2020 年 6 月 14 日，哈尔滨工业大学飞行器设计专业的大三学生李栋，像往常一样打开电脑，要完成自己的设计作业。

一封未读邮件，加粗的字体，醒目又安静地躺在邮箱里。

邮件内容很短，却瞬间击中了他的心脏：" 根据美国政府最新的进出口管制名单，无法为您继续服务了。"

发件人落款为美国软件开发公司 MathWorks ——与他日夜相伴的设计软件 MATLAB，就是来自该公司。

" 卡脑袋 " 的工业软件

接到这封邮件的，并不只是李栋一人。

他很快发现，同宿舍的、同专业的同学、机械专业的、车辆专业的，都收到了这样一封 " 无法为您服务 " 的邮件。

这让大学生们陷入了茫然无措中，因为这款名为 MATLAB 的软件，几乎等于他们的左右手。

这是一款商业数学及科学计算仿真软件，数值计算、机械化工、汽车航空等研究都少不了它，是不少理工科学生的 " 工科神器 "。而且，由于它的数值计算和仿真模拟形成了一个完整的生态，几乎没有可替代性。

对于哈工大来说，MATLAB 被禁用，意味着该校的教研工作将陷入 " 瘫痪 "：哈工大师生在发表的论文中，不能使用利用 MATLAB 获得的图表、数据；学校已有的课件、科研项目都要大规模 " 转码 "，未来几年内，新科研产出的难度陡增。

类似 MATLAB 这种一朝遭禁，中国就痛苦不堪的软件，其实为数不少，它们有一个总分类：工业软件。

虽然冠以软件之名，但工业软件的本质，其实姓 " 工 " 不姓 " 软 "，它的内核是工业的积累，是将工业所涉及到的物理、化学、力学、材料科学等知识，以及设计、制造、工艺的积累，用程序的形式表现出来。

按照用途，工业软件可分为研究设计类、生产管控类和管理运营类，其中技术含量最高的，是研究设计类，它包括解放设计师双手、让设计师在电脑上就能作图的 CAD（计算机辅助设计）、验证设计出来的产品是否合格的仿真分析软件 CAE（计算机辅助工程），以及芯片设计软件 EDA。

这类软件是工业制造的大脑和神经，离开了它的协助，下游的生产制造就成了 " 无源之水 "。

在苹果公司最新款的 iPhone13 手机上，采用了拥有 150 亿个晶体管的 A15 仿真芯片，如果没有 EDA 软件，这 150 亿个晶体管单靠工程师手绘的话，就是一个 " 不可能完成的任务 "。

芯片之外，大到飞机、轮船，小到一辆汽车的研发设计，都离不开工业软件。它不仅能提高效率，还能极大地降低产品研发的成本。

以飞机为例，在过去，一架飞机设计出来后，需要在风洞中利用人工气流来模拟飞机飞行过程中，周围气流的分布和运动。

这不光费事，还意味着高额的投入。

一个完整的风洞，不光建设成本高达百亿美元，运行成本也不容小觑，是出了名的耗电大户。有人戏称，" 风洞一响，黄金万两 "。

新中国成立之初，由于担心影响西南地区的工业生产，中国围绕着是否要停止风洞建设，还出现过不小的争议。最后还是在钱学森的坚持下，才得以完整保留。

今天，尽管资金不再构成阻碍，但有了计算流体动力学软件 CFD（Computational Fluid Dynamics），许多风洞实验在软件上就可以完成，成本可以降低数百甚至上千倍。

遗憾的是，这些 " 大脑 " 和 " 神经 " 都握在美国和少数欧洲国家手中：

CAD 软件，超过 90% 的市场在德国西门子、美国 PTC、Autodest 和法国达索手中；CAE 软件市场则是 Ansys、Altair 和 MSC 三家美国公司的天下；EDA 软件也基本上被新思科技（Synopsys）、凯登电子（Cadence）和明导（Mentor Graphics）三巨头垄断，全球市占率超过 60%。

▲ 2020 年中国 EDA 软件市场份额 TOP4

这意味着，我国制造业使用的研发设计类工业软件，95% 捏在别人手里。在地缘政治冲突背景下，这等于将我国制造业置于危险境地。

美国密西根大学研究 CFD 的 Roe 教授有一句狠话：

" 现在 CFD 分析已经完全代替实验用来设计工业产品，如果美国与欧盟真的会执行相关的政策，那估计中国飞机汽车制造商又要回去吹风洞了。"

卡脖子，是近年对芯片制约的比喻，在工业软件的领域，这一卡，直接卡在了脑袋上。

" 空心化 " 的中国工业软件

1979 年年初，沈阳的市民惊讶地发现，一片马达轰鸣声中，20 辆公安摩托车的开路车队，在大街上轰鸣而过。

但喜欢看热闹的市民很快发现，车队护送的不是外宾，而是两台计算机。

这是沈阳鼓风机厂订购的两台 IBM 370/138 大型计算机。与这两台计算机一起送来的，还有 IBM 的 COPICS 配套软件和八本黑皮封面的说明书。

COPICS 是 IBM 1970 年代初研发的一款企业信息管理系统，而这八本黑皮说明书，则成为了中国工业软件的理论启蒙，在业内，它有个无人不知的俗称：黑八本。

作为沈阳鼓风机厂的对口单位，北京机械工业自动化研究所（简称 " 北自所 "）开始了技术攻关，以蒋明炜为代表的北自所专家们，在消化、吸收 " 黑八本 " 的基础上，研发出了中国第一代的企业管理系统，拉开了中国工业软件发展的序幕。

1986 年，工业软件发展纳入国家 "863" 计划，这一消息对我国的工业企业、科研院校是一个极大的鼓舞。当时，清华、北航、中科院的师生们提出 " 甩掉绘图板 " 的口号，投入到工业软件的研发中。

这可能是中国工业软件的第一个小阳春。

1990 年代，在 ERP 领域，北自所创办的北京利马和王德铭成立的上海启明，形成 " 北利玛、南启明 " 的南北格局；CAD/CAE 领域也百花齐放，在国家机械部（机电部）"CAD 攻关项目 "、国家科委 "863/CIMS" 的支持下，涌现出熊猫 CAD、中科院飞箭、大连理工 JIFEX 等商业和企业自用工业软件。

数据显示，90 年代中后期，我国工业软件的市占率达到 25%，在一些专项领域，甚至高达 45%。

但工业软件迅猛发展的势头，却在进入新世纪后戛然而止。

随着加入 WTO，中国的大门也随之打开，与国外高端设备一起进入中国市场的，还有国外的工业软件。通过赠送、默认盗版等方式，国外工业软件展开了对中国工业软件的围剿。

市场总是遵循典型的实用主义。面对界面更友好、速度更快、价格更便宜的产品，企业的天平倾向了国外工业软件，我国工业软件的市场份额从 25% 急剧下降到 5%，工业软件成为 " 空心 " 产业：

一是工业知识与经验的空心化。企业的生产流程、工艺等数据沉淀在国外工业软件，既帮助国外工业软件持续迭代，又培养用户习惯，对其形成依赖。工业软件由此出现 " 强者恒强 " 的马太效应，中国工业软件生存空间进一步被压缩。

给哈工大带来困扰的 MATLAB 软件，它的代码其实并不复杂，但多年来，通过用户不断使用中形成的技术与数据沉积，才是它最深厚的壁垒。

其次是人才的空心化。通过向高校赠送软件的方式，高校成为国外工业软件的推广阵地，只教授学生工业软件的操作，却忽视了基础研究人才的培养。

2021 年发布的《关键软件人才需求预测报告》显示，到 2025 年，中国工业软件人才将出现 12 万的缺口。但在现实中，国内真正从事工业软件研发的人数很少。有数据显示，我国 EDA 软件研发，工程师加上学生，也不到 1000 人，而仅 Synopsys 一家公司，员工就有一万人。

一次惨痛的误判

2018 年 7 月下旬，在美国旧金山，几百个肤色各异、穿着格衬衫、牛仔裤、套头帽衫的人，正在举办一场集会。

这些人的打扮，让这场集会注定与时尚和潮流无关。但它的意义，却远迈任何流行音乐节。

这是美国电子复兴计划（ERI）的首次峰会。

ERI 是摩尔定律走向终结之际，美国开启的另一场科技强国运动。按照该计划，美国将在自 2017 年的未来 5 年内，投资 15 亿美元推动美国电子行业持续领先。

站在 ERI 背后的，是美国国防高级研究计划局（DARPA）。

这个成立于 1958 年的机构，其创建的使命就是支持关乎美国国家安全、核心竞争力的前沿科技。大半个世纪以来，美国能在电子和半导体领域保持领先地位，背后少不了 DARPA 对半导体材料、精密制造和集成电路持续的支持与推动。

自 2017 年以后，目睹微电子技术越来越接近发展临界点，DARPA 又把美国的未来押在量子计算、AI、智能制造这些前沿技术上，并在 2017 年设立了 ERI 专项计划。

在 2018 年的首次峰会上，ERI 把最大一笔款项 2400 万美元，拨给了美国 EDA 巨头 Cadence 公司，另外一笔 610 万美元的资助，则给了 EDA 三巨头之一的 Synopsys。这两家公司获资助的项目都与工业设计相关。

在美国，工业软件被提升到了关乎国家战略与命运的地位。

工业软件的重要性是否是危言耸听？美国的战略计划，是否有事实的依据？有两组数据，很能说明问题。

2020 年，全球 EDA 市场规模才 115 亿美元，但它却撬动了一个规模高达 1267 亿美元的存储芯片市场，实现了 11 倍的杠杆率。如果没有 EDA 设计软件，芯片也不过是一堆硅土。

2021 年，普华永道针对德国企业的一项调查显示，德国市值最高的企业是 SAP，市值高达 1180 亿美元。而论营收，SAP 2020 年的营业收入才 311 亿美元，不到市值第二的西门子营收的一半，只有市值第三的大众集团营收的十分之一。

SAP 研发的企业资源管理软件，其实在工业软件中技术含量较低，但营收与市值的反差，却是它在行业重要性的体现。

来自国家战略、产业和资本市场的三重 " 高估值 "，使得美国政府与企业默契地达成了一致——绝不吝惜在工业软件领域持续投资。

NSF（美国国家科学基金会）在 30 年间，资助了 1190 个 EDA 软件项目，平均一年 40 个；

CAE 软件第一大公司 Ansys 每年的研发投入，占其营业额的 17%～18%，光 2019 年的研发投入，就约 3 亿美元。这个数字，是我国 " 十五 " 到 " 十二五 "15 年间，在 CAD 和 CAE 等核心工业软件上投资金额的 10 倍。

惊人的数字差距背后，是理念上的差异。

我国对工业软件最大的误判，是把它当作软件的分支，而非工业的大脑，自然也没有给予足够的重视。

即使到了 2018 年，在当年发布的《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》中，" 工业软件 " 也只出现在第四级目录中，是 " 新兴软件和服务 " 方向下 11 个子项目之一。

这个定位，让工业软件失去了应有的资金支持。据业内人士反映，从 " 十二五 " 起，国产自主工业软件研发，就再也没有从国家部委获得资金支持。相反，本着 " 造不如买，买不如租 " 的理念，国家补贴给制造企业的钱，都拿去买国外的工业软件了。

正是这种 " 拿来主义 "，不仅让我国的工业软件比国际最高水平落后了 30 年，在材料、航空制造等领域，也一度因为核心技术的缺失，不断被 " 卡脖子 "。

为此，我国工程院院士倪光南呼吁：" 关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的，大国重器一定要掌握在自己手里。"

智能制造的阿喀琉斯之踵

武汉市九省通衢，是全球制造业生产链上的重要节点。

在距离武汉市不到 100 公里的卫星城市里，分布着大量快反工厂。在这里，衣服设计的迭代就如同网页的迭代，是以秒来计算的。一件羽绒服从上线到完工，只需要 130 秒。

这种小批量、多款式、多批次生产的柔性供应链，是制造业向智能制造升级大背景下，对企业供应链的数字化改造。" 小单快反 " 能够实现，得益于上游工业设计软件对市场数据的快速处理和反应。

我国制造业正在向智能制造升级，未来会有越来越多类似武汉 " 快反工厂 " 的智能升级。但如果剥开智能制造大数据、人工智能的外衣，它的核心还是工业软件。

在最早提出 " 工业 4.0" 智能制造的德国，最接近工业 4.0 这个目标的，是一家位于德国纽伦堡以东约 60 公里维尔斯河畔的工厂——安贝格工厂。

在这里，每秒就能生产一个产品，产品合格率接近 100%。其中，75% 的工序由生产设备和电脑完成，工人只负责剩下的 1/4 工作。工厂建成以来，面积和员工数量没有改变，产能却提升了 8 倍。

▲安贝格工厂

来源：e-a.hu

这座最接近德国工业 4.0 的未来工厂，是西门子一手打造的。

很多人对西门子的印象，还停留在这是一家生产冰箱、洗衣机的硬件公司。事实上，西门子花了近二十年的时间，通过收购逐渐完成了向工业软件公司的蜕变：目前，西门子是欧洲仅次于 SAP 的软件公司，也是世界十大软件供应商之一。

软件，正是安贝格工厂的 " 大脑 "。

我国《" 十四五 " 智能制造发展目标》中，明确提出了我国智能制造的目标。但是 " 瘸腿 " 的工业软件如果不能实现突破，将成为中国智能制造的阿喀琉斯之踵。

MATLAB 被禁用后，哈工大师生用 Python、Octave 这类产品，勉强替代了 MATLAB 数值计算部分的功能，但其配套的 Simulink 仿真模拟功能，几乎没有产品可以替代。

不少哈工大计算机学院科创俱乐部的学生很气愤，提出 " 既然不让用，我们自己搞 "。但哈工大的老师并不乐观：MATLAB 本身的代码、编程并不难，但几十年使用过程中的积累和迭代，不是几个学生写代码就能写出来的。

工业软件的体量小、研发周期长、投入大，这些特点决定了这是一条 " 慢 " 赛道，资本市场对它 " 爱不起来 "。

这个行业里，很多老牌企业，像数码大方，A 轮融资还停留在十多年前，2003 年成立的三维 CAD 公司新迪数字，一直到 2021 年才等来第一笔 A 轮几千万的融资。

这些 " 小打小闹 " 的投入，对工业软件的发展无异于 " 杯水车薪 "，让这个 " 爹不疼娘不爱 " 的行业，成为我国改革开放以来，唯一一个与国外同行差距越来越大的工业技术领域，想要奋起直追，有很大的难度。

但这又是一个关乎整个工业体系的技术领域，除了 " 自力更生 " 别无他途，需要以举国体制来实现突破，是通往制造强国之路上，那些必做的 " 难而正确的事 "。

参考资料：

[ 1 ] 《核心工业软件：智能制造的中国 " 无人区 "| 亟待攻克的核心技术》科技日报 俞慧友

[ 2 ] 《中国软件失落的三十年，这里的黎明静悄悄》风云之声 林雪萍

[ 3 ] 《瞭望｜国产工业软件遭遇三不管、四困境》《瞭望》新闻周刊余蕊 罗姣娣董道勇

[ 4 ] 《破解工业软件 " 扼喉 "》财经国家周刊 何丰伦 余蕊 罗姣娣 陈奥

[ 5 ] 《这才是中国被卡脖子最严重的软件》编码珠玑

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