德国工业软件发展之路：围绕制造发展工业软件（下）

（接上期）

四、错失的机会

在20世纪70年代和80年代，德国和瑞士CAM软件发展的重点是数控机床、柔性制造单元（FMC）和柔性制造系统（FMS）等。70年代以来，瑞士利用高精度机床的优势，运用数控技术和电子传动技术发展机床工业。在80年代，德国采用“传统技术加先进电子信息技术”与低中档、各种变型产品来发展机床的战略［1］郑献年，郑劲梅：《德国和瑞士CAM技术的现状及发展趋势》，《计算机辅助设计与制造》1996年第12期。。

德国的CAD软件开发和应用并不晚，二维系统在20世纪70年代左右就已经开发完成并得到广泛的应用。德国波鸿鲁尔大学机械系设计研究所的前主任塞弗特（Seifert）教授是德国CAD软件开发的先驱之一。70年代末和80年代初，他主持了PROPEN1（二维）和PROREN2（三维）系统的开发。

PROPEN系统是由塞弗特教授的公司ISYKON研发和销售的。PROPEN1是相当成功的一个系统，产品更名为PROCAD后沿用到21世纪初。PROREN2作为三维实体系统推出时，风行一时的CATIA V4系统只不过是一个表面造型系统。但从技术层面上评价，PROREN2系统毕竟是由工程师开发的，在实体建模方面缺少了微分几何的思想，以至于在布尔运算时不稳定。最终，ISYKON公司由于资金周转困难，被卖给了鹰图公司。

德国柏林的弗劳恩霍夫协会生产设备和设计技术研究所（IPK）也开发了一款CAD系统，和PROPEN2系统在建模方面存在同样的问题。两者命运一样，几乎在同一时间消失。

从更高的层次来看，德国几乎没有形成自己的通用CAD软件，这也是由于它的工业体系布局是以欧盟一体化方式形成的。CAD软件的早期发展，都是由大型航空工业带动发展的，其中也有很多德国人的贡献。在法国图卢兹的空客基地，近一半工作人员是德国人。随着欧洲航空工业以空客作为统一品牌形象推出后，欧洲航空工业背后的最直接受益者达索系统的CATIA软件顺势胜出。

伴随着德国国产软件的消失，国外软件在最大的应用市场——德国汽车行业，进行了角力。法国CATIA软件在德国汽车行业的应用，与宝马和奔驰两家公司有直接的关系。当时这两家公司只给配件厂和合作伙伴发放和收取CATIA格式的CAD文件，使得德国汽车行业为价格不菲的CATIA许可证叫苦不迭——当然，这种做法也极大地促进了德国制造业的三维CAD应用和数字化发展。

有意思的是，奔驰公司似乎早就启动了备份计划，在20世纪90年代中期就有替换CATIA的打算。在十年多的时间里，奔驰公司坚持每个零件的设计分别用CATIA软件和UG软件格式保存（两份）。2015年，奔驰公司宣布，完成了用西门子NX替换CATIA的工作。

大众汽车公司以前也有自己的CAD系统——VW-IP。VW-IP是大众汽车公司基于从控制数据（Control Data）公司购买的CAD软件二次开发的成果。后来由于德国汽车制造业使用CATIA软件是大势所趋，大众汽车公司只好放弃了VW-IP，也跟随大流使用了CATIA软件，但在发动机设计中使用的是PRO/E软件。即使像大众汽车公司这样的大型用户，想独立开发一套CAD软件，也是相当困难的。

在CAE软件方面，德国的AutoForm软件是一款汽车设计中很重要的工具，可以用来计算、仿真汽车覆盖件（壳）冲压过程的弹塑性变形。世界上的汽车龙头企业几乎都在使用AutoForm软件。结构优化软件TOSCA也是德国产的，几年前被达索系统收购，更名为ATOM。

五、制造工艺的软件功能强

德国是机械制造强国，因此许多软件都与制造工艺相关。德国工业软件在计算机辅助设计制造（CAM）领域占据优势，跟德国制造的强大一脉相承。这个特点与日本很相似。由于有高端制造的需求引领，德国开发出优秀的用于五轴加工的CAM软件，如OPEN MIND公司的HyperMILL软件、Tebis软件等。

作为一家CAD/CAM组件供应商，德国ModuleWorks公司提供了加工制造软件的内核。它的例子很好地诠释了工业分工之下的共生体系。位于德国亚琛的ModuleWorks公司主要提供刀具路径控制组件和仿真软件，其功能主要围绕三轴加工、五轴联动加工等。ModuleWorks非常难得地一直保持独立经营。这家公司虽然只有200多名员工，但其中75%是研发人员，并且研发都聚焦于一个点——基础内核。这也意味着，在机械制造的运动控制实现方面，有一种商业模式的变化——CAM软件与内核实现了分离。由于五轴控制路径越来越复杂，所以需要专业化的分工。大部分的CAM软件厂商是面向终端客户，对准工艺需求，追求工艺优化，因而核心算法研发被弱化。而核心算法的研究和应用，被ModuleWorks公司牢牢抓住。ModuleWorks做深做精、做专做强，逐渐独占鳌头。其他面向用户的集成商，则放弃了在核心算法上的努力，交由ModuleWorks这家专业公司来研发。ModuleWorks和另外一家叫MachineWorks的公司几乎主宰了整个CAM软件的内核市场。ModuleWorks在CAM软件内核市场上占有高达75%的份额，几乎所有CAM软件都会配置它的软件组件，连西门子的NX CAM软件都是它的用户。

ModuleWorks是一家将机械和IT技术融合得非常完美的公司。了解和理解ModuleWorks这家工业软件公司—— 一个不为业界熟知的小霸王，对于改变中国工业软件的现状会非常有帮助。

IT的概念在德国与中国并不一样。凡是想获得德国IT学位的学生，必须辅修一门其他专业课程，如机械、化学、经济学等。只有拿到其他专业证书，软件工程的研修者才能获得IT学位。这样的做法反映了一个朴素的道理，优秀的算法工程师，必须懂数学、机械或某个专业。在中国、美国，都设有单修的信息工程、计算机工程学位，这可能导致IT与机械的脱节。在德国，机械工程专业毕业的学生，去学习代码搞编程，也是非常普遍的事情。二者的融合是天然的。在德国，机械工程师待遇很高，完全可以跟IT工程师相媲美。

六、失去重来，送“硬”迎“软”

作为旗下工业软件众多的工业巨头，西门子公司目前已经将软件上升到重要的企业战略。实际上，在20世纪，西门子也同样开发过二维和三维的CAD系统—— SIGRAPH 2D和SIGRAPH 3D。SIGRAPH 2D系统十分成功，使用方便，并具有参数化设计的功能。SIGRAPH 3D的内核采用了赫赫有名的英国科学家的ROMULOS系统，这是由创建Parasolid内核的同一批人开发的。但在当时，ROMULOS已经基本过时，势头正旺的是Parasolid，法国达索系统的ACIS也已经诞生。内核技术的不足，似乎决定了SIGRAPH 3D的寿命。西门子公司在20世纪90年代初曾经用SIGRAPH软件与中国机械工业电脑应用技术开发公司（MICT）合作。但90年代以后，西门子的CAD软件基本上销声匿迹。

2007年，西门子公司花费35亿美元的高价收购了已被多次转手的美国UGS公司软件，重新捡回丢失的宝贝。以此为起点，并购软件成为西门子最频繁的扩张举措。软件战略，重新回归制造业巨头西门子的怀抱。对UGS公司的收购再加上后续对一些仿真软件的收购，尤其是并购全球三大EDA软件公司之一的Mentor，使西门子的软件范围覆盖到工业的更多角落。与此同时，西门子不断丢掉硬包袱，将旗下的微电子、计算机、医疗器械、家电和能源电力部门依次剥离。如今，西门子已经成为一个积极“拥抱软件”的工业典范。

七、与制造如影随形

在电子目录和零部件数字模型方面，德国卡迪纳斯（CADENAS）、CADCLICK是业界翘楚。这类软件服务于在线零部件数据管理和产品电子目录制作，是连接零部件生产商与零部件使用者、采购商的桥梁。在全球排名前50的零部件生产商中，近70%的企业采用CADENAS的数字化产品样本开发工具eCATALOGsolutions作为他们产品目录的解决方案。这类产品最大的壁垒就是它的庞大数据库与OEM厂商深度绑定。OEM厂商的产品定型之后，产品数据会被电子目录库收录。但这款软件可为使用者提供三维参数，使用非常方便，因此用户忠诚度很高。

云端CAE做得相当好的云计算平台SimScale，上面有大量的第三方公司的软件。SimScale在德国已经有十多万工程师用户。慕尼黑工业大学的五位毕业生创办的SimScale，既有CAE软件背景，也有计算机背景。SimScale运营得很成功，在一些领域有高额的营收，这得益于国外的CAE软件应用环境—— 作为客户，无论大小公司都有主动付费的习惯。杭州远算科技公司研发的云计算平台类似于SimScale。远算公司以云计算、大数据为支点，实现高性能计算、3D云应用、CAD/CAM等技术融合。

虽然2010年才成立，但Exocad软件公司很快成为全球牙科CAD/CAM软件市场的领导者，为牙科实验室和诊所提供一体化工作流程。它在修复牙科、种植学、指导手术和微笑设计方面，具有丰厚的专业知识。十年后的2020年，Exocad公司被美国牙科医疗设备公司艾利科技（Align）以4亿美元现金收购，用于加强后者的数字化平台，强化诊断、修复、植入和正畸工作流程。Exocad公司的诞生，也很好地诠释了德国科研院所旺盛的创新活力。它是从著名的德国弗劳恩霍夫协会独立出来的，并获得了该协会的所有牙科CAD技术，而弗劳恩霍夫协会则持有它的股份。在2016年Exocad公司获得投资之后，弗劳恩霍夫协会退出了其所持股份。

尽管德国工业软件的知名度并不是很高，但德国仍然是工业软件强国。它根据德国工业自身需求，规划重点发展方向。在机械设备制造业，德国工业软件被广泛用于设计研发、机器控制、工艺操作等环节。在汽车行业领域，德国工业软件的作用更加明显。它的最大特征，是常以“嵌入”的方式存在于产品之中。在德国，IT公司以中小企业为主，专业化是强项，很多企业成为隐形冠军。这就使得德国软件业的作用和水平不显山露水，往往不为最终用户所熟悉。尽管与全球知名的“德国制造”相比，德国工业软件整体看上去并不耀眼，但它与德国制造业如影相随，构成了德国强大制造能力的一部分。