林雪萍 | 工业帝国的工业软件：荣光与衰落

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2022-06-01 09:21:28 0

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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