國外典型工業軟件企業發展模式及特點

李端 陳俊岳 趙銘晨

（國家工業信息安全發展研究中心，北京 100040）

工業軟件是一個國家工業基礎能力的重要組成部分，在國家工業發展中起到關鍵作用。美國、德國、法國等發達國家的工業軟件產業起步較早，擁有一批國際領先的工業軟件企業，總體上形成了縱向一體化發展模式、橫向貫通發展模式、軟硬結合發展模式三類典型的商業模式。

一、以達索系統為代表的縱向一體化發展模式

（一）產品體系

達索系統起源于達索航空的計算機部門，創立于1981 年，總部位于法國巴黎，現有員工22523 人，其中研發人員9192 人，2022 年營收約為56.7 億歐元，研發投入約10.9 億歐元。達索系統的發展歷程是以結構設計工具為核心，不斷向系統工程、工程仿真、工藝仿真、研發管理等各領域前后貫通，圍繞生產制造全過程成為縱向一體化工業軟件供應商。

達索系統公司從著名的CAD 軟件CATIA起步，通過持續收購來擴充產品線，形成了CAD/CAM/CAE/PLM 產品全生命周期的完整工具鏈。近年來，達索開始推行平臺化戰略，以3DEXPERIENCE 平臺為基礎，布局3D 建模、社交協作、仿真、信息智能4 個模塊和12 個品牌的產品，打造3D 設計、工程制造、建模仿真、數據管理和流程管理產品閉環。

3D建模模塊對應CATIA、SolidWorks、GEOVIA（地質建模與仿真軟件）、BIOVIA（材料與生命科學研發軟件）產品線。社交協作模塊對應ENOVIA（PLM 協作創新軟件）、3DEXCITE（3D 可視化軟件）、3DSWYM（社交網絡軟件）產品線。仿真模塊對應SIMULIA（工程計算與仿真軟件）、DELMIA（工藝規劃設計與仿真軟件）、3DVIA（3D空間規劃軟件）產品線。信息智能模塊對應EXLEAD（信息情報和業務分析軟件）、NETVIBES（數據智能可視化軟件）產品線，如圖1 所示。

圖1 達索系統公司的工業軟件產品線

（二）發展歷程

產品突破期（1981—1998 年）：以CATIA產品為基礎，聚焦三維設計。1981 年6 月，達索航空公司決定成立獨立子公司——達索系統，來開發和運營自研的CAD 產品。成立之初，達索系統專注于飛機研發和制造用軟件工具，以CATIA 為核心產品，很快贏得了波音這樣的大客戶，在飛機制造領域占據了先機，并很快拓展到汽車等市場空間更廣闊的行業。

體系發展期（1999—2011 年）：以三維設計為核心，走向3D 產品全生命周期管理。在此期間，達索系統通過系列收購和產品整合逐步成長為CAD/CAM/CAE/PLM 產品全生命周期完整工具鏈供應商[1]，不斷完善產品體系和生態布局，持續保持全球研發設計類工業軟件龍頭地位。

平臺貫通期（2012年至今）：以3DEXPERIENCE 為核心，打造平臺化戰略。2014 年 正 式 推 出3DEXPERIENCE 平 臺， 將CATIA（建模）、SolidWorks（建模）、DELMIA（工藝仿真）、SIMULIA（產品仿真）等軟件產品都集成在3DEXPERIENCE 平臺上[2]。

（三）成功經驗

一是抓住了三維CAD 的發展機遇。與Nastran、Ansys 等工業軟件拓荒者不同，達索最成功的產品CATIA 起步時，市場上已經存在優秀的二維CAD 產品。達索結合航空制造實際需求，成功解決了復雜曲面造型等三維CAD 技術難題，率先實現了三維CAD 的產品化，推動飛機設計與制造流程發生革命性的轉變，從而獲得巨大成功。

二是順應了數次信息技術變革的潮流。從CATIA 發展歷程來看，達索系統抓住了信息技術變革的幾個關鍵節點，有效提高了產品技術水平和市場競爭力。發展初期，CATIA 與IBM實行軟硬件綁定戰略，既有效利用了IBM 大型機的能力，又借用了IBM 的銷售渠道，快速獲得了波音等重點客戶的認可。20 世紀90 年代后期，達索系統順應個人電腦普及化的發展趨勢，CATIA V5 率先全面支持Windows 系統，引領了CAD 軟件向Windows 遷移的潮流。

三是抓住了全球化發展機遇。達索系統在占據了航空制造市場后，很快針對美國、德國、日本等汽車制造強國進行市場開拓，將優勢領域拓展到汽車、船舶、機械制造、電子電器等重點行業。從20 世紀80 年代中期開始，達索就對我國市場進行了布局，通過多種方式建立競爭優勢，搶先獲取了全球化發展的紅利，快速發展為各行業三維CAD 軟件的領導者。

二、以Ansys 為代表的橫向貫通發展模式

（一）產品體系

Ansys 成立于1970 年，公司總部位于美國賓夕法尼亞州，現有員工約5600 人，其中研發人員約為2100 名，2022 年營收約為20.7 億美元，研發投入約4.3 億美元。Ansys 專注于CAE 領域并不斷深化布局，產品體系和生態布局不斷完善，發展成為一個體系規模龐大、產品線極為豐富的多學科和多物理場耦合的最大CAE 供應商。

Ansys 是CAE 領域產品線最為完善的廠商，目前共有17 類、91 個產品。Ansys 自成立以來，通過不斷整合，將其產品擴展為Ansys Mechanical 系列、Ansys CFD（Fluent、CFX）系列、Ansys Ansoft 系列以及Ansys Workbench 和EKM等[3]，形成了包括結構、流體、電磁、熱、光學、3D 設計、嵌入式軟件、平臺工具、半導體、系統、虛擬現實等在內的完整CAE 產品線。其解決方案不僅覆蓋航天航空、國防、汽車、能源、醫療等領域，也涉及數字孿生、虛擬現實、5G、高性能計算、自動駕駛、工業物聯網等前沿領域，如圖2 所示。

圖2 Ansys 公司的工業軟件產品線

（二）發展歷程

創立發展期（1970—1991 年）：以自研軟件起家，專注于結構和應力分析。Ansys 創始人斯旺森博士原本是美國西屋電氣公司的工程師，在研發核電裝備的過程中開始自研仿真軟件。1970 年斯旺森博士成立公司，獨立運營并開發出商用仿真軟件，在公司成立初期的幾年，訂單主要來自西屋電氣。

成長擴張期（1992—1999 年）：開啟并購之路，快速實現商業擴張并完成上市。在此期間，Ansys 完成了對著名CFD 軟件Fluent 的收購。1996 年，Ansys 于納斯達克上市后進入快速商業擴張期。

快速并購期（2000 年至今）：圍繞自身發展戰略，瞄準仿真各細分領域的龍頭企業持續開展并購。在此期間，Ansys 通過頻繁并購實現強強聯合，不斷豐富自身建模仿真領域的產品體系。近年來，Ansys 通過快速并購加快向新材料、光學仿真、數字孿生、3D 設計、高性能計算模塊、半導體設計、虛擬現實、云原生等前沿技術領域布局。

（三）發展經驗

與達索沿著生產制造各環節打造全流程解決方案相比，Ansys 的突出特點是只專注于仿真環節，通過快速并購實現仿真領域內的全面集成發展。

一是面向高端裝備研制需求，在裝備制造的反哺和打磨中實現產品迭代優化。航空航天、國防等高端裝備制造業是CAE 的剛需市場。從起源來看，結構分析軟件來源于裝備研制的需要。Ansys 早期得到了西屋電氣的訂單支持，同時西屋電氣所從事的核工業裝備業務為Ansys 軟件的迭代升級提供了最佳的試驗樣本和廣泛的應用場景。

二是保持久久為功的戰略定力，積累形成了仿真領域的發展優勢。Ansys 持續深耕仿真領域，致力于推動仿真驅動產品研發創新。通過長期持續投入和不斷積累的技術創新，Ansys 完成了產品線應用領域的拓展與橫向戰略布局，持續完善工程仿真技術體系。

三是充分利用資本手段，促進CAE 領域解決方案的豐富和集成。近年來，全球工業軟件發展逐漸從傳統的“以產品為中心”向“以服務為中心”轉變，基于系統級的多物理場協同仿真變得更加重要。Ansys 采用統一的操作環境Ansys Workbench，實現了自身產品的橫向集成，功能上覆蓋了從系統設計到系統集成和虛擬驗證的全過程，可進行多學科和多物理場耦合與協同仿真，極大地完善了工程仿真技術體系，形成了貫穿產品的整個生命周期、面向多域多維的綜合仿真能力。

三、以西門子為代表的軟硬一體發展模式

（一）產品體系

西門子總部位于德國慕尼黑，經歷了電氣化、自動化、數字化三次轉型之后，目前是工業自動化、企業數字化領域的領軍企業，也是全球最大的工業軟件解決方案供應商。相比Ansys 和達索系統公司，西門子工業軟件起步于2001 年，發展時間較短，主要依托自身在裝備制造及自動化領域的雄厚基礎，通過收購不斷拓展工業軟件業務，形成了全面的工業軟件產品體系，涵蓋產品開發、制造、管理、運維全鏈條，并能夠提供軟硬一體化方案。

西門子數字工業軟件部門（Siemens Digital Industry Software）是西門子公司中專注于研究和開發工業軟件產品的核心業務部門，主要為離散制造業和過程工業自動化提供全面的數字化工具和系統解決方案。西門子數字工業軟件部門下設軟件（工業）、工業自動化、運動控制、過程自動化、客戶服務5 大業務板塊，業務貫穿產品設計、產品開發、產品生產和售后服務全流程，服務行業涉及汽車工業、機械制造工業、制藥與化學工業、食品飲料以及電子半導體工業等[4]。2019 年西門子推出Xcelerator 平臺，將整個工業軟件產品組合融匯在一起[5]，如圖3 所示。

圖3 西門子公司的工業軟件產品線

（二）發展歷程

轉型起步期（2001—2007 年）：依托制造環節的強大基礎，開始發展工業軟件。在此期間，西門子收購三家MES 廠商，并在收購的基礎上形成了自己的MES 系統——SIMATIC IT，再結合SAP 公司的ERP 系統，以及原有的SIMATIC PLC 和SIMATIC SCADA，西門子初步實現了工業生產5 個層面（現場層、控制層、操作層、管理層和企業層）的全過程數字化。

跨越發展期（2007—2018 年），通過持續收購，擴張工業軟件業務版圖。2007 年，西門子收購美國PLM 公司UGS，獲得了NX、Teamcenter、Tecnomatix、Solid Edge 等重要工業軟件產品，搭建了從CAD 到PLM 的研發軟件能力。之后西門子先后收購LMS（全球領先的測試系統和機電虛擬仿真軟件提供商）、Mentor Graphics（全球第三大EDA 供應商）、Nextflow（計算流體力學解決方案獨立供應商）、Culgi（計算化學軟件公司）等公司，持續提升設計、仿真、制造執行等各領域的供應能力。

平臺升維期（2018 年至今）：打造一體化平臺，邁向橫縱貫通發展。2018 年，西門子發布“公司愿景2020+”（Vision 2020+）戰略，在聚焦電氣化、自動化、數字化的基礎上賦予公司各業務更大的自由度。之后西門子發布開放式數字商業平臺Xcelerator，集成工業互聯網平臺MindSphere、低代碼開發平臺Mendix、產品生命周期管理軟件NX、應用程序生命周期管理軟件Polarion、制造運營管理軟件Opcenter 等產品工具，實現產品和產線的設計、制造、仿真、實驗，以及數字孿生的一體化平臺解決方案。

（三）發展經驗

一是工業軟件業務服務于集團整體轉型目標。西門子170 多年的發展歷程中，經歷了電氣化、自動化和數字化三大發展階段，轉型在每一個階段都占據了重要地位。西門子創立以來的發展歷史，鮮明地反映了100 多年來全球工業發展的歷程。與同時期的工業巨頭相比，西門子在每個階段都進行了成功轉型，不斷剝離傳統業務，又增加新興業務，為其在下一個階段的成功奠定了基礎，持續不斷轉型是其能持續發展至今的根本原因。

二是有效利用并購發展壯大工業軟件業務。西門子充分利用并購來壯大工業軟件業務。據不完全統計，自2001 年收購ORSI 以來，西門子共進行了36 次重要收購，收購金額近200 億歐元。收購的對象從MES 起步，擴展到CAD、CAE、PLM、EDA，行業覆蓋了離散制造業和流程制造業，最終形成了目前最全面的工業軟件產品體系。西門子已經是制造業數字化轉型最完整的方案提供商，成為德國工業4.0 理念的核心支撐。

三是產品整合與業務融合卓有成效。西門子在收購的同時不斷進行產品之間的整合，推出的數字商業平臺Xcelerator 以“數字孿生”為核心，將以前獨立的流程匯集在一起，包含從產品設計、生產規劃到產品制造、生產執行，再到優化迭代的全部過程，很大程度上促進了軟件和硬件、IT 和OT、生產現場和企業運營管理之間的融合，使各產品組合到一起產生了更大的價值。2022 年，數字化工業占據了西門子總營業利潤的38%，成為利潤貢獻最大的業務板塊。

四、工業軟件典型企業發展成功的共性因素

從工業軟件代表性企業的發展歷程來看，雖然企業所處的發展階段不同、所在領域不同，且都有各自不同的突出特點，但從發展模式的角度可以總結出一些共性因素。

一是高端需求催生產品。無論是達索系統還是Ansys，都是由重大裝備研制或重大工程項目的需求催生的。MSC 成立于20 世紀60 年代，在NASA 的高端需求牽引下，成為將有限元分析技術引入航天研發設計的開拓者。目前主流的高端CAD 產品最初都是由大軍火商支持開發的。

二是應用牽引至關重要。以達索的CATIA為例，CATIA 成立不久就得到了波音的應用，為其產品的成熟起到了重要的促進作用。尤其是CATIA V5 這款產品，第一個用戶是我國的某型飛機研制，為其產品走向成熟做出了重大貢獻。航空航天、汽車制造等領域對于CAD、CAE 等產品的旺盛需求大幅促進了三維CAD 軟件和仿真軟件的發展。

三是商業發展形成規模。經過高端需求孵育出的工業軟件產品，在經過了工程應用的檢驗后，不約而同走上了商業化發展的道路。達索系統和Ansys 都在產品研發成功后很快走上了商業化發展的道路，在更廣闊的制造領域找到了用武之地，通過市場獲得了企業發展所需的資金和用戶，使其具備了自我造血可持續發展的能力。

四是資本支持不斷做強。20 世紀80 年代開始，工業軟件企業掀起了一波上市熱潮，通過資本市場的支持，為企業做強提供了條件。2000 年以來，工業軟件產業進入成熟發展期，各大巨頭通過頻繁并購來豐富產品線進入細分市場，實現產品的平臺化，形成了較高的競爭壁壘。這一階段誕生的兩家工業軟件巨頭主要都是通過并購來實現發展，如西門子作為制造業巨頭，從2001 年起通過一系列重要并購、有效整合和轉型，形成了全面的工業軟件產品體系，并能夠提供軟硬一體化方案；瑞典海克斯康公司并購了不少于115 家公司，成長為新的工業軟件巨頭。

總體來看，工業軟件企業的發展模式可以總結為高端孵育、應用牽引、商業促進、資本支持四個環節。這四個環節環環相扣，缺一不可，互相促進，滾動發展，共同構成了促進工業軟件發展的成功模式。要想培育出成功的工業軟件企業，需要從以上四個方面系統謀劃，不斷加快循環速度，形成類似龍卷風的強大吸引力，最大限度地從政府、市場以及科研領域集聚資源，培育優質企業，通過持續投入和建設，實現工業軟件企業的良性發展。