工业软件发展的难题与思考（国产工业软件如何奋起）
工业软件发展的难题与思考（国产工业软件如何奋起）消息一出，舆论哗然。随着讨论的逐渐深入，一系列与 MATLAB 相似的软件开始走进公众视野：AutoCAD、CATIA、Ansys。图：MathWorks 公司回复哈工大的邮件作为业务管理类软件，同时也是工业软件的一种，SAP 就像是催化剂——让看似笨重的产线、机器、厂房串联起来，实现智能化与数字化。然而，要知道的是，业务管理类软件，只是工业软件中技术含量较低的一种。如果把工业软件比喻成雪顶冰淇淋，研发设计类软件才是最顶上的那颗樱桃。被科研、工程人员所熟知的 CAD、CAE 以及 EDA 软件均属于这一类。 今年六月中旬，一封由美国 MathWorks 公司发给哈尔滨工业大学（哈工大）的邮件在网上流传。邮件显示，由于哈工大被列入美国商务部实体名单，因此无法继续使用 MATLAB 软件。
在德国，市值最高的企业是哪一家？大众，还是戴姆勒？
其实它们都不是。
德国市值最大的企业叫 SAP。论市值，SAP 是大众的 2.6 倍；论营业收入，SAP 却只有大众的 1/10。
2.6 倍与 1/10，这种反差体现的正是行业对二者重要性估值的差异。在世界 500 强中，80% 以上使用 SAP 的产品。没有大众可以用丰田、福特，没有了 SAP 却很难找到同等水平的替代品。
作为业务管理类软件，同时也是工业软件的一种，SAP 就像是催化剂——让看似笨重的产线、机器、厂房串联起来，实现智能化与数字化。
然而，要知道的是，业务管理类软件，只是工业软件中技术含量较低的一种。如果把工业软件比喻成雪顶冰淇淋，研发设计类软件才是最顶上的那颗樱桃。被科研、工程人员所熟知的 CAD、CAE 以及 EDA 软件均属于这一类。
今年六月中旬，一封由美国 MathWorks 公司发给哈尔滨工业大学（哈工大）的邮件在网上流传。邮件显示，由于哈工大被列入美国商务部实体名单，因此无法继续使用 MATLAB 软件。
图：MathWorks 公司回复哈工大的邮件
消息一出，舆论哗然。随着讨论的逐渐深入，一系列与 MATLAB 相似的软件开始走进公众视野：AutoCAD、CATIA、Ansys。
这些名字看似陌生，但从根本上讲，和每个人的生活息息相关。
你住的房子，用的手机，设计阶段需要用 AutoCAD 建模；飞机、导弹、火箭，大都需要用 CATIA 做三维模型；而家里的电器散热好不好，数码产品信号是否稳定，这一类问题可以由 Ansys 解决。
而哈工大被禁的 MATLAB，是一款被称为 “工科神器” 的数学软件。虽然是“数学软件”，但是其广泛用于自动控制、通信、乃至金融领域，可谓无孔不入。
被禁了怎么办？最直接的想法就是找替代产品，然而经过 DeepTech 的调查，潜在的替代方案并不令人满意。
同样是隶属工信部的国防类高校，来自南京航空航天大学的博士生郑慧对 DeepTech 说，MATLAB 最大的优势就是丰富的函数库、工具包。虽说理论上可以用 Python 代替 MATLAB，但由于缺少大量封装好的底层函数，科研效率要降低 10 倍不止。
图：MATLAB 绘制复杂函数图像 （来源：谷歌）
而 MATLAB 另一大仿真模块 Simulink，则基本找不到替代品。
这次 MATLAB 被禁事件，让国人看到了除芯片之外，另一个更值得重视的领域。只不过这个领域对大众来说过于“小众”，要扒开重重迷雾才能看清：工业软件，我们的国产替代能力究竟如何？
这是一个比芯片更受制于人的领域如果说芯片是我国工业领域的短板，那么工业软件就是“断板”。
为什么工业软件如此重要？
走向智能研究院执行院长赵敏认为，智能制造、工业互联网最内核的就是工业软件。
中国科协智能制造学会联合体智能制造研究所副所长林雪萍说的更加直白，如果把人工智能、制造业升级转型这些概念一层层扒开，最后剩下的就是工业软件。
人们只知波音具有全球顶级的飞机设计制造技术，却不知道波音 787 整个研制过程用了 8000 多种工业软件，其中只有 1000 种是商业软件，其他的 7000 余种是波音经过多年积累自己开发的专用软件，并不对外销售。
我国要想达到波音的飞机研制水平，首先要具备那 8000 种工业软件的水平。
图：CATIA 在航空领域的应用 （来源：谷歌）
但实际情况是，工业软件成了我国工业行业中孱弱的领域，同欧美国家相比，我们在工业软件上的落后之于芯片有过之无不及，差距至少有 30 年。
华为每年从国外进口上百亿美元的芯片，却鲜有人知道这些芯片的设计要依赖于 EDA 软件。
EDA 中文名叫电子设计自动化，是集成电路最上游的产业，被称为芯片之母。如果说芯片是躯壳，那 EDA 就是让它动起来的灵魂。要制裁华为，更粗暴的办法是取消 EDA 软件授权，这也正是当前美国政府的制裁手段之一。
不过很可惜，在 EDA 领域，三巨头 Cadence、Synopsys 和 Mentor 基本垄断国内市场。
其中 Mentor 被德国西门子收购，而另外两家均为美国企业。
在工业软件分类中，以 CAD、CAE、EDA 为代表的研发设计类最为关键，也是国内业界最为 “瘸腿” 的地方。
除了 EDA 软件被国外企业把持之外，CAD 和 CAE 处境同样不乐观。
法国达索、德国西门子、美国 PTC 与 Autodesk 占据国内 CAD（计算机辅助设计）90% 以上的市场份额；
图：AutoCAD 建模界面 （来源：谷歌）
Ansys、Altair 和 MSC 等国外产品基本垄断了 CAE（计算机辅助仿真）领域，这三家皆为美国公司。
2018 年 10 月，美国商务部对国产新兴存储器企业福建晋华公司实施禁售令，不仅硬件供应商停止了供货，美国的工业软件企业也应声停止供应，投资 370 亿元的福建晋华立刻陷入瘫痪。
这就是工业软件的威力。
根据业内专家长期观察与分析后的一致结论，工业软件是改革开放以后，唯一一个与国外同行不断拉大差距的工业技术领域。
工业软件“失去的三十年”我国工业软件在上世纪八十年代曾经出现了一波开发的小高潮，但随着政策转向，大好局面戛然而止。
用一句话形容这段历史，就是“在最需要举国体制的地方，反而没了举国体制”。
根据林雪萍的说法，“七五”到“十五”（1986-2005）期间，国家对国产自主工业软件一直有扶持。甚至在八十年代中后期，CAD、CAE 领域出现了百花齐放的大好局面。
那时，以清华、北航为代表的一大批科研人员投身到工业软件的开发当中，取得了非常积极的研究成果，但正是需要进一步政策加码的时候，风向变了。
从 2011 年开始，中国信息化开始走两化融合的道路，对国产自主工业软件的支持，从科技部转向了工信部。由于工信部并不对认为属于基础科研的工业软件研发进行补助，国家对相关企业的直接资金投入几乎没有了。
此时，变成了另一种支持方式，工信部重点通过对制造业企业的补贴，拉动信息化建设。此举带来一个间接后果，国家补贴的大量两化融合资金都去买了国外软件。
客观的说，这些政策有其积极的意义，通过对制造业直接补贴，企业快速提高了信息化能力，培养了一批信息化人才。但是，也正因为此，孱弱的国产工业软件无法和强大的国外公司竞争，又缺少国家资助，便彻底断粮了。
从那时起，我们的 CAD/CAE 软件，陷入“失去的三十年”。
从 “十五” 到“十二五”的十五年间，根据统计，国家对 CAD/CAE 等核心工业软件投入资金不超过 2 亿元。
而全球最大的 CAE 仿真软件公司 Ansys，在 2019 年一年的研发投入为 2.98 亿美元，约为 21 亿人民币。
图：Ansys 对流体问题进行仿真分析 （来源：谷歌）
也就是说，一家国外企业一年的资金投入，是我们 15 年投入之和的 10 倍。
研发投入差距巨大的背后，还有更深层次的含义：国外厂商相对于国内企业已经建立起了几乎牢不可破的竞争优势。
美国哥伦比亚大学商学院教授格林瓦尔德在《企业战略博弈》一书中指出，对于企业而言，最强大的竞争优势就是规模经济与用户忠诚度的组合。
联系到上文所述，国外软件在国内市场的超高市场份额和研发投入强度，可以轻松算一笔账。
如果 A 公司产品在国内市场占有率 90% 以上，B 公司产品市场占有率不足 10%，也就是 A 的 1/10。
A 公司每年投入 3 亿美元保证自己的技术领先，但由于其超高的市场占有率，平摊在每一套软件上的研发成本（研发支出 / 产品销量）非常低。即便 B 公司也投入了和 A 公司同样多的研发资金，它平摊在每一套产品上的成本却是 A 的 10 倍。
此时，B 公司处在一种两难境地。
研发投入保持和 A 持平，则产品成本太高。砍掉大部分研发投入，则技术跟不上 A。要么因为没有成本优势被市场淘汰，要么因为技术落后被市场淘汰，此时从商业竞争上说，B 怎么做都难以与 A 抗衡。
把 A 替换成 CAE 领域的 Ansys，或者 DEA 领域的 Cadence，B 换成一家国产工业软件公司，整个商业案例丝毫没有违和感。
在 2017 年 2 月一次工信部研讨会上，走向智能研究院执行院长赵敏呼吁，希望高层决策者要像重视核高基项目一样，拿出一两万亿的专项经费精准扶持中国的工业软件企业。会后，一位资深专家对他说，要真的做好这件事，一两万亿是不够的。
缺少资金投入是看得见的原因，还有一些原因是“看不见的”，这些看不见的原因成了政策制定者和行业从业者的思想枷锁。
中国工程院院士倪光南说，我们在工业软件、操作系统上比较弱，一个非常重要的主观原因就是“重硬轻软”。
在 2019 年 11 月的 “洞见 2020 中国企业服务年会” 上，倪光南院士说，“软件，地方负责部门都不愿意投资，因为投了软件以后失败的话，很难说得清楚。硬件可以有产方，几百亿设备也看得见，软件一投下去，如果失败的话，人一走什么都没有了，所以也不愿意投”。
但让人啼笑皆非的是，“重硬轻软”的思想用错了地方。因为工业软件是实实在在的工业品，不是软件。工业软件姓 “工” 不姓“软”。
在林雪萍看来，这是“刻骨铭心的工业误判”。工业软件本质是工业品，是工业的结晶，非 IT 的产物。因为它内核凝结了工业化长期积累的工业知识、诀窍与经验。
赵敏也曾对媒体表示，“没有工业知识，没有制造业经验，只学过计算机软件的工程师，是设计不出先进的工业软件的。”
先是误把工业软件当成软件，进而又犯了 “重硬轻软” 的错误。错上加错，最终造成了现在工业软件的困难局面。
希望在何方？国产工业软件如何破局，要从历史中找答案。
几十年来，美国产业界从来没有停止呼吁，要求政府定向支持工业软件行业。
从 1995 年开始，美国先后提出加速数字化建模仿真创新战略、计算科学战略；
2009 年发布《美国制造业——依靠建模和模拟保持全球领导地位》白皮书，将建模、模拟和分析的高性能计算，视为维系美国制造业竞争力战略的王牌；
2017 年，美国国防部高级预研局 DARPA 提出了新的电子复兴计划（ERI），该计划本意不是“复兴”，而是指和其他国家相比技术领先不够大，需要继续投入资金保持更大的领先。
资料显示，仅在 2018 年，就有 2.18 亿美元流入 ERI，EDA 三巨头之一的 Synopsys 将从中获得 610 万美元。
美国工业软件的发展历程证明了，工业软件的壮大离不开政府的长期支持。
但对国产工业软件来说，光有扶持是远远不够的。既然已经处于劣势，那么更关键的问题是：面对竞争，采用什么方式才能发展起来？
通过分析 MATLAB 软件的发展历程，中国科学院计算技术研究所研究员包云岗曾撰文提出了几点建议：
1. 把东西做出来，而不是追求把论文发出来。
MATLAB 的前身——EISPACK 和 LINPACK 是两个不经意的产物，当时 Moler 教授申请的项目没有发表论文，只开发出了这两个软件，看似失败，却为以后 MATLAB 的诞生奠定了基础。
2. 把东西用起来，而不是做完就扔了。
看似做出来的两个软件没有论文，缺乏创新，但他们都是很实用的工具。EISPACK 到现在被引用了 1800 多次；LINPACK 则影响了世界超级计算机的发展。
3. 教学场景用起来，而不是把教学当负担。
MATLAB 是 Coler 教授想把两个软件应用于教学的产物。当时为了让学生更好的学习线性代数，Coler 教授自己动手写了一个叫 MATLAB 的小工具，把两个软件接口封装起来了。
4. 树立持久意识，不要期望速胜论。
从第一版 MATLAB 到现在已有 40 年；第一代 EDA 到现在也有 40 年；Intel 第一代微处理器距离现在已经 50 年。MATLAB 对应公司 MathWorks 在 1984 年成立，但是只有 1 名员工，现在却有 3000 多员工，400 多万用户，这才是持久战获胜的典范。
此外，在商业领域，工业软件国际巨头的发展同样给中国产业界以启示。
在上世纪 80 年代 AutoCAD 如日中天之时，法国达索和美国 PTC 采用了一种非常巧妙的方式打破了垄断——差异化策略。
当时，整个二维建模市场是 AutoCAD 的天下，直接正面竞争很难取胜。PTC 与达索干脆越过二维，直接推出三维建模功能，用 “降维打击” 的方式占领的市场。经过几十年的发展，现在三维建模因便利性和直观性反而成了主流。
这对中国工业软件企业来说，具有借鉴性。上文提到，即便是开发出了和 Ansys、PTC 一样好的工业软件，由于刚进入市场时市占率过低，不得不承担过高的产品成本。如果无法商业化，便没了造血功能，国家扶持可以让企业长大，但是不能抚养企业一辈子。
如今 CAD/CAE 领域的巨头，都是成功的商业公司。
图 ：CAE 巨头 Ansys 是一家非常成功的商业公司 （来源：谷歌）
长远来看，企业应该避免直接与海外工业软件巨头直接对抗，而是转向其覆盖薄弱的领域。PTC 用当时非主流的三维建模赢得市场，再反过来夺取 AutoCAD 的二维建模市场份额，实践证明其策略是成功的。
无独有偶，2019 年 10 月，国际事务处理性能委员会（TPC）宣布：在最新发布的 TPC-C 排行榜中，蚂蚁金服自研数据库 OceanBase 位列第一，超过 Oracle（甲骨文公司）。
仅一年后，OceanBase 又打破自己在 2019 年创造的纪录，将在线事务处理性能提高了 10 余倍。
图：OceanBase 官网介绍
数据库作为工业软件的一种，这样的突破着实让行业倍受鼓舞。OceanBase 九年磨一剑，从中工业软件行业至少能学到两点：
1. 任何工作软件的研制必须要有使用场景，坚持市场化导向。OceanBase 的成长和过去 9 年淘宝 “双 11” 交易量增加是同步的。海量数据需要一款可靠的软件来处理，倒逼之下，让 OceanBase 不得不跑步前进。
2. 随着新一轮科技革命的到来，新科技、新领域层出不穷。通过利用新技术，快速切入暂时没有被巨头跟进的新领域，再扩张版图。这或许是中国工业软件崛起的一种新思路。
（文中郑慧为化名）
