工业软件是怎样“炼”成的?- 大数跨境

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工业软件是怎样“炼”成的?

广东省数字化学会

2022-01-20

导读：国际领先工业软件企业的十条“炼丹术”

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导读 ( 文/ e-works黄培博士、王阳 )

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”？

文章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，只能更新系统平台，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平台跃迁的机会，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，工业软件的平台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。

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平台，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委员会。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营销与服务体系，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大刀阔斧地进军工业物联网和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

历经半个多世纪的发展，工业软件领域不断有技术突破，应用领域也在不断扩展。但总的来看，能够保持持续发展且基业长青的企业都有着非常清晰的定位，同时，在激烈竞争的同时，开展跨界合作。

在产品创新数字化、管理软件和工控软件三大领域，每一阵营的公司都保持着稳固的战略方向。SAP在供应链、企业资产、人力资源、客户关系管理、研发管理等领域持续不断地完善解决方案。达索系统、PTC、Autodesk也数十年如一日坚持将数字创新作为公司核心发展方向；在更为细分的工程仿真领域，包括Ansys、Altair、ESI Group等公司都未曾改变公司创立之初的方向；而在工控软件领域，西门子、三菱电机、施耐德电气、罗克韦尔自动化、ABB（包括贝加莱）、欧姆龙等都是老牌劲旅，在各自领域深耕发展。

与此同时，领先的工业软件企业也在各自擅长的领域扩展一体化解决方案，诸如从CAD/CAM扩展到PLM领域，从MRP、EAM扩展到ERP、MES、BI等领域，从机械仿真扩展到流体/电磁仿真、仿真流程与数据管理等领域……对工业软件企业来说，越完善的解决方案，越能发挥其技术、产品及服务的实力，最终赢得市场。

全球推进智能制造的热潮也带热了IT与OT厂商之间的合作。除罗克韦尔自动化与PTC的合作之外，达索系统也与ABB建立了战略合作关系,而三菱电机的e-Factory解决方案也汇集了众多工业软件合作伙伴。工业软件厂商之间的战略合作也有很多案例，例如，2020年7月，SAP宣布 S/4 HANA与西门子Teamcenter结合，为制造业客户提供从产品设计到退役的端到端流程能力。

第八，工业软件企业发展壮大需要持续并购与整合，海纳百川

水平（Horizontal）和垂直（Vertical）的工业软件企业各有分工。一些率先做大的工业软件企业，逐渐拓宽了自己的行业定位和客户群，具备了强大的资金实力，在加大自身研发投入，实现自主发展（Organic Growth）的同时，不断并购各类聚焦于垂直行业和细分领域的工业软件，充实自己的产品线（Portfolio），从而实现交叉营销，持续提升营业规模。而垂直的工业软件企业则专攻数术，致力于解决特定领域的专业问题，往往会成为大型软件企业的并购对象。

例如，Moldflow是全球公认的注塑仿真领先软件；Delcam是全球知名的CAD/CAM软件公司，在模具加工等行业应用广泛，本身也进行过诸多并购，这两家公司最终被Autodesk公司并购；全球仿真软件领导厂商Ansys公司在发展历程中，也并购了Fluent、Ansoft、LS-DYNA等全球知名的仿真软件；达索系统、西门子也不断并购各个细分领域的仿真软件。今年年初，知名流体仿真软件厂商NUMECA公司被全球主流EDA软件厂商Cadence并购。就像世界上的大江大河都是海纳百川一样，全球知名的工业软件企业也无不是通过内在的增长和持续并购实现发展壮大。

进入二十一世纪之后，工业软件的重要意义日益凸显。西门子、施耐德电气、海克斯康等工业巨头，纷纷持续并购知名的工业软件企业，与自身的工业自动化、工业测量等拳头产品形成软硬一体的解决方案。

◎ 海克斯康的并购路线图

第九，工业软件企业发展，需要构建完善的生态系统

在工业软件企业发展过程中，生态合作伙伴扮演的角色至关重要。软件公司更加聚焦于打造产品平台，而生态伙伴则更加强调咨询服务能力，更深入地理解客户的业务流程和工艺流程，合理地部署软件系统。

以SAP为例，埃森哲、德勤、凯捷、安永、IBM等是其服务合作伙伴，SAP正是通过这些全球领先的咨询公司，才得以为更好地为客户落地各种解决方案；AWS、GE Digital、阿里云、思科、浪潮、英特尔、联想等则是其技术合作伙伴，SAP通过与这些硬件、数据库、存储系统、网络和移动计算领域等供应商合作，才能更好地交付工业软件最佳实践；SAP还有遍布全球的渠道伙伴计划，其渠道合作伙伴可以通过专门途径获得SAP各种新的产品和解决方案，以覆盖更广泛和细分的客户群体。

在工业物联网的大潮下，西门子的Mindsphere、PTC的Thingworx、Software AG的Cumulocity、Uptake、ADAMOS等工业物联网平台应运而生，其专业的PaaS平台可以集成各种SaaS应用，这更需要大量的生态伙伴参与其中，才能推动平台的持续发展。

◎ 西门子数字化工业软件的生态系统

基于完善的生态系统，用户企业购买到的不仅仅是工业软件本身，还可以借鉴行业最佳实践和知识、经验；而工业软件企业也可以更好地把握客户需求，持续改进产品和服务，形成新的盈利模式，实现生态系统的良性循环。

第十，工业软件产业发展，知识产权保护是基础

知识产权保护是工业软件产业持续发展的基础。工业软件浓缩了对工艺流程的深刻洞察、对工业技术和工业知识的长期积累，是一项高度创新的工作。如果盗版恣意妄为、知识产权得不到有效保护，会极大程度打击工业软件研发企业的积极性。在软件的知识产权保护方面，西方发达国家走在了前面。

世界知识产权组织于1978年发表了一份《保护计算机软件示范条款》，1996年通过了世界知识产权组织《版权条约》，其中的第4条规定：计算机程序作为伯尔尼公约第2条意义下的文学作品受到保护。美国于1964年首次接受计算机软件的版权登记。1980年12月，美国国会修订了1976年版权法，正式把计算机程序列入版权法保护范围。1983年，日本通产省就提出了《软件法律保护的确立》的研究报告。在2002年相继出台了《知识产权战略大纲》和《知识产权基本法》，将其“技术立国”的国策修改为“知识产权立国”。日本的软件知识产权保护力度也做相应调整，确立了对软件进行专利保护，但审查条件严于美国。英国于1988年、法国于1985年、德国也于1985年修订版权法，将计算机软件列为版本法保护的对象。通过这些分析可以看出，发达国家对于软件知识产权的重视程度非常高。

在知识产权保护的基础上，发达国家的工业软件企业能够获得稳定的维护服务收入，一些软件公司的维护服务收入甚至达到公司收入的50%以上，从而确保软件公司能够有足够的资金投入持续的产品研发与创新。

总结与启示

总之，工业软件的门槛很高，又不可能像互联网公司一样，靠商业模式就能实现指数级增长。正如西方谚语所说，罗马不是一天建成的。就像马拉松赛跑一样，工业软件企业的成长过程中，需要耐得住寂寞，苦练内功。我国的工业软件企业要发展壮大，也需要遵循这些规律。在工业软件这条“赛道”上发展，没有什么捷径，需要高度重视基础研究和人才培养，从长计议。

工业软件的发展，不是仅仅靠政府投资就能“堆”出来的，需要学术界、工业界与工业软件企业多方协作，需要借力资本市场，又不能被过度追求短期回报的投资商所左右。中国工业软件产业发展，尤其需要注重构建健康的生态系统，重视服务机构的支撑作用，最终让市场机制起决定作用。

而知识产权保护是一个需要各方高度重视的老问题。发达国家工业软件公司维护服务收入在营业额中所占的比例数倍于中国工业软件企业，增加了发展的后劲，这些都是我国工业软件产业发展亟待高度重视和解决的问题。

当前，我国很多工业软件产品实际上是成熟市场上的“后进入者”，要实现国产化替代，不能仅仅依靠国家的政策支持，最终还是需要在功能、系统架构、平台化、易用性等方面达到国际领先软件产品的同等水平，同时，还必须解决兼容性和操作习惯等问题，才能真正让客户愿意广泛应用。同时，工业软件企业也不能仅仅面对国内市场，必须下决心进入国际市场。

最近，在国家政策的鼓励下，我国一批工业软件企业正在积极向科创板进军。希望这些企业千万不要把上市当作目标，或者实现创业者个人财务自由的手段，而是要保持初心，把上市回归到一种融资手段和促进企业法人治理结构规范化的途径，这样才能走得更远！（本文完）

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