【工业软件】中、日、美、德,四国工业软件比较

作者:道哥 来源:新材道

1991年,海湾战争爆发前,美国情报部门获悉,伊拉克从法国购买了一种用于防空系统的新型电脑打印机,准备通过约旦首都安曼偷运到巴格达。美国在安曼的特工人员立即行动,把一套带有病毒的同类芯片换装到这种电脑打印机里,从而通过打印机使病毒侵入到了伊拉克军事指挥中心的主机。

据称,微机芯片是美国马里兰州米德堡国家安全局设计的,病毒名为AFgl。当美国领导的多国部队发动“沙漠风暴”行动空袭伊拉克时,美军用无线遥控装置激活了隐藏的病毒,攻击伊拉克的指挥控制网络系统,使其完全失效,整个伊军只能任人宰割。

2010年,在国际原子能机构向理事会公布有关伊朗核活动评估报告前夕,伊朗核设施突然遭受病毒攻击,纳坦兹铀浓缩工厂数以千计IR-1离心分离机因技术故障被迫临时“停工”,最终导致其核发展计划推迟了至少两年。

伊朗中的毒被称为“震网”,也叫做“超级工厂病毒”。这种病毒是世界上第一个专门攻击工业控制系统的病毒,而且专门在西门子监控与数据采集系统中传播,夺取电脑系统控制权,核电站、水坝、国家电网……都是它的攻击目标。

而同年9月,瑞星就监测到这个席卷全球工业界的病毒已经入侵中国。

以上,都是清华大学计算机网络教科书中的例证。令人不寒而栗的是,这好莱坞碟中谍般的剧情有可能在我国80%~90%的高端进口工业设备中上演

↓↓↓局座召忠借伊朗离心机事件呼吁:要独立造芯片,否则很容易被“震网”攻击

为什么是工业设备?还不是因为其中藏着看不见的工业软件

这不禁让人想问,欧美的工业软件究竟有多牛?

美国

美国最大的工业软件公司不是微软,不是谷歌,更不是苹果,而是洛克希德·马丁公司。没听说过这个名字不要紧,你一定听说过他家的产品:

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没错,世界最大的工业软件公司同时也是世界头号军火贩子

上世纪60年代,人工手绘图件已经无法驾驭越来越复杂的产品需求,波音、洛克希德、NASA等航天巨头开始研发工业软件来代替人工制图。计算机技术能更好的表达产品需求,并且能免除人力驱动物理设备。

洛克希德公司看的心里直痒痒,70年代冷战时期,美国为了缩减昂贵的军用软件开支,搞了一次军民融合,洛克希德公司瞅准机会和一群同样财大气粗心里痒痒的军火商、汽车商扎进了工业软件领域。可以说CAD产业就是军火贩子们搞起来的

这一时期开发的工业软件都是企业自用,后来为了赚取利益很多软件转为商用,现在仍然活跃在市场上的有洛克希德掏钱,达索开发的CADAM;麦道开发的UG;西屋电气太空核子实验室开发的ANSYS等等。

德国

德国最大的工业软件企业同样不是西门子,不是大众,也不是蒂森克虏伯。而是SAP SE(思爱普。虽然只是一家软件公司,但这是一家引领德国工业4.0国家战略的公司。虽然它在2019年世界500强中只排名427位,但世界500强中80%的公司都是它的客户。

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著名的SAP(System Applications and Products)软件就是这家公司的产品,它是ERP(Enterprise-wide Resource Planning,芯片设计生产必备神器)解决方案的先驱,也是全世界排名第一的ERP软件。每分每秒,SAP软件运行在全球 120多个国家超过172,000家企业的机房里。

顺便说一句,万一SAP断供中国,国内三分之一的芯片企业会死的很难看。为什么会这样?因为软件是芯片的“灵魂”,没有软件,芯片就无法正常使用。

举两个例子,2018年4月中兴事件时,美国一家EDA软件公司CADENCE响应美国商务部号召,对中兴禁售软件,其结果就是中兴每年花六七十亿美元进口的芯片,由于没有电子设计软件可用,瞬间化作一堆硅土。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,美国工业软件企业应声断供,投资370亿元的福建晋华立刻陷入瘫痪。

怎么样?碟中谍的剧情已经在上演了。

这时候可能有人会说:幸亏SAP是德国的,不是美国的。呵,算了吧,工业软件这种要命的领域,只分为自己的,和别人的

日本

日本的工业软件发展就比较畸形了。作为全球第三大经济体的日本,在软件销售方面仅次于美国,但日本本土的工业软件却没有拿得出手的品牌。

这可能跟日本企业家对“物”的疯狂迷恋有关。日本企业似乎只愿意在制造硬件方面下功夫,不愿意花钱花精力去研发软件,他们更青睐于软件的外包开发。

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日本企业内部自用软件开发占比20%,外包则达到惊人的70%,购买成熟商业套装软件只占10%。

现在全球软件外包市场规模达到1000亿美元,而日本一家就占了十分之一。经常帮日本写代码的主要是印度、中国和爱尔兰的码农,连百度上都有专门的词条解释“对日软件外包”。

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虽然日本没有蓬勃全面的工业软件产业,但其实日本在某些方面颇有建树。这源于日本企业的蜜汁爱好:他们及其喜爱嵌入式软件的开发。机床、机器人和汽车,是日本世界级品质的嵌入式软件的三大载体。

事实上,所有带有数字接口的设备,如手表、微波炉、手机、数字电视、汽车等都使用嵌入式系统,并且嵌入式软件涉及的领域非常广泛。日本的这点小爱好,妥妥的让日本小精尖的电子产品称霸世界几十年。

当然,一个发展畸形的工业软件体系是无法一直为日本制造业护航的,近年来,日本制造业明显的下滑态势已是全球公认。

捋完这一遍我们发现,能叫得出名字的企业和软件都来自欧美。啧啧啧,老牌工业强国已经垄断了全球的工业软件市场,掐住了全世界的脖子。

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全球主流工业软件厂商

中国

老牌工业强国在工业软件领域独领风骚,日本畸形发展,中国……

中国的工业软件领域,一片死寂。

中国作为世界第二大经济体,拥有最全工业体系,却混的还不如日本,究竟是怎么回事?

二十世纪八十年代正是欧美工业软件的黄金发展期,而中国对工业软件的认知还是零。伴随着昂贵的IBM大型机、VAX小型机、Apolo工作站的引入,上面附带的一些CG、CAD软件,才为国人打开了工业软件神奇世界的大门。

开始的十多年国家对发展自主工业软件非常重视,颁布过一系列扶持文件,有“CAD攻关项目”、国家科委(科技部)的“863/CIMS、制造业信息化工程”。于是在二维CAD领域迎来了发展的小阳春。以北航、清华为代表的一批院校科研人员开始做相关的软件开发。出现了高华CAD、CAXA电子图版、开目CAD、浙大大天CAD中科院飞箭、郑州机械所紫瑞、大连理工JIFEX、中航APOLANS、HAJIF等软件。国产CAX软件公司如雨后春笋般发展起来。

中科院飞箭有限元软件是其中的佼佼者。中科院梁国平教授在美国做访问学者期间亲眼看到了国外有限元领域的发展,他深刻地认识到,由于有限元软件的适用面广、通用性强、程序复杂、编程和计算存储量大,所以编写和开发需要大量的人力和时间,这是一般没有专门的软件研发机构而要用到有限元软件的公司和研究所所远远不能承受的。于是1983年梁国平教授回国,准备开发有限元程序自动生成系统。
1989年,52岁的梁国平终于开发出该系统的第一版。该版解决了有限元程序中线性部分的程序自动生成问题。之后的两年,又完成了非线性的程序自动生成的部分。这就是FEPG,后来被称为飞箭。其最大的原创性是有限元语言,执行效率很高。这个创举,连当时世界排名第二的仿真软件公司MSC都注意到了。从报纸上看到这条消息之后,MSC甚至跑过来跟梁先生谈收购。

梁国平的成果得到了广泛的肯定。一时间赞誉无数。

1993年7月26日的《人民日报》曾经如此报道,“梁国平首创有限元程序自动生成系统,数天内可完成数月才能完成的编程工作”。
严谨的中科院鉴定委员会1993年8月也给出了这样的评价,“该系统不同于通常的有限元程序,而是有限元程序的生成系统,使用者只要提供相应信息,就能自动生成所需的有限元FORTRAN源程序…,该系统已达到国际领先水平。”

终于,1999年,北京飞箭软件有限公司在北京瑞星电脑科技公司董事长兼总经理王新和台湾著名企业家陈荣课的个人投资和帮助下成立了。并在第二年开发了全球首套互联网有限元软件。

此时的飞箭不仅是国内领先的软件公司,更是仿真建模领域的意见领袖。2007年,中科院与飞箭向国务院提出了发展建模仿真的战略建议,这比美国国家科学基金委的《基于仿真的工程科学SBES》报告还要早。但这两份报告却有着截然不同的命运。我们的发展建模仿真战略建议石沉大海,美国却在2009年确立了计算仿真国家战略。
至此,高低立现。
除了飞箭,当时还有一个响当当的名字:SAP84。这是北大力学系袁明武教授以美国加州伯克利大学SAP80软件为基础主持开发的。经历了学习消化和自主创新阶段,到1984年的时候,新版本功能大大超过了当初的SAP80,这也是产品名称中“84”的由来。袁明武教授彼时已经坚定地认为,开发工业软件,是力学与工程实践相结合的必由之路。

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后来这个软件的各个版本,被国内一千多家用户应用于在工程设计和研究的场合。在长江三峡大坝的初步设计、黄河小浪底枢纽工程抗震分析、北京西客站屋顶结构等都有用过,也曾用于客车车身优级强度验算等机械产品。然而,这个面向通用仿真的软件,最终折在了商业应用的道路上。

当时,大多数国产软件都是在商业应用上阵亡的。其中有内忧,也有外患。

内忧是:工业软件最大的特点是它需要依赖工业数据和工业知识,依赖用户的使用和“反哺”。而这一时期的CAX软件大多数出自高校和科研院所,或者一些纯IT公司,工业企业基本上不参与软件开发,也不屑于使用。这就为软件应用的埋下隐患——脱离了用户的学院派”绝大多数不适合企业应用

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外患是:正当飞SAP84们摩拳擦掌准备大干一番的时候,国外工业软件大举进入我国市场。在这种看不见的领域,美国商业化成熟度很高的ANSYS、MSC,友好亲和的用户界面,奇快的计算速度,迅速捕获了用户的心,一时“国产软件跟国外没法比”的刻板印象挥之不去,甚至直到现在。

国产工业软件终于销声匿迹。于是乎,国内市场在核心工业软件领域:CAD研发设计类软件市场,被法国达索、德国西门子、美国PTC以及美国Autodesk公司占据达90%以上,国内数码大方、中望软件等只占不到10%的市场。CAE仿真软件市场领域,被美国ANSYS、美国ALTAIR、美国MSC等公司占据了几乎全部市场份额。技术含量较低的生产管理类工业软件领域,高端市场被德国SAP与美国ORACEL公司垄断90%以上用友、金蝶等国内软件企业虽然能占据中低端市场的80%左右然而产品附加值极低,2017年德国SAP公司营收达235亿欧元,国内软件龙头企业用友网络只有63亿元人民币。

现在,当年的飞箭软件还在运行的大概还有几百套,每年飞箭公司都在坚持产品迭代和推出新的产品。而同一时期出品的软件现在还能使用的少之又少,它们藏在工业软件庞大市场夹缝中求生,规模极小,知名度极低,有的甚至连产品logo都找不到。

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只找到这么多了

国产工业软件的发展契机与突围

这几年,德国搞起了工业4.0,美国搞了工业互联网,中国也提出了制造强国。

工业互联网、人工智能、大数据,将这些概念一层层剥光了衣服,最内核的就是工业软件。

美国国家航空航天局联合GE、普惠等公司,研发并在20年间不断发展的NPSS软件,内嵌大量发动机设计知识、方法和技术参数,一天之内就可以完成航空发动机的一轮方案设计。

波音787的整个研制过程用了8000多种工业软件,其中只有不到1000种是商业化软件,其余的7000多种都是波音多年积累的私有软件,不对外销售,包含了波音公司核心的工程技术。

时至今日,当每一件工业品,几乎都是工业软件的结晶;当每一台装备,离开了软件都不能运行;当工业4.0变成德国的国家名片,智能制造到了举国热浪的阶段,国人重新认识到,工业软件在其中举足轻重的作用。

没有工业软件,智能制造就是空想。

 

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来源:赛迪智库

过去三十年来直接引进的模式,让一些工业企业习惯于购买和应用国外巨头的工业软件,对自主可控工业软件的重要性缺乏理解和认识,不主动积累基础工艺研发和实验数据,不主动布局工业技术的软件化建设,不主动培育和孵化工业软件企业。

我国工业化进程中产生的许多核心技术、知识经验和数据,一方面散落在各个企业,闭锁在技术人员头脑中,随着人员的流动而不断耗散和流失;另一方面,因为工业企业大量应用国外软件,也直接为国外巨头的发展积累了大量宝贵数据和经验。

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 来源:赛迪智库

我国工业软件要突围就要冲破基础薄弱、创新不足、应用困难和人才短缺四大短板的制约。

好在,我们还有自己的优势:

首先在于场景,类似移动互联网,中国制造的生态和产业链丰富,有足够多的场景去需要工业软件,德国或者美国的工业软件都是军工、航天或者汽车领域催生出来的。中国的工业软件也许会走一条不一样的路,比如选择的一些基本的物流或者核电等行业,也是大量需要工业软件的。

大量的应用场景带来的是理论方法的创新,最新的多领域物理统一建模理论方法,与技术所创造的知识自动化技术体系,正在使得工业软件生成方式发生改变。而经过十一五、十二五的一些前期工作,中国在这方面已经慢慢有所建树。

如果可以深入持续的开展工业知识(模型)的表达与互联研究,建立模型重用、在新工科教育中强化工业软件的基础作用、制定相关产业联动政策鼓励工业界采用国产替代技术等,未来还是有所期待的。

最后是体制,工业软件需要从上层标准的建立,来确定底层的开发设计逻辑。“所以很多人建议把工业软件的发展放到航空、航天、兵工、船舶等行业同等重要的地位,发挥我们举国体制优越性,破解工业软件受制于人的局面。

参考资料:

知乎:可怕的沉默——国产工业软件  林雪萍 赵敏

科技日报:核心工业软件:智能制造的中国“无人区”

风云之声:中国工业软件失落的三十年,这里的黎明静悄悄  林雪萍

赛迪智库:中国工业软件发展白皮书(2019)

36氪:日本软件业的迷思录

电科技:国之重器沦为能见度极低的产业,中国仿真软件三十年坎坷路

 

 

原文始发于微信公众号(产业智能官):【工业软件】中、日、美、德,四国工业软件比较


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