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重要性堪比芯片，95%被外資把持，卻至今未被充分重視！

點(diǎn)擊：  作者：周瑞華    來(lái)源：工業(yè)智能化微信號(hào)  發(fā)布時(shí)間:2022-03-21 08:20:39

 

一次誤判，我們落后了三十年。

 

作 者丨周瑞華

華商韜略·華商名人堂 ID：hstl8888

圖片：網(wǎng)絡(luò)、圖蟲(chóng)創(chuàng)意

 

2020年6月14日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)飛行器設(shè)計(jì)專業(yè)的大三學(xué)生李棟，像往常一樣打開(kāi)電腦，要完成自己的設(shè)計(jì)作業(yè)。

 

一封未讀郵件，加粗的字體，醒目又安靜地躺在郵箱里。

 

郵件內(nèi)容很短，卻瞬間擊中了他的心臟：“根據(jù)美國(guó)政府最新的進(jìn)出口管制名單，無(wú)法為您繼續(xù)服務(wù)了。”

 

發(fā)件人落款為美國(guó)軟件開(kāi)發(fā)公司MathWorks——與他日夜相伴的設(shè)計(jì)軟件MATLAB，就是來(lái)自該公司。

 

 

 

接到這封郵件的，并不只是李棟一人。

 

他很快發(fā)現(xiàn)，同宿舍的、同專業(yè)的同學(xué)、機(jī)械專業(yè)的、車輛專業(yè)的，都收到了這樣一封“無(wú)法為您服務(wù)”的郵件。

 

 

 

這讓大學(xué)生們陷入了茫然無(wú)措中，因?yàn)檫@款名為MATLAB的軟件，幾乎等于他們的左右手。

 

這是一款商業(yè)數(shù)學(xué)及科學(xué)計(jì)算仿真軟件，數(shù)值計(jì)算、機(jī)械化工、汽車航空等研究都少不了它，是不少理工科學(xué)生的“工科神器”。而且，由于它的數(shù)值計(jì)算和仿真模擬形成了一個(gè)完整的生態(tài)，幾乎沒(méi)有可替代性。

 

對(duì)于哈工大來(lái)說(shuō)，MATLAB被禁用，意味著該校的教研工作將陷入“癱瘓”：哈工大師生在發(fā)表的論文中，不能使用利用MATLAB獲得的圖表、數(shù)據(jù)；學(xué)校已有的課件、科研項(xiàng)目都要大規(guī)模“轉(zhuǎn)碼”，未來(lái)幾年內(nèi)，新科研產(chǎn)出的難度陡增。

 

類似MATLAB這種一朝遭禁，中國(guó)就痛苦不堪的軟件，其實(shí)為數(shù)不少，它們有一個(gè)總分類：工業(yè)軟件。

 

雖然冠以軟件之名，但工業(yè)軟件的本質(zhì)，其實(shí)姓“工”不姓“軟”，它的內(nèi)核是工業(yè)的積累，是將工業(yè)所涉及到的物理、化學(xué)、力學(xué)、材料科學(xué)等知識(shí)，以及設(shè)計(jì)、制造、工藝的積累，用程序的形式表現(xiàn)出來(lái)。

 

按照用途，工業(yè)軟件可分為研究設(shè)計(jì)類、生產(chǎn)管控類和管理運(yùn)營(yíng)類，其中技術(shù)含量最高的，是研究設(shè)計(jì)類，它包括解放設(shè)計(jì)師雙手、讓設(shè)計(jì)師在電腦上就能作圖的CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）、驗(yàn)證設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品是否合格的仿真分析軟件CAE（計(jì)算機(jī)輔助工程），以及芯片設(shè)計(jì)軟件EDA。

 

這類軟件是工業(yè)制造的大腦和神經(jīng)，離開(kāi)了它的協(xié)助，下游的生產(chǎn)制造就成了“無(wú)源之水”。

 

在蘋果公司最新款的iPhone13手機(jī)上，采用了擁有150億個(gè)晶體管的A15仿真芯片，如果沒(méi)有EDA軟件，這150億個(gè)晶體管單靠工程師手繪的話，就是一個(gè)“不可能完成的任務(wù)”。

 

 

 

芯片之外，大到飛機(jī)、輪船，小到一輛汽車的研發(fā)設(shè)計(jì)，都離不開(kāi)工業(yè)軟件。它不僅能提高效率，還能極大地降低產(chǎn)品研發(fā)的成本。

 

以飛機(jī)為例，在過(guò)去，一架飛機(jī)設(shè)計(jì)出來(lái)后，需要在風(fēng)洞中利用人工氣流來(lái)模擬飛機(jī)飛行過(guò)程中，周圍氣流的分布和運(yùn)動(dòng)。

 

這不光費(fèi)事，還意味著高額的投入。

 

一個(gè)完整的風(fēng)洞，不光建設(shè)成本高達(dá)百億美元，運(yùn)行成本也不容小覷，是出了名的耗電大戶。有人戲稱，“風(fēng)洞一響，黃金萬(wàn)兩”。

 

新中國(guó)成立之初，由于擔(dān)心影響西南地區(qū)的工業(yè)生產(chǎn)，中國(guó)圍繞著是否要停止風(fēng)洞建設(shè)，還出現(xiàn)過(guò)不小的爭(zhēng)議。最后還是在錢學(xué)森的堅(jiān)持下，才得以完整保留。

 

今天，盡管資金不再構(gòu)成阻礙，但有了計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件CFD（Computational Fluid Dynamics），許多風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)在軟件上就可以完成，成本可以降低數(shù)百甚至上千倍。

 

 

 

遺憾的是，這些“大腦”和“神經(jīng)”都握在美國(guó)和少數(shù)歐洲國(guó)家手中：

 

CAD軟件，超過(guò)90%的市場(chǎng)在德國(guó)西門子、美國(guó)PTC、Autodest和法國(guó)達(dá)索手中；CAE軟件市場(chǎng)則是Ansys、Altair和MSC三家美國(guó)公司的天下；EDA軟件也基本上被新思科技（Synopsys）、凱登電子（Cadence）和明導(dǎo)（Mentor Graphics）三巨頭壟斷，全球市占率超過(guò)60%。

 

 

▲2020年中國(guó)EDA軟件市場(chǎng)份額TOP4

 

這意味著，我國(guó)制造業(yè)使用的研發(fā)設(shè)計(jì)類工業(yè)軟件，95%捏在別人手里。在地緣政治沖突背景下，這等于將我國(guó)制造業(yè)置于危險(xiǎn)境地。

 

美國(guó)密西根大學(xué)研究CFD的Roe教授有一句狠話：

 

“現(xiàn)在CFD分析已經(jīng)完全代替實(shí)驗(yàn)用來(lái)設(shè)計(jì)工業(yè)產(chǎn)品，如果美國(guó)與歐盟真的會(huì)執(zhí)行相關(guān)的政策，那估計(jì)中國(guó)飛機(jī)汽車制造商又要回去吹風(fēng)洞了。”

 

卡脖子，是近年對(duì)芯片制約的比喻，在工業(yè)軟件的領(lǐng)域，這一卡，直接卡在了腦袋上。

 

 

 

1979年年初，沈陽(yáng)的市民驚訝地發(fā)現(xiàn)，一片馬達(dá)轟鳴聲中，20輛公安摩托車的開(kāi)路車隊(duì)，在大街上轟鳴而過(guò)。

 

但喜歡看熱鬧的市民很快發(fā)現(xiàn)，車隊(duì)護(hù)送的不是外賓，而是兩臺(tái)計(jì)算機(jī)。

 

這是沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)廠訂購(gòu)的兩臺(tái)IBM 370/138大型計(jì)算機(jī)。與這兩臺(tái)計(jì)算機(jī)一起送來(lái)的，還有IBM的COPICS配套軟件和八本黑皮封面的說(shuō)明書(shū)。

 

COPICS是IBM 1970年代初研發(fā)的一款企業(yè)信息管理系統(tǒng)，而這八本黑皮說(shuō)明書(shū)，則成為了中國(guó)工業(yè)軟件的理論啟蒙，在業(yè)內(nèi)，它有個(gè)無(wú)人不知的俗稱：黑八本。

 

作為沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)廠的對(duì)口單位，北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所（簡(jiǎn)稱“北自所”）開(kāi)始了技術(shù)攻關(guān)，以蔣明煒為代表的北自所專家們，在消化、吸收“黑八本”的基礎(chǔ)上，研發(fā)出了中國(guó)第一代的企業(yè)管理系統(tǒng)，拉開(kāi)了中國(guó)工業(yè)軟件發(fā)展的序幕。

 

1986年，工業(yè)軟件發(fā)展納入國(guó)家“863”計(jì)劃，這一消息對(duì)我國(guó)的工業(yè)企業(yè)、科研院校是一個(gè)極大的鼓舞。當(dāng)時(shí)，清華、北航、中科院的師生們提出“甩掉繪圖板”的口號(hào)，投入到工業(yè)軟件的研發(fā)中。

 

這可能是中國(guó)工業(yè)軟件的第一個(gè)小陽(yáng)春。

 

1990年代，在ERP領(lǐng)域，北自所創(chuàng)辦的北京利馬和王德銘成立的上海啟明，形成“北利瑪、南啟明”的南北格局；CAD/CAE領(lǐng)域也百花齊放，在國(guó)家機(jī)械部（機(jī)電部）“CAD攻關(guān)項(xiàng)目”、國(guó)家科委“863/CIMS”的支持下，涌現(xiàn)出熊貓CAD、中科院飛箭、大連理工JIFEX等商業(yè)和企業(yè)自用工業(yè)軟件。

 

數(shù)據(jù)顯示，90年代中后期，我國(guó)工業(yè)軟件的市占率達(dá)到25%，在一些專項(xiàng)領(lǐng)域，甚至高達(dá)45%。

 

但工業(yè)軟件迅猛發(fā)展的勢(shì)頭，卻在進(jìn)入新世紀(jì)后戛然而止。

 

隨著加入WTO，中國(guó)的大門也隨之打開(kāi)，與國(guó)外高端設(shè)備一起進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的，還有國(guó)外的工業(yè)軟件。通過(guò)贈(zèng)送、默認(rèn)盜版等方式，國(guó)外工業(yè)軟件展開(kāi)了對(duì)中國(guó)工業(yè)軟件的圍剿。

 

市場(chǎng)總是遵循典型的實(shí)用主義。面對(duì)界面更友好、速度更快、價(jià)格更便宜的產(chǎn)品，企業(yè)的天平傾向了國(guó)外工業(yè)軟件，我國(guó)工業(yè)軟件的市場(chǎng)份額從25%急劇下降到5%，工業(yè)軟件成為“空心”產(chǎn)業(yè)：

 

一是工業(yè)知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的空心化。企業(yè)的生產(chǎn)流程、工藝等數(shù)據(jù)沉淀在國(guó)外工業(yè)軟件，既幫助國(guó)外工業(yè)軟件持續(xù)迭代，又培養(yǎng)用戶習(xí)慣，對(duì)其形成依賴。工業(yè)軟件由此出現(xiàn)“強(qiáng)者恒強(qiáng)”的馬太效應(yīng)，中國(guó)工業(yè)軟件生存空間進(jìn)一步被壓縮。

 

給哈工大帶來(lái)困擾的MATLAB軟件，它的代碼其實(shí)并不復(fù)雜，但多年來(lái)，通過(guò)用戶不斷使用中形成的技術(shù)與數(shù)據(jù)沉積，才是它最深厚的壁壘。

 

其次是人才的空心化。通過(guò)向高校贈(zèng)送軟件的方式，高校成為國(guó)外工業(yè)軟件的推廣陣地，只教授學(xué)生工業(yè)軟件的操作，卻忽視了基礎(chǔ)研究人才的培養(yǎng)。

 

2021年發(fā)布的《關(guān)鍵軟件人才需求預(yù)測(cè)報(bào)告》顯示，到2025年，中國(guó)工業(yè)軟件人才將出現(xiàn)12萬(wàn)的缺口。但在現(xiàn)實(shí)中，國(guó)內(nèi)真正從事工業(yè)軟件研發(fā)的人數(shù)很少。有數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)EDA軟件研發(fā)，工程師加上學(xué)生，也不到1000人，而僅Synopsys一家公司，員工就有一萬(wàn)人。

 

 

 

2018年7月下旬，在美國(guó)舊金山，幾百個(gè)膚色各異、穿著格襯衫、牛仔褲、套頭帽衫的人，正在舉辦一場(chǎng)集會(huì)。

 

這些人的打扮，讓這場(chǎng)集會(huì)注定與時(shí)尚和潮流無(wú)關(guān)。但它的意義，卻遠(yuǎn)邁任何流行音樂(lè)節(jié)。

 

這是美國(guó)電子復(fù)興計(jì)劃（ERI）的首次峰會(huì)。

 

ERI是摩爾定律走向終結(jié)之際，美國(guó)開(kāi)啟的另一場(chǎng)科技強(qiáng)國(guó)運(yùn)動(dòng)。按照該計(jì)劃，美國(guó)將在自2017年的未來(lái)5年內(nèi)，投資15億美元推動(dòng)美國(guó)電子行業(yè)持續(xù)領(lǐng)先。

 

 

 

站在ERI背后的，是美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）。

 

這個(gè)成立于1958年的機(jī)構(gòu)，其創(chuàng)建的使命就是支持關(guān)乎美國(guó)國(guó)家安全、核心競(jìng)爭(zhēng)力的前沿科技。大半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，美國(guó)能在電子和半導(dǎo)體領(lǐng)域保持領(lǐng)先地位，背后少不了DARPA對(duì)半導(dǎo)體材料、精密制造和集成電路持續(xù)的支持與推動(dòng)。

 

自2017年以后，目睹微電子技術(shù)越來(lái)越接近發(fā)展臨界點(diǎn)，DARPA又把美國(guó)的未來(lái)押在量子計(jì)算、AI、智能制造這些前沿技術(shù)上，并在2017年設(shè)立了ERI專項(xiàng)計(jì)劃。

 

在2018年的首次峰會(huì)上，ERI把最大一筆款項(xiàng)2400萬(wàn)美元，撥給了美國(guó)EDA巨頭Cadence公司，另外一筆610萬(wàn)美元的資助，則給了EDA三巨頭之一的Synopsys。這兩家公司獲資助的項(xiàng)目都與工業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)。

 

在美國(guó)，工業(yè)軟件被提升到了關(guān)乎國(guó)家戰(zhàn)略與命運(yùn)的地位。

 

工業(yè)軟件的重要性是否是危言聳聽(tīng)？美國(guó)的戰(zhàn)略計(jì)劃，是否有事實(shí)的依據(jù)？有兩組數(shù)據(jù)，很能說(shuō)明問(wèn)題。

 

2020年，全球EDA市場(chǎng)規(guī)模才115億美元，但它卻撬動(dòng)了一個(gè)規(guī)模高達(dá)1267億美元的存儲(chǔ)芯片市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了11倍的杠桿率。如果沒(méi)有EDA設(shè)計(jì)軟件，芯片也不過(guò)是一堆硅土。

 

2021年，普華永道針對(duì)德國(guó)企業(yè)的一項(xiàng)調(diào)查顯示，德國(guó)市值最高的企業(yè)是SAP，市值高達(dá)1180億美元。而論營(yíng)收，SAP 2020年的營(yíng)業(yè)收入才311億美元，不到市值第二的西門子營(yíng)收的一半，只有市值第三的大眾集團(tuán)營(yíng)收的十分之一。

 

SAP研發(fā)的企業(yè)資源管理軟件，其實(shí)在工業(yè)軟件中技術(shù)含量較低，但營(yíng)收與市值的反差，卻是它在行業(yè)重要性的體現(xiàn)。

 

來(lái)自國(guó)家戰(zhàn)略、產(chǎn)業(yè)和資本市場(chǎng)的三重“高估值”，使得美國(guó)政府與企業(yè)默契地達(dá)成了一致——絕不吝惜在工業(yè)軟件領(lǐng)域持續(xù)投資。

 

NSF（美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)）在30年間，資助了1190個(gè)EDA軟件項(xiàng)目，平均一年40個(gè)；

 

CAE軟件第一大公司Ansys每年的研發(fā)投入，占其營(yíng)業(yè)額的17%～18%，光2019年的研發(fā)投入，就約3億美元。這個(gè)數(shù)字，是我國(guó)“十五”到“十二五”15年間，在CAD和CAE等核心工業(yè)軟件上投資金額的10倍。

 

驚人的數(shù)字差距背后，是理念上的差異。

 

我國(guó)對(duì)工業(yè)軟件最大的誤判，是把它當(dāng)作軟件的分支，而非工業(yè)的大腦，自然也沒(méi)有給予足夠的重視。

 

即使到了2018年，在當(dāng)年發(fā)布的《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)產(chǎn)品和服務(wù)指導(dǎo)目錄》中，“工業(yè)軟件”也只出現(xiàn)在第四級(jí)目錄中，是“新興軟件和服務(wù)”方向下11個(gè)子項(xiàng)目之一。

 

這個(gè)定位，讓工業(yè)軟件失去了應(yīng)有的資金支持。據(jù)業(yè)內(nèi)人士反映，從“十二五”起，國(guó)產(chǎn)自主工業(yè)軟件研發(fā)，就再也沒(méi)有從國(guó)家部委獲得資金支持。相反，本著“造不如買，買不如租”的理念，國(guó)家補(bǔ)貼給制造企業(yè)的錢，都拿去買國(guó)外的工業(yè)軟件了。

 

正是這種“拿來(lái)主義”，不僅讓我國(guó)的工業(yè)軟件比國(guó)際最高水平落后了30年，在材料、航空制造等領(lǐng)域，也一度因?yàn)楹诵募夹g(shù)的缺失，不斷被“卡脖子”。

 

為此，我國(guó)工程院院士倪光南呼吁：“關(guān)鍵核心技術(shù)是要不來(lái)、買不來(lái)、討不來(lái)的，大國(guó)重器一定要掌握在自己手里。”

 

 

 

武漢市九省通衢，是全球制造業(yè)生產(chǎn)鏈上的重要節(jié)點(diǎn)。

 

在距離武漢市不到100公里的衛(wèi)星城市里，分布著大量快反工廠。在這里，衣服設(shè)計(jì)的迭代就如同網(wǎng)頁(yè)的迭代，是以秒來(lái)計(jì)算的。一件羽絨服從上線到完工，只需要130秒。

 

這種小批量、多款式、多批次生產(chǎn)的柔性供應(yīng)鏈，是制造業(yè)向智能制造升級(jí)大背景下，對(duì)企業(yè)供應(yīng)鏈的數(shù)字化改造。“小單快反”能夠?qū)崿F(xiàn)，得益于上游工業(yè)設(shè)計(jì)軟件對(duì)市場(chǎng)數(shù)據(jù)的快速處理和反應(yīng)。

 

我國(guó)制造業(yè)正在向智能制造升級(jí)，未來(lái)會(huì)有越來(lái)越多類似武漢“快反工廠”的智能升級(jí)。但如果剝開(kāi)智能制造大數(shù)據(jù)、人工智能的外衣，它的核心還是工業(yè)軟件。

 

在最早提出“工業(yè)4.0”智能制造的德國(guó)，最接近工業(yè)4.0這個(gè)目標(biāo)的，是一家位于德國(guó)紐倫堡以東約60公里維爾斯河畔的工廠——安貝格工廠。

 

在這里，每秒就能生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品，產(chǎn)品合格率接近100%。其中，75%的工序由生產(chǎn)設(shè)備和電腦完成，工人只負(fù)責(zé)剩下的1/4工作。工廠建成以來(lái)，面積和員工數(shù)量沒(méi)有改變，產(chǎn)能卻提升了8倍。

 

 

▲安貝格工廠

來(lái)源：e-a.hu

 

這座最接近德國(guó)工業(yè)4.0的未來(lái)工廠，是西門子一手打造的。

 

很多人對(duì)西門子的印象，還停留在這是一家生產(chǎn)冰箱、洗衣機(jī)的硬件公司。事實(shí)上，西門子花了近二十年的時(shí)間，通過(guò)收購(gòu)逐漸完成了向工業(yè)軟件公司的蛻變：目前，西門子是歐洲僅次于SAP的軟件公司，也是世界十大軟件供應(yīng)商之一。

 

軟件，正是安貝格工廠的“大腦”。

 

我國(guó)《“十四五”智能制造發(fā)展目標(biāo)》中，明確提出了我國(guó)智能制造的目標(biāo)。但是“瘸腿”的工業(yè)軟件如果不能實(shí)現(xiàn)突破，將成為中國(guó)智能制造的阿喀琉斯之踵。

 

MATLAB被禁用后，哈工大師生用Python、Octave這類產(chǎn)品，勉強(qiáng)替代了MATLAB數(shù)值計(jì)算部分的功能，但其配套的Simulink仿真模擬功能，幾乎沒(méi)有產(chǎn)品可以替代。

 

不少哈工大計(jì)算機(jī)學(xué)院科創(chuàng)俱樂(lè)部的學(xué)生很氣憤，提出“既然不讓用，我們自己搞”。但哈工大的老師并不樂(lè)觀：MATLAB本身的代碼、編程并不難，但幾十年使用過(guò)程中的積累和迭代，不是幾個(gè)學(xué)生寫代碼就能寫出來(lái)的。

 

工業(yè)軟件的體量小、研發(fā)周期長(zhǎng)、投入大，這些特點(diǎn)決定了這是一條“慢”賽道，資本市場(chǎng)對(duì)它“愛(ài)不起來(lái)”。

 

這個(gè)行業(yè)里，很多老牌企業(yè)，像數(shù)碼大方，A輪融資還停留在十多年前，2003年成立的三維CAD公司新迪數(shù)字，一直到2021年才等來(lái)第一筆A輪幾千萬(wàn)的融資。

 

這些“小打小鬧”的投入，對(duì)工業(yè)軟件的發(fā)展無(wú)異于“杯水車薪”，讓這個(gè)“爹不疼娘不愛(ài)”的行業(yè)，成為我國(guó)改革開(kāi)放以來(lái)，唯一一個(gè)與國(guó)外同行差距越來(lái)越大的工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，想要奮起直追，有很大的難度。

 

但這又是一個(gè)關(guān)乎整個(gè)工業(yè)體系的技術(shù)領(lǐng)域，除了“自力更生”別無(wú)他途，需要以舉國(guó)體制來(lái)實(shí)現(xiàn)突破，是通往制造強(qiáng)國(guó)之路上，那些必做的“難而正確的事”。

 

參考資料

[1]《核心工業(yè)軟件：智能制造的中國(guó)“無(wú)人區(qū)”|亟待攻克的核心技術(shù)》科技日?qǐng)?bào) 俞慧友

[2]《中國(guó)軟件失落的三十年，這里的黎明靜悄悄》風(fēng)云之聲 林雪萍

[3]董道勇 余蕊 羅姣娣 《瞭望｜國(guó)產(chǎn)工業(yè)軟件遭遇三不管、四困境》《瞭望》新聞周刊

[4]《破解工業(yè)軟件“扼喉”》財(cái)經(jīng)國(guó)家周刊 何豐倫 余蕊 羅姣娣 陳奧[5]《這才是中國(guó)被卡脖子最嚴(yán)重的軟件》編碼珠璣

 

文章來(lái)源于華商韜略 ，作者華商韜略