前沿拓展：

　　一次誤判，我們落后了三十年。

　　文丨華商韜略 周瑞華

　　2020年6月14日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)飛行器設(shè)計專業(yè)的大三學(xué)生李棟，像往常一樣打開電腦，要完成自己的設(shè)計作業(yè)。

　　一封未讀郵件，加粗的字體，醒目又安靜地躺在郵箱里。

　　郵件內(nèi)容很短，卻瞬間擊中了他的心臟：“根據(jù)美國政府最新的進(jìn)出口管制名單，無法為您繼續(xù)服務(wù)了。”

　　發(fā)件人落款為美國軟件開發(fā)公司MathWorks——與他日夜相伴的設(shè)計軟件MATLAB，就是來自該公司。

　　【“卡腦袋”的工業(yè)軟件】

　　接到這封郵件的，并不只是李棟一人。

　　他很快發(fā)現(xiàn)，同宿舍的、同專業(yè)的同學(xué)、機械專業(yè)的、車輛專業(yè)的，都收到了這樣一封“無法為您服務(wù)”的郵件。

　　這讓大學(xué)生們陷入了茫然無措中，因為這款名為MATLAB的軟件，幾乎等于他們的左右手。

　　這是一款商業(yè)數(shù)學(xué)及科學(xué)計算仿真軟件，數(shù)值計算、機械化工、汽車航空等研究都少不了它，是不少理工科學(xué)生的“工科神器”。而且，由于它的數(shù)值計算和仿真模擬形成了一個完整的生態(tài)，幾乎沒有可替代性。

　　對于哈工大來說，MATLAB被禁用，意味著該校的教研工作將陷入“癱瘓”：哈工大師生在發(fā)表的論文中，不能使用利用MATLAB獲得的圖表、數(shù)據(jù)；學(xué)校已有的課件、科研項目都要大規(guī)模“轉(zhuǎn)碼”，未來幾年內(nèi)，新科研產(chǎn)出的難度陡增。

　　類似MATLAB這種一朝遭禁，中國就痛苦不堪的軟件，其實為數(shù)不少，它們有一個總分類：工業(yè)軟件。

　　雖然冠以軟件之名，但工業(yè)軟件的本質(zhì)，其實姓“工”不姓“軟”，它的內(nèi)核是工業(yè)的積累，是將工業(yè)所涉及到的物理、化學(xué)、力學(xué)、材料科學(xué)等知識，以及設(shè)計、制造、工藝的積累，用程序的形式表現(xiàn)出來。

　　按照用途，工業(yè)軟件可分為研究設(shè)計類、生產(chǎn)管控類和管理運營類，其中技術(shù)含量最高的，是研究設(shè)計類，它包括解放設(shè)計師雙手、讓設(shè)計師在電腦上就能作圖的CAD（計算機輔助設(shè)計）、驗證設(shè)計出來的產(chǎn)品是否合格的仿真分析軟件CAE（計算機輔助工程），以及芯片設(shè)計軟件EDA。

　　這類軟件是工業(yè)制造的大腦和神經(jīng)，離開了它的協(xié)助，下游的生產(chǎn)制造就成了“無源之水”。

　　在蘋果公司最新款的iPhone13手機上，采用了擁有150億個晶體管的A15仿真芯片，如果沒有EDA軟件，這150億個晶體管單靠工程師手繪的話，就是一個“不可能完成的任務(wù)”。

　　芯片之外，大到飛機、輪船，小到一輛汽車的研發(fā)設(shè)計，都離不開工業(yè)軟件。它不僅能提高效率，還能極大地降低產(chǎn)品研發(fā)的成本。

　　以飛機為例，在過去，一架飛機設(shè)計出來后，需要在風(fēng)洞中利用人工氣流來模擬飛機飛行過程中，周圍氣流的分布和運動。

　　這不光費事，還意味著高額的投入。

　　一個完整的風(fēng)洞，不光建設(shè)成本高達(dá)百億美元，運行成本也不容小覷，是出了名的耗電大戶。有人戲稱，“風(fēng)洞一響，黃金萬兩”。

　　新中國成立之初，由于擔(dān)心影響西南地區(qū)的工業(yè)生產(chǎn)，中國圍繞著是否要停止風(fēng)洞建設(shè)，還出現(xiàn)過不小的爭議。最后還是在錢學(xué)森的堅持下，才得以完整保留。

　　今天，盡管資金不再構(gòu)成阻礙，但有了計算流體動力學(xué)軟件CFD（Computational Fluid Dynamics），許多風(fēng)洞實驗在軟件上就可以完成，成本可以降低數(shù)百甚至上千倍。

　　遺憾的是，這些“大腦”和“神經(jīng)”都握在美國和少數(shù)歐洲國家手中：

　　CAD軟件，超過90%的市場在德國西門子、美國PTC、Autodest和法國達(dá)索手中；CAE軟件市場則是Ansys、Altair和MSC三家美國公司的天下；EDA軟件也基本上被新思科技（Synopsys）、凱登電子（Cadence）和明導(dǎo)（Mentor Graphics）三巨頭壟斷，全球市占率超過60%。

2020年中國EDA軟件市場份額TOP4

　　這意味著，我國制造業(yè)使用的研發(fā)設(shè)計類工業(yè)軟件，95%捏在別人手里。在地緣政治沖突背景下，這等于將我國制造業(yè)置于危險境地。

　　美國密西根大學(xué)研究CFD的Roe教授有一句狠話：

　　“現(xiàn)在CFD分析已經(jīng)完全代替實驗用來設(shè)計工業(yè)產(chǎn)品，如果美國與歐盟真的會執(zhí)行相關(guān)的政策，那估計中國飛機汽車制造商又要回去吹風(fēng)洞了。”

　　卡脖子，是近年對芯片制約的比喻，在工業(yè)軟件的領(lǐng)域，這一卡，直接卡在了腦袋上。

　　【”空心化“的中國工業(yè)軟件】

　　1979年年初，沈陽的市民驚訝地發(fā)現(xiàn)，一片馬達(dá)轟鳴聲中，20輛公安摩托車的開路車隊，在大街上轟鳴而過。

　　但喜歡看熱鬧的市民很快發(fā)現(xiàn)，車隊護(hù)送的不是外賓，而是兩臺計算機。

　　這是沈陽鼓風(fēng)機廠訂購的兩臺IBM 370/138大型計算機。與這兩臺計算機一起送來的，還有IBM的COPICS配套軟件和八本黑皮封面的說明書。

　　COPICS是IBM 1970年代初研發(fā)的一款企業(yè)信息管理系統(tǒng)，而這八本黑皮說明書，則成為了中國工業(yè)軟件的理論啟蒙，在業(yè)內(nèi)，它有個無人不知的俗稱：黑八本。

　　作為沈陽鼓風(fēng)機廠的對口單位，北京機械工業(yè)自動化研究所（簡稱“北自所”）開始了技術(shù)攻關(guān)，以蔣明煒為代表的北自所專家們，在消化、吸收“黑八本”的基礎(chǔ)上，研發(fā)出了中國第一代的企業(yè)管理系統(tǒng)，拉開了中國工業(yè)軟件發(fā)展的序幕。

　　1986年，工業(yè)軟件發(fā)展納入國家“863”計劃，這一消息對我國的工業(yè)企業(yè)、科研院校是一個極大的鼓舞。當(dāng)時，清華、北航、中科院的師生們提出“甩掉繪圖板”的口號，投入到工業(yè)軟件的研發(fā)中。

　　這可能是中國工業(yè)軟件的第一個小陽春。

　　1990年代，在ERP領(lǐng)域，北自所創(chuàng)辦的北京利馬和王德銘成立的上海啟明，形成“北利瑪、南啟明”的南北格局；CAD/CAE領(lǐng)域也百花齊放，在國家機械部（機電部）“CAD攻關(guān)項目”、國家科委“863/CIMS”的支持下，涌現(xiàn)出熊貓CAD、中科院飛箭、大連理工JIFEX等商業(yè)和企業(yè)自用工業(yè)軟件。

　　數(shù)據(jù)顯示，90年代中后期，我國工業(yè)軟件的市占率達(dá)到25%，在一些專項領(lǐng)域，甚至高達(dá)45%。

　　但工業(yè)軟件迅猛發(fā)展的勢頭，卻在進(jìn)入新世紀(jì)后戛然而止。

　　隨著加入WTO，中國的大門也隨之打開，與國外高端設(shè)備一起進(jìn)入中國市場的，還有國外的工業(yè)軟件。通過贈送、默認(rèn)盜版等方式，國外工業(yè)軟件展開了對中國工業(yè)軟件的圍剿。

　　市場總是遵循典型的實用主義。面對界面更友好、速度更快、價格更便宜的產(chǎn)品，企業(yè)的天平傾向了國外工業(yè)軟件，我國工業(yè)軟件的市場份額從25%急劇下降到5%，工業(yè)軟件成為“空心”產(chǎn)業(yè)：

　　一是工業(yè)知識與經(jīng)驗的空心化。企業(yè)的生產(chǎn)流程、工藝等數(shù)據(jù)沉淀在國外工業(yè)軟件，既幫助國外工業(yè)軟件持續(xù)迭代，又培養(yǎng)用戶習(xí)慣，對其形成依賴。工業(yè)軟件由此出現(xiàn)“強者恒強”的馬太效應(yīng)，中國工業(yè)軟件生存空間進(jìn)一步被壓縮。

　　給哈工大帶來困擾的MATLAB軟件，它的代碼其實并不復(fù)雜，但多年來，通過用戶不斷使用中形成的技術(shù)與數(shù)據(jù)沉積，才是它最深厚的壁壘。

　　其次是人才的空心化。通過向高校贈送軟件的方式，高校成為國外工業(yè)軟件的推廣陣地，只教授學(xué)生工業(yè)軟件的操作，卻忽視了基礎(chǔ)研究人才的培養(yǎng)。

　　2021年發(fā)布的《關(guān)鍵軟件人才需求預(yù)測報告》顯示，到2025年，中國工業(yè)軟件人才將出現(xiàn)12萬的缺口。但在現(xiàn)實中，國內(nèi)真正從事工業(yè)軟件研發(fā)的人數(shù)很少。有數(shù)據(jù)顯示，我國EDA軟件研發(fā)，工程師加上學(xué)生，也不到1000人，而僅Synopsys一家公司，員工就有一萬人。

　　【一次慘痛的誤判】

　　2018年7月下旬，在美國舊金山，幾百個膚色各異、穿著格襯衫、牛仔褲、套頭帽衫的人，正在舉辦一場集會。

　　這些人的打扮，讓這場集會注定與時尚和潮流無關(guān)。但它的意義，卻遠(yuǎn)邁任何流行音樂節(jié)。

　　這是美國電子復(fù)興計劃（ERI）的首次峰會。

　　ERI是摩爾定律走向終結(jié)之際，美國開啟的另一場科技強國運動。按照該計劃，美國將在自2017年的未來5年內(nèi)，投資15億美元推動美國電子行業(yè)持續(xù)領(lǐng)先。

　　站在ERI背后的，是美國國防高級研究計劃局（DARPA）。

　　這個成立于1958年的機構(gòu)，其創(chuàng)建的使命就是支持關(guān)乎美國國家安全、核心競爭力的前沿科技。大半個世紀(jì)以來，美國能在電子和半導(dǎo)體領(lǐng)域保持領(lǐng)先地位，背后少不了DARPA對半導(dǎo)體材料、精密制造和集成電路持續(xù)的支持與推動。

　　自2017年以后，目睹微電子技術(shù)越來越接近發(fā)展臨界點，DARPA又把美國的未來押在量子計算、AI、智能制造這些前沿技術(shù)上，并在2017年設(shè)立了ERI專項計劃。

　　在2018年的首次峰會上，ERI把最大一筆款項2400萬美元，撥給了美國EDA巨頭Cadence公司，另外一筆610萬美元的資助，則給了EDA三巨頭之一的Synopsys。這兩家公司獲資助的項目都與工業(yè)設(shè)計相關(guān)。

　　在美國，工業(yè)軟件被提升到了關(guān)乎國家戰(zhàn)略與命運的地位。

　　工業(yè)軟件的重要性是否是危言聳聽？美國的戰(zhàn)略計劃，是否有事實的依據(jù)？有兩組數(shù)據(jù)，很能說明問題。

　　2020年，全球EDA市場規(guī)模才115億美元，但它卻撬動了一個規(guī)模高達(dá)1267億美元的存儲芯片市場，實現(xiàn)了11倍的杠桿率。如果沒有EDA設(shè)計軟件，芯片也不過是一堆硅土。

　　2021年，普華永道針對德國企業(yè)的一項調(diào)查顯示，德國市值最高的企業(yè)是SAP，市值高達(dá)1180億美元。而論營收，SAP 2020年的營業(yè)收入才311億美元，不到市值第二的西門子營收的一半，只有市值第三的大眾集團(tuán)營收的十分之一。

　　SAP研發(fā)的企業(yè)資源管理軟件，其實在工業(yè)軟件中技術(shù)含量較低，但營收與市值的反差，卻是它在行業(yè)重要性的體現(xiàn)。

　　來自國家戰(zhàn)略、產(chǎn)業(yè)和資本市場的三重“高估值”，使得美國政府與企業(yè)默契地達(dá)成了一致——絕不吝惜在工業(yè)軟件領(lǐng)域持續(xù)投資。

　　NSF（美國國家科學(xué)基金會）在30年間，資助了1190個EDA軟件項目，平均一年40個；

　　CAE軟件第一大公司Ansys每年的研發(fā)投入，占其營業(yè)額的17%～18%，光2019年的研發(fā)投入，就約3億美元。這個數(shù)字，是我國“十五”到“十二五”15年間，在CAD和CAE等核心工業(yè)軟件上投資金額的10倍。

　　驚人的數(shù)字差距背后，是理念上的差異。

　　我國對工業(yè)軟件最大的誤判，是把它當(dāng)作軟件的分支，而非工業(yè)的大腦，自然也沒有給予足夠的重視。

　　即使到了2018年，在當(dāng)年發(fā)布的《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點產(chǎn)品和服務(wù)指導(dǎo)目錄》中，“工業(yè)軟件”也只出現(xiàn)在第四級目錄中，是“新興軟件和服務(wù)”方向下11個子項目之一。

　　這個定位，讓工業(yè)軟件失去了應(yīng)有的資金支持。據(jù)業(yè)內(nèi)人士反映，從“十二五”起，國產(chǎn)自主工業(yè)軟件研發(fā)，就再也沒有從國家部委獲得資金支持。相反，本著“造不如買，買不如租”的理念，國家補貼給制造企業(yè)的錢，都拿去買國外的工業(yè)軟件了。

　　正是這種“拿來主義”，不僅讓我國的工業(yè)軟件比國際最高水平落后了30年，在材料、航空制造等領(lǐng)域，也一度因為核心技術(shù)的缺失，不斷被“卡脖子”。

　　為此，我國工程院院士倪光南呼吁：“關(guān)鍵核心技術(shù)是要不來、買不來、討不來的，大國重器一定要掌握在自己手里。”

　　【智能制造的阿喀琉斯之踵】

　　武漢市九省通衢，是全球制造業(yè)生產(chǎn)鏈上的重要節(jié)點。

　　在距離武漢市不到100公里的衛(wèi)星城市里，分布著大量快反工廠。在這里，衣服設(shè)計的迭代就如同網(wǎng)頁的迭代，是以秒來計算的。一件羽絨服從上線到完工，只需要130秒。

　　這種小批量、多款式、多批次生產(chǎn)的柔性供應(yīng)鏈，是制造業(yè)向智能制造升級大背景下，對企業(yè)供應(yīng)鏈的數(shù)字化改造。“小單快反”能夠?qū)崿F(xiàn)，得益于上游工業(yè)設(shè)計軟件對市場數(shù)據(jù)的快速處理和反應(yīng)。

　　我國制造業(yè)正在向智能制造升級，未來會有越來越多類似武漢“快反工廠”的智能升級。但如果剝開智能制造大數(shù)據(jù)、人工智能的外衣，它的核心還是工業(yè)軟件。

　　在最早提出“工業(yè)4.0”智能制造的德國，最接近工業(yè)4.0這個目標(biāo)的，是一家位于德國紐倫堡以東約60公里維爾斯河畔的工廠——安貝格工廠。

　　在這里，每秒就能生產(chǎn)一個產(chǎn)品，產(chǎn)品合格率接近100%。其中，75%的工序由生產(chǎn)設(shè)備和電腦完成，工人只負(fù)責(zé)剩下的1/4工作。工廠建成以來，面積和員工數(shù)量沒有改變，產(chǎn)能卻提升了8倍。

安貝格工廠 來源：e-a.hu

　　這座最接近德國工業(yè)4.0的未來工廠，是西門子一手打造的。

　　很多人對西門子的印象，還停留在這是一家生產(chǎn)冰箱、洗衣機的硬件公司。事實上，西門子花了近二十年的時間，通過收購逐漸完成了向工業(yè)軟件公司的蛻變：目前，西門子是歐洲僅次于SAP的軟件公司，也是世界十大軟件供應(yīng)商之一。

　　軟件，正是安貝格工廠的“大腦”。

　　我國《“十四五”智能制造發(fā)展目標(biāo)》中，明確提出了我國智能制造的目標(biāo)。但是“瘸腿”的工業(yè)軟件如果不能實現(xiàn)突破，將成為中國智能制造的阿喀琉斯之踵。

　　MATLAB被禁用后，哈工大師生用Python、Octave這類產(chǎn)品，勉強替代了MATLAB數(shù)值計算部分的功能，但其配套的Simulink仿真模擬功能，幾乎沒有產(chǎn)品可以替代。

　　不少哈工大計算機學(xué)院科創(chuàng)俱樂部的學(xué)生很氣憤，提出“既然不讓用，我們自己搞”。但哈工大的老師并不樂觀：MATLAB本身的代碼、編程并不難，但幾十年使用過程中的積累和迭代，不是幾個學(xué)生寫代碼就能寫出來的。

　　工業(yè)軟件的體量小、研發(fā)周期長、投入大，這些特點決定了這是一條“慢”賽道，資本市場對它“愛不起來”。

　　這個行業(yè)里，很多老牌企業(yè)，像數(shù)碼大方，A輪融資還停留在十多年前，2003年成立的三維CAD公司新迪數(shù)字，一直到2021年才等來第一筆A輪幾千萬的融資。

　　這些“小打小鬧”的投入，對工業(yè)軟件的發(fā)展無異于“杯水車薪”，讓這個“爹不疼娘不愛”的行業(yè)，成為我國改革開放以來，唯一一個與國外同行差距越來越大的工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，想要奮起直追，有很大的難度。

　　但這又是一個關(guān)乎整個工業(yè)體系的技術(shù)領(lǐng)域，除了“自力更生”別無他途，需要以舉國體制來實現(xiàn)突破，是通往制造強國之路上，那些必做的“難而正確的事”。

　　【參考資料】

　　[1]《核心工業(yè)軟件：智能制造的中國“無人區(qū)”|亟待攻克的核心技術(shù)》科技日報 俞慧友

　　[2]《中國軟件失落的三十年，這里的黎明靜悄悄》風(fēng)云之聲 林雪萍

　　[3]《瞭望｜國產(chǎn)工業(yè)軟件遭遇三不管、四困境》《瞭望》新聞周刊?余蕊 羅姣娣?董道勇

　　[4]《破解工業(yè)軟件“扼喉”》財經(jīng)國家周刊 何豐倫 余蕊 羅姣娣 陳奧

　　[5]《這才是中國被卡脖子最嚴(yán)重的軟件》編碼珠璣

　　——END——

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