重要性堪比晶片　95%被外資把持卻至今未被充分重視

2020年6月14日，哈爾濱工業大學飛行器設計專業的大三學生李棟，像往常一樣打開電腦，要完成自己的設計作業。

一封未讀郵件，加粗的字體，醒目又安靜地躺在郵箱裏。

郵件內容很短，卻瞬間擊中了他的心臟：「根據美國政府最新的進出口管制名單，無法為您繼續服務了。」

發件人落款為美國軟件開發公司MathWorks——與他日夜相伴的設計軟件MATLAB，就是來自該公司。

「卡腦袋」的工業軟件

接到這封郵件的，並不只是李棟一人。

他很快發現，同宿舍的、同專業的同學、機械專業的、車輛專業的，都收到了這樣一封「無法為您服務」的郵件。

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這讓大學生們陷入了茫然無措中，因為這款名為MATLAB的軟件，幾乎等於他們的左右手。

這是一款商業數學及科學計算仿真軟件，數值計算、機械化工、汽車航空等研究都少不了它，是不少理工科學生的「工科神器」。而且，由於它的數值計算和仿真模擬形成了一個完整的生態，幾乎沒有可替代性。

對於哈工大來說，MATLAB被禁用，意味着該校的教研工作將陷入「癱瘓」：哈工大師生在發表的論文中，不能使用利用MATLAB獲得的圖表、數據；學校已有的課件、科研項目都要大規模「轉碼」，未來幾年內，新科研產出的難度陡增。

類似MATLAB這種一朝遭禁，中國就痛苦不堪的軟件，其實為數不少，它們有一個總分類：工業軟件。

雖然冠以軟件之名，但工業軟件的本質，其實姓「工」不姓「軟」，它的內核是工業的積累，是將工業所涉及到的物理、化學、力學、材料科學等知識，以及設計、製造、工藝的積累，用程序的形式表現出來。

按照用途，工業軟件可分為研究設計類、生產管控類和管理運營類，其中技術含量最高的，是研究設計類，它包括解放設計師雙手、讓設計師在電腦上就能作圖的CAD（計算機輔助設計）、驗證設計出來的產品是否合格的仿真分析軟件CAE（計算機輔助工程），以及晶片設計軟件EDA。

這類軟件是工業製造的大腦和神經，離開了它的協助，下游的生產製造就成了「無源之水」。

在蘋果公司最新款的iPhone13手機上，採用了擁有150億個晶體管的A15仿真晶片，如果沒有EDA軟件，這150億個晶體管單靠工程師手繪的話，就是一個「不可能完成的任務」。

晶片之外，大到飛機、輪船，小到一輛汽車的研發設計，都離不開工業軟件。它不僅能提高效率，還能極大地降低產品研發的成本。

以飛機為例，在過去，一架飛機設計出來後，需要在風洞中利用人工氣流來模擬飛機飛行過程中，周圍氣流的分佈和運動。

這不光費事，還意味着高額的投入。

一個完整的風洞，不光建設成本高達百億美元，運行成本也不容小覷，是出了名的耗電大户。有人戲稱，「風洞一響，黃金萬兩」。

新中國成立之初，由於擔心影響西南地區的工業生產，中國圍繞着是否要停止風洞建設，還出現過不小的爭議。最後還是在錢學森的堅持下，才得以完整保留。

今天，儘管資金不再構成阻礙，但有了計算流體動力學軟件CFD（Computational Fluid Dynamics），許多風洞實驗在軟件上就可以完成，成本可以降低數百甚至上千倍。

遺憾的是，這些「大腦」和「神經」都握在美國和少數歐洲國家手中：CAD軟件，超過90%的市場在德國西門子、美國PTC、Autodest和法國達索手中；CAE軟件市場則是Ansys、Altair和MSC三家美國公司的天下；EDA軟件也基本上被新思科技（Synopsys）、凱登電子（Cadence）和明導（Mentor Graphics）三巨頭壟斷，全球市佔率超過60%。

這意味着，我國製造業使用的研發設計類工業軟件，95%捏在別人手裏。在地緣政治衝突背景下，這等於將我國製造業置於危險境地。

美國密西根大學研究CFD的Roe教授有一句狠話：

「現在CFD分析已經完全代替實驗用來設計工業產品，如果美國與歐盟真的會執行相關的政策，那估計中國飛機汽車製造商又要回去吹風洞了。」

卡脖子，是近年對晶片制約的比喻，在工業軟件的領域，這一卡，直接卡在了腦袋上。

「空心化」的中國工業軟件

1979年年初，瀋陽的市民驚訝地發現，一片馬達轟鳴聲中，20輛公安摩托車的開路車隊，在大街上轟鳴而過。

但喜歡看熱鬧的市民很快發現，車隊護送的不是外賓，而是兩台計算機。

這是瀋陽鼓風機廠訂購的兩台IBM 370/138大型計算機。與這兩台計算機一起送來的，還有IBM的COPICS配套軟件和八本黑皮封面的說明書。

COPICS是IBM 1970年代初研發的一款企業訊息管理系統，而這八本黑皮說明書，則成為了中國工業軟件的理論啟蒙，在業內，它有個無人不知的俗稱：黑八本。

作為瀋陽鼓風機廠的對口單位，北京機械工業自動化研究所（簡稱「北自所」）開始了技術攻關，以蔣明煒為代表的北自所專家們，在消化、吸收「黑八本」的基礎上，研發出了中國第一代的企業管理系統，拉開了中國工業軟件發展的序幕。

1986年，工業軟件發展納入國家「863」計劃，這一消息對我國的工業企業、科研院校是一個極大的鼓舞。當時，清華、北航、中科院的師生們提出「甩掉繪圖板」的口號，投入到工業軟件的研發中。

這可能是中國工業軟件的第一個小陽春。

1990年代，在ERP領域，北自所創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領域也百花齊放，在國家機械部（機電部）「CAD攻關項目」、國家科委「863/CIMS」的支持下，湧現出熊貓CAD、中科院飛箭、大連理工JIFEX等商業和企業自用工業軟件。

數據顯示，90年代中後期，我國工業軟件的市佔率達到25%，在一些專項領域，甚至高達45%。

但工業軟件迅猛發展的勢頭，卻在進入新世紀後戛然而止。

隨着加入WTO，中國的大門也隨之打開，與國外高端設備一起進入中國市場的，還有國外的工業軟件。通過贈送、默認盜版等方式，國外工業軟件展開了對中國工業軟件的圍剿。

市場總是遵循典型的實用主義。面對界面更友好、速度更快、價格更便宜的產品，企業的天平傾向了國外工業軟件，我國工業軟件的市場份額從25%急劇下降到5%，工業軟件成為「空心」產業：一是工業知識與經驗的空心化。企業的生產流程、工藝等數據沉澱在國外工業軟件，既幫助國外工業軟件持續迭代，又培養用户習慣，對其形成依賴。工業軟件由此出現「強者恆強」的馬太效應，中國工業軟件生存空間進一步被壓縮。

給哈工大帶來困擾的MATLAB軟件，它的代碼其實並不複雜，但多年來，通過用户不斷使用中形成的技術與數據沉積，才是它最深厚的壁壘。

其次是人才的空心化。通過向高校贈送軟件的方式，高校成為國外工業軟件的推廣陣地，只教授學生工業軟件的操作，卻忽視了基礎研究人才的培養。

2021年發布的《關鍵軟件人才需求預測報告》顯示，到2025年，中國工業軟件人才將出現12萬的缺口。但在現實中，國內真正從事工業軟件研發的人數很少。有數據顯示，我國EDA軟件研發，工程師加上學生，也不到1000人，而僅Synopsys一家公司，員工就有一萬人。

一次慘痛的誤判

2018年7月下旬，在美國舊金山，幾百個膚色各異、穿着格襯衫、牛仔褲、套頭帽衫的人，正在舉辦一場集會。

這些人的打扮，讓這場集會註定與時尚和潮流無關。但它的意義，卻遠邁任何流行音樂節。

這是美國電子復興計劃（ERI）的首次峰會。

ERI是摩爾定律走向終結之際，美國開啟的另一場科技強國運動。按照該計劃，美國將在自2017年的未來5年內，投資15億美元推動美國電子行業持續領先。

站在ERI背後的，是美國國防高級研究計劃局（DARPA）。

這個成立於1958年的機構，其創建的使命就是支持關乎美國國家安全、核心競爭力的前沿科技。大半個世紀以來，美國能在電子和半導體領域保持領先地位，背後少不了DARPA對半導體材料、精密製造和集成電路持續的支持與推動。

自2017年以後，目睹微電子技術越來越接近發展臨界點，DARPA又把美國的未來押在量子計算、AI、智能製造這些前沿技術上，並在2017年設立了ERI專項計劃。

在2018年的首次峰會上，ERI把最大一筆款項2400萬美元，撥給了美國EDA巨頭Cadence公司，另外一筆610萬美元的資助，則給了EDA三巨頭之一的Synopsys。這兩家公司獲資助的項目都與工業設計相關。

在美國，工業軟件被提升到了關乎國家戰略與命運的地位。

工業軟件的重要性是否是危言聳聽？美國的戰略計劃，是否有事實的依據？有兩組數據，很能說明問題。

2020年，全球EDA市場規模才115億美元，但它卻撬動了一個規模高達1267億美元的存儲晶片市場，實現了11倍的槓桿率。如果沒有EDA設計軟件，晶片也不過是一堆硅土。

2021年，普華永道針對德國企業的一項調查顯示，德國市值最高的企業是SAP，市值高達1180億美元。而論營收，SAP 2020年的營業收入才311億美元，不到市值第二的西門子營收的一半，只有市值第三的大眾集團營收的十分之一。

SAP研發的企業資源管理軟件，其實在工業軟件中技術含量較低，但營收與市值的反差，卻是它在行業重要性的體現。

來自國家戰略、產業和資本市場的三重「高估值」，使得美國政府與企業默契地達成了一致——絕不吝惜在工業軟件領域持續投資。

NSF（美國國家科學基金會）在30年間，資助了1190個EDA軟件項目，平均一年40個；

CAE軟件第一大公司Ansys每年的研發投入，佔其營業額的17%～18%，光2019年的研發投入，就約3億美元。這個數字，是我國「十五」到「十二五」15年間，在CAD和CAE等核心工業軟件上投資金額的10倍。

驚人的數字差距背後，是理念上的差異。

我國對工業軟件最大的誤判，是把它當作軟件的分支，而非工業的大腦，自然也沒有給予足夠的重視。

即使到了2018年，在當年發布的《戰略性新興產業重點產品和服務指導目錄》中，「工業軟件」也只出現在第四級目錄中，是「新興軟件和服務」方向下11個子項目之一。

這個定位，讓工業軟件失去了應有的資金支持。據業內人士反映，從「十二五」起，國產自主工業軟件研發，就再也沒有從國家部委獲得資金支持。相反，本着「造不如買，買不如租」的理念，國家補貼給製造企業的錢，都拿去買國外的工業軟件了。

正是這種「拿來主義」，不僅讓我國的工業軟件比國際最高水平落後了30年，在材料、航空製造等領域，也一度因為核心技術的缺失，不斷被「卡脖子」。

為此，我國工程院院士倪光南呼籲：「關鍵核心技術是要不來、買不來、討不來的，大國重器一定要掌握在自己手裏。」

智能製造的阿喀琉斯之踵

武漢市九省通衢，是全球製造業生產鏈上的重要節點。

在距離武漢市不到100公里的衛星城市裏，分佈着大量快反工廠。在這裏，衣服設計的迭代就如同網頁的迭代，是以秒來計算的。一件羽絨服從上線到完工，只需要130秒。

這種小批量、多款式、多批次生產的柔性供應鏈，是製造業向智能製造升級大背景下，對企業供應鏈的數字化改造。「小單快反」能夠實現，得益於上游工業設計軟件對市場數據的快速處理和反應。

我國製造業正在向智能製造升級，未來會有越來越多類似武漢「快反工廠」的智能升級。但如果剝開智能製造大數據、人工智能的外衣，它的核心還是工業軟件。

在最早提出「工業4.0」智能製造的德國，最接近工業4.0這個目標的，是一家位於德國紐倫堡以東約60公里維爾斯河畔的工廠——安貝格工廠。

在這裏，每秒就能生產一個產品，產品合格率接近100%。其中，75%的工序由生產設備和電腦完成，工人只負責剩下的1/4工作。工廠建成以來，面積和員工數量沒有改變，產能卻提升了8倍。

這座最接近德國工業4.0的未來工廠，是西門子一手打造的。

很多人對西門子的印象，還停留在這是一家生產冰箱、洗衣機的硬件公司。事實上，西門子花了近二十年的時間，通過收購逐漸完成了向工業軟件公司的蜕變：目前，西門子是歐洲僅次於SAP的軟件公司，也是世界十大軟件供應商之一。

軟件，正是安貝格工廠的「大腦」。

我國《「十四五」智能製造發展目標》中，明確提出了我國智能製造的目標。但是「瘸腿」的工業軟件如果不能實現突破，將成為中國智能製造的阿喀琉斯之踵。

MATLAB被禁用後，哈工大師生用Python、Octave這類產品，勉強替代了MATLAB數值計算部分的功能，但其配套的Simulink仿真模擬功能，幾乎沒有產品可以替代。

不少哈工大計算機學院科創俱樂部的學生很氣憤，提出「既然不讓用，我們自己搞」。但哈工大的老師並不樂觀：MATLAB本身的代碼、編程並不難，但幾十年使用過程中的積累和迭代，不是幾個學生寫代碼就能寫出來的。

工業軟件的體量小、研發周期長、投入大，這些特點決定了這是一條「慢」賽道，資本市場對它「愛不起來」。

這個行業裏，很多老牌企業，像數碼大方，A輪融資還停留在十多年前，2003年成立的三維CAD公司新迪數字，一直到2021年才等來第一筆A輪幾千萬的融資。

這些「小打小鬧」的投入，對工業軟件的發展無異於「杯水車薪」，讓這個「爹不疼娘不愛」的行業，成為我國改革開放以來，唯一一個與國外同行差距越來越大的工業技術領域，想要奮起直追，有很大的難度。

但這又是一個關乎整個工業體系的技術領域，除了「自力更生」別無他途，需要以舉國體制來實現突破，是通往製造強國之路上，那些必做的「難而正確的事」。