德國工業軟件發展之路：圍繞制造發展工業軟件（下）

（接上期）

四、錯失的機會

在20世紀70年代和80年代，德國和瑞士CAM軟件發展的重點是數控機床、柔性制造單元（FMC）和柔性制造系統（FMS）等。70年代以來，瑞士利用高精度機床的優勢，運用數控技術和電子傳動技術發展機床工業。在80年代，德國采用“傳統技術加先進電子信息技術”與低中檔、各種變型產品來發展機床的戰略［1］鄭獻年，鄭勁梅：《德國和瑞士CAM技術的現狀及發展趨勢》，《計算機輔助設計與制造》1996年第12期。。

德國的CAD軟件開發和應用并不晚，二維系統在20世紀70年代左右就已經開發完成并得到廣泛的應用。德國波鴻魯爾大學機械系設計研究所的前主任塞弗特（Seifert）教授是德國CAD軟件開發的先驅之一。70年代末和80年代初，他主持了PROPEN1（二維）和PROREN2（三維）系統的開發。

PROPEN系統是由塞弗特教授的公司ISYKON研發和銷售的。PROPEN1是相當成功的一個系統，產品更名為PROCAD后沿用到21世紀初。PROREN2作為三維實體系統推出時，風行一時的CATIA V4系統只不過是一個表面造型系統。但從技術層面上評價，PROREN2系統畢竟是由工程師開發的，在實體建模方面缺少了微分幾何的思想，以至于在布爾運算時不穩定。最終，ISYKON公司由于資金周轉困難，被賣給了鷹圖公司。

德國柏林的弗勞恩霍夫協會生產設備和設計技術研究所（IPK）也開發了一款CAD系統，和PROPEN2系統在建模方面存在同樣的問題。兩者命運一樣，幾乎在同一時間消失。

從更高的層次來看，德國幾乎沒有形成自己的通用CAD軟件，這也是由于它的工業體系布局是以歐盟一體化方式形成的。CAD軟件的早期發展，都是由大型航空工業帶動發展的，其中也有很多德國人的貢獻。在法國圖盧茲的空客基地，近一半工作人員是德國人。隨著歐洲航空工業以空客作為統一品牌形象推出后，歐洲航空工業背后的最直接受益者達索系統的CATIA軟件順勢勝出。

伴隨著德國國產軟件的消失，國外軟件在最大的應用市場——德國汽車行業，進行了角力。法國CATIA軟件在德國汽車行業的應用，與寶馬和奔馳兩家公司有直接的關系。當時這兩家公司只給配件廠和合作伙伴發放和收取CATIA格式的CAD文件，使得德國汽車行業為價格不菲的CATIA許可證叫苦不迭——當然，這種做法也極大地促進了德國制造業的三維CAD應用和數字化發展。

有意思的是，奔馳公司似乎早就啟動了備份計劃，在20世紀90年代中期就有替換CATIA的打算。在十年多的時間里，奔馳公司堅持每個零件的設計分別用CATIA軟件和UG軟件格式保存（兩份）。2015年，奔馳公司宣布，完成了用西門子NX替換CATIA的工作。

大眾汽車公司以前也有自己的CAD系統——VW-IP。VW-IP是大眾汽車公司基于從控制數據（Control Data）公司購買的CAD軟件二次開發的成果。后來由于德國汽車制造業使用CATIA軟件是大勢所趨，大眾汽車公司只好放棄了VW-IP，也跟隨大流使用了CATIA軟件，但在發動機設計中使用的是PRO/E軟件。即使像大眾汽車公司這樣的大型用戶，想獨立開發一套CAD軟件，也是相當困難的。

在CAE軟件方面，德國的AutoForm軟件是一款汽車設計中很重要的工具，可以用來計算、仿真汽車覆蓋件（殼）沖壓過程的彈塑性變形。世界上的汽車龍頭企業幾乎都在使用AutoForm軟件。結構優化軟件TOSCA也是德國產的，幾年前被達索系統收購，更名為ATOM。

五、制造工藝的軟件功能強

德國是機械制造強國，因此許多軟件都與制造工藝相關。德國工業軟件在計算機輔助設計制造（CAM）領域占據優勢，跟德國制造的強大一脈相承。這個特點與日本很相似。由于有高端制造的需求引領，德國開發出優秀的用于五軸加工的CAM軟件，如OPEN MIND公司的HyperMILL軟件、Tebis軟件等。

作為一家CAD/CAM組件供應商，德國ModuleWorks公司提供了加工制造軟件的內核。它的例子很好地詮釋了工業分工之下的共生體系。位于德國亞琛的ModuleWorks公司主要提供刀具路徑控制組件和仿真軟件，其功能主要圍繞三軸加工、五軸聯動加工等。ModuleWorks非常難得地一直保持獨立經營。這家公司雖然只有200多名員工，但其中75%是研發人員，并且研發都聚焦于一個點——基礎內核。這也意味著，在機械制造的運動控制實現方面，有一種商業模式的變化——CAM軟件與內核實現了分離。由于五軸控制路徑越來越復雜，所以需要專業化的分工。大部分的CAM軟件廠商是面向終端客戶，對準工藝需求，追求工藝優化，因而核心算法研發被弱化。而核心算法的研究和應用，被ModuleWorks公司牢牢抓住。ModuleWorks做深做精、做專做強，逐漸獨占鰲頭。其他面向用戶的集成商，則放棄了在核心算法上的努力，交由ModuleWorks這家專業公司來研發。ModuleWorks和另外一家叫MachineWorks的公司幾乎主宰了整個CAM軟件的內核市場。ModuleWorks在CAM軟件內核市場上占有高達75%的份額，幾乎所有CAM軟件都會配置它的軟件組件，連西門子的NX CAM軟件都是它的用戶。

ModuleWorks是一家將機械和IT技術融合得非常完美的公司。了解和理解ModuleWorks這家工業軟件公司—— 一個不為業界熟知的小霸王，對于改變中國工業軟件的現狀會非常有幫助。

IT的概念在德國與中國并不一樣。凡是想獲得德國IT學位的學生，必須輔修一門其他專業課程，如機械、化學、經濟學等。只有拿到其他專業證書，軟件工程的研修者才能獲得IT學位。這樣的做法反映了一個樸素的道理，優秀的算法工程師，必須懂數學、機械或某個專業。在中國、美國，都設有單修的信息工程、計算機工程學位，這可能導致IT與機械的脫節。在德國，機械工程專業畢業的學生，去學習代碼搞編程，也是非常普遍的事情。二者的融合是天然的。在德國，機械工程師待遇很高，完全可以跟IT工程師相媲美。

六、失去重來，送“硬”迎“軟”

作為旗下工業軟件眾多的工業巨頭，西門子公司目前已經將軟件上升到重要的企業戰略。實際上，在20世紀，西門子也同樣開發過二維和三維的CAD系統—— SIGRAPH 2D和SIGRAPH 3D。SIGRAPH 2D系統十分成功，使用方便，并具有參數化設計的功能。SIGRAPH 3D的內核采用了赫赫有名的英國科學家的ROMULOS系統，這是由創建Parasolid內核的同一批人開發的。但在當時，ROMULOS已經基本過時，勢頭正旺的是Parasolid，法國達索系統的ACIS也已經誕生。內核技術的不足，似乎決定了SIGRAPH 3D的壽命。西門子公司在20世紀90年代初曾經用SIGRAPH軟件與中國機械工業電腦應用技術開發公司（MICT）合作。但90年代以后，西門子的CAD軟件基本上銷聲匿跡。

2007年，西門子公司花費35億美元的高價收購了已被多次轉手的美國UGS公司軟件，重新撿回丟失的寶貝。以此為起點，并購軟件成為西門子最頻繁的擴張舉措。軟件戰略，重新回歸制造業巨頭西門子的懷抱。對UGS公司的收購再加上后續對一些仿真軟件的收購，尤其是并購全球三大EDA軟件公司之一的Mentor，使西門子的軟件范圍覆蓋到工業的更多角落。與此同時，西門子不斷丟掉硬包袱，將旗下的微電子、計算機、醫療器械、家電和能源電力部門依次剝離。如今，西門子已經成為一個積極“擁抱軟件”的工業典范。

七、與制造如影隨形

在電子目錄和零部件數字模型方面，德國卡迪納斯（CADENAS）、CADCLICK是業界翹楚。這類軟件服務于在線零部件數據管理和產品電子目錄制作，是連接零部件生產商與零部件使用者、采購商的橋梁。在全球排名前50的零部件生產商中，近70%的企業采用CADENAS的數字化產品樣本開發工具eCATALOGsolutions作為他們產品目錄的解決方案。這類產品最大的壁壘就是它的龐大數據庫與OEM廠商深度綁定。OEM廠商的產品定型之后，產品數據會被電子目錄庫收錄。但這款軟件可為使用者提供三維參數，使用非常方便，因此用戶忠誠度很高。

云端CAE做得相當好的云計算平臺SimScale，上面有大量的第三方公司的軟件。SimScale在德國已經有十多萬工程師用戶。慕尼黑工業大學的五位畢業生創辦的SimScale，既有CAE軟件背景，也有計算機背景。SimScale運營得很成功，在一些領域有高額的營收，這得益于國外的CAE軟件應用環境—— 作為客戶，無論大小公司都有主動付費的習慣。杭州遠算科技公司研發的云計算平臺類似于SimScale。遠算公司以云計算、大數據為支點，實現高性能計算、3D云應用、CAD/CAM等技術融合。

雖然2010年才成立，但Exocad軟件公司很快成為全球牙科CAD/CAM軟件市場的領導者，為牙科實驗室和診所提供一體化工作流程。它在修復牙科、種植學、指導手術和微笑設計方面，具有豐厚的專業知識。十年后的2020年，Exocad公司被美國牙科醫療設備公司艾利科技（Align）以4億美元現金收購，用于加強后者的數字化平臺，強化診斷、修復、植入和正畸工作流程。Exocad公司的誕生，也很好地詮釋了德國科研院所旺盛的創新活力。它是從著名的德國弗勞恩霍夫協會獨立出來的，并獲得了該協會的所有牙科CAD技術，而弗勞恩霍夫協會則持有它的股份。在2016年Exocad公司獲得投資之后，弗勞恩霍夫協會退出了其所持股份。

盡管德國工業軟件的知名度并不是很高，但德國仍然是工業軟件強國。它根據德國工業自身需求，規劃重點發展方向。在機械設備制造業，德國工業軟件被廣泛用于設計研發、機器控制、工藝操作等環節。在汽車行業領域，德國工業軟件的作用更加明顯。它的最大特征，是常以“嵌入”的方式存在于產品之中。在德國，IT公司以中小企業為主，專業化是強項，很多企業成為隱形冠軍。這就使得德國軟件業的作用和水平不顯山露水，往往不為最終用戶所熟悉。盡管與全球知名的“德國制造”相比，德國工業軟件整體看上去并不耀眼，但它與德國制造業如影相隨，構成了德國強大制造能力的一部分。