國產(chǎn)工業(yè)軟件如何奮起

今年六月中旬，一封由美國MathWorks公司發(fā)給哈爾濱工業(yè)大學(xué)（哈工大）的郵件在網(wǎng)上流傳。郵件顯示，由于哈工大被列入美國商務(wù)部實體名單，因此無法繼續(xù)使用MATLAB軟件。消息一出，輿論嘩然。

隨著討論的逐漸深入，一系列與MATLAB相似的軟件開始走進公眾視野：AutoCAD、CATIA、Ansys。這些名字看似陌生，但從根本上講，和每個人的生活息息相關(guān)。你住的房子、用的手機，設(shè)計階段需要用AutoCAD建模;飛機、導(dǎo)彈、火箭，大都需要用CATIA做三維模型;而家里的電器散熱好不好，數(shù)碼產(chǎn)品信號是否穩(wěn)定，這一類問題可以由Ansys解決。而哈工大被禁的MATLAB，是一款被稱為“工科神器”的數(shù)學(xué)軟件。雖然是“數(shù)學(xué)軟件”，但是其廣泛被用于自動控制、通信乃至金融領(lǐng)域，可謂無孔不入。

被禁了怎么辦？最直接的想法就是找替代產(chǎn)品，然而，潛在的替代方案并不令人滿意。同樣是隸屬工信部的國防類高校，來自南京航空航天大學(xué)的博士生鄭慧說，MATLAB最大的優(yōu)勢就是豐富的函數(shù)庫、工具包。雖說理論上可以用Python代替MATLAB，但由于缺少大量封裝好的底層函數(shù)，科研效率要降低10倍不止。而MATLAB另一大仿真模塊Simulink，則基本找不到替代品。

這次MATLAB被禁事件，讓國人看到了除芯片之外，另一個更值得重視的領(lǐng)域。只不過這個領(lǐng)域?qū)Υ蟊妬碚f過于“小眾”，要扒開重重迷霧才能看清：工業(yè)軟件，我們的國產(chǎn)替代能力究竟如何？

一個比芯片更受制于人的領(lǐng)域

為什么工業(yè)軟件如此重要？

走向智能研究院執(zhí)行院長趙敏認(rèn)為，智能制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)最內(nèi)核的就是工業(yè)軟件。

中國科協(xié)智能制造學(xué)會聯(lián)合體智能制造研究所副所長林雪萍說得更加直白：如果把人工智能、制造業(yè)升級轉(zhuǎn)型這些概念一層層扒開，最后剩下的就是工業(yè)軟件。

人們只知波音具有全球頂級的飛機設(shè)計制造技術(shù)，卻不知道波音787整個研制過程用了8000多種工業(yè)軟件，其中只有1000種是商業(yè)軟件，其他的7000余種是波音經(jīng)過多年積累自己開發(fā)的專用軟件，并不對外銷售。

我國要想達到波音的飛機研制水平，首先要具備那8000種工業(yè)軟件的水平。

但實際情況是，工業(yè)軟件成了我國工業(yè)行業(yè)中孱弱的領(lǐng)域，同歐美國家相比，我們在工業(yè)軟件上的落后之于芯片有過之無不及，差距至少有30年。

華為每年從國外進口上百億美元的芯片，卻鮮有人知道這些芯片的設(shè)計要依賴于EDA軟件。EDA中文名叫電子設(shè)計自動化，是集成電路最上游的產(chǎn)業(yè)，被稱為芯片之母。如果說芯片是軀殼，那EDA就是讓它動起來的靈魂。要制裁華為，更粗暴的辦法是取消EDA軟件授權(quán)，這也正是當(dāng)前美國政府的制裁手段之一。

不過很可惜，在EDA領(lǐng)域，三大巨頭Cadence、Synopsys和Mentor基本壟斷國內(nèi)市場。其中Mentor被德國西門子收購，而另外兩家均為美國企業(yè)。

在工業(yè)軟件分類中，以CAD、CAE、EDA為代表的研發(fā)設(shè)計類最為關(guān)鍵，也是國內(nèi)業(yè)界最為“瘸腿”的地方。

除了EDA軟件被國外企業(yè)把持之外，CAD和CAE處境同樣不樂觀。法國達索、德國西門子、美國PTC與Autodesk占據(jù)國內(nèi)CAD（計算機輔助設(shè)計）90%以上的市場份額;Ansys、Altair和MSC等國外產(chǎn)品基本壟斷了CAE（計算機輔助仿真）領(lǐng)域，這三家皆為美國公司。

2018年10月，美國商務(wù)部對國產(chǎn)新興存儲器企業(yè)福建晉華公司實施禁售令，不僅硬件供應(yīng)商停止了供貨，美國的工業(yè)軟件企業(yè)也應(yīng)聲停止供應(yīng)，投資370億元的福建晉華立刻陷入癱瘓。這就是工業(yè)軟件的威力。

根據(jù)業(yè)內(nèi)專家長期觀察與分析后的一致結(jié)論，工業(yè)軟件是改革開放以后，唯一一個與國外同行不斷拉大差距的工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。

工業(yè)軟件“失去的三十年”

我國工業(yè)軟件在上世紀(jì)八十年代曾經(jīng)出現(xiàn)了一波開發(fā)的小高潮，但隨著政策轉(zhuǎn)向，大好局面戛然而止。

根據(jù)林雪萍的說法，“七五”到“十五”（1986—2005）期間，國家對國產(chǎn)自主工業(yè)軟件一直有扶持政策。甚至在八十年代中后期，CAD、CAE領(lǐng)域出現(xiàn)了百花齊放的大好局面。那時，以清華、北航為代表的一大批科研人員投身到工業(yè)軟件的開發(fā)當(dāng)中，取得了非常積極的研究成果。但從2011年開始，中國信息化開始走兩化融合的道路，對國產(chǎn)自主工業(yè)軟件的支持，包括對相關(guān)企業(yè)的直接資金投入幾乎沒有了。此時，變成了另一種支持方式，工信部重點通過對制造業(yè)企業(yè)的補貼，拉動信息化建設(shè)。此舉帶來一個間接后果，國家補貼的大量“兩化”融合資金都去買了國外軟件。

客觀的說，這些政策有其積極的意義，通過對制造業(yè)直接補貼，企業(yè)快速提高了信息化能力，培養(yǎng)了一批信息化人才。但是，也正因為此，孱弱的國產(chǎn)工業(yè)軟件無法和強大的國外公司競爭，又缺少國家資助，便徹底斷糧了。

從那時起，我們的CAD/CAE軟件，陷入“失去的三十年”。從“十五”到“十二五”的15年間，根據(jù)統(tǒng)計，國家對CAD/CAE等核心工業(yè)軟件投入資金不超過2億元。而全球最大的CAE仿真軟件公司Ansys，在2019年一年的研發(fā)投入為2.98億美元，約為21億元人民幣。也就是說，一家國外企業(yè)一年的資金投入，是我們15年投入之和的10倍。

研發(fā)投入差距巨大的背后，還有更深層次的含義：國外廠商相對于國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)建立起了幾乎牢不可破的競爭優(yōu)勢。美國哥倫比亞大學(xué)商學(xué)院教授格林瓦爾德在《企業(yè)戰(zhàn)略博弈》一書中指出，對于企業(yè)而言，最強大的競爭優(yōu)勢就是規(guī)模經(jīng)濟與用戶忠誠度的組合。

聯(lián)系到上文所述，國外軟件在國內(nèi)市場的超高市場份額和研發(fā)投入強度，可以輕松算一筆賬。如果A公司產(chǎn)品在國內(nèi)市場占有率90%以上，B公司產(chǎn)品市場占有率不足10%，也就是A的1/10。A公司每年投入3億美元保證自己的技術(shù)領(lǐng)先，但由于其超高的市場占有率，平攤在每一套軟件上的研發(fā)成本（研發(fā)支出/產(chǎn)品銷量）非常低。即便B公司也投入了和A公司同樣多的研發(fā)資金，它平攤在每一套產(chǎn)品上的成本卻是A的10倍。

此時，B公司處在一種兩難境地。研發(fā)投入保持和A持平，則產(chǎn)品成本太高?？车舸蟛糠盅邪l(fā)投入，則技術(shù)跟不上A。要么因為沒有成本優(yōu)勢被市場淘汰，要么因為技術(shù)落后被市場淘汰。此時從商業(yè)競爭上說，B怎么做都難以與A抗衡。

把A替換成CAE領(lǐng)域的Ansys，或者DEA領(lǐng)域的Cadence，B換成一家國產(chǎn)工業(yè)軟件公司，整個商業(yè)案例絲毫沒有違和感。

然而，缺少資金投入只是看得見的原因，還有一些原因是“看不見的”，這些看不見的原因成了政策制定者和行業(yè)從業(yè)者的思想枷鎖。中國工程院院士倪光南說，我們在工業(yè)軟件、操作系統(tǒng)上比較弱，一個非常重要的主觀原因就是“重硬輕軟”。

2019年11月在“洞見2020中國企業(yè)服務(wù)年會”上，倪光南院士說，“軟件，地方負責(zé)部門都不愿意投資，因為投了軟件以后失敗的話，很難說得清楚。硬件可以有產(chǎn)方，幾百億設(shè)備也看得見，軟件一投下去，如果失敗的話，人一走什么都沒有了，所以也不愿意投”。但讓人啼笑皆非的是，“重硬輕軟”的思想用錯了地方。因為工業(yè)軟件是實實在在的工業(yè)品，不是軟件。工業(yè)軟件姓“工”不姓“軟”。

在林雪萍看來，這是“刻骨銘心的工業(yè)誤判”。工業(yè)軟件本質(zhì)是工業(yè)品，是工業(yè)的結(jié)晶，非IT的產(chǎn)物。因為它內(nèi)核凝結(jié)了工業(yè)化長期積累的工業(yè)知識、訣竅與經(jīng)驗。趙敏也曾表示，“沒有工業(yè)知識，沒有制造業(yè)經(jīng)驗，只學(xué)過計算機軟件的工程師，是設(shè)計不出先進的工業(yè)軟件的?！?/p>

先是誤把工業(yè)軟件當(dāng)成軟件，進而又犯了“重硬輕軟”的錯誤。錯上加錯，最終造成了現(xiàn)在工業(yè)軟件的困難局面。

中國工業(yè)軟件崛起新思路

國產(chǎn)工業(yè)軟件如何破局，要從歷史中找答案。

幾十年來，美國產(chǎn)業(yè)界從來沒有停止呼吁，要求政府定向支持工業(yè)軟件行業(yè)。從1995年開始，美國先后提出加速數(shù)字化建模仿真創(chuàng)新戰(zhàn)略、計算科學(xué)戰(zhàn)略;2009年發(fā)布《美國制造業(yè)——依靠建模和模擬保持全球領(lǐng)導(dǎo)地位》白皮書，將建模、模擬和分析的高性能計算，視為維系美國制造業(yè)競爭力戰(zhàn)略的王牌;2017年，美國國防部高級預(yù)研局DARPA提出了新的電子復(fù)興計劃（ERI），該計劃本意不是“復(fù)興”，而是指和其他國家相比技術(shù)領(lǐng)先不夠大，需要繼續(xù)投入資金保持更大的領(lǐng)先。資料顯示，僅在2018年，就有2.18億美元流入ERI，EDA三巨頭之一的Synopsys將從中獲得610萬美元。

美國工業(yè)軟件的發(fā)展歷程證明了，工業(yè)軟件的壯大離不開政府的長期支持。但對國產(chǎn)工業(yè)軟件來說，光有扶持是遠遠不夠的。既然已經(jīng)處于劣勢，那么更關(guān)鍵的問題是：面對競爭，采用什么方式才能發(fā)展起來？

通過分析MATLAB軟件的發(fā)展歷程，中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所研究員包云崗曾撰文提出了幾點建議：

一是把東西做出來，而不是追求把論文發(fā)出來。MATLAB的前身——EISPACK和LINPACK是兩個不經(jīng)意的產(chǎn)物，當(dāng)時Moler教授申請的項目沒有發(fā)表論文，只開發(fā)出了這兩個軟件，看似失敗，卻為以后MATLAB的誕生奠定了基礎(chǔ)。

二是把東西用起來，而不是做完就扔了?？此谱龀鰜淼膬蓚€軟件沒有論文，缺乏創(chuàng)新，但他們都是很實用的工具。EISPACK到現(xiàn)在被引用了1800多次;LINPACK則影響了世界超級計算機的發(fā)展。

三是把教學(xué)場景用起來，而不是把教學(xué)當(dāng)負擔(dān)。MATLAB是Coler教授想把兩個軟件應(yīng)用于教學(xué)的產(chǎn)物。當(dāng)時為了讓學(xué)生更好的學(xué)習(xí)線性代數(shù)，Coler教授自己動手寫了一個叫MATLAB的小工具，把兩個軟件接口封裝起來了。

四是樹立持久意識，不要期望速勝論。從第一版MATLAB到現(xiàn)在已有40年;第一代EDA到現(xiàn)在也有40年;Intel第一代微處理器距離現(xiàn)在已經(jīng)50年。MATLAB對應(yīng)公司MathWorks在1984年成立，但是只有1名員工，現(xiàn)在卻有3000多名員工，400多萬用戶，這才是持久戰(zhàn)獲勝的典范。

此外，在商業(yè)領(lǐng)域，工業(yè)軟件國際巨頭的發(fā)展同樣給中國產(chǎn)業(yè)界以啟示。在上世紀(jì)80年代AutoCAD如日中天之時，法國達索和美國PTC采用了一種非常巧妙的方式打破了壟斷——差異化策略。當(dāng)時，整個二維建模市場是AutoCAD的天下，直接正面競爭很難取勝。PTC與達索干脆越過二維，直接推出三維建模功能，用“降維打擊”的方式占領(lǐng)市場。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，現(xiàn)在三維建模因便利性和直觀性反而成了主流。這對中國工業(yè)軟件企業(yè)來說，具有借鑒性。

上文提到，即便是開發(fā)出了和Ansys、PTC一樣好的工業(yè)軟件，由于剛進入市場時市占率過低，不得不承擔(dān)過高的產(chǎn)品成本。如果無法商業(yè)化，便沒了造血功能，國家扶持可以讓企業(yè)長大，但是不能撫養(yǎng)企業(yè)一輩子。

如今CAD/CAE領(lǐng)域的巨頭，都是成功的商業(yè)公司。長遠來看，企業(yè)應(yīng)該避免直接與海外工業(yè)軟件巨頭直接對抗，而是轉(zhuǎn)向其覆蓋薄弱的領(lǐng)域。PTC用當(dāng)時非主流的三維建模贏得市場，再反過來奪取AutoCAD的二維建模市場份額，實踐證明其策略是成功的。

無獨有偶，2019年10月，國際事務(wù)處理性能委員會（TPC）宣布 ：在最新發(fā)布的TPC—C排行榜中，螞蟻金服自研數(shù)據(jù)庫OceanBase位列第一，超過Oracle（甲骨文公司）。僅一年后，OceanBase又打破自己在2019年創(chuàng)造的紀(jì)錄，將在線事務(wù)處理性能提高了10余倍。

數(shù)據(jù)庫作為工業(yè)軟件的一種，這樣的突破著實讓行業(yè)倍受鼓舞。OceanBase九年磨一劍，工業(yè)軟件行業(yè)至少從中能學(xué)到兩點：

第一，任何工業(yè)軟件的研制必須要有使用場景，堅持市場化導(dǎo)向。OceanBase的成長和過去9年淘寶“雙11”交易量增加是同步的。海量數(shù)據(jù)需要一款可靠的軟件來處理，倒逼之下，讓OceanBase不得不跑步前進。

第二，隨著新一輪科技革命的到來，新科技、新領(lǐng)域?qū)映霾桓F。利用新技術(shù)，快速切入暫時沒有被巨頭跟進的新領(lǐng)域，再擴張版圖，這或許是中國工業(yè)軟件崛起的一種新思路。

（來源：深科技）