国外典型工业软件企业发展模式及特点.pdf

国外典型工业软件企业发展模式及特点李端 陈俊岳 赵铭晨（国家工业信息安全发展研究中心，北京 100040）摘要：欧美工业软件实力和地位的重要标志是拥有一批全球领先的工业软件企业，这些企业是欧美国家利用全球资源、占据全球市场、实现商业利益、保障产业安全的主体。相比之下，我国工业软件发展的突出问题之一就是企业“少、小、弱”，缺少具有竞争力的市场主体，更缺少有利于培育出这些市场主体的环境。目前，国外大型工业软件代表性企业通常采取三类发展模式：一是以达索系统（Dassault Systemes）、参数技术公司（PTC）为代表的纵向一体化模式；二是以安似科技（Ansys）为代表的横向贯通发展模式；三是以西门子（Siemens）、海克斯康（Hexagon）为代表的软硬结合发展模式。本文对国外典型工业软件企业的发展历程和特点进行梳理，归纳总结其发展模式，旨在为提高我国工业软件企业竞争力、促进产业发展提供参考借鉴。关键词：工业软件；发展模式；发展经验中图分类号：TP319 文献标志码：AThe Typical Development Modes and Characteristics ofForeign Industrial Software CompaniesLi Duan Chen Junyue Zhao Mingchen（China Industrial Control Systems Cyber Emergency Response Team,Beijing 100040,China）Abstract:An important symbol of the strength and status of industrial software in Europe and America is the possession of a group of globally leading industrial software companies that can utilize global resources,occupy global markets,achieve commercial benefits,and ensure industrial security.In contrast,one of the prominent problems in the development of Chinas industrial software is the small number,small scale,and weak capability.Therefore,there is a lack of competitive market entities and a favorable environment for nurturing these market entities.Currently,representative foreign large-scale industrial software companies can be divided into three categories based on their development modes:the first one is the vertical-integration mode represented by Dassault Systemes and PTC,the second one is the horizontal-integration mode model represented by Ansys,and the third one is the software-hardware-combination development mode represented by Siemens and Hexagon.This article sorts out the development path and characteristics of typical foreign industrial software companies,summarizes their development modes,and provides suggestions for improving the competitiveness of Chinas industrial software companies and promoting the industrys development.Keywords:Industrial Software;Development Mode;Development Experience工业软件是一个国家工业基础能力的重要组成部分，在国家工业发展中起到关键作用。美国、德国、法国等发达国家的工业软件产业起步较早，拥有一批国际领先的工业软件企业，总体上形成了纵向一体化发展模式、横向贯通发展模式、软硬结合发展模式三类典型的商业理论探索 Theoretical Exploration2023 年第 09 期 第 13 卷24模式。一、以达索系统为代表的纵向一体化发展模式（一）产品体系达索系统起源于达索航空的计算机部门，创立于 1981 年，总部位于法国巴黎，现有员工22523 人，其中研发人员 9192 人，2022 年营收约为 56.7 亿欧元，研发投入约 10.9 亿欧元。达索系统的发展历程是以结构设计工具为核心，不断向系统工程、工程仿真、工艺仿真、研发管理等各领域前后贯通，围绕生产制造全过程成为纵向一体化工业软件供应商。达索系统公司从著名的 CAD 软件 CATIA起步，通过持续收购来扩充产品线，形成了CAD/CAM/CAE/PLM 产品全生命周期的完整工具链。近年来，达索开始推行平台化战略，以3DEXPERIENCE 平台为基础，布局 3D 建模、社交协作、仿真、信息智能 4 个模块和 12 个品牌的产品，打造 3D 设计、工程制造、建模仿真、数据管理和流程管理产品闭环。3D 建 模 模 块 对 应 CATIA、SolidWorks、GEOVIA（地 质 建 模 与 仿 真 软 件）、BIOVIA（材料与生命科学研发软件）产品线。社交协作模块对应 ENOVIA（PLM 协作创新软件）、3DEXCITE（3D 可视化软件）、3DSWYM（社交网络软件）产品线。仿真模块对应SIMULIA（工程计算与仿真软件）、DELMIA（工艺规划设计与仿真软件）、3DVIA（3D空间规划软件）产品线。信息智能模块对应 EXLEAD（信息情报和业务分析软件）、NETVIBES（数据智能可视化软件）产品线，如图 1 所示。图 1 达索系统公司的工业软件产品线（二）发展历程产品突破期（19811998 年）：以 CATIA产品为基础，聚焦三维设计。1981 年 6 月，达索航空公司决定成立独立子公司达索系统，来开发和运营自研的 CAD 产品。成立之初，达索系统专注于飞机研发和制造用软件工具，以CATIA 为核心产品，很快赢得了波音这样的大客户，在飞机制造领域占据了先机，并很快拓展到汽车等市场空间更广阔的行业。体系发展期（19992011 年）：以三维设2023 年第 09 期 第 13 卷理论探索 Theoretical Exploration25计为核心，走向 3D 产品全生命周期管理。在此期间，达索系统通过系列收购和产品整合逐步成长为 CAD/CAM/CAE/PLM 产品全生命周期完整工具链供应商1，不断完善产品体系和生态布局，持续保持全球研发设计类工业软件龙头地位。平 台 贯 通 期（2012 年 至 今）：以3DEXPERIENCE 为核心，打造平台化战略。2014 年 正 式 推 出 3DEXPERIENCE 平 台，将CATIA（建模）、SolidWorks（建模）、DELMIA（工艺仿真）、SIMULIA（产品仿真）等软件产品都集成在 3DEXPERIENCE 平台上2。（三）成功经验一是抓住了三维 CAD 的发展机遇。与Nastran、Ansys 等工业软件拓荒者不同，达索最成功的产品 CATIA 起步时，市场上已经存在优秀的二维 CAD 产品。达索结合航空制造实际需求，成功解决了复杂曲面造型等三维 CAD 技术难题，率先实现了三维 CAD 的产品化，推动飞机设计与制造流程发生革命性的转变，从而获得巨大成功。二是顺应了数次信息技术变革的潮流。从CATIA 发展历程来看，达索系统抓住了信息技术变革的几个关键节点，有效提高了产品技术水平和市场竞争力。发展初期，CATIA 与 IBM实行软硬件绑定战略，既有效利用了 IBM 大型机的能力，又借用了 IBM 的销售渠道，快速获得了波音等重点客户的认可。20 世纪 90 年代后期，达索系统顺应个人电脑普及化的发展趋势，CATIA V5 率先全面支持 Windows 系统，引领了CAD 软件向 Windows 迁移的潮流。三是抓住了全球化发展机遇。达索系统在占据了航空制造市场后，很快针对美国、德国、日本等汽车制造强国进行市场开拓，将优势领域拓展到汽车、船舶、机械制造、电子电器等重点行业。从 20 世纪 80 年代中期开始，达索就对我国市场进行了布局，通过多种方式建立竞争优势，抢先获取了全球化发展的红利，快速发展为各行业三维 CAD 软件的领导者。二、以 Ansys 为代表的横向贯通发展模式（一）产品体系Ansys 成立于 1970 年，公司总部位于美国宾夕法尼亚州，现有员工约 5600 人，其中研发人员约为2100名，2022年营收约为20.7亿美元，研发投入约 4.3 亿美元。Ansys 专注于 CAE 领域并不断深化布局，产品体系和生态布局不断完善，发展成为一个体系规模庞大、产品线极为丰富的多学科和多物理场耦合的最大 CAE 供应商。Ansys 是 CAE 领域产品线最为完善的厂商，目前共有 17 类、91 个产品。Ansys 自成立以来，通过不断整合，将其产品扩展为 Ansys Mechanical系列、Ansys CFD（Fluent、CFX）系列、Ansys Ansoft 系列以及 Ansys Workbench 和 EKM等3，形成了包括结构、流体、电磁、热、光学、3D设计、嵌入式软件、平台工具、半导体、系统、虚拟现实等在内的完整 CAE 产品线。其解决方案不仅覆盖航天航空、国防、汽车、能源、医疗等领域，也涉及数字孪生、虚拟现实、5G、高性能计算、自动驾驶、工业物联网等前沿领域，如图 2 所示。（二）发展历程创立发展期（19701991 年）：以自研软件起家，专注于结构和应力分析。Ansys 创始人斯旺森博士原本是美国西屋电气公司的工程师，在研发核电装备的过程中开始自研仿真软件。1970 年斯旺森博士成立公司，独立运营并开发出商用仿真软件，在公司成立初期的几年，订单主要来自西屋电气。成长扩张期（19921999 年）：开启并购之路，快速实现商业扩张并完成上市。在此期间，Ansys 完成了对著名CFD软件Fluent的收购。1996 年，Ansys 于纳斯达克上市后进入快速商业理论探索 Theoretical Exploration2023 年第 09 期 第 13 卷26图 2 Ansys 公司的工业软件产品线扩张期。快速并购期（2000 年至今）：围绕自身发展战略，瞄准仿真各细分领域的龙头企业持续开展并购。在此期间，Ansys 通过频繁并购实现强强联合，不断丰富自身建模仿真领域的产品体系。近年来，Ansys 通过快速并购加快向新材料、光学仿真、数字孪生、3D 设计、高性能计算模块、半导体设计、虚拟现实、云原生等前沿技术领域布局。（三）发展经验与达索沿着生产制造各环节打造全流程解决方案相比，Ansys 的突出特点是只专注于仿真环节，通过快速并购实现仿真领域内的全面集成发展。一是面向高端装备研制需求，在装备制造的反哺和打磨中实现产品迭代优化。航空航天、国防等高端装备制造业是 CAE 的刚需市场。从起源来看，结构分析软件来源于装备研制的需要。Ansys 早期得到了西屋电气的订单支持，同时西屋电气所从事的核工业装备业务为 Ansys 软件的迭代升级提供了最佳的试验样本和广泛的应用场景。二是保持久久为功的战略定力，积累形成了仿真领域的发展优势。Ansys 持续深耕仿真领域，致力于推动仿真驱动产品研发创新。通过长期持续投入和不断积累的技术创新，Ansys 完成了产品线应用领域的拓展与横向战略布局，持续完善工程仿真技术体系。三是充分利用资本手段，促进 CAE 领域解决方案的丰富和集成。近年来，全球工业软件发展逐渐从传统的“以产品为中心”向“以服务为中心”转变，基于系统级的多物理场协同仿真变得更加重要。Ansys 采用统一的操作环境Ansys Workbench，实现了自身产品的横向集成，功能上覆盖了从系统设计到系统集成和虚拟验证的全过程，可进行多学科和多物理场耦合与协同仿真，极大地完善了工程仿真技术体系，形成了贯穿产品的整个生命周期、面向多域多维的综合仿真能力。三、以西门子为代表的软硬一体发展模式（一）产品体系西门子总部位于德国慕尼黑，经历了电气化、自动化、数字化三次转型之后，目前是2023 年第 09 期 第 13 卷理论探索 Theoretical Exploration27工业自动化、企业数字化领域的领军企业，也是全球最大的工业软件解决方案供应商。相比Ansys 和达索系统公司，西门子工业软件起步于2001 年，发展时间较短，主要依托自身在装备制造及自动化领域的雄厚基础，通过收购不断拓展工业软件业务，形成了全面的工业软件产品体系，涵盖产品开发、制造、管理、运维全链条，并能够提供软硬一体化方案。西门子数字工业软件部门（Siemens Digital Industry Software）是西门子公司中专注于研究和开发工业软件产品的核心业务部门，主要为离散制造业和过程工业自动化提供全面的数字化工具和系统解决方案。西门子数字工业软件部门下设软件（工业）、工业自动化、运动控制、过程自动化、客户服务 5 大业务板块，业务贯穿产品设计、产品开发、产品生产和售后服务全流程，服务行业涉及汽车工业、机械制造工业、制药与化学工业、食品饮料以及电子半导体工业等4。2019 年西门子推出 Xcelerator 平台，将整个工业软件产品组合融汇在一起5，如图 3 所示。图 3 西门子公司的工业软件产品线（二）发展历程转型起步期（20012007 年）：依托制造环节的强大基础，开始发展工业软件。在此期间，西门子收购三家 MES 厂商，并在收购的基础上形成了自己的 MES 系统SIMATIC IT，再结合 SAP 公司的 ERP 系统，以及原有的 SIMATIC PLC 和 SIMATIC SCADA，西门子初步实现了工业生产 5 个层面（现场层、控制层、操作层、理论探索 Theoretical Exploration2023 年第 09 期 第 13 卷28管理层和企业层）的全过程数字化。跨越发展期（20072018 年），通过持续收购，扩张工业软件业务版图。2007 年，西门子收购美国 PLM 公司 UGS，获得了 NX、Teamcenter、Tecnomatix、Solid Edge 等重要工业软件产品，搭建了从 CAD 到 PLM 的研发软件能力。之后西门子先后收购 LMS（全球领先的测试系统和机电虚拟仿真软件提供商）、Mentor Graphics（全球第三大 EDA 供应商）、Nextflow（计算流体力学解决方案独立供应商）、Culgi（计算化学软件公司）等公司，持续提升设计、仿真、制造执行等各领域的供应能力。平台升维期（2018 年至今）：打造一体化平台，迈向横纵贯通发展。2018 年，西门子发布“公司愿景 2020+”（Vision 2020+）战略，在聚焦电气化、自动化、数字化的基础上赋予公司各业务更大的自由度。之后西门子发布开放式数字商业平台 Xcelerator，集成工业互联网平台 MindSphere、低代码开发平台 Mendix、产品生命周期管理软件 NX、应用程序生命周期管理软件 Polarion、制造运营管理软件 Opcenter 等产品工具，实现产品和产线的设计、制造、仿真、实验，以及数字孪生的一体化平台解决方案。（三）发展经验一是工业软件业务服务于集团整体转型目标。西门子 170 多年的发展历程中，经历了电气化、自动化和数字化三大发展阶段，转型在每一个阶段都占据了重要地位。西门子创立以来的发展历史，鲜明地反映了 100 多年来全球工业发展的历程。与同时期的工业巨头相比，西门子在每个阶段都进行了成功转型，不断剥离传统业务，又增加新兴业务，为其在下一个阶段的成功奠定了基础，持续不断转型是其能持续发展至今的根本原因。二是有效利用并购发展壮大工业软件业务。西门子充分利用并购来壮大工业软件业务。据不完全统计，自 2001 年收购 ORSI 以来，西门子共进行了 36 次重要收购，收购金额近 200 亿欧元。收购的对象从 MES 起步，扩展到 CAD、CAE、PLM、EDA，行业覆盖了离散制造业和流程制造业，最终形成了目前最全面的工业软件产品体系。西门子已经是制造业数字化转型最完整的方案提供商，成为德国工业 4.0 理念的核心支撑。三是产品整合与业务融合卓有成效。西门子在收购的同时不断进行产品之间的整合，推出的数字商业平台 Xcelerator 以“数字孪生”为核心，将以前独立的流程汇集在一起，包含从产品设计、生产规划到产品制造、生产执行，再到优化迭代的全部过程，很大程度上促进了软件和硬件、IT 和 OT、生产现场和企业运营管理之间的融合，使各产品组合到一起产生了更大的价值。2022 年，数字化工业占据了西门子总营业利润的 38%，成为利润贡献最大的业务板块。四、工业软件典型企业发展成功的共性因素从工业软件代表性企业的发展历程来看，虽然企业所处的发展阶段不同、所在领域不同，且都有各自不同的突出特点，但从发展模式的角度可以总结出一些共性因素。一是高端需求催生产品。无论是达索系统还是 Ansys，都是由重大装备研制或重大工程项目的需求催生的。MSC 成立于 20 世纪 60 年代，在 NASA 的高端需求牵引下，成为将有限元分析技术引入航天研发设计的开拓者。目前主流的高端 CAD 产品最初都是由大军火商支持开发的。二是应用牵引至关重要。以达索的 CATIA为例，CATIA 成立不久就得到了波音的应用，为其产品的成熟起到了重要的促进作用。尤其是 CATIA V5 这款产品，第一个用户是我国的某型飞机研制，为其产品走向成熟做出了重大贡献。航空航天、汽车制造等领域对于 CAD、2023 年第 09 期 第 13 卷理论探索 Theoretical Exploration29CAE 等产品的旺盛需求大幅促进了三维 CAD 软件和仿真软件的发展。三是商业发展形成规模。经过高端需求孵育出的工业软件产品，在经过了工程应用的检验后，不约而同走上了商业化发展的道路。达索系统和 Ansys 都在产品研发成功后很快走上了商业化发展的道路，在更广阔的制造领域找到了用武之地，通过市场获得了企业发展所需的资金和用户，使其具备了自我造血可持续发展的能力。四是资本支持不断做强。20 世纪 80 年代开始，工业软件企业掀起了一波上市热潮，通过资本市场的支持，为企业做强提供了条件。2000 年以来，工业软件产业进入成熟发展期，各大巨头通过频繁并购来丰富产品线进入细分市场，实现产品的平台化，形成了较高的竞争壁垒。这一阶段诞生的两家工业软件巨头主要都是通过并购来实现发展，如西门子作为制造业巨头，从 2001 年起通过一系列重要并购、有效整合和转型，形成了全面的工业软件产品体系，并能够提供软硬一体化方案；瑞典海克斯康公司并购了不少于 115 家公司，成长为新的工业软件巨头。总体来看，工业软件企业的发展模式可以总结为高端孵育、应用牵引、商业促进、资本支持四个环节。这四个环节环环相扣，缺一不可，互相促进，滚动发展，共同构成了促进工业软件发展的成功模式。要想培育出成功的工业软件企业，需要从以上四个方面系统谋划，不断加快循环速度，形成类似龙卷风的强大吸引力，最大限度地从政府、市场以及科研领域集聚资源，培育优质企业，通过持续投入和建设，实现工业软件企业的良性发展。参考文献：1 佟伟.达索系统:躬身入局 在中国市场坚定前行 J.现代制造,2022(9):24.2 暮云.达索系统 用 3D 改变世界 J.英才,2015(10):88-90.3 林雪萍.工业软件简史 M.上海:上海社会科学院出版社,2021.4 西门子工业业务领域 J.化工自动化及仪表,2011,38(11):1410.5 曹银平.西门子数字化工业软件:铸造工业“软”实力,共创数字生态新未来 J.自动化博览,2022,39(9):18-19.作者简介：李端，国家工业信息安全发展研究中心，工程师，硕士，研究方向：软件产业、工业软件；陈俊岳（通信作者），国家工业信息安全发展研究中心，助理工程师，硕士，研究方向：软件产业、工业软件，电子邮箱：chenjunyuecics-；赵铭晨，国家工业信息安全发展研究中心，助理工程师，硕士，研究方向：软件产业、工业软件。理论探索 Theoretical Exploration2023 年第 09 期 第 13 卷30