重要性堪比芯片，95%被外资把持，却至今未被充分重视

　　2020年6月14日，哈尔滨工业大学飞行器设计专业的大三学生李栋，像往常一样打开电脑，要完成自己的设计作业。

　　一封未读邮件，加粗的字体，醒目又安静地躺在邮箱里。

　　邮件内容很短，却瞬间击中了他的心脏：“根据美国*最新的进出口管制名单，无法为您继续服务了。”

　　发件人落款为美国软件开发公司mathworks——与他日夜相伴的设计软件matlab，就是来自该公司。

　　【“卡脑袋”的工业软件】

　　接到这封邮件的，并不只是李栋一人。

　　他很快发现，同宿舍的、同专业的同学、机械专业的、车辆专业的，都收到了这样一封“无法为您服务”的邮件。

　　这让大学生们陷入了茫然无措中，因为这款名为matlab的软件，几乎等于他们的左右手。

　　这是一款商业数学及科学计算仿真软件，数值计算、机械化工、汽车航空等研究都少不了它，是不少理工科学生的“工科神器”。而且，由于它的数值计算和仿真模拟形成了一个完整的生态，几乎没有可替代性。

　　对于哈工大来说，matlab被禁用，意味着该校的教研工作将陷入“瘫痪”：哈工大师生在发表的论文中，不能使用利用matlab获得的图表、数据；学校已有的课件、科研项目都要大规模“转码”，未来几年内，新科研产出的难度陡增。

　　类似matlab这种一朝遭禁，中国就痛苦不堪的软件，其实为数不少，它们有一个总分类：工业软件。

　　虽然冠以软件之名，但工业软件的本质，其实姓“工”不姓“软”，它的内核是工业的积累，是将工业所涉及到的物理、化学、力学、材料科学等知识，以及设计、制造、工艺的积累，用程序的形式表现出来。

　　按照用途，工业软件可分为研究设计类、生产管控类和管理运营类，其中技术含量最高的，是研究设计类，它包括解放设计师双手、让设计师在电脑上就能作图的cad（计算机辅助设计）、验证设计出来的产品是否合格的仿真分析软件cae（计算机辅助工程），以及芯片设计软件eda。

　　这类软件是工业制造的大脑和神经，离开了它的协助，下游的生产制造就成了“无源之水”。

　　在苹果公司最新款的iphone13手机上，采用了拥有150亿个晶体管的a15仿真芯片，如果没有eda软件，这150亿个晶体管单靠工程师手绘的话，就是一个“不可能完成的任务”。

　　芯片之外，大到飞机、轮船，小到一辆汽车的研发设计，都离不开工业软件。它不仅能提高效率，还能极大地降低产品研发的成本。

　　以飞机为例，在过去，一架飞机设计出来后，需要在风洞中利用人工气流来模拟飞机飞行过程中，周围气流的分布和运动。

　　这不光费事，还意味着高额的投入。

　　一个完整的风洞，不光建设成本高达百亿美元，运行成本也不容小觑，是出了名的耗电大户。有人戏称，“风洞一响，黄金万两”。

　　新中国成立之初，由于担心影响西南地区的工业生产，中国围绕着是否要停止风洞建设，还出现过不小的争议。最后还是在钱学森的坚持下，才得以完整保留。

　　今天，尽管资金不再构成阻碍，但有了计算流体动力学软件cfd（computational fluid dynamics），许多风洞实验在软件上就可以完成，成本可以降低数百甚至上千倍。

　　遗憾的是，这些“大脑”和“神经”都握在美国和少数欧洲国家手中：

　　cad软件，超过90%的市场在德国西门子、美国ptc、autodest和法国达索手中；cae软件市场则是ansys、altair和msc三家美国公司的天下；eda软件也基本上被新思科技（synopsys）、凯登电子（cadence）和明导（mentor graphics）三巨头垄断，全球市占率超过60%。

2020年中国eda软件市场份额top4

　　这意味着，我国制造业使用的研发设计类工业软件，95%捏在别人手里。在地缘政治冲突背景下，这等于将我国制造业置于危险境地。

　　美国密西根大学研究cfd的roe教授有一句狠话：

　　“现在cfd分析已经完全代替实验用来设计工业产品，如果美国与欧盟真的会执行相关的政策，那估计中国飞机汽车制造商又要回去吹风洞了。”

　　卡脖子，是近年对芯片制约的比喻，在工业软件的领域，这一卡，直接卡在了脑袋上。

　　【”空心化“的中国工业软件】

　　1979年年初，沈阳的市民惊讶地发现，一片马达轰鸣声中，20辆*摩托车的开路车队，在大街上轰鸣而过。

　　但喜欢看热闹的市民很快发现，车队护送的不是外宾，而是两台计算机。

　　这是沈阳鼓风机厂订购的两台ibm 370/138大型计算机。与这两台计算机一起送来的，还有ibm的copics配套软件和八本黑皮封面的说明书。

　　copics是ibm 1970年代初研发的一款企业信息管理系统，而这八本黑皮说明书，则成为了中国工业软件的理论启蒙，在业内，它有个无人不知的俗称：黑八本。

　　作为沈阳鼓风机厂的对口单位，北京机械工业自动化研究所（简称“北自所”）开始了技术攻关，以蒋明炜为代表的北自所专家们，在消化、吸收“黑八本”的基础上，研发出了中国第一代的企业管理系统，拉开了中国工业软件发展的序幕。

　　1986年，工业软件发展纳入国家“863”计划，这一消息对我国的工业企业、科研院校是一个极大的鼓舞。当时，清华、北航、中科院的师生们提出“甩掉绘图板”的口号，投入到工业软件的研发中。

　　这可能是中国工业软件的第一个小阳春。

　　1990年代，在erp领域，北自所创办的北京利马和王德铭成立的上海启明，形成“北利玛、南启明”的南北格局；cad/cae领域也百花齐放，在国家机械部（机电部）“cad攻关项目”、国家科委“863/cims”的支持下，涌现出熊猫cad、中科院飞箭、大连理工jifex等商业和企业自用工业软件。

　　数据显示，90年代中后期，我国工业软件的市占率达到25%，在一些专项领域，甚至高达45%。

　　但工业软件迅猛发展的势头，却在进入新世纪后戛然而止。

　　随着加入wto，中国的大门也随之打开，与国外高端设备一起进入中国市场的，还有国外的工业软件。通过赠送、默认盗版等方式，国外工业软件展开了对中国工业软件的围剿。

　　市场总是遵循典型的实用主义。面对界面更友好、速度更快、价格更便宜的产品，企业的天平倾向了国外工业软件，我国工业软件的市场份额从25%急剧下降到5%，工业软件成为“空心”产业：

　　一是工业知识与经验的空心化。企业的生产流程、工艺等数据沉淀在国外工业软件，既帮助国外工业软件持续迭代，又培养用户习惯，对其形成依赖。工业软件由此出现“强者恒强”的马太效应，中国工业软件生存空间进一步被压缩。

　　给哈工大带来困扰的matlab软件，它的代码其实并不复杂，但多年来，通过用户不断使用中形成的技术与数据沉积，才是它最深厚的壁垒。

　　其次是人才的空心化。通过向高校赠送软件的方式，高校成为国外工业软件的推广阵地，只教授学生工业软件的操作，却忽视了基础研究人才的培养。

　　2021年发布的《关键软件人才需求预测报告》显示，到2025年，中国工业软件人才将出现12万的缺口。但在现实中，国内真正从事工业软件研发的人数很少。有数据显示，我国eda软件研发，工程师加上学生，也不到1000人，而仅synopsys一家公司，员工就有一万人。

　　【一次惨痛的误判】

　　2018年7月下旬，在美国旧金山，几百个肤色各异、穿着格衬衫、牛仔裤、套头帽衫的人，正在举办一场集会。

　　这些人的打扮，让这场集会注定与时尚和潮流无关。但它的意义，却远迈任何流行音乐节。

　　这是美国电子复兴计划（eri）的首次峰会。

　　eri是摩尔定律走向终结之际，美国开启的另一场科技强国运动。按照该计划，美国将在自2017年的未来5年内，投资15亿美元推动美国电子行业持续领先。

　　站在eri背后的，是美国国防高级研究计划局（darpa）。

　　这个成立于1958年的机构，其创建的使命就是支持关乎美国国家安全、核心竞争力的前沿科技。大半个世纪以来，美国能在电子和半导体领域保持领先地位，背后少不了darpa对半导体材料、精密制造和集成电路持续的支持与推动。

　　自2017年以后，目睹微电子技术越来越接近发展临界点，darpa又把美国的未来押在量子计算、ai、智能制造这些前沿技术上，并在2017年设立了eri专项计划。

　　在2018年的首次峰会上，eri把最大一笔款项2400万美元，拨给了美国eda巨头cadence公司，另外一笔610万美元的资助，则给了eda三巨头之一的synopsys。这两家公司获资助的项目都与工业设计相关。

　　在美国，工业软件被提升到了关乎国家战略与命运的地位。

　　工业软件的重要性是否是危言耸听？美国的战略计划，是否有事实的依据？有两组数据，很能说明问题。

　　2020年，全球eda市场规模才115亿美元，但它却撬动了一个规模高达1267亿美元的存储芯片市场，实现了11倍的杠杆率。如果没有eda设计软件，芯片也不过是一堆硅土。

　　2021年，普华永道针对德国企业的一项调查显示，德国市值最高的企业是sap，市值高达1180亿美元。而论营收，sap 2020年的营业收入才311亿美元，不到市值第二的西门子营收的一半，只有市值第三的大众集团营收的十分之一。

　　sap研发的企业资源管理软件，其实在工业软件中技术含量较低，但营收与市值的反差，却是它在行业重要性的体现。

　　来自国家战略、产业和资本市场的三重“高估值”，使得美国*与企业默契地达成了一致——绝不吝惜在工业软件领域持续投资。

　　nsf（美国国家科学基金会）在30年间，资助了1190个eda软件项目，平均一年40个；

　　cae软件第一大公司ansys每年的研发投入，占其营业额的17%～18%，光2019年的研发投入，就约3亿美元。这个数字，是我国“十五”到“十二五”15年间，在cad和cae等核心工业软件上投资金额的10倍。

　　惊人的数字差距背后，是理念上的差异。

　　我国对工业软件最大的误判，是把它当作软件的分支，而非工业的大脑，自然也没有给予足够的重视。

　　即使到了2018年，在当年发布的《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》中，“工业软件”也只出现在第四级目录中，是“新兴软件和服务”方向下11个子项目之一。

　　这个定位，让工业软件失去了应有的资金支持。据业内人士反映，从“十二五”起，国产自主工业软件研发，就再也没有从国家部委获得资金支持。相反，本着“造不如买，买不如租”的理念，国家补贴给制造企业的钱，都拿去买国外的工业软件了。

　　正是这种“拿来主义”，不仅让我国的工业软件比国际最高水平落后了30年，在材料、航空制造等领域，也一度因为核心技术的缺失，不断被“卡脖子”。

　　为此，我国工程院院士倪光南呼吁：“关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的，大国重器一定要掌握在自己手里。”

　　【智能制造的阿喀琉斯之踵】

　　武汉市九省通衢，是全球制造业生产链上的重要节点。

　　在距离武汉市不到100公里的卫星城市里，分布着大量快反工厂。在这里，衣服设计的迭代就如同网页的迭代，是以秒来计算的。一件羽绒服从上线到完工，只需要130秒。

　　这种小批量、多款式、多批次生产的柔性供应链，是制造业向智能制造升级大背景下，对企业供应链的数字化改造。“小单快反”能够实现，得益于上游工业设计软件对市场数据的快速处理和反应。

　　我国制造业正在向智能制造升级，未来会有越来越多类似武汉“快反工厂”的智能升级。但如果剥开智能制造大数据、人工智能的外衣，它的核心还是工业软件。

　　在最早提出“工业4.0”智能制造的德国，最接近工业4.0这个目标的，是一家位于德国纽伦堡以东约60公里维尔斯河畔的工厂——安贝格工厂。

　　在这里，每秒就能生产一个产品，产品合格率接近100%。其中，75%的工序由生产设备和电脑完成，工人只负责剩下的1/4工作。工厂建成以来，面积和员工数量没有改变，产能却提升了8倍。

安贝格工厂 来源：e-a.hu

　　这座最接近德国工业4.0的未来工厂，是西门子一手打造的。

　　很多人对西门子的印象，还停留在这是一家生产冰箱、洗衣机的硬件公司。事实上，西门子花了近二十年的时间，通过收购逐渐完成了向工业软件公司的蜕变：目前，西门子是欧洲仅次于sap的软件公司，也是世界十大软件供应商之一。

　　软件，正是安贝格工厂的“大脑”。

　　我国《“十四五”智能制造发展目标》中，明确提出了我国智能制造的目标。但是“瘸腿”的工业软件如果不能实现突破，将成为中国智能制造的阿喀琉斯之踵。

　　matlab被禁用后，哈工大师生用python、octave这类产品，勉强替代了matlab数值计算部分的功能，但其配套的simulink仿真模拟功能，几乎没有产品可以替代。

　　不少哈工大计算机学院科创俱乐部的学生很气愤，提出“既然不让用，我们自己搞”。但哈工大的老师并不乐观：matlab本身的代码、编程并不难，但几十年使用过程中的积累和迭代，不是几个学生写代码就能写出来的。

　　工业软件的体量小、研发周期长、投入大，这些特点决定了这是一条“慢”赛道，资本市场对它“爱不起来”。

　　这个行业里，很多老牌企业，像数码大方，a轮融资还停留在十多年前，2003年成立的三维cad公司新迪数字，一直到2021年才等来第一笔a轮几千万的融资。

　　这些“小打小闹”的投入，对工业软件的发展无异于“杯水车薪”，让这个“爹不疼娘不爱”的行业，成为我国改革开放以来，唯一一个与国外同行差距越来越大的工业技术领域，想要奋起直追，有很大的难度。

　　但这又是一个关乎整个工业体系的技术领域，除了“自力更生”别无他途，需要以举国*来实现突破，是通往制造强国之路上，那些必做的“难而正确的事”。