仿真軟件史就是大魚吃小魚的歷史

隨著數(shù)字制造的發(fā)展，CAE仿真能力，正在成為數(shù)字空間和物理世界融合的最重要的武器。計算機輔助工程CAE，現(xiàn)在則被稱作計算機分析工程，是20世紀六、七十年代，在美國的航空航天核電等高技術產(chǎn)業(yè)誕生的，時至今日已成為擁有數(shù)百億美元市場規(guī)模的高附加值產(chǎn)業(yè)。半個多世紀以來，政府搭臺，學界編導，企業(yè)表演，上演了一出精彩的產(chǎn)業(yè)發(fā)展大戲，美歐的CAE產(chǎn)業(yè)在這一歷程中迅速崛起，牢牢占據(jù)了工業(yè)價值鏈的高地。

大魚吃小魚，池子里總有魚
在CIMdata的報告中，CAE軟件的市場被定義為“模擬&分析”市場，包含26類產(chǎn)品和服務。在2017年，CAE市場的12家領導廠商分別是美國三大翹楚Altair、ANSYS、MSC （已歸屬瑞典海克斯康）、西門子旗下的CD-adapco、Mentor Graphics、Siemens PLM Software，法國達索的Dassault Systèmes和Exa、法國ESI Group，其他COMSOL Group、Cybernet、IDAJ、Livermore、MathWorks、也都屬于美歐。

巨頭的身影無比清晰，CAE的天空和地面都由美歐企業(yè)定義。

巨頭是如何煉成的？回答簡單粗暴：買買買。CAE大廠的發(fā)展史，是波瀾壯闊的并購史。二十年來，僅ANSYS、達索、MSC、ESI和西門子這五家廠商就并購了一百多家 企業(yè)，其中有三十多起并購事件發(fā)生在三年內(nèi)。

依托資本 一朝稱雄
ANSYS公司由西屋電氣的John Swanson博士于1970年創(chuàng)立，最初名為Swanson Analysis Systems Inc，以非線性有限元分析程序起家，主要客戶是老東家西屋電氣。



圖1 ANSYS公司并購情況，作者手繪

Swanson博士在西屋電氣的太空核子實驗室從事核子反應火箭的應力分析工作，他發(fā)現(xiàn)如果有一套通用的有限元分析程序來取代復雜的手算，應該能夠為西屋電氣及其他公司節(jié)省大量的時間和金錢。但西屋電氣并不支持他的想法，于是他1969年離開西屋創(chuàng)建了SASI公司，1970年開發(fā)出了ANASYS軟件。在最初的幾年里，訂單主要來自于西屋電氣。

1992年并購的Compuflo公司，源于維吉尼亞大學的研究生Rita J .Schnipke的項目，開發(fā)出著名的CFD軟件FLOTRAN，到1994年已完全整合成ANSYS產(chǎn)品的一部分。Schnipke女士后來又創(chuàng)立了著名的“藍脊”CAE公司，后者于2011年被歐特克收購。

2003年收購的CFX軟件產(chǎn)品線是全球第一個通過ISO9001質(zhì)量認證的大型商用CFD軟件，是英國AEA公司為解決其在科技咨詢服務中遇到的工業(yè)領域?qū)嶋H問題而開發(fā)的。

2006年對Fluent的收購，在業(yè)界被形容為“驚天駭浪”，F(xiàn)luent公司與ANSYS公司規(guī)模相當，且有著16%的高增長率。成交的關鍵在于ANSYS通過籌集現(xiàn)金、銀行融資、發(fā)行大量普通股的方式聚集了5.65億美元的巨額資金。經(jīng)過這次強強聯(lián)合，ANSYS成為CFD仿真商業(yè)軟件領域的“最佳”公司。

2008年對Ansoft公司的收購，揭示了ANSYS的戰(zhàn)略發(fā)展中心從流體轉向了電磁。為完成這次收購，ANSYS收購了Ansoft公司的1200萬股普通股和190萬股虛擬股。

從ANSYS公司的并購簡史，我們可以清晰地看到ANSYS產(chǎn)品主要分析對象地演變軌跡，從結構分析到環(huán)境分析，從機械結構到電子結構，從載具到有效載荷，從部件設計到系統(tǒng)設計的演變。ANSYS公司是以資本市場的成功引導產(chǎn)品業(yè)務成功的典范。

后來居上 左右兼顧
西門子工業(yè)軟件公司可以追溯到1963年創(chuàng)立的United Computing公司。1976年,McDonnell Douglas收購United Computing，成立UGS數(shù)字化設計部門。1991,EDS收購McDonnell Douglas所屬,成立EDS UGS事業(yè)部。2001年，EDS收購SDRC，成立EDS PLM解決方案事業(yè)部。隨后，幾經(jīng)周折，2007，Siemens AG 收購UGS，冠名UGS PLM軟件事業(yè)部，而后更名為Siemens PLM Software，進入了快速發(fā)展時期，終于成長為引領產(chǎn)業(yè)發(fā)展潮流的巨人。



圖2 西門子公司并購情況，作者手繪


西門子公司對LMS軟件公司的收購，價值6.9億歐元，而就在這次收購的三天前，西門子公司剛剛宣布以10億歐元出售旗下的水處理業(yè)務。LMS公司在當時是全球唯一有能力為汽車、飛機以及其他復雜產(chǎn)品提供整套建模、仿真和測試軟件平臺的供應商，幫助優(yōu)化產(chǎn)品聲學實驗、振動控制、振動噪音分析、疲勞實驗以及動力學控制。

西門子公司對Polarion公司的收購，增強了對MBSE驅(qū)動的產(chǎn)品開發(fā)過程的支持，有助于在開放環(huán)境中實現(xiàn)MBSE和MBD的融合。Polarion是第一個提供基于瀏覽器的應用程序生命周期管理（ALM）企業(yè)解決方案的廠商。在各行各業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)過程中，軟件是不可或缺的重要組成部分，而通過ALM，制造企業(yè)能不斷集成、核實并驗證其產(chǎn)品中不斷增加的軟件內(nèi)容。PLM+ALM=SysLM，系統(tǒng)生命周期，恰是支撐工業(yè)4.0的核心理念之一。

2016年，西門子公司為收購仿真軟件CD-adapco公司，給出了9.7億美元的高價，以全股票的方式支付。CD-adapco公司的當年營收額接近2億美元，近三年平均增長率是12%左右。

而對于三大電子設計軟件商之一的Mentor Graphics的并購，則使得西門子成功地進入了電子輔助設計EAD領域。這意味著，機械設計CAD和電子設計EAD的頂級軟件商，都進入了工業(yè)巨頭西門子的囊下，這使得各種軟件，包括機械、熱能、電氣、電子和嵌入式軟件設計功能與仿真，都可以裝在一個集成平臺。這是一個歷史性的融合，如此開闊的戰(zhàn)略布局落子，它的回聲只有在很遠之后才能聽得見。

本是大魚，反入龍口
MSC Software Corporation于1963年創(chuàng)建，全程參與美國NASA的Nastran項目使其迅速成為有限元結構分析軟件產(chǎn)業(yè)的新星。從MSC的并購軌跡，可以清晰地看出一條技術供應商的發(fā)展路線，它的產(chǎn)品業(yè)務始終聚焦于虛擬產(chǎn)品開發(fā)的工程過程，始終引領CAE技術發(fā)展潮流，得到了航空航天船舶等行業(yè)客戶的廣泛認可。



圖3 MSC公司并購情況，作者手繪

略顯一點諷刺的是，這次大魚被小龍王吃掉了。一個來自測量領域的硬件巨頭，一張口吞并了這條肚子里裝滿了小魚的大魚。2017年2月2日，海克斯康集團宣布并購MSC軟件公司。此次并購為無現(xiàn)金無負債的并購方式，并購價格為 8.34 億美元。

60億人民幣斬獲一個仿真巨頭。太便宜了，不是嗎？然而，中國工業(yè)界和投資界對此熟視無睹。60億人民幣去買一個軟件，對很多國人而言，這是瘋子的想法瘋子的舉動。

達索系統(tǒng)
達索系統(tǒng)起源于法國達索飛機公司。達索飛機公司從1960-1965年開始引進IBM計算機和使用數(shù)控加工機床，1967年著手用Bezier曲面建立飛機外形的數(shù)學模型，1970年用批處理方式全面展開幻影的數(shù)字化設計。1975年引進洛克希德馬丁公司的CADCAM，學習CADAM的技術訣竅。1978年開發(fā)出CATIA并投入使用。1989年洛克希德飛機公司缺少資金開發(fā)新型戰(zhàn)斗機，決定出售CADAM子公司。1990年1月IBM用2.7億美元收購CADAM，并于1992年起托付達索管理。



圖4 達索公司并購情況，作者手繪

達索系統(tǒng)是一家法國公司，最初銷售渠道和PDM產(chǎn)品來自于IBM，在2005年以前對造型、三維圖形、制造過程、PDM、工作流和知識創(chuàng)新以及銷售渠道等業(yè)務的一系列收購，撐起了強大的PLM品牌。

2005年，達索系統(tǒng)收購HKS公司，創(chuàng)建SIMULIA品牌，建立了系統(tǒng)仿真的核心平臺。HKS公司是著名的Abaqus軟件開發(fā)商， Abaqus是業(yè)界領先的多物理場仿真分析軟件。之后是一串金光閃閃的名字，Dynasim AB的Dymola建模仿真環(huán)境、ENGINEOUS公司的Isight集成設計和多學科優(yōu)化軟件、SimPACK的多體仿真、Modelon的系統(tǒng)建模仿真，GreenSoft公司的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺，NoMagic的MBSE建模環(huán)境…這其中的每一個名字，都維系著一大群系統(tǒng)仿真工程師的飯碗。

在分析求解方面，達索系統(tǒng)也在積極布局。2013年，達索系統(tǒng)收購FE Design公司，F(xiàn)E Design 是產(chǎn)品開發(fā)前端的設計優(yōu)化解決方案開發(fā)商，擁有結構和流體領域無參數(shù)優(yōu)化解決方案。2013年，達索系統(tǒng)收購Safe Technology，該公司是疲勞仿真技術的領導者，提供產(chǎn)品耐久性預測解決方案；同年，收購Simpoe公司，該公司是塑料注塑仿真技術的領導者。2016年底，達索系統(tǒng)宣布收購Next Limit Dynamics公司。Next Limit Dynamics是全球高度動態(tài)流體場仿真領域的領導者，其解決方案適用于航空航天與國防、交通運輸與汽車、高科技、能源等行業(yè)。 此次將有助于強化達索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺行業(yè)解決方案中的多物理場仿真能力，并在計算流體動力學(CFD) 市場中占據(jù)戰(zhàn)略性地位。2017年，達索系統(tǒng)收購以大約4億美元的價格收購Exa公司，該公司是產(chǎn)品工程仿真軟件全球創(chuàng)新企業(yè)。

從達索系統(tǒng)的并購線來看，從2012年后，有一個明顯的業(yè)務拓展，就是比以往更加注重對“內(nèi)容”產(chǎn)業(yè)鏈的支撐。這或許正是對達索系統(tǒng)CEO夏伯納3D體驗戰(zhàn)略的落地實施，強調(diào)的是融合產(chǎn)品、自然和生命的可持續(xù)創(chuàng)新戰(zhàn)略。

工藝仿真巨頭 低調(diào)吃魚
1973年，ESI集團創(chuàng)立，最初是為歐洲的防務、航空航天和核工業(yè)部門提供工程咨詢服務，開發(fā)了基于有限元法的精密仿真技術，并獲得了對工業(yè)流程和需求的廣泛理解。

表1 ESI并購事件，南山工業(yè)書院研究組整理



與其他CAE公司相比，ESI公司更加接近具體的工業(yè)應用場景，更加傾向于研究系統(tǒng)行為問題，更加像是面向總師提供設計自動化解決方案。從2013年起，ESI公司也開始加速向工業(yè)云平臺發(fā)展，通過一系列的并購加速向設計云平臺轉型。



圖5 ESI公司并購情況，作者手繪

中國CAE市場：干涸的池子
如果將目光投向工程軟件領導廠商的并購歷史，深感觸目驚心，就仿佛一頭老虎帶著山林之王的威風走進了生態(tài)豐富的小樹林。不管大魚吃了多少小魚，池子里總有新的魚群，這是一個持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

反觀我國的工程軟件產(chǎn)業(yè)，中國在CAE領域，也出現(xiàn)了一個百花齊放的小陽春。上世紀80年代。以北航、清華為代表的一批高校和科研人員開始做相關的軟件開發(fā)。這些人中，以唐榮錫老師、孫家廣老師、梁友棟老師、周儒榮老師為代表，成為國內(nèi)第一代從事CAD軟件開發(fā)的標志人物。隨著CAD/CAE軟件在制造業(yè)的推廣普及，清華大學、浙江大學、華中科技、大連理工等一批高校和中科院、航空航天等一批院所先后開展CAD/CAE軟件自主研發(fā)，取得了一些研究成果，包括中科院的飛箭、鄭州機械所的紫瑞、大連理工的JIFEX、中航的APOLANS、HAJIF等商業(yè)化和大企業(yè)自用軟件。

然而，這些當年幾乎跟國際平行發(fā)展的幼苗，在后來三十年的信息化建設中逐漸失去了蹤影（參見閱讀：中國工業(yè)軟件失去的三十年）。在中國自主CAE品牌的市場，大魚沒有，小魚也不多。不妨說，中國CAE池子里幾乎無魚。沒有生態(tài)，甚至沒有希望。在當下，隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的熱浪紛紛高企，各種資本和項目澎湃而來的時候，甚至股市都在向高科技項目傾斜的時候，最為底層的基礎CAD/CAE軟件似乎已經(jīng)不再被人提及了。

正如行業(yè)前輩陸仲績所言，二十世紀八十年代，中國國內(nèi)CAE最紅火最熱騰的那幾年，恰是國內(nèi)正“窮”的階段；而現(xiàn)在智能制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)項目風生水起、互聯(lián)網(wǎng)+發(fā)展迅速的時候，CAE卻落得郁郁寡歡、逐漸式微的局面。

中國CAE發(fā)展的式微，跟錢肯定有關系；但又有很多其他原因?？纯磭釩AE巨頭“胡吃海塞”的并購之下，仍然是無數(shù)小蝦米的鮮活不斷，我們會意識到，一定有一個生態(tài)在主宰著它的發(fā)展規(guī)律。

“中興禁令”事件是一個整個基礎工業(yè)的警鐘。如果不能守衛(wèi)關鍵領域的產(chǎn)業(yè)安全，很多發(fā)展勢頭很好的產(chǎn)業(yè)都有遭遇狙擊，瞬間裸奔的風險。以CAE為代表的高端工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)正是必須誓死守衛(wèi)的高地。沒有CAE仿真，工業(yè)領域的數(shù)字空間就幾乎毫無價值。沒有仿真，就沒有賽博。中國CAE工業(yè)仿真軟件的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，自然需要眾多企業(yè)家精神和市場自發(fā)的規(guī)律，但國家戰(zhàn)略計劃的推動作用和技術創(chuàng)新體系的轉化作用也不容忽視。在國家扶持發(fā)展CAE這方面，美國做出令人大吃一驚的榜樣作用

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