chǎn)品外，就數(shù)前段時(shí)間華為發(fā)布了最新的 p50 系列手機(jī)了，但是我們驚奇地發(fā)現(xiàn)，華為作為全球 5G 通訊技術(shù)的領(lǐng)跑者，這次 p50?系列居然只有4G版本，為什么會(huì)這樣呢？

余承東在發(fā)布會(huì)上解釋道，由于美國(guó)的制裁，華為的5G芯片只能當(dāng)4G使用。其實(shí)這主要是因?yàn)槿A為被迫終止與美國(guó)射頻芯片廠商的合作，要是知道手機(jī)要想上5G，并非只有基帶就行了，還得有射頻芯片，目前高端射頻芯片都被美日韓三國(guó)壟斷，而買(mǎi)不到射頻芯片，華為的p50手機(jī)只能“望芯興嘆”了，而且，這個(gè)實(shí)體清單里面，還包括最狠的一條：終止華為與美國(guó)EDA軟件廠商的合作。

余承東坦言，由于美國(guó)的制裁，華為的p50系列手機(jī)只能當(dāng)4G用

如果說(shuō)終止華為與臺(tái)積電的合作，華為還可以找其他廠商代工一些低端的芯片，可終止EDA軟件幾乎就等于給華為來(lái)了個(gè)釜底抽薪，直接從上游設(shè)計(jì)領(lǐng)域給你掐斷了自研芯片之路，這里直接給國(guó)人來(lái)了個(gè)警醒，但同時(shí)也暴露了中國(guó)高端制造最薄弱的一個(gè)環(huán)節(jié)——工業(yè)軟件領(lǐng)域。

EDA到底是什么，為什么那么重要？EDA是一種工業(yè)軟件，它的全稱叫Electronic design automation(電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)，主要用來(lái)設(shè)計(jì)超大規(guī)模集成電路的一種軟件，你可以簡(jiǎn)單把它理解成畫(huà)電路板的(但功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止畫(huà)那么簡(jiǎn)單，還包括后期設(shè)計(jì)驗(yàn)證等復(fù)雜的功能)。這里你可能會(huì)問(wèn)，必須用這款軟件嗎，難道不能手繪嗎？其實(shí)在早期EDA沒(méi)有發(fā)明之前，那個(gè)時(shí)代的芯片設(shè)計(jì)確實(shí)是手繪的，但那個(gè)年代的芯片復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及現(xiàn)在，而且晶體管的數(shù)量也比現(xiàn)在少的多，現(xiàn)在指甲蓋大小的芯片集成了幾十億個(gè)晶體管，如果讓工程師們手繪的話，先不說(shuō)它畫(huà)出來(lái)的能不能用，等把幾十億個(gè)晶體管都畫(huà)出來(lái)完的那一刻，估計(jì)地球都?xì)缌恕?/span>

iPhone 13系列采用最新的A15仿生芯片，指甲蓋大小的面積上集成了150億個(gè)晶體管！再說(shuō)一遍，是150億，這樣的數(shù)量讓設(shè)計(jì)人員用手工來(lái)畫(huà)是不可能的

無(wú)獨(dú)有偶，去年五月份，美國(guó)再次升級(jí)對(duì)華為限制措施，同時(shí)將包括哈爾濱工業(yè)大學(xué)在內(nèi)的33家中國(guó)企業(yè)與高校機(jī)構(gòu)列入“實(shí)體清單”，被列入名單內(nèi)的企業(yè)無(wú)法與美國(guó)進(jìn)行任何貿(mào)易，而且一些重要的工業(yè)類(lèi)軟件也被限制使用，比如哈工大就收到MATLAB(矩陣實(shí)驗(yàn)室)軟件授權(quán)使用終止的通知，意味著從此哈工大再無(wú)權(quán)利使用正版的MATLAB了。由于MATLAB極其強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)分析、圖像處理能力，在學(xué)術(shù)、工程等領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，它甚至被稱為“工科神器”，包括我在內(nèi)，工作中也經(jīng)常使用這款軟件做一些圖像處理方面的工作。

工科神器——Matlab軟件界面

那么你可能會(huì)問(wèn)，難道就找不出一款可替代這款軟件的產(chǎn)品嗎？作為一個(gè)內(nèi)行人，我可以明確地告訴你，目前來(lái)說(shuō)還沒(méi)有，而且我們從零開(kāi)發(fā)一款這樣的軟件幾乎不可能(后面告訴你為什么)。而且，禁用這款軟件也許僅僅是個(gè)開(kāi)始，后面老美會(huì)陸續(xù)對(duì)一些其它工業(yè)類(lèi)軟件實(shí)行禁用，例如ANSYS、Pro/E、Catia、EDA等等，萬(wàn)一真到了那一天，可以說(shuō)中國(guó)高端工業(yè)領(lǐng)域絕對(duì)遭受重大挫折。

說(shuō)到這里，你可能會(huì)問(wèn)，工業(yè)軟件真的有這么重要嗎，不用不行嗎，難道我們就不能自己開(kāi)發(fā)嗎？下面我就對(duì)這三個(gè)問(wèn)題逐一回答，由于我本科是學(xué)機(jī)械的，所以下文的大部分例子我都會(huì)用機(jī)械行業(yè)里面常用的工業(yè)軟件來(lái)說(shuō)明。

一，工業(yè)軟件真的有這么重要嗎，不用不行嗎？

答案：它真的很重要，不用還真不行。

我們先來(lái)看幾張圖片

上面三張圖片是上世紀(jì)CAD軟件沒(méi)有誕生之前，設(shè)計(jì)師們的日常，所有的圖紙全靠手繪完成。那個(gè)年代流傳著一句話：判斷一個(gè)人是否是一名設(shè)計(jì)師的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就是看他肚子上有沒(méi)有一道桌子壓過(guò)的痕跡。那個(gè)年代的設(shè)計(jì)效率非常低下。

這是我在大學(xué)時(shí)候有次交作業(yè)前的最后一次審圖情景，老師為了鍛煉我們手繪能力，要求每次作業(yè)必須有一張手繪圖，但時(shí)至今日，我依然懷念當(dāng)年在大學(xué)熬夜畫(huà)圖的情景，有時(shí)候圖書(shū)館沒(méi)位置了，我們都喜歡回宿舍把床板拆下來(lái)當(dāng)畫(huà)圖板

然而，自從上世紀(jì)八十年代工業(yè)軟件出現(xiàn)后，設(shè)計(jì)師們終于不用通過(guò)手繪來(lái)完成圖紙的設(shè)計(jì)了，轉(zhuǎn)而在電腦上完成，設(shè)計(jì)效率極大提高。

那么工業(yè)軟件究竟是什么東西？

大部分讀者可能是做應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)的，不太了解工業(yè)軟件這個(gè)行業(yè)，其實(shí)工業(yè)類(lèi)軟件按照功能可分為三大類(lèi)，CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）、CAE（計(jì)算機(jī)輔助工程）、CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造），這三款軟件是如今工業(yè)行業(yè)必不可少的軟件，航空、船舶、汽車(chē)等產(chǎn)品的研發(fā)少不了它。而目前企業(yè)常用的這三大類(lèi)軟件，基本上都被美、法、德三國(guó)所壟斷，尤其是在CAE領(lǐng)域，美國(guó)更是霸主般的存在。

1），CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）軟件

人類(lèi)史上第一款CAD軟件的的雛形可追溯到上世紀(jì)五十年代，那個(gè)時(shí)代正是美蘇爭(zhēng)霸期間，美國(guó)軍方為了攔截蘇聯(lián)的遠(yuǎn)程轟炸機(jī)，由國(guó)防部牽頭聯(lián)合IBM與麻省理工學(xué)院聯(lián)合開(kāi)發(fā)了SAGE系統(tǒng)，SAGE系統(tǒng)完全用匯編語(yǔ)言來(lái)完成，它其中一個(gè)功能就是能夠在計(jì)算機(jī)上繪圖，當(dāng)時(shí)耗資100多億美元（注意這是上世紀(jì)50年代的100億美元，放現(xiàn)在估計(jì)也得一千億美元以上了）。但那個(gè)時(shí)候的CAD軟件僅僅供美國(guó)軍方使用，后來(lái)才逐步走向商業(yè)化。

簡(jiǎn)而言之，CAD軟件就是讓設(shè)計(jì)師能夠在電腦上畫(huà)圖的軟件，可以說(shuō)，CAD軟件的出現(xiàn)徹底解放了設(shè)計(jì)師們手中的作圖工具，以往通過(guò)手工繪制的圖紙可以放在電腦上來(lái)完成，極大減輕了設(shè)計(jì)人員的工作量，同時(shí)也大大加快了產(chǎn)品的研發(fā)效率。

CAD軟件出現(xiàn)后，以前只能手工來(lái)繪制的圖紙，可以放到電腦上來(lái)完成，大大提高了工作效率，這是美國(guó)AutoDesk公司旗下的一款二維CAD軟件產(chǎn)品——AutoCAD

我之前在車(chē)企待過(guò)，所以我還以汽車(chē)研發(fā)過(guò)程為例來(lái)說(shuō)明。汽車(chē)的研發(fā)過(guò)程遠(yuǎn)比大家想象的復(fù)雜得多，你可能覺(jué)得汽車(chē)由設(shè)計(jì)人員先把圖紙畫(huà)出來(lái)，然后就可以來(lái)進(jìn)行加工生產(chǎn)了？No, No, No...，汽車(chē)的研發(fā)過(guò)程先由再行設(shè)計(jì)師來(lái)完成造型的設(shè)計(jì)，再由工程設(shè)計(jì)人員完成零部件的設(shè)計(jì)，隨后工程人員還要對(duì)設(shè)計(jì)出來(lái)的雛形做驗(yàn)證分析，最后還要交給生產(chǎn)技術(shù)人員對(duì)每個(gè)零部件做加工可行性分析，等每個(gè)環(huán)節(jié)都確認(rèn)無(wú)誤后才能投線生產(chǎn)。

在第一階段，汽車(chē)造型設(shè)計(jì)師在完成車(chē)輛造型與外觀設(shè)計(jì)后，剩下的就要交給工程設(shè)計(jì)人員了，而車(chē)輛工程師們要對(duì)汽車(chē)的每一個(gè)零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)畫(huà)圖，最后還要出工程圖，交給工人加工。汽車(chē)是人類(lèi)工業(yè)級(jí)消費(fèi)品中唯一零部件達(dá)到上萬(wàn)級(jí)別的產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以工程師們一般情況下都會(huì)先出畫(huà)3D圖，目的是為了檢查結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性以及零部件是否有干涉，也為后面做有限元分析做準(zhǔn)備，而零部件的繪制用什么工具呢，這就需要用到CAD軟件了。

那么你可能會(huì)問(wèn)，必須用計(jì)算機(jī)繪制嗎，不能手繪嗎，這放在上世紀(jì)六七十年代還是可以的，但是現(xiàn)在絕無(wú)可能，現(xiàn)在人類(lèi)汽車(chē)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度跟上世紀(jì)相比根本不在一個(gè)數(shù)量級(jí)，你不可能讓工程師們還用古老的工具手工繪圖，那樣即便你真手繪完成了，也必將花費(fèi)大量的時(shí)間，等產(chǎn)品上市，早已被競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手淘汰。

中國(guó)第一代核潛艇總設(shè)計(jì)師——黃旭華，在那個(gè)年代，他們隱姓埋名，為中國(guó)研發(fā)出第一艘核潛艇，在那個(gè)沒(méi)有CAD軟件的年代，潛艇的每一個(gè)零部件都需要手繪來(lái)完成，共計(jì)4.5萬(wàn)張圖紙，加起來(lái)總共有30公里長(zhǎng)，向黃老致敬！

三維CAD軟件的出現(xiàn)，又將產(chǎn)品開(kāi)發(fā)效率提升了一個(gè)檔次，以前畫(huà)圖只能在二維平面上完成，現(xiàn)在可以直接進(jìn)行3D建模，隨后直接生成工程圖。這是美國(guó)PTC公司旗下的一款三維CAD軟件——Pro/E.

這是一張采用Pro/E軟件繪制的汽車(chē)總裝圖，汽車(chē)一般采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法，等總裝圖完成后，工程師們還要逐一生成零件圖，每輛車(chē)假如有兩萬(wàn)個(gè)零件，那圖光零件圖就有兩萬(wàn)張，后面還有局部裝配圖、加工工藝圖等等，總共至少在四萬(wàn)多張。這些工作單靠手工完成在目前追求效率的市場(chǎng)上是不現(xiàn)實(shí)的。

將總裝圖的每個(gè)零件都拆解，生成零件圖，最后交給工人加工。

這是一張繪制比較標(biāo)準(zhǔn)的汽車(chē)傳動(dòng)軸類(lèi)零件圖，圖紙上必須表明完整的尺寸、公差、粗糙度等，容不得半點(diǎn)差錯(cuò)，一般都需要用CAD軟件來(lái)繪制。

2），CAE（計(jì)算機(jī)輔助工程）軟件

要問(wèn)世界上哪家公司的代碼數(shù)量最多，你可能回答是微軟、IBM或者Google，但事實(shí)上這些都不是，單論代碼數(shù)量，世界上最大的軟件公司是美國(guó)的軍火商巨頭——洛克希德·馬丁，沒(méi)錯(cuò)，就是那家美國(guó)的軍火公司，美國(guó)的F22戰(zhàn)斗機(jī)、F35戰(zhàn)斗機(jī)等都出自這家公司。說(shuō)道這里你可能覺(jué)得疑惑，軍火廠商居然也做軟件？是的，而且他們做的軟件大部分僅供自己使用，不對(duì)外銷(xiāo)售，其中就包括CAE軟件。

CAE軟件是工業(yè)軟件里面開(kāi)發(fā)難度最大的一類(lèi)軟件（后面會(huì)告訴你為什么），但也是最重要的一款軟件。CAE自誕生之日起，與CAD軟件一樣，主要服務(wù)于軍方，后來(lái)才逐步走向商業(yè)化，民用企業(yè)才得以使用。那么CAE究竟是干什么呢？

CAE全程叫Computer Aided Engineering (計(jì)算機(jī)輔助工程)，就是把設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品，通過(guò)軟件的方法進(jìn)行仿真分析，來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品是否達(dá)到規(guī)定的要求（它的原理后面會(huì)解釋?zhuān)?。你閉上眼睛想一下，設(shè)計(jì)師們把產(chǎn)品在電腦上設(shè)計(jì)出來(lái)后，只要導(dǎo)入這款軟件，就能知道產(chǎn)品設(shè)計(jì)哪里有不合理的地方，然后再更改設(shè)計(jì)圖紙，這是不是就像魔法一樣？這節(jié)約了多少后期試驗(yàn)的成本。而且，在有些領(lǐng)域，你必須使用CAE軟件進(jìn)行仿真分析，例如航空航天領(lǐng)域，這都是關(guān)乎每一位乘客人身安全的領(lǐng)域，必須經(jīng)過(guò)軟件的驗(yàn)證。

CAE軟件的出現(xiàn)，極大程度地提高了產(chǎn)品的研發(fā)周期，以前必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證的產(chǎn)品，現(xiàn)在可以放到電腦上來(lái)完成

目前全球商用CAE軟件行業(yè)市場(chǎng)份額最大的是美國(guó)的ANSYS， ANSYS自誕生之日起就一直專(zhuān)注于有限元仿真技術(shù)，到目前，已經(jīng)形成了包括結(jié)構(gòu)、流體、電磁、航空、船舶、汽車(chē)等完整的仿真產(chǎn)品線。那它用在什么地方呢，我還以汽車(chē)為例，你以為車(chē)輛工程師把3D總裝圖完成后就可以直接生成零件圖進(jìn)行加工了嗎，不，這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，后面還有重要兩環(huán)，其中最重要的就是對(duì)你設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品進(jìn)行可行性分析。

大家可能不知道，衡量一款汽車(chē)的好壞，安全性是一項(xiàng)重要的指標(biāo)。那么如何知道設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)出來(lái)的汽車(chē)是都達(dá)到足夠的安全標(biāo)準(zhǔn)呢？你敢保證剛設(shè)計(jì)出來(lái)的汽車(chē)跑在路上不會(huì)有斷軸的危險(xiǎn)？你敢保證設(shè)計(jì)出來(lái)的汽車(chē)在突發(fā)撞擊意外情況安全氣囊一定能打開(kāi)？也許有人說(shuō)，可以先造出來(lái)一輛上路測(cè)試一下不就行了？可是你想過(guò)沒(méi)，如果萬(wàn)一測(cè)試達(dá)不到安全標(biāo)準(zhǔn)怎么辦，難道重新設(shè)計(jì)嗎？且不說(shuō)在安全方面涉及到人命關(guān)天，單說(shuō)模具環(huán)節(jié)，重新設(shè)計(jì)就意味著重新開(kāi)模，一套汽車(chē)模具價(jià)格動(dòng)輒在千萬(wàn)以上，這樣的成本允許車(chē)企這樣做嗎？

再給大家舉個(gè)例子，外行人可能總是覺(jué)得，汽車(chē)前保險(xiǎn)杠與引擎機(jī)艙部分為什么那么“脆弱”，只要發(fā)生碰撞發(fā)動(dòng)機(jī)基本上就報(bào)廢了，就不能把發(fā)送機(jī)前引擎機(jī)艙部分做的更加“結(jié)實(shí)”一些嗎？可事實(shí)恰恰相反，非但不能設(shè)計(jì)更加“結(jié)實(shí)”，反而需要故意要設(shè)計(jì)成“容易”損壞的程度，這是為什么呢，原因就在于發(fā)動(dòng)機(jī)前引擎機(jī)艙部分在一定程度上給我們充當(dāng)了炮灰的角色，一旦發(fā)生碰撞，要盡量避免產(chǎn)生的撞擊能量傳遞給駕駛室，那么就要把前引擎機(jī)艙部分設(shè)計(jì)成有一定的柔性，機(jī)艙部分要首先潰縮，用來(lái)吸收能量，保證駕駛室內(nèi)人員的安全。而且，為了將駕駛室內(nèi)人員的損傷降到最低，除了前引擎部分“犧牲自己”外，還要將剩余的撞擊能量均勻地傳遞到車(chē)身骨架以及底盤(pán)上面，這些功能都如何驗(yàn)證你設(shè)計(jì)的產(chǎn)品是否達(dá)標(biāo)呢，這里就需要用到強(qiáng)大的工具——CAE軟件。

汽車(chē)曲軸接收到到的是變應(yīng)力，而且工作環(huán)境惡劣，所以工程師們?cè)O(shè)計(jì)好后，必須對(duì)它進(jìn)行應(yīng)力分析，看設(shè)計(jì)是否合理

這是采用ANSYS軟件來(lái)模擬分析汽車(chē)差速器的受力分析，有了這款軟件，可以計(jì)算出來(lái)重要零部件的危險(xiǎn)截面、使用壽命等等，從而保證設(shè)計(jì)的合理性。此外，除了受力分析外，還能對(duì)散熱通道進(jìn)行模擬分析

汽車(chē)剎車(chē)系統(tǒng)關(guān)乎駕駛?cè)藛T的生命安全，為了保證設(shè)計(jì)的合理性，必須經(jīng)過(guò)CAE軟件來(lái)驗(yàn)證

用CAE軟件來(lái)模擬剛設(shè)計(jì)出來(lái)的汽車(chē)撞擊試驗(yàn)，用來(lái)測(cè)試前引擎機(jī)艙是否有足夠的韌性來(lái)吸收撞擊產(chǎn)生的能量

這是運(yùn)用CAE軟件來(lái)模擬分析輛車(chē)相撞試驗(yàn)，用來(lái)測(cè)試汽車(chē)在意外情況下的安全程度，這樣就極大程度地降低了研發(fā)成本。你看到的這張動(dòng)圖，它可真不僅僅是“動(dòng)畫(huà)”，舉個(gè)例子，上面輛車(chē)碰撞后車(chē)輪的運(yùn)動(dòng)軌跡、發(fā)動(dòng)機(jī)艙的潰縮程度都是計(jì)算機(jī)通過(guò)力學(xué)的方法計(jì)算出來(lái)的！而如果單純是一個(gè)動(dòng)畫(huà)，完全不必考慮這些。

即便使用CAE軟件仿真碰撞試驗(yàn)后，還要進(jìn)行實(shí)際碰撞試驗(yàn)。就是按照?qǐng)D紙生產(chǎn)出來(lái)一輛車(chē)，然后進(jìn)行實(shí)際撞擊試驗(yàn)，看是否符合安全要求，比如。新研發(fā)一款汽車(chē)要進(jìn)行上百輛這樣的汽車(chē)進(jìn)行試驗(yàn)，而一旦試驗(yàn)后，這些車(chē)就會(huì)立馬報(bào)廢，這些報(bào)廢消耗的車(chē)輛會(huì)分擔(dān)到每輛汽車(chē)的成本上。但是，如果沒(méi)有CAE軟件，實(shí)際試驗(yàn)用的車(chē)可能會(huì)達(dá)上萬(wàn)輛，那樣的成本車(chē)企們完全不能接受的。

正在進(jìn)行碰撞試驗(yàn)的汽車(chē)

等CAE軟件驗(yàn)證完成后，汽車(chē)在投產(chǎn)之前還要進(jìn)行實(shí)際碰撞試驗(yàn)，例如右邊的白色轎車(chē)在碰撞過(guò)程中引擎蓋彈出，極有可能對(duì)灰色轎車(chē)駕駛?cè)藛T造成二次傷害，所以還要對(duì)引擎機(jī)艙部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)。

我剛才知識(shí)舉了我最熟悉的汽車(chē)工業(yè)領(lǐng)域，但CAE軟件應(yīng)用的領(lǐng)域遠(yuǎn)不止這些。它還涉及到航空、航天、電子等諸多高科技領(lǐng)域，可以說(shuō)，工業(yè)軟件已經(jīng)滲透進(jìn)了中高端制造的各個(gè)領(lǐng)域。

使用CAE軟件對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行受力分析

CAE軟件對(duì)設(shè)計(jì)好的飛機(jī)外形做可靠性分析，飛機(jī)廠商要想領(lǐng)取國(guó)際適航證，必須經(jīng)過(guò)指定的工業(yè)軟件來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證

這是我們的國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919，如果美國(guó)通過(guò)工業(yè)軟件來(lái)卡脖子，那么我們的飛機(jī)翱翔藍(lán)天將徹底無(wú)望

高鐵前面的子彈頭外形可不是隨意設(shè)計(jì)的，它是用CAE軟件通過(guò)空氣動(dòng)力學(xué)計(jì)算出來(lái)的，這樣可以把行駛過(guò)程中產(chǎn)生的空氣阻力降低到最小。

CAE軟件在3C電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)領(lǐng)域也是應(yīng)用極為廣泛，圖為用ANSYS驗(yàn)證設(shè)計(jì)的無(wú)線路由器散熱是否合理

3），CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）軟件

在前面汽車(chē)完成設(shè)計(jì)之后，也經(jīng)過(guò)各方面安全性測(cè)試后，剩下的就要加工生產(chǎn)了。那么汽車(chē)的零部件是如何生產(chǎn)出來(lái)的呢，這就需要工業(yè)母機(jī)——機(jī)床來(lái)完成了。

在數(shù)控機(jī)床（CNC）沒(méi)有誕生之前，汽車(chē)的每一個(gè)零部件都要工人師傅們?cè)谄胀C(jī)床上手工完成。但是隨著汽車(chē)零部件的逐步精密化，有些零部件在普通機(jī)床上根本根本加工不出來(lái)。除了汽車(chē)行業(yè)，在航天航空、精密電子等領(lǐng)域更是如此，這個(gè)時(shí)候數(shù)控機(jī)床就誕生了。

在數(shù)控機(jī)床加工零部件前有一個(gè)重要的工序，就是需要在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)模擬加工仿真，待準(zhǔn)確無(wú)誤后，才能上機(jī)生產(chǎn)，那么為什么要仿真呢，直接加工不行嗎？答案是不行，要知道，一套完成的CNC加工程序需要工程師們手動(dòng)干涉完成編寫(xiě)，CAM軟件只能生成部分代碼，而只要是程序就會(huì)有Bug，CAM軟件模擬仿真會(huì)根據(jù)你的程序準(zhǔn)確計(jì)算出整個(gè)零件的加工過(guò)程，生成機(jī)床走刀路線，不僅可以檢查加工過(guò)程中是否有撞刀的危險(xiǎn)，而且還可以檢查程序是否有過(guò)切或者欠切的現(xiàn)象。

像加工這種包含包含復(fù)雜曲面的零部件，CNC程序必須由CAM軟件來(lái)完成，而且，加工前必須進(jìn)行模擬仿真

待CAM軟件仿真完成確認(rèn)無(wú)誤后，方可上機(jī)加工，加工的CNC走刀程序由CAM軟件生成

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這是用Mastercam軟件來(lái)進(jìn)行加工仿真的過(guò)程，可以看到完整的走刀路線與加工過(guò)程，避免加工過(guò)程中出現(xiàn)撞刀等危險(xiǎn)。

這是蘋(píng)果 Mac pro 的金屬外殼的其中一道加工工序，在CNC數(shù)控機(jī)床上完成，自動(dòng)加工程序也要有CAM軟件來(lái)完成，蘋(píng)果為了保證他們產(chǎn)品的手感，所有的外殼均使用完整的一塊金屬來(lái)通過(guò)去除材料來(lái)切削加工，成本極高。相反，其他大部分廠商會(huì)使用模具沖壓或者金屬拉絲工藝來(lái)完成，雖然成本低，但手感就沒(méi)那么好了。?????

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自iPhone 11后，蘋(píng)果重新回歸后玻璃面板的經(jīng)典設(shè)計(jì)，順便給大家提一下，蘋(píng)果后玻璃板是用一整塊厚度為8mm的玻璃在CNC上銑削為3mm完成的，而且還要在上面鉆孔，這樣的事情全球也只有蘋(píng)果敢這樣做了，更為變態(tài)的是，為了專(zhuān)門(mén)加工這塊玻璃，蘋(píng)果還專(zhuān)門(mén)給富士康買(mǎi)了一千多臺(tái)CNC數(shù)控機(jī)床！這樣的成本，別說(shuō)機(jī)床了，就單說(shuō)加工玻璃造成刀具的損耗成本就是其他手機(jī)廠商不敢想的, 當(dāng)然，加工過(guò)程中少不了CAM軟件。

二，工業(yè)軟件難道我們自己不能開(kāi)發(fā)嗎

答案：可以是可以，但是這不是十年二十年能完成的

1，開(kāi)發(fā)工業(yè)軟件它真的是很難，因?yàn)樗且婚T(mén)交叉學(xué)科。

如果僅僅是開(kāi)發(fā)一款類(lèi)似于微信或者抖音這種APP，或者是開(kāi)發(fā)一款類(lèi)似于金蝶這種財(cái)務(wù)管理的企業(yè)級(jí)軟件，它頂多也就是網(wǎng)絡(luò)編程與數(shù)據(jù)庫(kù)交互的應(yīng)用，不需要程序員掌握其他知識(shí)，但工業(yè)級(jí)軟件可不是這樣，不光需要掌握最基本的編程能力，更重要的是對(duì)多學(xué)科的交叉融合。

說(shuō)到工業(yè)軟件的開(kāi)發(fā)，你可能會(huì)覺(jué)得這是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的事情，但事實(shí)上它還真不是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的事，工業(yè)軟件是以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，貫穿了物理、化學(xué)、力學(xué)、材料科學(xué)等諸多領(lǐng)域的交叉學(xué)科。

先拿CAD這類(lèi)軟件來(lái)說(shuō)，因?yàn)檐浖墙o專(zhuān)業(yè)畫(huà)工程圖的工程師們使用的，所以，要求開(kāi)發(fā)工業(yè)軟件的程序員們必須懂得工程圖學(xué)的知識(shí)，例如基本的投影知識(shí)，要把這些知識(shí)融合到代碼里面，通過(guò)計(jì)算機(jī)顯示在屏幕上，更是需要計(jì)算機(jī)圖形學(xué)方面的知識(shí)；再拿CAE軟件來(lái)說(shuō)，你要軟件能夠計(jì)算出設(shè)計(jì)零件的疲勞極限與壽命，這就需要到材料力學(xué)方面的知識(shí)，如果你對(duì)設(shè)計(jì)的飛機(jī)進(jìn)行氣流分析(飛機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)必不可少的環(huán)節(jié))，這就又涉及到流體力學(xué)方面的知識(shí)，軟件當(dāng)然也要計(jì)算出流體力學(xué)的各種參數(shù)，這就需要求解大量的偏微分方程，又涉及到數(shù)學(xué)方面的知識(shí)。。。

總之，工業(yè)軟件本質(zhì)就是將力學(xué)、數(shù)學(xué)等各種學(xué)科的公式，通過(guò)算法的形式寫(xiě)進(jìn)代碼里面，如果目前學(xué)術(shù)界沒(méi)有特定的公式，那么就需要開(kāi)發(fā)人員自己去推導(dǎo)公式。有時(shí)候想想，開(kāi)發(fā)工業(yè)工業(yè)軟件的人，真特么必須是天才。

這是開(kāi)發(fā)一款工業(yè)軟件所涉及到的學(xué)科，難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)在一款應(yīng)用級(jí)軟件之上。

2，工業(yè)軟件行業(yè)有個(gè)特點(diǎn)：先來(lái)者有肉吃，后來(lái)者連湯都喝不到

工業(yè)軟件不同于應(yīng)用級(jí)軟件，它要有足夠的健壯性與工程性，舉個(gè)例子，你平常用的微信APP如果它真有bug的話，頂多也是你的信息發(fā)不出去等小問(wèn)題，但是工業(yè)軟件就不一樣了，它要求絲毫不能差錯(cuò)，一旦哪個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，造成損失就難以估量，舉個(gè)例子，如果CAE軟件出現(xiàn)Bug，把原本汽車(chē)設(shè)計(jì)不合理的結(jié)構(gòu)判斷成合理的，結(jié)果就可能造成批量生產(chǎn)投入市場(chǎng)后出現(xiàn)大面積事故。但是我之前說(shuō)過(guò)，是軟件一定會(huì)有bug，要想消除這些bug，必須經(jīng)過(guò)大量的的用戶來(lái)充當(dāng)“小白鼠”進(jìn)行使用反饋測(cè)試，可如果一款軟件本身用戶量就很少，軟件廠商怎么能獲得用戶回饋從而修復(fù)漏洞呢，所以，這就造成一個(gè)“強(qiáng)者愈強(qiáng)，弱者愈弱”的現(xiàn)象。再舉個(gè)例子，你公司本身用的是ANSYS軟件，然后有人給你推銷(xiāo)一款新的CAE軟件，剛剛投向市場(chǎng)，你敢用嗎，都是一樣的道理。

三，國(guó)產(chǎn)工業(yè)軟件市場(chǎng)狀況

工業(yè)軟件這么重要，我們國(guó)產(chǎn)工業(yè)軟軟件市場(chǎng)份額怎么樣呢，答案是很不樂(lè)觀。

前面說(shuō)過(guò)工業(yè)軟件開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)，高難度、高風(fēng)險(xiǎn)、高成本，而且國(guó)內(nèi)軟件行業(yè)本身就非常浮躁，大部分公司做的都是在別人家平臺(tái)基礎(chǔ)之上搭建起來(lái)的應(yīng)用級(jí)軟件，巨頭們都跑去做產(chǎn)值快的互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)了，再加上工業(yè)軟件行業(yè)人才的缺乏，導(dǎo)致國(guó)產(chǎn)工業(yè)軟件市場(chǎng)發(fā)展及其緩慢。

蘋(píng)果最新的iPhone 13發(fā)布會(huì)上提到了中國(guó)唯一一個(gè)走出國(guó)門(mén)的超級(jí)APP——TikTok（抖音）,你可能以為中國(guó)的軟件行業(yè)很厲害了，但那都是應(yīng)用級(jí)的，就先別說(shuō)工業(yè)級(jí)了，就連企業(yè)級(jí)軟件市場(chǎng)，把國(guó)產(chǎn)所有的企業(yè)級(jí)軟件加起來(lái)都不如有美國(guó)的Adobe一家大。

目前國(guó)產(chǎn)工業(yè)軟件做的最好的有兩家公司，一家是北京數(shù)碼大方，另一家是廣州中望，但這兩家的產(chǎn)品還僅限于CAD/CAM領(lǐng)域，在CAE軟件領(lǐng)域幾乎為零，如果核心軟件領(lǐng)域不能?chē)?guó)產(chǎn)化，那么中國(guó)制造走向高端化必將受到重重瓶頸。

四，對(duì)中國(guó)國(guó)產(chǎn)工業(yè)軟件行業(yè)的展望

1，基礎(chǔ)研究與軟件強(qiáng)國(guó)

我在大學(xué)時(shí)候，我的力學(xué)老師說(shuō)過(guò)一句話，人類(lèi)工業(yè)文明發(fā)展到現(xiàn)在，有兩個(gè)學(xué)科功不可沒(méi)，一個(gè)是力學(xué)，一個(gè)是電學(xué)，力學(xué)的發(fā)展奠定了人在工業(yè)文明的安全基礎(chǔ)，而電學(xué)的發(fā)展促進(jìn)了人類(lèi)在控制領(lǐng)域的飛速發(fā)展，但這兩個(gè)學(xué)科都是建立在數(shù)學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)之上的。我非常認(rèn)可他的觀點(diǎn)，我想說(shuō)的是，工業(yè)軟件歸根結(jié)底還是對(duì)數(shù)學(xué)、力學(xué)、電學(xué)的實(shí)際應(yīng)用，但這些應(yīng)用都要建立在強(qiáng)大的理論基礎(chǔ)之上，近代人類(lèi)工業(yè)文明的一些諸多突破都是建立在基礎(chǔ)研究之上，例如麥克斯韋方程的發(fā)現(xiàn)，才有了人類(lèi)現(xiàn)在輝煌的無(wú)線通信技術(shù)，經(jīng)典力學(xué)尤其是空氣動(dòng)力學(xué)的突破，人類(lèi)的飛機(jī)才能翱翔藍(lán)天，香濃定理為信息通信產(chǎn)業(yè)奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)......所以，要想發(fā)展好工業(yè)軟件，基礎(chǔ)研究必不可少。

其實(shí)我在大學(xué)那會(huì)是非常喜歡力學(xué)這門(mén)課程的，印象最深的是我們用數(shù)學(xué)的方法推導(dǎo)出鑄鐵這種脆性材料在受到擠壓應(yīng)力荷載后的破壞形式是呈截面45度剪切破壞，然后壓力機(jī)試驗(yàn)也驗(yàn)證了我們的結(jié)果，當(dāng)時(shí)就覺(jué)得很神奇，后來(lái)沒(méi)事的話我就很喜歡把力學(xué)書(shū)中的公式用數(shù)學(xué)的方法推導(dǎo)一遍

但是，基礎(chǔ)研究不同于應(yīng)用研究，基礎(chǔ)研究主要目標(biāo)就是發(fā)現(xiàn)與理解，并非是針對(duì)某一項(xiàng)產(chǎn)品而做的研究，它的研究方向是不確定的，而且成本與時(shí)間都是不可控的，基礎(chǔ)研究注定是一條漫長(zhǎng)的道路，這條路注定孤獨(dú)。所以，基礎(chǔ)研究基本上都由大學(xué)院校、科研機(jī)構(gòu)來(lái)完成，國(guó)內(nèi)除了華為，很少有公司能夠?qū)⒕ν度朐诨A(chǔ)研究之上。

飛機(jī)機(jī)翼的設(shè)計(jì)原理就是依據(jù)伯努利方程，但是很少有人知道當(dāng)年伯努利研究流體力學(xué)并不是為了飛機(jī)，而是為了解釋水流速不同的問(wèn)題。所以在很多情況下，工業(yè)級(jí)產(chǎn)品發(fā)明的背后都是看似與其毫無(wú)相關(guān)的基礎(chǔ)研究作為理論依據(jù)。

華為任正非在接受央視采訪的時(shí)候說(shuō)過(guò)，華為自己就培養(yǎng)了大量的科學(xué)家做基礎(chǔ)研究。想象一下，一家民營(yíng)企業(yè)，每年砸?guī)浊€(gè)億專(zhuān)門(mén)培養(yǎng)一批科學(xué)家做與盈利性無(wú)關(guān)的基礎(chǔ)研究，可見(jiàn)任正非的格局有多大。

正所謂“當(dāng)今中國(guó)正經(jīng)歷百年未有之大變局”，中國(guó)要想從一個(gè)制造大國(guó)轉(zhuǎn)向一個(gè)制造強(qiáng)國(guó)，必須攻克工業(yè)軟件這個(gè)行業(yè)。工欲善其事必，先利其器。在我看來(lái)，發(fā)展工業(yè)軟件就是一種軟件強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略，因?yàn)楣I(yè)軟件是一切高精端制造的基礎(chǔ)，沒(méi)有工業(yè)軟件，工業(yè)4.0無(wú)從談起，路漫漫其修遠(yuǎn)兮，我們必須承認(rèn)差距，而發(fā)展工業(yè)軟件這條路注定漫長(zhǎng)，但卻值得等待。

2，它山之石，可以攻玉

我前面說(shuō)了，其實(shí)工業(yè)軟件最早是服務(wù)于軍用領(lǐng)域的，而開(kāi)發(fā)一款工業(yè)軟件成本巨大，即便拿財(cái)大氣粗的美國(guó)來(lái)說(shuō)，他們工業(yè)軟件市場(chǎng)能夠走到今天商業(yè)化的地步，也少不了美國(guó)政府與軍方的扶持，而且美國(guó)一直把數(shù)字化建模仿真列為國(guó)家戰(zhàn)略級(jí)計(jì)劃，可見(jiàn)美國(guó)對(duì)其本土工業(yè)軟軟件的重視，這一點(diǎn)，我們還必須向美國(guó)學(xué)習(xí)，重視工業(yè)軟件的扶持與發(fā)展，為中國(guó)走向高端制造創(chuàng)造良好的條件。