工业软件简史

空气没有形态，却对生命不可或缺。对于制造业来说，工业软件恰如空气，无形、无界、泛在且至关重要。本书以工业软件最重要的三类工具软件CAD、CAE和EDA为重点，兼述千差万别的行业工业软件，展现工业软件的发展逻辑，以及工业软件与制造业相伴相生而少为人知的独特形态。这里既有工程师创业家的英雄主义，也有资本的饕餮盛宴，以及政府精心设计的扶持体系，还有不露声色的企业用户反哺效应。

当前，工业软件得到了各界人士的高度重视，回归到它应有的战略位置。本书语言活泼灵动，视角独具一格，以故事化的叙事体系，全方位解析工业软件及其发展特点。它提供了一个俯瞰万山众相的角度，适合所有关注工业软件和数字化制造的人阅读。

北京联讯动力咨询公司总经理、上海交通大学中国质量发展研究院客座研究员、天津大学兼职教授、南山工业书院发起人。从事全球产业观察与企业技术战略研究，长期跟踪全球先进制造、制造创新模式和数字化转型。已编著《灰度创新：无边界制造》《美国制造创新研究院解读》《智能制造术语解读》《工业互联网创新之路》等图书，并在《哈佛商业评论》《瞭望周刊》发表多篇文章。主持深耕智能制造的微信公众号“知识自动化”和面向工业观察的微博头条“南山林雪萍”。

空气没有形态，却对生命不可或缺。对于制造业来说，工业软件恰如空气，无形、无界、泛在且至关重要。

前 言

工业软件，是令人迷惑的一种产品。它既不像一般工业品，有着巨大的产值、有形的形态和清晰可见的投资回报率；也不像常规的软件，熟悉计算机语言和业务逻辑就可以编程运行。工业软件之于软件而言，就像老虎属于猫科，但此虎非彼猫。

当前工业软件，正处于一种让国民焦灼的状态。但工业软件的边界并不容易说清楚。如果说只要用在工业领域的软件就算工业软件，那么它的范畴就比较大。根据工信部的数据，2020年，中国软件产品实现收入22758亿元，占信息服务行业比重为27.9%。其中，工业软件产品实现收入1974亿元。实际上，这个范畴仍然比较宽泛。工业软件的定义过于宽泛，容易导致无法把有限资源，很好地聚焦在当下最需要攻坚的地方。

笔者习惯于将工业软件分为工业物理学软件和工业管理学软件。后者诸如企业资源管理（ERP）软件、供应链管理（SCM）软件之类，其实并不是工业软件攻坚的重点。前者以研发工具如计算机辅助设计（CAD）软件、计算机辅助工程（CAE）软件、电子自动化设计（EDA）软件或者流程模拟软件等为主，这些才是真正的硬骨头。只有将工业软件的定义聚焦到真正的工业内核上，工业软件才能有更好的发展。国内经常有信息技术企业排行榜，Top10公司中往往有制造业的华为、海尔、中兴、浪潮和海信。这类制造业企业的软件，基本都是嵌入式软件。没有这些软件，硬件就无法工作。但这些软件，其实跟日常所担忧的卡脖子软件关系并不大，也不是本书关心的范畴。能够独立服务制造业的研制类工业软件，才是中国最需要突破的地方。

工业软件是制造行业的基石。它是一种支点产业，产值很小，跟“高大上”无关。或者说，它不高（不可见）、不大（无产值），也不上脸（隐藏在最底层）。以国内当前最受关注的卡脖子芯片行业为例。全球半导体市场规模近5000亿美元，往上，支撑起数万亿美元的电子设备，并进一步支撑起几十万亿美元的数字经济市场；往下，它需要500亿美元产值的半导体生产设备来支撑；再往下，才会看到一个100多亿美元的电子设计自动化软件。若没有这种软件，芯片支撑的世界，就成了一个沙塑宫殿。

这样的例子可以举很多。例如仿真CAE软件，就是这样一个奇特行业。中国每年的CAE软件市场可能只有几十亿元人民币的规模，能不能成为一个“行业”都难说。在这个领域，一家企业能有几千万元的收入，就是优等生。CAE软件的类别众多，各行各业都有它们的身影，它们就像是大自然丰富多样的物种。在每一个狭窄的缝隙里都会长出CAE软件，比如，挖掘机挖斗里滚动的泥块或者制药颗粒的成型，都在用一种叫做散料仿真的软件模拟。

作为一种工业品形态，中国工业软件呈现了五个令人难堪的特点，可以概括为： 难、冷、穷、小、重。

难，攻关不易。工业化沉淀留下了无数的深坑。只有扔进去钱、知识和人才，才能填满它。就通用CAE软件而言，国内还没有一家公司能够正面挑战行业全球领先者。这些领头羊的工业软件，早在电气化开启的时代，就开始与工业界共同不懈探索。大量的工业化知识，沉淀在这些工业软件之中。这是自主工业软件难以攻克之处。

穷，没有钱。中国制造业用户，长期未能认识到软件的知识价值，“重硬轻软”成为一种压倒性的潜意识。这其实也是制造业进化的一种幼稚症。在荷兰光刻机厂商阿斯麦在发展初期，市场被尼康和佳能统治。芯片代工厂台积电由于工厂失火，日本设备一时供应不上，就转向阿斯麦。阿斯麦光刻机一向是硬件和软件兼顾，但在这个时候，它突然发现，亚洲的客户除了愿意购买机器设备，并不想为软件付费，也不想为软件升级而付费。这样的场景，至今仍然存在。

冷，冷清的行业。这个行业严重缺血。大学生人才的培养，已经基本断档。对于CAE软件、CAD软件、EDA软件等，绝大部分高校里没有相关学科。现有的从业者，则往往被互联网行业轻松挖走。

小，市场之小，几乎不可见。全球芯片约有5000亿美元的市场，但支撑芯片设计的软件可能只有上百亿美元的市场。

最后是“重”，小尖工业软件，大国重器担当。如果没有工业软件，很多设计、研发、运行都会停摆。工业软件其实是无法分类的。如果硬要给它分类，那不妨把它列入国民经济。这表明了它的重要性。工业运行的逻辑，归根结底是知识结晶。这些知识结晶的最大容器，就是工业软件。抽掉工业软件，整个制造业将分崩离析。

本书意在还原工业软件这种特殊工业品的面貌。第一章按类别描述了工业软件，大致按照从工厂建造开始，到设计研发，到制造，再到运行维护的线索。

第二章从行业角度出发，向人们提醒，工业软件其实是行业知识的集大成者。每个行业，都有自己独特的软件形态。

第三章探讨了国家创新生态的力量。工业软件最早往往是源自大学和科研院所，这是自然科学原理的一种自发性外溢；之后，需要很好的衔接机制，才能最终成为商业化产品。工业软件的强弱，体现了国家创新生态的建设能力。国家制造业强，则软件强。反之亦然。从这个意义来说，工业软件是一个国家工业化知识沉淀的总和。经历近几十年大量跨国软件并购，工业软件已经发展成为吸收全球工程师知识的强力吸盘。大量复杂、精细的工业知识，越来越紧密地被编码化。

第四章和第五章探讨了最常见的三种工业软件的起源和发展经历。这些软件成长的历史，是一口口池塘里发生的故事。各种小鱼，如何适应时代的水温，通过商业和资本的手段，最后一统江湖。大鱼吃小鱼，是最常见的剧情。小鱼层出不穷，则是另外一段精彩。

第六章描述了中国三种工业软件曾经的辉煌和失落，以及准备重新崛起的故事。中国工业软件当下热浪汹涌，炙手可热，成为资本市场的宠儿。然而，在这波热浪之前，有一个漫长、冷清的前夜。

最后一章简单描述了工业软件的发展未来。从过去发展历程来看，工业软件跟计算机的发展在不少节点上是重合的。20世纪七八十年代，PC机和Windows来临的时候，是许多工业软件的分水岭。然而，互联网的发展，到目前为止，还没有证明它对工业软件的进化而言是一种颠覆性力量；当下的大数据、物联网和人工智能，尚不确定是否会成为工业软件发展的另外一个分水岭。它会是强者更强的工具，还是初生力量翻盘的一次机会？也许我们正在这个进程的裹挟之中，它的结果需要再过十年才能做评价。

工业软件正在进化成平台。大型工业软件商，在把收购的软件品牌，从用锁链铰接的漏洞百出的连营，逐渐发展成无缝一体化的战车。原来单一的软件形态，已经不复存在。观察工业软件的形态，现在或许是最佳的窗口期。你有机会看到一只蚕蛹在蜕变成蝶，世界的本源在向你敞开。一旦化蛹成蝶，将只留美丽身影，再也无法溯源。认清事物本质的窗口，几乎完全关闭。

制造业对待工业软件的态度，就像是青春爱情故事。没有阅历，往往很难珍惜。工业化只有发展到一定的成熟度，才能发现工业软件的妙处。而且两者越来越密不可分。

工业软件，一直是智能制造和工业互联网，以及数字化转型必不可少的武器。但本书刻意避开了这些顶层概念，而下沉到工具本身。目的是为了返璞归真，还原真实工业世界。在这里，朴素工业主义才是最需要静心恪守的。这种聚焦，应该是中国从制造大国向强国进军所必需的一种定力。中国制造要强大，工业软件非强不可。好消息是，2019年以来，工业软件受到越来越多的关注，成为炙手可热的行业门类。各种资本蜂拥而至，过去的粗茶淡饭现在换成了海鲜满桌。这是令人欣喜的现象。中国工业软件吃苦流泪多年，现在终于迎来了一个最好的时代。这是中国制造挺身一跃的关键节点。时代的指针，已经指向此刻。

最后要提的是，工业软件的殿堂宽广、深邃，笔者只是一个匆匆而来、进门看了几眼就想发表议论的急性子游客，对许多工业软件的知识尚一知半解，囫囵吞枣的地方有很多，经不起行业心细读者的推敲。工业软件术语众多，相关公司在并购过程中也反复更名，企业与产品名称时有重合，笔者也经常会混淆。此外，工业软件与行业密切相关，本书对于工具软件描述相对多一些，对于跟机器绑定在一起的软件，则涉及不多。另外，关于工业软件的描述一般专业性都很强，也导致生涩难懂。笔者遣词调句，尽量让文章呈现较强的故事性，容易阅读，但也因此降低了部分内容的科学严谨性。这些地方，还请读者海涵。如果还是觉得瑕疵太多，干脆就当成一本非写实的导引性材料。只要对工业软件留有一个大概的印象，顺便对工业软件多一丝敬畏，笔者也就心满意足。

林雪萍

于北京陶然亭公园

上篇： 让制造强大

第一章 工业软件的骨架

1.1 举起概念之槌

1.2 基础设施建设中的魅影： 工厂设计

1.3 V形山谷之旅： 工业正向设计

1.3.1 V形山谷的左坡

1.3.2 V形山谷的右坡

1.4 制造全过程

1.4.1 全球视角的大物流规划

1.4.2 生产线布局背后的代码跳动

1.4.3 现场机器调试，可以快一些

1.4.4 制造现场的运营、质量和自动化控制

第二章 多样的行业 无尽的边疆

2.1 千姿百态的行业软件

2.1.1 软硬结合大势所趋

2.1.2 来自大学的精彩

2.1.3 科学计算三剑客

2.1.4 开放的用户造就优秀的软件

2.1.5 清晰的进球套路

2.1.6 赛道上的中国挑战者

2.1.7 吃小灶，不如广育土

2.1.8 必须从底层开始追

2.2 离散制造的典范： 工业软件在汽车界的繁荣

2.2.1 动力装置设计软件的发展

2.2.2 流体与动力的天地

2.2.3 细微之处见软件

2.2.4 自动驾驶起风云

2.3 流程行业： 打开一个黑盒子

2.3.1 产学研的优等生

2.3.2 曲线突破

2.3.3 自动化并购软件成为潮流

2.3.4 硬件的影子

2.3.5 来自大学的星星之火

2.3.6 扶持与监管

2.3.7 追赶者的步伐

第三章 工业软件强国启示录

3.1 美国： 国家意志的力量

3.1.1 国家战略投资计划

3.1.2 CAE软件的伴生工程

3.1.3 美军CALS计划

3.1.4 “先进工程环境”研究计划

3.1.5 美国国家航空航天局成功的核心要素

3.1.6 给EDA软件插上翅膀

3.2 德国： 围绕制造发展工业软件

3.2.1 德国工业软件的基本情况

3.2.2 两类划分至关重要

3.2.3 国家的作用

3.2.4 错失的机会

3.2.5 制造工艺的软件功能强

3.2.6 失去重来，送硬迎软

3.2.7 与制造如影随形

3.3 日本： 藤蔓附树式发展

3.3.1 1985年前的光景

3.3.2 一次失败的国家尝试

3.3.3 缺乏强势的通用软件，但企业自研能力很强

3.3.4 共生式发展与高度嵌入的策略

3.4 法国： 成功源自沃土

3.4.1 法国软件靠工业软件争光

3.4.2 CAD技术的另一个发源地

3.4.3 大型企业推动工业软件的发展

3.4.4 恣意绽放的小花

3.4.5 有利的市场环境

3.4.6 工程师教育体系源源不断地提供人才

3.4.7 政府和公共服务机构的支持

3.4.8 得天独厚的发展土壤

3.5 加拿大与英国： 荣光与衰落

3.5.1 低调的工业软件强国

3.5.2 将工业优势转化为工业软件

3.5.3 教育与科研优势

3.5.4 国家制造的力量

下篇： 历史的进化

第四章 设计研发工具软件的兴起

4.1 工业软件的发展为什么这么难

4.1.1 从数学基础开始

4.1.2 物理机理的初炼

4.1.3 计算机科学的精炼

4.1.4 工程知识的淬火

4.1.5 人类制造知识的宏大宫殿

4.2 数学家奠定的塔基

4.2.1 天才工程师的两枚金蛋

4.2.2 几何内核不先于CAD软件

4.2.3 几何内核阵营开始分化

4.2.4 几何内核引发的担心

4.2.5 一棵开源独苗

4.2.6 几何内核的商业悖论

4.2.7 不败的传奇

4.3 国防军工是工业软件之母

4.3.1 军方吃到了死螃蟹

4.3.2 史上最昂贵的软件来自军方

4.3.3 CAD软件的诞生： 从SAGE走向交互

4.3.4 没有军方支持，就没有CAD软件产业

4.3.5 快进！情节都一样

4.3.6 看不见的军火生意

第五章 工具软件的国外之路： 从草莽时代到江湖分庭

5.1 航空飞机带动CAD软件一起飞

5.1.1 走向商业化，起飞

5.1.2 福祸相依，展翅

5.1.3 法、美的幸运儿，翱翔

5.1.4 中国航空工业，萌芽

5.1.5 大飞机带着工业软件一起飞

5.2 CAE软件的鲨鱼吞噬史

5.2.1 火种起于航天

5.2.2 第一条嗜血鲨鱼

5.2.3 一个老牌企业的补血之路

5.2.4 闻声赶来的工业大白鲨

5.2.5 后发制人

5.2.6 嗜血家族

5.2.7 在并购中成长

5.3 EDA技术领域的三国杀

5.3.1 倒金字塔的尖尖角

5.3.2 错误的归属

5.3.3 EDA软件前传

5.3.4 走出封闭塔

5.3.5 EDA软件崛起

5.3.6 三分天下的格局

第六章 中国工具软件发展之路

6.1 失落的三十年

6.1.1 艰难的起步

6.1.2 一份“未曾送达”的报告

6.1.3 打破寂静

6.2 中国的CAD软件之路

6.2.1 “工程师主义”的锋芒

6.2.2 “甩图板”时代

6.2.3 百花齐放

6.2.4 错过浪头

6.2.5 山头要不要攻？

6.3 中国的CAE软件之路

6.3.1 好像睡着了

6.3.2 困惑的开路先锋

6.3.3 大学、科研院所的创新困境

6.3.4 沦为“微生物产业”

6.3.5 中国CAE软件产业的四大流派

6.3.6 必须啃硬骨头

6.4 中国的EDA软件之路

6.4.1 阳朔会议： 火种的聚会

6.4.2 熊猫微萌： 产业破土

6.4.3 破墙扼杀： 外商进入中国

6.4.4 “核高基”挑旗： 中国EDA软件再战

6.4.5 阴影下的持久战

6.4.6 铁三角的力量

6.5 工业软件的崛起与盗版软件的末路

6.5.1 盗版软件是“拯救”中小制造企业的英雄？

6.5.2 盗版软件使用者是不是贼？

6.5.3 一种毒瘤

6.5.4 正版软件的竞争力

6.5.5 中国工业软件再出发

第七章 工业软件的未来

7.1 制造业再次升级： 从机电一体化到机电软体化

7.2 机器自我发挥： 创成式设计

7.3 CAD与CAE的结合： 仿真前置

7.4 数据传递“全屏化”

7.5 从永久性授权到持续订阅

7.6 仿真平民化

7.7 工具向平台进化

7.8 天生云端

7.9 昂贵的软件

7.10 最大的猜想： 工业软件走向无形

附录： 专业名词中英文对照

致谢

跋