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林雪萍 | 工业帝国的工业软件:荣光与衰落

发布时间:2022-06-01作者来源:金航标浏览:315


工业软件的强弱,最能体现一个国家的工业竞争力。国家制造业强,则软件强,反之亦然。加拿大和英国的工业软件浮沉,就像镜像一样,反衬出工业软件的独特形态。


低调的工业软件强国


加拿大的工业软件,也是如此显得低调。实际上,人口只有3700万的加拿大,开发了许多全球著名的工业软件,比较而言,可以说是与美国、法国不相上下。


2019年,加拿大的信息通讯技术(ICT)行业GDP产值为940亿美元,占全国 GDP的4.8%。其中,90%以上是来自软件与计算机服务行业的贡献。


常用的图像处理软件 CorelDraw、科幻影片《阿凡达》所使用的特技3D软件,都是来自加拿大。就科学计算软件而言,世界上除了美国的Mathematica和MATLAB,还有加拿大滑铁卢大学开发并早在1980年就对外发布的Maple,形成三足鼎立的局面。在Maple基础上开发的建模仿真系统MapleSim,是多学科建模和高性能仿真方面的佼佼者,在机器人开发的仿真方面拥有独到的特色。中国上海的磁悬浮项目就是采用了这个软件进行物理建模和仿真。


加拿大在信息技术领域深受美国的影响,拥有很多美国产品的姊妹版。例如,实时微内核操作系统QNX软件,于1982年就已经面世,与美国风河公司的VxWorks定位类似。它广泛被用于核反应堆和轨道交通设备,而且在全球汽车的车载平台领域具有优势地位。全球显示芯片巨头ATI公司,在被美国AMD收购之后,其研发业务留在了加拿大,继续与全球霸主英伟达公司抗衡。而在芯片设计领域,除了美国Synopsys 、Cadence和Mentor(被德国公司收购但总部仍然在美国)三大霸主之外,加拿大的EDA依然有自己的地盘,如Solido Design。主攻存储器、模拟/射频和标准单元的变化感知设计软件的Crosslight(原为Beamtek)则是全球首家推出量子阱激光二极管仿真软件的商业公司。


在热门的人工智能领域,加拿大的表现也令人瞩目,人工智能的学术研究和产业化均极为强大。在2020年,加拿大已经拥有60多个AI实验室、大约650家AI初创企业、40多个加速器和孵化器。著名的人工智能专家理查德·萨顿,是强化学习的开创者,他的学生后来缔造了“阿尔法狗”,让人工智能由此享誉天下,成为新一轮AI的起点。来自多伦多大学的深度学习鼻祖杰弗里·辛顿则几乎凭一己之力,将神经网络从边缘课题变成人工智能的中心舞台。凭借如此雄厚的人才基础,加拿大有可能成为下一个瞩目的全球人工智能中心。


将工业优势转化为工业软件


加拿大是全球最富裕的国家之一,2019年人均GDP达到4.6万美元,在发达国家G7集团中仅次于美国。这与它得天独厚的自然资源相关,加拿大的原油储量高达1730亿桶,位居世界第三,同时也是第三大矿业国。


人口不多而资源丰富,就容易走上贸易立国的路线,外贸依存度会相当大,对邻国尤其如此。加拿大的对外出口地区相对单一,美国、中国、墨西哥、英国和日本这五大出口国合计占据了加拿大85%以上总出口份额。2020年加拿大出口美国的贸易产值达到了2870亿美元,占整个加拿大出口总产值的73%以上。向中国出口虽然排第二位,但只占加拿大出口总产值的4.8%。美国人口约为3.3亿,几乎是加拿大的十倍,而且美国是一个庞大而成熟的市场。这为加拿大本来就非常活跃的技术创新,留下了充足发挥的空间。它的技术发展,有着稳固的后方市场。


能源、制造、矿业是加拿大国民产业经济的重要支柱。加拿大是世界第三大飞机制造国,第十大汽车制造国。加拿大麦格纳公司,是全球最大的汽车代工制造商,以制造的汽车数量而言,它是全球第三大汽车制造商。这些行业优势,都被加拿大转换为工业软件的优势。


加拿大是全球排名第六的发电量大国,发电量仅次于中国、美国、印度、俄罗斯和日本,在电力工业软件也颇有造诣。电力仿真软件、电力系统软件几乎都曾经是加拿大的天下。加拿大拥有全面的解决方案,包括配电网仿真软件CYME、接地仿真软件CDEGS、电磁暂态仿真软件PSCAD、大规模电网仿真软件DSA-Tools等。加拿大的HYPERSIM则是基于魁北克水电公司(Hydro-Quebec)多年研究开发的超大型电力系统的仿真测试软件和硬件。


电力系统电磁暂态分析方面以加拿大的PSCAD软件较为知名。随着电网发展,纯粹依靠软件仿真已不能满足要求,于是出现了实时数字仿真、数模混合仿真,其中有代表性的是RTDS。作为同类产品中的第一款,RTDS模拟器是执行实时电力系统仿真的全球基准。


加拿大的庞巴迪工业集团曾经是世界第三大飞机制造商,仅次于波音和空客。加拿大软件最大的特点,就是积极配合产业链的延伸。有庞巴迪,就有全球最大的飞行模拟器生产商CAE公司。CAE 公司的航空飞行模拟平台Presagis,为全球飞行员提供训练,很多军事及工业巨头如波音、空客、洛克希德·马丁等都是它的用户。它在汽车建模、仿真和嵌入式显示图形方面都有解决方案。至于作战指挥系统、仿真软件,很多也都是加拿大的。加拿大的FlightSim是高精度的标准飞行仿真平台,能够仿真固定翼飞行器的多种动力学特性。


加拿大石油资源丰富,截至2018年底,世界原油探明储量1.672万亿桶,加拿大储量位列第三,占全球总量的10%。尽管如此,加拿大的能源行业却走了一条与中东石油国完全不同的路线。后者是资源密集型,而加拿大的路线是“高科技密集型能源开发”。加拿大在向世界其他地方出口石油天然气的同时,在本国大力提倡清洁能源,其可再生能源发电比例已经达到66%。“高科技型密集型能源开发”的背后有着丰富的软件支撑。


加拿大的石油化工的建模与仿真软件CMG Suite,则是全球最大的油藏数值模拟软件,可以对地球化学、地质力学等进行分析,也得到了中石油、中石化和中海油等公司的广泛使用。在石油化工的流程模拟领域,主流软件有美国的PRO/II、Aspen Plus和英国的gPROMS,加拿大的HYSYS也很早就在石化行业确立了自己的地位,在油气处理及石油化工领域把工艺与设备进行集成仿真,模拟实战状态。


流程模拟软件的开发和应用至今已发展到第四代产品,其中美国的Aspen Plus主要应用于化工,法国的PRO/II主要应用于炼油,加拿大的HYSYS主要应用于油田及天然气处理。21世纪初才推出的加拿大软件VMGSim是后起之秀,由开发HYSYS的核心技术人员完成,但已可以跟美国的Aspen Plus、法国的 PRO/II等抗衡。


后发企业需要更好地进行知识集成。VMGSim在全球广泛的建立技术联盟,包括美国国家标准研究院热力学研究中心(NIST/TRC)、世界气体加工协会(GPSA)、世界硫磺工程协会(SRE)等,这使得它在专业分工上有独到的优势,例如脱硫技术非常有竞争力。


实际上,这也是加拿大软件企业的一个特点,即愿意抱团。加拿大软件公司大多数是微型企业,企业的员工一般不超过10人,通常依附大公司开展设计与开发。可能意识到了软件业生态的重要性,加拿大的软件战略联盟比较普遍。例如,两个软件企业签订协议一起进行开发,相互嵌套但独立实施销售、产品开发等。这是一个结伴而行的策略。


教育与科研优势


加拿大软件发展得成功有很多原因。第一是工业基础强大,成为工业软件发展的肥沃土壤;第二是所紧邻的美国这个关键市场,无论在职业人才还是产品应用方面,都为工业软件的发展提供了重要的支撑。值得关注的还有加拿大的基础教育与社会环境形成了良好的互动。这是一个整体联动的创新体系。


软件工程是计算机领域发展最快的分支学科之一,加拿大重视软件行业的发展,对软件人才的培养给予非常优惠的政策。花大力气培养掌握计算机软件基本理论知识、熟悉软件开发和管理技术、能够从事软件设计、开发和管理的高级人才。加拿大软件开发专业排名第一的高校是滑铁卢大学,实时微内核操作系统QNX正是起源于这所大学。


加拿大的公共和商业部门,重视不断发展的创业家社区,并把它们与商业和学术机构联接起来。目前多伦多、温哥华和蒙特利尔正在成长为加拿大初创企业的中心。


加拿大的创新体系比较完善,积极鼓励软件业的发展。加拿大制定了丰富多样的研发税收减免政策。加拿大小企业有很多获得风险资本和公共资金资助的机会,这为加拿大的初创企业成长创造了环境。拥有丰富工业软件的加拿大,也成为跨国软件巨鳄吞吃并购的好场所。Infolytica作为第一个商业电磁场有限元分析软件,在航空航天、汽车、电器、电力、医疗设备、电子产品等领域的低频电磁设计工程师中有很好的口碑。在创建五十年之后,Infolytica于2017年被西门子公司收购,被并入其旗下的EDA软件Mentor系列中。


加拿大联邦政府设有纵横交错的研发项目和资金。中小企业税收比较低,如果公司进行了研发投入,则投入的一半左右,由政府直接买单。很多中小企业都得益于政府的多重扶持。2019年,加拿大ICT领域共有4.3万个公司。其中,86%以上的企业,雇员在10人以下;员工多于500人的公司,即使把国际公司的分支机构计算在内,也就100个左右。成熟的商业环境,成为工业软件最为稀缺的资源。当然,加拿大也存在工业软件的发展劣势,那就是不断减小的市场规模。加拿大技术落地美国成为最好的选择,但加拿大也在寻找更多备选市场。


国家制造的力量


一个国家大学的基础教育强大、数学基础深厚,就可能会拥有很多软件,如法国、加拿大、英国。但英国,则呈现了与它们不同的趋势。


英国软件产业具有悠久的传统和基础,比如,在数据库、支撑软件包、虚拟现实、金融财务软件和娱乐软件等领域。实际上,英国一直是欧洲独角兽中心,在打造快速发展的全球公司方面,紧随美国和中国之后。根据亿欧数据统计,2019 年有 8 家英国公司迈入独角兽公司阵营,这意味着英国已经产生了 77 家估值10亿美元以上的公司,总数达到了德国(34家)的两倍、以色列(20家)的三倍。


在工业软件领域,也能看到非常显赫的英国创立者荣光。目前全球商业化的CAD软件主流几何引擎,是Parasolid和ACIS,由英国剑桥大学的同一个教授开发,当时被看作是一代和二代产品。在计算机辅助设计制造(CAM)领域,英国也有着非常悠久的传统。如英国达尔康(Delcam)公司的CAM软件PowerMILL广受赞誉。根据美国调研机构CIMdata 2012年的报告,其销售额连续第13年保持全球领先的桂冠。2013年,欧特克公司收购英国达尔康公司,被认为是CAM软件领域的一次出人意料的事件。此后,英国的许多CAM软件被大肆并购。第二年,营业额约计8000万欧元的英国CAM软件公司Vero被海克斯康公司全面并购,成为后者测量检测和质量管理部门的一部分。经过多年的并购,Vero已拥有很多响当当的品牌软件,如Edgecam、SurfCAM和 WorkNC等。


被国外公司收购像是一曲主旋律,一直在英国工业软件界回响。2020年,海克斯康再次收购英国齿轮设计技术公司Romax,后者在旋转机械如风机齿轮箱、电动汽车变速箱等的仿真技术领域具有独特的地位。Romax的软件被用来补充海克斯康的仿真软件MSC的产品线,加强海克斯康在低碳新能源和电气化方面的发展。


1988年,英国Flomerics公司成立,旗下的 FloTHERM软件成为电子与工程行业的空气流及热传递的标准分析程序。2008年Flomerics公司被美国Mentor并购。同年,英国最大的工业软件公司AVEVA被施耐德电气反向收购。英国工业软件又失去了一颗耀眼的明珠。


比较少的例外之一,是流体与传热仿真软件Phoenics。它1981年的第一个版本Phoenics-81程序是世界最早的流体与传热计算仿真商用软件。它是国际计算流体与计算传热的主要创始人、英国皇家工程院院士D. B.斯波尔丁(D.B. Spalding)教授的经典之作,跟Star CD和 Fluent一起成为流体动力仿真软件领域并驾齐驱的三驾马车。


英国至今保持着高度的创新活力。然而,工业软件行业的成长需要工业产业的土壤。去工业化曾经是英国的国策,导致英国制造业一直在衰落。英国制造业增加值从1994年GDP占比达到16.4%的高点之后,一路下滑,2019年只有8.6%。早年领先的汽车行业、机床行业都逐渐在走下坡路。随着制造业的落败,英国机床行业的品牌相继陷落,比如,在中国改革开放初期一度走红的英国桥堡机床(Bridgeport)于2004年被美国哈挺公司收购。这些都会对CAM软件的发展带来深远的影响。整体而言,不可逆转的去工业化,给英国工业软件的发展也带来了损伤。


只有强大的制造业伴行,才能让工业软件更好地发展。法国、加拿大是正面的例子,英国则让我们看到了另外一面。这再次验证了,一个国家的制造对工业软件所起到的支撑性作用。


或许值得回响一遍:只有强大的制造业伴行,才能让工业软件更好地发展。法国、加拿大是正面的例子,英国则让我们看到了另外一面。这再次验证了,一个国家的制造对工业软件所起到的支撑性作用。

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