突围工业软件,谁是国产的尖刀连?

工业软件的开发,就像是排球赛阵容的布局。主攻手,毫无疑问应该是企业家。一传手是大学院所,从基础入手,做好基础研究的传接和人才的培养;二传手是大型用户企业,提供最佳的喂球位置。

工业软件大热,万象沸腾。但目前工业软件的定义过于宽泛,其实造成了很多伪工业软件的存在。我自己习惯于将工业软件分为工业物理学软件和工业管理学软件。后者诸如ERP、SCM之类,并不是攻坚的重点。前者则以研发工具软件如设计CAD、仿真CAE、电子自动化设计软件EDA或者流程模拟软件等为主,这些才是真正的硬骨头。只有将工业软件的定义聚焦到真正的工业内核上,才能有更好的发展。而当下过于宽泛的定义,无益于解决核心攻关问题。国内有一个软件排行榜,Top10中制造业的只有华为、海尔、中兴、浪潮和海信。这类软件,基本都是嵌入式软件。没有这些软件,硬件就不灵。但这些软件,其实跟我们所担忧的卡脖子软件关系并不大。也不是本人关心的范畴。我们讨论的还是能够独立服务的研制类工业软件,这才是中国最需要突破的地方。

那么,到底谁是工业软件的攻坚者?目前来看,这个答案,似乎并不是那么确定。正常而言,都是需要供应商来突破。但这种答案也似是而非。工业软件的发展,从来不是一个单人比赛,它更像是一个接力赛。没有基础数学物理的研究,工业软件就会缺少根基;而如果没有用户的反哺,工业软件永无出头之日。很多工业软件败就败在没有用户。不是技不如人,而是用不如人。无用兵之地,则无神武之威。

那么,工业软件都是怎么锻造出来的?从历史来看,主要有四个来源,分别来自大型工业企业、大学院所、工程和咨询公司,以及企业家的创业行动。突围工业软件,谁是尖刀连?

图1 工业软件的源头

第一源泉:工业巨头,中途下车

工业软件如辅助设计CAD、辅助仿真CAE最早都来自航空和汽车行业的内部。这两个行业,成为工业软件最有耐心的保姆。GE在上个世纪五六十年代开始研发最早财务软件,成为第一家自研软件的企业。而后,企业自研软件成为一个时髦的事情。到后来,很多工业企业,纷纷加入到自研软件的行列。而在CAD领域,这种现象尤其明显。突围工业软件,谁是尖刀连?

表1 工业软件的由来

后来这些软件,慢慢地形成了商业化的能力,并挣脱工业企业的怀抱,成为专注于工业软件的公司。当然,也不乏并购和消亡。

然而,这种工业软件最早的发展源泉,其实有着特殊的历史原因。最早的软件商品化程度都很低,因为需求量也很低,没有一家企业能够靠着软件而独立存活。于是企业必须自行研发软件,开发者本身也是大户。仿真软件ANSYS起源于西屋核电,EASY5起源于波音。

但是这条路,随后就开始变得荒芜。只有走进来,没有重新来过,这是时代的选择。当年一个企业有大型软件是一种有核心竞争力的表现。而开发软件也可以通过一班人马,快马加鞭地完成。而现在的软件代码,动辄数千万行,关联关系非常复杂,已经不是企业内部团队所能维持得住的。如果无法同时实现对外销售,这将是一个巨大的黑洞。

软件开发是一种成本,维护则是另外一种高昂的成本。可以说,自研软件的时代窗口已经永久性关闭。不太会有工业大企业坚持自己开发软件。这是一条血路,因为维持一个系统太复杂了。福特汽车公司上个世纪90年代,曾经因为部门经理的个人喜恶而阻挡ADAMS软件的引入,坚持自己开发一套多体动力学仿真软件,因此吃尽苦头,还耽搁了三四年的时间,最后还是要回头拥抱ADAMS。

国内有着类似的情况。航空HAJIF、风洞基地的风雷软件,一直还在苦苦支撑。尽管它们在内部起到了一定的作用,但终究无法与民用软件技术打通,只能靠着国家昂贵的补液来实现持续更新。

总体而言,很多企业会自研一部分软件,但都是小型软件,很难不能担当重任,也无法实现技术溢出。

当前,资金如此丰沛。很多国内的大型工业企业,又会重新考虑这条路径。对于嵌入式软件而言,无可厚非。正如头号军火商洛马需要开发大量的机载软件。但是,如果想开发国外工具替代类软件,那将是一个很难啃的硬骨头。

现在软件都有高度复杂性,维护系统的费用高昂,使用者寥寥。工业软件是知识叠罗汉,开发者、使用者叠加得越多,软件越好用。一家再大的企业也无法承担这种研发费用。更何况,工业软件产值小到可怜。一个明智的决策者,不会选择这条路。大型企业,从头开始开发能够商业化的大型工业软件的时间窗口已经永久性地关闭。以前工业软件相对简单,孤胆英雄和明星团队就可以搞定。但今非昔比,软件复杂度且不说,是否成功具有高度不确定性,这绝不是国企现有的风险体制所能负担的。工业软件可能是一种在所有创新产品中最不稳定的工业品。而且投资周期长、投入大,但规模小,这种市场特性,很难是国有企业能够解决的。

第二源泉:大学院所,取之不竭

工业软件跟大学院所有着天生亲密的关系。这是由于工业软件需要深厚的数学基础、物理方程求解能力和计算机技术相互交融。这也使得很多工业软件成为从大学流出来的圣火。而这些大学的资金,一开始几乎全来自政府资助项目。而类似美国宇航局NASA有320多个国家实验室,也都是各种工艺软件的摇篮。这解释了政府资金和工业软件早期的关系。

目前在流程行业工艺模拟以及管道软件中的英国AVEVA软件(已经被施耐德电气反向收购),最早是英国剑桥大学CAD中心的项目。一开始它也是从机械CAD开始,但后来逐渐走到以工厂厂房设计为主的方向,围绕流程行业弯弯曲曲的管道阀门,创立了一个完全不同的方向。

而在非线性有限元计算声名鹊起的Abaqus(2005年被达索系统收购),也同样来自剑桥大学。丰富的数学、力学等基础学科的昌盛,给英国带来了许许多多的软件公司。而在计算机辅助世界制造CAM领域,英国更是独占前茅。类似达尔康(已经被欧特克收购)、EdgeCAM(已经被海克斯康收购)等都是昔日的佼佼者。

而在化工行业的流程模拟领域几乎吃独食的艾斯本Aspentech,正是从麻省理工学院的流程行业而来。在爆炸领域独树一帜的Ls-Dyna,则来自美国国家实验室利弗莫尔。而最早在CAE软件和电子设计自动化软件EDA的开创性工作中,伯克利分校起到了重要的作用。当时他们的源代码曾经慷慨地四处赠送。中国很多早期的CAE火种,都是这些源码的受益者。

但在中国,这条路已经成为断头路,多少行者早已绕道。学院派,无论是CAD、CAE,还是化工流程模拟,都曾经比肩海外流派。中国的工业软件起点并无差距,至少是齐头并进。

在当前工业软件中,卡脖子最难受的焦点软件当属于电子设计自动化软件EDA,但是这类软件对于中国学术界来说却是先知先觉。早在1978年, “数字系统设计自动化”学术会议就在桂林举办,这是中国“EDA事业的开端”。作为一次全国性大型计算机学术活动,有67个单位的140多名代表参加了会议。可谓盛况空前。当时的EDA主要集中在PCB设计领域。而清华大学计算机系已经做好了布局,北京理工大学也较早地开创了EDA学科。在桂林大会的18篇论文成果中,覆盖了当时电路分析、模拟技术、印制板布线等EDA领域的各个方面。毫无疑问,当时的中国学者专家们,对于技术的把握和理论探讨,几乎做到了与国外同步。尽管在当时,硬件支撑环境非常差,像邮电学院的老师们几乎是手无寸铁,硬是用手摇计算机和手工计算完成了几万个用于逻辑综合的数据。

当时EDA大发展的原因,跟三十年后的今天居然有着惊人的相似。当时专门负责技术卡脖子的组织机构,被称为巴黎统筹委员会(又称“巴统”),就是对中国禁运EDA软件。买不到先进的工具,IC设计很难发展。而国内对IC-CAD工具的需求,可以说是求贤若渴。于是在1986年7月,电子设计同样迎来了春天。当时电子工业部确定在北京、上海、无锡建立3个集成电路设计中心。这是来自三十五年的国产工业软件春天,有没有似曾相识的感觉?

随后,中国迎来了IC-CAD的播种季节,这是一个大会战的时代。北京集成电路设计中心聚集了来自17个单位的120人,在一个工厂进行密集式攻关。

那个时候,电子工业部真是一个驾轻就熟的创新者,它熟练地将创新链条衔接起来。“八五”期间,国家将IC-CAD产业化的任务转交给华大设计中心,并在1995年完成熊猫系统的最终版本。全国产自主可控的“熊猫系统”可谓一鸣惊人,当时有56套熊猫系统在国内26家集成电路设计单位应用,并且成功进入国际市场 。当时,三大EDA软件巨头之一的Mentor,也曾将自己软件与熊猫系统做集成。

中国的EDA软件,从来没有如此近地站在国际软件的身边。但随后的事情就猝不及防了。巴统解散(替代它继续对中国禁运的变成一个叫“瓦协”的组织,新封锁如旧),国外EDA软件不再禁运。中国的护城河,被迅速冲垮,也无人关注。熊猫基本被束之高阁。这是不懂工业规律的代价。

历史不会重来,但历史会重复。

中国工业软件当前的落后,从来不是因为落在了起跑线上。相反,在起点位置上,中国软件也是受尊敬的同行。当年来华谈判知识产权问题的美国商务部副部长,曾经专程到华大设计中心考察,对我国自主知识产权的“熊猫系统”表示赞赏。而就CAD而言,北航学派在几何造型的早期实践者,也得到了法国贝赛尔曲线发明者恭敬的学术交流。

北航曾经创立了金银花的CAD软件,这也是当时科研项目结晶最好的钻石之一。它也勇敢地走出了学校,来到了广东。但是学院派的软件,无法得到工业界的响应。学者挑战市场的努力,有如堂吉诃德对风车的挑战。不能说没有勇气,只能说不合时宜。

逐渐地,学院派慢慢地退出了赛道。只有北航的海尔(现在的数码大方)、华科大的苏州同元、大连理工的力学分析软件等寥寥几颗苗株,还算是守住了自己的地盘。

中国学院派跟美国、法国等工业软件强国同时拿到了面向未来的种子。只是后来国外的学院成果都迅速地经过产权变换,成功地将大旗交接到了为冒险而存在的企业家手中,从而扎稳了脚跟。这是工业软件所需要经历的惊险一跳,中国不曾发生。这证明在中国的产学研交接中,出现了严重的失误。换言之,中国工业的土壤证明了这并不是一块适合工业软件播种的地方。作为一种最特殊的工业品,工业软件的真实面貌一直鲜为人知。

第三源泉:工程咨询,行业独懂

工程公司是工业软件中一支独特的生力军,它们贡献了很多工业软件。日本流程自动化的老大横河电机,目前数字化转型激烈。而最明显的举动,就是频繁收购工业软件。它2016年收购的KBC软件,正是来自一家英国工程咨询公司,面向全球油气、炼油和化工领域。流程模拟软件是技术咨询过程中的必备分析工具,KBC公司不断增强这方面的投入。先后也参与多次并购。这类软件,最大的特点,就是充满了对工艺知识的理解。满满的都是行业知识点。日本横河电机看重的正是这一点。第二年,横河的知识专家就正式上线,解决炼油装置的远程效能监控。

因前处理的网格技术领先,而在仿真领域颇有建树的Altair公司,创始人最早也是面向福特汽车提供咨询的顾问。

很多人不曾注意到,加拿大的工业软件其实非常强悍。而作为全球第六大电力强国,电力软件也是具有领先位置。比如接地仿真软件CDEGS、电磁暂态仿真软件PSCAD、大规模电网仿真软件DSA-Tools等。其中配电网仿真软件CYME、是用于输配电和工业电力系统的分析工具,在中国被广泛使用。这是一款非常复杂的电力工业软件,包括多达数十个模块。而开发这款软件的正是加拿大的一家电力工程解决方案提供商。

全球顶级的船级社,如法国必维船级社(BV)等,都是通过船审软件及船舶数字资产管理软件Digital AIM来提高核心竞争力。而做全球法律和合规咨询的威科公司,旗下有专门做EHS(环境、健康和安全)咨询和认证的业务,从2016年开始收购了一系列做安全屏障管理和防止主动性失误的软件,从而将石化的风险变成了高级防呆的自锁性系统。

以IT服务外包和咨询而知名的EDS公司(最早是通用汽车旗下公司),为了更好地服务汽车行业,1991年从麦道公司接手了高端CAD的三大公司之一UG。但在2003年因为急于还债,不得不把UG吐给了贝恩资本,并在2006转手到西门子公司,成为后者当前最重要的工业软件集团的基石。这应该是EDS最惨痛的一次出售。贝恩两年换手,轻松赚得20多亿美元。EDS公司一度还吃下了战略界赫赫有名的科尔尼咨询公司。它是做工程服务的公司,一向重视工业软件的支撑价值。

这恰好是中国最不熟悉的领域。中国的工程公司向来不重视工具,也很少贡献出来一款叫得响的软件。在国际大牌的工程咨询公司,没有工业软件是不可想象的。石油服务公司斯伦贝谢在2018年并购了加拿大VMG流程模拟公司,以便更好地为石化公司提供健壮的石油仿真平台。想一想,如果没有统一方法论,没有统一工具,一个工程公司不过就是一个体力活的超级包工头而已。

这其实是中国工业大而不强的一个重要原因。只有依靠软件、方法论、知识经验的紧密结合,才能攫取任何行业价值链最高处的果实。而工业软件的作用,最为突出。就以现在日益受到广泛关注的EHS(环境、健康与安全)治理为例,国外的大公司都在加强了对工业软件的投资。2016-2018年,这个市场平均发生了10起并购交易;到了2019年陡升到25起,即使在疫情泛滥的2020年仍然有17起并购投资发生。最引人瞩目的是全球有名的私募CVC公司,去年对EcoVadis这样的一个认证咨询公司投资2亿美元。全球工程和咨询公司已经在数字化领域剑拔弩张,而国内认证咨询公司则依然风平浪静地过着好日子。中国在工程&咨询公司的落后差距,很少有人关注,实际上,它比制造业本身的差距更大。

在中国,工程咨询服务公司从来不曾向市场提供过工业软件的种子。因为这里压根就没有,颗粒无收、白卷一张。这也不是最重要的,最重要的是即使面向未来,也毫无警醒之心。

第四源泉:工程师企业家,野兽精神

这个行业不乏代码企业家,他们一开始就是编码出身。类似仿真软件ANSYS最早来自西屋的工程师,全球第二大仿真公司澳汰尔Altair的创始人最早也是咨询顾问。在工厂管理和建筑软件称霸的本特利软件,则来自杜邦公司的一个工程师。而电子设计自动化软件EDA的领头羊Synopsys、CADENCE,开创参数化CAD设计的美国PTC公司等都有着创始人的痕迹。

在中国,四条工业软件发展的道路,只留下了一个窄窄的入口,那就是企业家。无论是已经上市的中望,在CAD看图软件下载量惊人的苏州浩辰(APP的活跃量,居然排在Top500以内),还是做流程行业资产管理软件挑战AVEVA和鹰图的北京达美盛,背后都有企业家野兽精神的支撑。中国工业软件的天地几乎全部都是由孤胆英雄所支撑。每一个工业软件背后都有一个从长路漫漫走过来的苦主——企业家苦主。没有他们的信念做支撑,现在国产工业软件的市场,就是焦土一片。

从另一个角度看,中国工业软件就是个人血泪史。换言之,基本是靠民营企业支撑着残缺的天。而大学院所、大企业、工程公司,中间或许也有挣扎,但在商业化道路上几乎全军覆没。

女娲炼五色石而补天。在当下,这些带着几条枪坚持游击战至今的苦主,正在迎来全新的五色石。然而,补天行动在即,喜未上眉梢之际,颇具意味的是,天际线也飞来一批荷枪实弹的新面孔。不知道他们来自何处,这些人只是听见了资本的号角。突围工业软件,谁是尖刀连?

图2 中外工业软件的来源对比

小记:谁是主攻手

从工业软件的发展源头来看,本是四面通风之地。而在中国,则像是诸葛亮为东吴名将留下的石门阵,生、死、惊、伤。一门出入生,余皆为凶门。只有企业家勉强守住了生门一块阵地。其他三面领域尤其是建制派,几乎是毫无建树。这是一个令人深思的现象。这种已经熄灭的灯,或许也没有必要重新打开。工业软件是一种太特殊的工业品,它独有的长周期、高风险、大投入、低收入的特点,绝非长官意志所能左右的,也绝非背着短期利润指标的建制派所能承担的风险。

工业软件的开发,就像是排球赛阵容的布局。主攻手,毫无疑问应该是企业家。一传手是大学院所,从基础入手,做好基础研究的传接和人才的培养;二传手是大型用户企业,提供最佳的喂球位置。三者之间,完整的配合。工业软件是一场什么样战局?是不知疲倦的软件供应商、一流反哺的用户和耐心的大学院所的共同结晶。这也是对中国分工合作的工业化精神的一次大考。

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