工业软件是怎样“炼”成的?

2022-11-30 09:34:29

当前，我国正在大力发展自主可控的工业软件，政府对国产工业软件的发展显著加大了支持力度。那么，工业软件是怎样“炼”成的？究竟如何振兴中国的工业软件产业？发展我国工业软件产业，能否“弯道超车”或者“换道超车”？

最近，e-works黄培博士在中国智能制造微信群抛出这个话题，各位群友分享了很多真知灼见。在牛年开年之际，e-works特撰写本文，结合全球工业软件产业发展的脉络，解读国际领先工业软件企业的十条“炼丹术”，希望能够帮助我国工业软件企业更好地借鉴他山之石，在发展过程中少走弯路；同时，也希望对相关主管部门带来一些启发，能够制定更合理的产业政策，促进我国工业软件技术、工业软件产品、工业软件服务和工业软件企业健康发展。

首先，工业软件是在长期工业实践中为了支持工业界的创新实践而生

工业软件的产生与发展是第三次工业革命的重要标志。从1957年Patrick Hanratty先生研发出全球第一个数控编程软件PRONTO至今，全球工业软件已经经历了60多年波澜壮阔的创新历程。众多知名的工业软件源于世界级制造企业，尤其是航空航天与汽车行业的创新实践。例如，大名鼎鼎的仿真软件Nastran就源于美国NASA，其名称的内涵就是NASA Structural Analysis；达索系统的“当家花旦”CATIA软件则源于达索航空，而波音、麦道航空、通用电气和通用汽车也孕育了当今众多主流的工业软件。这些世界级企业在工业实践中提出的需求，成为工业软件创新的源泉。

◎ MSC.Nastran软件的应用

第二，工业软件的发展是科学技术蓬勃发展和交叉融合的产物

工业软件是计算机科学、数学、物理学和管理学等各领域科学技术的蓬勃发展与交叉融合的产物。早在200多年前，法国科学家斯帕.蒙日发明了画法几何学，为工程图学奠定了基础。而三维建模技术经历了线框造型、曲面造型、实体造型和特征造型等发展阶段，先后出现了COONS曲面和贝塞尔曲面，后来又出现了B-REP和CSG建模方法。

1979年，GE公司、波音公司和NIST（美国国家标准与技术研究院）建立了IGES图形交换标准，还定义了NURBS曲面，从而更加准确地表达三维曲面。计算机的计算能力、图形处理能力、存储能力的迅速提升，操作系统、图形界面、信息输入与输出的外部设备，以及高性能计算（HPC）和云计算的蓬勃发展，支撑CAD、CAM、CAE等工业基础软件不断创新。

◎ Nurbs曲面

今天广泛应用的ERP软件，发源于20世纪30年代在制造业管理实践中提出的订货点法，后来又进一步发展出MRP（物料需求计划）、MRPII（制造资源计划），上世纪90年代，伴随着计算机系统走向C/S架构，图形界面广泛应用，Gartner提出了ERP理念，并将应用领域扩展到流程制造业。而近年来，又有研究机构提出新一代ERP的理念。

第三，工业软件的发展需要持续研发、迭代、改进和重构

全球领先的工业软件公司研发投入占营收的比例高达百分之十几，远超科技类硬件公司。以2018年数据为例，达索系统2018年研发费用总额为6.3亿欧元，占当年年营收约18%；Ansys 2018年的研发投入为2.34亿美元，也占到当年营收的18%。不难看出，想要在工业软件领域建立和保持竞争壁垒，持续的研发投入至关重要。

◎ Ansys公司20年来的研发投入与并购历程

可以说，工业软件是用出来的。所有具有生命力，能够在企业广泛应用的工业软件，无不是工业界在应用中不断提出改进需求，软件开发商进行持续迭代和改进的结果。从2005年起，e-works每年都应邀参加SolidWorks全球用户大会。每次大会的重头戏之一，就是由DS SolidWorks的高管在演讲中公布上一个版本发布之后用户提出的改进需求，并且对需求的重要度进行排名,确定哪些需求会在下一个版本中进行改进和发布。而每当在高管的演讲中演示出新版本重要的功能改进和创新，都会赢得与会客户的热烈掌声。

工业软件的改进是一个从量变到质变的过程，每个软件都有其生命周期。由于需要考虑兼容老版本的功能和文档格式，所以某个软件到了自身生命周期的末期，往往难以再进行改进，只能更新系统..，采用全新的系统架构进行重构。就像CATIA的V5和V6一样，实际上已经发生了质变；类似的案例还有SAP的R3系统和今天的SAP S/4 HANA。另一种情况是由于软件系统的设计不成功，得不到市场认可，只能另起炉灶。

例如由于早期的三维设计软件MDT软件不成功，后来Autodesk又重新研发了Inventor软件。工业软件企业如果能够抓住运行..跃迁的机会，往往能够在市场上赢得巨大商机，当年SolidWorks就是抓住了Windows系统普及应用的机遇。近年来云计算的普及给工业软件应用带来新的模式，Autodesk和PTC已经完成了设计软件向订阅模式的转型，实现了销售业绩和市值的大幅度增长。

◎ Autodesk的订阅模式

第四，工业软件的..架构和开放性至关重要

Autodesk公司于1982年由John Walker先生和15个联合创始人共同创立。Autodesk公司的旗舰产品AutoCAD之所以能够风靡全球，除了其具备完整的工程绘图功能，更重要的是提供了可以对软件进行二次开发的AutoLisp语言，后来又支持High C和C++等语言进行二次开发。众多的“开发者”在其基础上开发出面向各个行业、各种应用领域的CAD软件，最终使AutoCAD及其DWG文件格式成为二维CAD领域事实上的标准。

同样，SAP、Oracle，以及因为可以实现动态企业建模而广受关注的Baan软件（后来被Infor并购），都提供了强大的系统配置能力和语言级开发工具。

工业软件需要能够“授之以渔”。只有解决好系统的开放性问题，提供良好的二次开发工具，软件公司才能避免陷入项目，消耗大量开发资源，通过进行二次开发来满足客户的个性化需求。

第五，工业软件企业发展的关键在于有工业实践经验和创新精神的创业家

工业软件企业发展需要既有工业实践经验，又具有创新、创业和冒险精神的创业家（Entrepreneur）。例如，全球最大的管理软件公司SAP由五位IBM的咨询顾问于1972年创立。促使他们创业的重要原因，就是他们发现那时很多企业都在开发功能相似的管理软件。由此，他们意识到，可以开发标准化的管理软件，来集成业务流程，实现数据的实时维护。历经半个多世纪的发展，SAP成为全球公认的管理软件领导厂商。

◎ SAP公司的五位创始人

另一家全球知名的中型ERP软件厂商QAD在汽车零部件、电子、医疗器械等行业客户众多。Karl Lopker先生1973年创办了制鞋企业Deckers OUTDOOR。当时企业缺乏合适的软件来管理其制造过程，而Karl的夫人Pam Lopker女士学计算机专业，她发现了这个商机，于1979年10月创建QAD，Deckers成为QAD第一家用户。后来，Karl也加入了QAD公司担任CEO，Pam则担任总裁。夫妇二人携手把QAD发展壮大，九十年代在NASDQAQ上市，实现了稳步成长。Karl为这份事业奋斗终身，直至2018年8月因病去世，而至今Pam仍然担任QAD总裁。

◎ QAD公司总裁Pam Lopker女士

全球仿真软件主流厂商Altair公司的创始人、CEO James Scapa先生是全球工业软件领域的风云人物，也是全球主流仿真软件厂商中唯一一位仍然担任CEO的创始人。1985年，James与另外两位工程师一起创建了Altair，帮助汽车制造企业应用工程仿真技术。1990年，Altair发布了第一版HyperMesh，作为一款有限元前后处理工具包，运行速度比同类软件快了很多。此后，Altair通过不断研发，以及合作、并购，逐步丰富自己的产品线，奠定了Altair在工程仿真与优化领域的领先地位。2017年11月，Altair公司在美国纳斯达克成功上市。上市之后，Altair大刀阔斧地并购了工业物联网、人工智能和大数据分析领域的..，实现了公司快速增长。

第六，工业软件企业实现可持续发展必须有具备战略思维和领导力的掌门人

工业软件企业的发展是一个长期的过程，不可能一帆风顺。企业的掌门人，就像接力赛的运动员一样，需要不断推动企业转型，持续努力把企业做大做强。

例如，Autodesk公司前任CEO Carol A Bartz女士不仅在公司内部受到拥戴，也是硅谷凤毛麟角的知名女性CEO之一，她于1992年至2006年担任了14年CEO，将Autodesk公司的年营业额从3.5亿美元提高到2006年的15亿美元。她的励志故事之一，是在到任的第二天就被诊断除乳腺癌，而她在手术之后一个月就开始上班。

1994年，Autodesk公司推出的AutoCAD R13由于系统资源占用大，执行效率低而受到批评。后来在她的带领下，1997年，Autodesk推出具有划时代意义的R14版，完全基于Windows系统，获得巨大成功。Carol带领Autodesk进军建筑、地理信息、数字媒体等领域，实现了公司的多元化发展。Carol高度重视中国市场，力主公司于2003年成立了中国事务特别..。在Carol之后，Carl Bass先生继续接力，担任了11年CEO，2017年成功交棒给现任CEO Andrew Anagnost先生。从2016年2月起，Autodesk的软件完全转向订阅模式。经过了短期的阵痛之后，实现成功转型。

Bernard Charles先生是全球工业软件领域的一位具有传奇色彩的领军人物，担任达索系统CEO至今已有26年。Bernard在达索系统成立第三年，即1983年加入公司，从事CATIA早期的研发。1986年，他创建了专门的新技术研发和战略部；并于1995年发起波音777数字化样机项目，这是世界上第一架全数字化设计的飞机。在Bernard 的带领下，达索系统迅速在全球建立了完善的..与服务体系，面向十二大行业，提供完整的数字创新解决方案。Bernard主导达索系统进行了持续并购，使达索系统具备了实现工业4.0三大集成的能力。其中，2019年对Medidata的并购，使得达索系统在2020年的新冠疫情之中，对于疫苗和相关药物的研制发挥了重要作用。2013年，Bernard Charles提出三维体验（3DExperience）理念，致力于以3D技术促进产品、自然和生命和谐发展，近年来每年都保持稳步增长，逐渐将三维体验的理念变为现实。

全球工业软件巨头PTC公司的CEO Jim Heppelmann先生是一位富有战略远见的领导者，他曾组织研发了全球两大主流PLM系统Metaphase和Windchill。在他2010年担任PTC公司的CEO时，PTC公司的市值为20亿美元，目前的市值则达到168亿美元。Jim大刀阔斧地进..业物联网和AR领域，使PTC成为该市场的全球领军企业之一，PTC还与罗克韦尔自动化和Ansys结盟，全面转型为订阅模式，2019年，PTC还并购了全球首个纯SAAS模式的三维CAD系统Onshape。

2015年1月，黄培博士专访了Ansys公司的前任CEO James E. Cashman先生。他在仿真领域工作了40多年，从2000年担任Ansys公司的CEO，直至2016年年底，Ansys的年营业额从5000万美元增长到将近10亿美元。他为Ansys描绘出清晰的愿景和技术路线图，传承了诚信、正直、创新与协作的企业文化，强调真正以客户为核心的企业价值观。他把接力棒交给Ajei S. Gopal博士，而Ajei则把Ansys带入又一个新的高度。2020财年前三季度，Ansys的营业额达到8.8亿美元，在疫情之下，依旧保持了增长态势。

第七，工业软件企业需要有清晰的定位和开放共赢的战略思维

大路货，大路货英文缩写F.A.Q

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