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首頁 -技術應用 -技術交流 -林雪萍 | 工業帝國的工業軟件:榮光與衰落

林雪萍 | 工業帝國的工業軟件:榮光與衰落

發布時間:2022-06-01作者來源:金航標瀏覽:1969


工業軟件的強弱,最能體現一個國家的工業競爭力。國家制造業強,則軟件強,反之亦然。加拿大和英國的工業軟件浮沉,就像鏡像一樣,反襯出工業軟件的獨特形態。


低調的工業軟件強國


加拿大的工業軟件,也是如此顯得低調。實際上,人口只有3700萬的加拿大,開發了許多全球[敏感詞]的工業軟件,比較而言,可以說是與美國、法國不相上下。


2019年,加拿大的信息通訊技術(ICT)行業GDP產值為940億美元,占全國 GDP的4.8%。其中,90%以上是來自軟件與計算機服務行業的貢獻。


常用的圖像處理軟件 CorelDraw、科幻影片《阿凡達》所使用的特技3D軟件,都是來自加拿大。就科學計算軟件而言,世界上除了美國的Mathematica和MATLAB,還有加拿大滑鐵盧大學開發并早在1980年就對外發布的Maple,形成三足鼎立的局面。在Maple基礎上開發的建模仿真系統MapleSim,是多學科建模和高性能仿真方面的佼佼者,在機器人開發的仿真方面擁有獨到的特色。中國上海的磁懸浮項目就是采用了這個軟件進行物理建模和仿真。


加拿大在信息技術領域深受美國的影響,擁有很多美國產品的姊妹版。例如,實時微內核操作系統QNX軟件,于1982年就已經面世,與美國風河公司的VxWorks定位類似。它廣泛被用于核反應堆和軌道交通設備,而且在全球汽車的車載平臺領域具有優勢地位。全球顯示芯片巨頭ATI公司,在被美國AMD收購之后,其研發業務留在了加拿大,繼續與全球霸主英偉達公司抗衡。而在芯片設計領域,除了美國Synopsys 、Cadence和Mentor(被德國公司收購但總部仍然在美國)三大霸主之外,加拿大的EDA依然有自己的地盤,如Solido Design。主攻存儲器、模擬/射頻和標準單元的變化感知設計軟件的Crosslight(原為Beamtek)則是全球首家推出量子阱激光二極管仿真軟件的商業公司。


在熱門的人工智能領域,加拿大的表現也令人矚目,人工智能的學術研究和產業化均極為強大。在2020年,加拿大已經擁有60多個AI實驗室、大約650家AI初創企業、40多個加速器和孵化器。[敏感詞]的人工智能專家理查德·薩頓,是強化學習的開創者,他的學生后來締造了“阿爾法狗”,讓人工智能由此享譽天下,成為新一輪AI的起點。來自多倫多大學的深度學習鼻祖杰弗里·辛頓則幾乎憑一己之力,將神經網絡從邊緣課題變成人工智能的中心舞臺。憑借如此雄厚的人才基礎,加拿大有可能成為下一個矚目的全球人工智能中心。


將工業優勢轉化為工業軟件


加拿大是全球最富裕的國家之一,2019年人均GDP達到4.6萬美元,在發達國家G7集團中僅次于美國。這與它得天獨厚的自然資源相關,加拿大的原油儲量高達1730億桶,位居世界第三,同時也是第三大礦業國。


人口不多而資源豐富,就容易走上貿易立國的路線,外貿依存度會相當大,對鄰國尤其如此。加拿大的對外出口地區相對單一,美國、中國、墨西哥、英國和日本這五大出口國合計占據了加拿大85%以上總出口份額。2020年加拿大出口美國的貿易產值達到了2870億美元,占整個加拿大出口總產值的73%以上。向中國出口雖然排第二位,但只占加拿大出口總產值的4.8%。美國人口約為3.3億,幾乎是加拿大的十倍,而且美國是一個龐大而成熟的市場。這為加拿大本來就非常活躍的技術創新,留下了充足發揮的空間。它的技術發展,有著穩固的后方市場。


能源、制造、礦業是加拿大國民產業經濟的重要支柱。加拿大是世界第三大飛機制造國,第十大汽車制造國。加拿大麥格納公司,是全球最大的汽車代工制造商,以制造的汽車數量而言,它是全球第三大汽車制造商。這些行業優勢,都被加拿大轉換為工業軟件的優勢。


加拿大是全球排名第六的發電量大國,發電量僅次于中國、美國、印度、俄羅斯和日本,在電力工業軟件也頗有造詣。電力仿真軟件、電力系統軟件幾乎都曾經是加拿大的天下。加拿大擁有全面的解決方案,包括配電網仿真軟件CYME、接地仿真軟件CDEGS、電磁暫態仿真軟件PSCAD、大規模電網仿真軟件DSA-Tools等。加拿大的HYPERSIM則是基于魁北克水電公司(Hydro-Quebec)多年研究開發的超大型電力系統的仿真測試軟件和硬件。


電力系統電磁暫態分析方面以加拿大的PSCAD軟件較為知名。隨著電網發展,純粹依靠軟件仿真已不能滿足要求,于是出現了實時數字仿真、數模混合仿真,其中有代表性的是RTDS。作為同類產品中的第一款,RTDS模擬器是執行實時電力系統仿真的全球基準。


加拿大的龐巴迪工業集團曾經是世界第三大飛機制造商,僅次于波音和空客。加拿大軟件最大的特點,就是積極配合產業鏈的延伸。有龐巴迪,就有全球最大的飛行模擬器生產商CAE公司。CAE 公司的航空飛行模擬平臺Presagis,為全球飛行員提供訓練,很多[敏感詞]及工業巨頭如波音、空客、洛克希德·馬丁等都是它的用戶。它在汽車建模、仿真和嵌入式顯示圖形方面都有解決方案。至于作戰指揮系統、仿真軟件,很多也都是加拿大的。加拿大的FlightSim是高精度的標準飛行仿真平臺,能夠仿真固定翼飛行器的多種動力學特性。


加拿大石油資源豐富,截至2018年底,世界原油探明儲量1.672萬億桶,加拿大儲量位列第三,占全球總量的10%。盡管如此,加拿大的能源行業卻走了一條與中東石油國完全不同的路線。后者是資源密集型,而加拿大的路線是“高科技密集型能源開發”。加拿大在向世界其他地方出口石油天然氣的同時,在本國大力提倡清潔能源,其可再生能源發電比例已經達到66%。“高科技型密集型能源開發”的背后有著豐富的軟件支撐。


加拿大的石油化工的建模與仿真軟件CMG Suite,則是全球最大的油藏數值模擬軟件,可以對地球化學、地質力學等進行分析,也得到了中石油、中石化和中海油等公司的廣泛使用。在石油化工的流程模擬領域,主流軟件有美國的PRO/II、Aspen Plus和英國的gPROMS,加拿大的HYSYS也很早就在石化行業確立了自己的地位,在油氣處理及石油化工領域把工藝與設備進行集成仿真,模擬實戰狀態。


流程模擬軟件的開發和應用至今已發展到第四代產品,其中美國的Aspen Plus主要應用于化工,法國的PRO/II主要應用于煉油,加拿大的HYSYS主要應用于油田及天然氣處理。21世紀初才推出的加拿大軟件VMGSim是后起之秀,由開發HYSYS的核心技術人員完成,但已可以跟美國的Aspen Plus、法國的 PRO/II等抗衡。


后發企業需要更好地進行知識集成。VMGSim在全球廣泛的建立技術聯盟,包括美國國家標準研究院熱力學研究中心(NIST/TRC)、世界氣體加工協會(GPSA)、世界硫磺工程協會(SRE)等,這使得它在專業分工上有獨到的優勢,例如脫硫技術非常有競爭力。


實際上,這也是加拿大軟件企業的一個特點,即愿意抱團。加拿大軟件公司大多數是微型企業,企業的員工一般不超過10人,通常依附大公司開展設計與開發。可能意識到了軟件業生態的重要性,加拿大的軟件戰略聯盟比較普遍。例如,兩個軟件企業簽訂協議一起進行開發,相互嵌套但獨立實施銷售、產品開發等。這是一個結伴而行的策略。


教育與科研優勢


加拿大軟件發展得成功有很多原因。第一是工業基礎強大,成為工業軟件發展的肥沃土壤;第二是所緊鄰的美國這個關鍵市場,無論在職業人才還是產品應用方面,都為工業軟件的發展提供了重要的支撐。值得關注的還有加拿大的基礎教育與社會環境形成了良好的互動。這是一個整體聯動的創新體系。


軟件工程是計算機領域發展最快的分支學科之一,加拿大重視軟件行業的發展,對軟件人才的培養給予非常優惠的政策。花大力氣培養掌握計算機軟件基本理論知識、熟悉軟件開發和管理技術、能夠從事軟件設計、開發和管理的高級人才。加拿大軟件開發專業排名第一的高校是滑鐵盧大學,實時微內核操作系統QNX正是起源于這所大學。


加拿大的公共和商業部門,重視不斷發展的創業家社區,并把它們與商業和學術機構聯接起來。目前多倫多、溫哥華和蒙特利爾正在成長為加拿大初創企業的中心。


加拿大的創新體系比較完善,積極鼓勵軟件業的發展。加拿大制定了豐富多樣的研發稅收減免政策。加拿大小企業有很多獲得風險資本和公共資金資助的機會,這為加拿大的初創企業成長創造了環境。擁有豐富工業軟件的加拿大,也成為跨國軟件巨鱷吞吃并購的好場所。Infolytica作為第一個商業電磁場有限元分析軟件,在航空航天、汽車、電器、電力、醫療設備、電子產品等領域的低頻電磁設計工程師中有很好的口碑。在創建五十年之后,Infolytica于2017年被西門子公司收購,被并入其旗下的EDA軟件Mentor系列中。


加拿大聯邦政府設有縱橫交錯的研發項目和資金。中小企業稅收比較低,如果公司進行了研發投入,則投入的一半左右,由政府直接買單。很多中小企業都得益于政府的多重扶持。2019年,加拿大ICT領域共有4.3萬個公司。其中,86%以上的企業,雇員在10人以下;員工多于500人的公司,即使把國際公司的分支機構計算在內,也就100個左右。成熟的商業環境,成為工業軟件最為稀缺的資源。當然,加拿大也存在工業軟件的發展劣勢,那就是不斷減小的市場規模。加拿大技術落地美國成為最好的選擇,但加拿大也在尋找更多備選市場。


國家制造的力量


一個國家大學的基礎教育強大、數學基礎深厚,就可能會擁有很多軟件,如法國、加拿大、英國。但英國,則呈現了與它們不同的趨勢。


英國軟件產業具有悠久的傳統和基礎,比如,在數據庫、支撐軟件包、虛擬現實、金融財務軟件和娛樂軟件等領域。實際上,英國一直是歐洲獨角獸中心,在打造快速發展的全球公司方面,緊隨美國和中國之后。根據億歐數據統計,2019 年有 8 家英國公司邁入獨角獸公司陣營,這意味著英國已經產生了 77 家估值10億美元以上的公司,總數達到了德國(34家)的兩倍、以色列(20家)的三倍。


在工業軟件領域,也能看到非常顯赫的英國創立者榮光。目前全球商業化的CAD軟件主流幾何引擎,是Parasolid和ACIS,由英國劍橋大學的同一個教授開發,當時被看作是一代和二代產品。在計算機輔助設計制造(CAM)領域,英國也有著非常悠久的傳統。如英國達爾康(Delcam)公司的CAM軟件PowerMILL廣受贊譽。根據美國調研機構CIMdata 2012年的報告,其銷售額連續第13年保持全球領先的桂冠。2013年,歐特克公司收購英國達爾康公司,被認為是CAM軟件領域的一次出人意料的事件。此后,英國的許多CAM軟件被大肆并購。第二年,營業額約計8000萬歐元的英國CAM軟件公司Vero被海克斯康公司全面并購,成為后者測量檢測和質量管理部門的一部分。經過多年的并購,Vero已擁有很多響當當的品牌軟件,如Edgecam、SurfCAM和 WorkNC等。


被國外公司收購像是一曲主旋律,一直在英國工業軟件界回響。2020年,海克斯康再次收購英國齒輪設計技術公司Romax,后者在旋轉機械如風機齒輪箱、電動汽車變速箱等的仿真技術領域具有獨特的地位。Romax的軟件被用來補充海克斯康的仿真軟件MSC的產品線,加強海克斯康在低碳新能源和電氣化方面的發展。


1988年,英國Flomerics公司成立,旗下的 FloTHERM軟件成為電子與工程行業的空氣流及熱傳遞的標準分析程序。2008年Flomerics公司被美國Mentor并購。同年,英國最大的工業軟件公司AVEVA被施耐德電氣反向收購。英國工業軟件又失去了一顆耀眼的明珠。


比較少的例外之一,是流體與傳熱仿真軟件Phoenics。它1981年的第一個版本Phoenics-81程序是世界最早的流體與傳熱計算仿真商用軟件。它是國際計算流體與計算傳熱的主要創始人、英國皇家工程院院士D. B.斯波爾丁(D.B. Spalding)教授的經典之作,跟Star CD和 Fluent一起成為流體動力仿真軟件領域并駕齊驅的三駕馬車。


英國至今保持著高度的創新活力。然而,工業軟件行業的成長需要工業產業的土壤。去工業化曾經是英國的國策,導致英國制造業一直在衰落。英國制造業增加值從1994年GDP占比達到16.4%的高點之后,一路下滑,2019年只有8.6%。早年領先的汽車行業、機床行業都逐漸在走下坡路。隨著制造業的落敗,英國機床行業的品牌相繼陷落,比如,在中國改革開放初期一度走紅的英國橋堡機床(Bridgeport)于2004年被美國哈挺公司收購。這些都會對CAM軟件的發展帶來深遠的影響。整體而言,不可逆轉的去工業化,給英國工業軟件的發展也帶來了損傷。


只有強大的制造業伴行,才能讓工業軟件更好地發展。法國、加拿大是正面的例子,英國則讓我們看到了另外一面。這再次驗證了,一個國家的制造對工業軟件所起到的支撐性作用。


或許值得回響一遍:只有強大的制造業伴行,才能讓工業軟件更好地發展。法國、加拿大是正面的例子,英國則讓我們看到了另外一面。這再次驗證了,一個國家的制造對工業軟件所起到的支撐性作用。

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