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耽誤了30年,國產工業軟件如何奮起?

http://finance.sina.com   2020年07月31日 03:53   北京新浪網

  來源:DeepTech深科技

  在德國,市值最高的企業是哪一家?大衆,還是戴姆勒?

  其實它們都不是。

  德國市值最大的企業叫 SAP。論市值,SAP 是大衆的 2.6 倍;論營業收入,SAP 卻只有大衆的 1/10。 

  2.6 倍與 1/10,這種反差體現的正是行業對二者重要性估值的差異。在世界 500 強中,80% 以上使用 SAP 的產品。沒有大衆可以用豐田、福特,沒有了 SAP 卻很難找到同等水平的替代品。

  作爲業務管理類軟件,同時也是工業軟件的一種,SAP 就像是催化劑——讓看似笨重的產線、機器、廠房串聯起來,實現智能化與數字化。

  然而,要知道的是,業務管理類軟件,只是工業軟件中技術含量較低的一種。如果把工業軟件比喻成雪頂冰淇淋,研發設計類軟件才是最頂上的那顆櫻桃。被科研、工程人員所熟知的 CAD、CAE 以及 EDA 軟件均屬於這一類。 

  今年六月中旬,一封由美國 MathWorks 公司發給哈爾濱工業大學(哈工大)的郵件在網上流傳。郵件顯示,由於哈工大被列入美國商務部實體名單,因此無法繼續使用 MATLAB 軟件。

圖:MathWorks 公司回覆哈工大的郵件圖:MathWorks 公司回覆哈工大的郵件

  消息一出,輿論譁然。隨着討論的逐漸深入,一系列與 MATLAB 相似的軟件開始走進公衆視野: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。

  你住的房子,用的手機,設計階段需要用 AutoCAD 建模;飛機、導彈、火箭,大都需要用 CATIA 做三維模型;而家裏的電器散熱好不好,數碼產品信號是否穩定,這一類問題可以由 Ansys 解決。

  而哈工大被禁的 MATLAB,是一款被稱爲 “工科神器” 的數學軟件。雖然是“數學軟件”,但是其廣泛用於自動控制、通信、乃至金融領域,可謂無孔不入。

  被禁了怎麼辦?最直接的想法就是找替代產品,然而經過 DeepTech 的調查,潛在的替代方案並不令人滿意。

  同樣是隸屬工信部的國防類高校,來自南京航空航天大學的博士生鄭慧對 DeepTech 說,MATLAB 最大的優勢就是豐富的函數庫、工具包。雖說理論上可以用 Python 代替 MATLAB,但由於缺少大量封裝好的底層函數,科研效率要降低 10 倍不止。

圖:MATLAB 繪製複雜函數圖像 (來源:谷歌)圖:MATLAB 繪製複雜函數圖像 (來源:谷歌)

  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域。只不過這個領域對大衆來說過於“小衆”,要扒開重重迷霧才能看清:工業軟件,我們的國產替代能力究竟如何?

  這是一個比芯片更受制於人的領域

  如果說芯片是我國工業領域的短板,那麼工業軟件就是“斷板”。

  爲什麼工業軟件如此重要?

  走向智能研究院執行院長趙敏認爲,智能製造、工業互聯網最內核的就是工業軟件。

  中國科協智能製造學會聯合體智能製造研究所副所長林雪萍說的更加直白,如果把人工智能、製造業升級轉型這些概念一層層扒開,最後剩下的就是工業軟件。

  人們只知波音具有全球頂級的飛機設計製造技術,卻不知道波音 787 整個研製過程用了 8000 多種工業軟件,其中只有 1000 種是商業軟件,其他的 7000 餘種是波音經過多年積累自己開發的專用軟件,並不對外銷售。

  我國要想達到波音的飛機研製水平,首先要具備那 8000 種工業軟件的水平。

圖:CATIA 在航空領域的應用 (來源:谷歌)圖:CATIA 在航空領域的應用 (來源:谷歌)

  但實際情況是,工業軟件成了我國工業行業中孱弱的領域,同歐美國家相比,我們在工業軟件上的落後之於芯片有過之無不及,差距至少有 30 年。

  華爲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計要依賴於 EDA 軟件。

  EDA 中文名叫電子設計自動化,是集成電路最上游的產業,被稱爲芯片之母。如果說芯片是軀殼,那 EDA 就是讓它動起來的靈魂。要制裁華爲,更粗暴的辦法是取消 EDA 軟件授權,這也正是當前美國政府的制裁手段之一。

  不過很可惜,在 EDA 領域,三巨頭 Cadence、Synopsys 和 Mentor 基本壟斷國內市場。

  其中 Mentor 被德國西門子收購,而另外兩家均爲美國企業。

  在工業軟件分類中,以 CAD、CAE、EDA 爲代表的研發設計類最爲關鍵,也是國內業界最爲 “瘸腿” 的地方。

  除了 EDA 軟件被國外企業把持之外,CAD 和 CAE 處境同樣不樂觀。

  法國達索、德國西門子、美國 PTC 與 Autodesk 佔據國內 CAD(計算機輔助設計)90% 以上的市場份額;

圖:AutoCAD 建模界面 (來源:谷歌)圖:AutoCAD 建模界面 (來源:谷歌)

  Ansys、Altair 和 MSC 等國外產品基本壟斷了 CAE(計算機輔助仿真)領域,這三家皆爲美國公司。

  2018 年 10 月,美國商務部對國產新興存儲器企業福建晉華公司實施禁售令,不僅硬件供應商停止了供貨,美國的工業軟件企業也應聲停止供應,投資 370 億元的福建晉華立刻陷入癱瘓。

  這就是工業軟件的威力。

  根據業內專家長期觀察與分析後的一致結論,工業軟件是改革開放以後,唯一一個與國外同行不斷拉大差距的工業技術領域。

  工業軟件“失去的三十年”

  我國工業軟件在上世紀八十年代曾經出現了一波開發的小高潮,但隨着政策轉向,大好局面戛然而止。

  用一句話形容這段歷史,就是“在最需要舉國體制的地方,反而沒了舉國體制”。

  根據林雪萍的說法,“七五”到“十五”(1986-2005)期間,國家對國產自主工業軟件一直有扶持。甚至在八十年代中後期,CAD、CAE 領域出現了百花齊放的大好局面。

  那時,以清華、北航爲代表的一大批科研人員投身到工業軟件的開發當中,取得了非常積極的研究成果,但正是需要進一步政策加碼的時候,風向變了。

  從 2011 年開始,中國信息化開始走兩化融合的道路,對國產自主工業軟件的支持,從科技部轉向了工信部。由於工信部並不對認爲屬於基礎科研的工業軟件研發進行補助,國家對相關企業的直接資金投入幾乎沒有了。

  此時,變成了另一種支持方式,工信部重點通過對製造業企業的補貼,拉動信息化建設。此舉帶來一個間接後果,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,通過對製造業直接補貼,企業快速提高了信息化能力,培養了一批信息化人才。但是,也正因爲此,孱弱的國產工業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”的十五年間,根據統計,國家對 CAD/CAE 等核心工業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 年一年的研發投入爲 2.98 億美元,約爲 21 億人民幣。

圖:Ansys 對流體問題進行仿真分析 (來源:谷歌)圖:Ansys 對流體問題進行仿真分析 (來源:谷歌)

  也就是說,一家國外企業一年的資金投入,是我們 15 年投入之和的 10 倍。

  研發投入差距巨大的背後,還有更深層次的含義:國外廠商相對於國內企業已經建立起了幾乎牢不可破的競爭優勢。

  美國哥倫比亞大學商學院教授格林瓦爾德在《企業戰略博弈》一書中指出,對於企業而言,最強大的競爭優勢就是規模經濟與用戶忠誠度的組合。

  聯繫到上文所述,國外軟件在國內市場的超高市場份額和研發投入強度,可以輕鬆算一筆賬。

  如果 A 公司產品在國內市場佔有率 90% 以上,B 公司產品市場佔有率不足 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領先,但由於其超高的市場佔有率,平攤在每一套軟件上的研發成本(研發支出 / 產品銷量)非常低。即便 B 公司也投入了和 A 公司同樣多的研發資金,它平攤在每一套產品上的成本卻是 A 的 10 倍。

  此時,B 公司處在一種兩難境地。

  研發投入保持和 A 持平,則產品成本太高。砍掉大部分研發投入,則技術跟不上 A。要麼因爲沒有成本優勢被市場淘汰,要麼因爲技術落後被市場淘汰,此時從商業競爭上說,B 怎麼做都難以與 A 抗衡。

  把 A 替換成 CAE 領域的 Ansys,或者 DEA 領域的 Cadence,B 換成一家國產工業軟件公司,整個商業案例絲毫沒有違和感。

  在 2017 年 2 月一次工信部研討會上,走向智能研究院執行院長趙敏呼籲,希望高層決策者要像重視核高基項目一樣,拿出一兩萬億的專項經費精準扶持中國的工業軟件企業。會後,一位資深專家對他說,要真的做好這件事,一兩萬億是不夠的。

  缺少資金投入是看得見的原因,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從業者的思想枷鎖。

  中國工程院院士倪光南說,我們在工業軟件、操作系統上比較弱,一個非常重要的主觀原因就是“重硬輕軟”。

  在 2019 年 11 月的 “洞見 2020 中國企業服務年會” 上,倪光南院士說,“軟件,地方負責部門都不願意投資,因爲投了軟件以後失敗的話,很難說得清楚。硬件可以有產方,幾百億設備也看得見,軟件一投下去,如果失敗的話,人一走什麼都沒有了,所以也不願意投”。

  但讓人啼笑皆非的是,“重硬輕軟”的思想用錯了地方。因爲工業軟件是實實在在的工業品,不是軟件。工業軟件姓 “工” 不姓“軟”。

  在林雪萍看來,這是“刻骨銘心的工業誤判”。工業軟件本質是工業品,是工業的結晶,非 IT 的產物。因爲它內核凝結了工業化長期積累的工業知識、訣竅與經驗。

  趙敏也曾對媒體表示,“沒有工業知識,沒有製造業經驗,只學過計算機軟件的工程師,是設計不出先進的工業軟件的。”

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

  希望在何方?

  國產工業軟件如何破局,要從歷史中找答案。

  幾十年來,美國產業界從來沒有停止呼籲,要求政府定向支持工業軟件行業。

  從 1995 年開始,美國先後提出加速數字化建模仿真創新戰略、計算科學戰略;

  2009 年發佈《美國製造業——依靠建模和模擬保持全球領導地位》白皮書,將建模、模擬和分析的高性能計算,視爲維繫美國製造業競爭力戰略的王牌;

  2017 年,美國國防部高級預研局 DARPA 提出了新的電子復興計劃(ERI),該計劃本意不是“復興”,而是指和其他國家相比技術領先不夠大,需要繼續投入資金保持更大的領先。

  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。

  美國工業軟件的發展歷程證明了,工業軟件的壯大離不開政府的長期支持。

  但對國產工業軟件來說,光有扶持是遠遠不夠的。既然已經處於劣勢,那麼更關鍵的問題是:面對競爭,採用什麼方式才能發展起來? 

  通過分析 MATLAB 軟件的發展歷程,中國科學院計算技術研究所研究員包雲崗曾撰文提出了幾點建議:

  1。 把東西做出來,而不是追求把論文發出來。

  MATLAB 的前身——EISPACK 和 LINPACK 是兩個不經意的產物,當時 Moler 教授申請的項目沒有發表論文,只開發出了這兩個軟件,看似失敗,卻爲以後 MATLAB 的誕生奠定了基礎。

  2。 把東西用起來,而不是做完就扔了。

  看似做出來的兩個軟件沒有論文,缺乏創新,但他們都是很實用的工具。EISPACK 到現在被引用了 1800 多次;LINPACK 則影響了世界超級計算機的發展。

  3。 教學場景用起來,而不是把教學當負擔。

  MATLAB 是 Coler 教授想把兩個軟件應用於教學的產物。當時爲了讓學生更好的學習線性代數,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。

  4。 樹立持久意識,不要期望速勝論。

  從第一版 MATLAB 到現在已有 40 年;第一代 EDA 到現在也有 40 年;Intel 第一代微處理器距離現在已經 50 年。MATLAB 對應公司 MathWorks 在 1984 年成立,但是隻有 1 名員工,現在卻有 3000 多員工,400 多萬用戶,這才是持久戰獲勝的典範。

  此外,在商業領域,工業軟件國際巨頭的發展同樣給中國產業界以啓示。

  在上世紀 80 年代 AutoCAD 如日中天之時,法國達索和美國 PTC 採用了一種非常巧妙的方式打破了壟斷——差異化策略。

  當時,整個二維建模市場是 AutoCAD 的天下,直接正面競爭很難取勝。PTC 與達索乾脆越過二維,直接推出三維建模功能,用 “降維打擊” 的方式佔領的市場。經過幾十年的發展,現在三維建模因便利性和直觀性反而成了主流。

  這對中國工業軟件企業來說,具有借鑑性。上文提到,即便是開發出了和 Ansys、PTC 一樣好的工業軟件,由於剛進入市場時市佔率過低,不得不承擔過高的產品成本。如果無法商業化,便沒了造血功能,國家扶持可以讓企業長大,但是不能撫養企業一輩子。

  如今 CAD/CAE 領域的巨頭,都是成功的商業公司。

圖 :CAE 巨頭 Ansys 是一家非常成功的商業公司 (來源:谷歌)圖 :CAE 巨頭 Ansys 是一家非常成功的商業公司 (來源:谷歌)

  長遠來看,企業應該避免直接與海外工業軟件巨頭直接對抗,而是轉向其覆蓋薄弱的領域。PTC 用當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,國際事務處理性能委員會(TPC)宣佈:在最新發布的 TPC-C 排行榜中,螞蟻金服自研數據庫 OceanBase 位列第一,超過 Oracle(甲骨文公司)。

  僅一年後,OceanBase 又打破自己在 2019 年創造的紀錄,將在線事務處理性能提高了 10 餘倍。

圖:OceanBase 官網介紹圖:OceanBase 官網介紹

  數據庫作爲工業軟件的一種,這樣的突破着實讓行業倍受鼓舞。OceanBase 九年磨一劍,從中工業軟件行業至少能學到兩點:

  1。 任何工作軟件的研製必須要有使用場景,堅持市場化導向。OceanBase 的成長和過去 9 年淘寶 “雙 11” 交易量增加是同步的。海量數據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。

  2。 隨着新一輪科技革命的到來,新科技、新領域層出不窮。通過利用新技術,快速切入暫時沒有被巨頭跟進的新領域,再擴張版圖。這或許是中國工業軟件崛起的一種新思路。

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