【仿真】国内外CAE软件的差距及自主路

2018 年 12 月 20 日 产业智能官

CAE是“智能制造”、“工业互联网”、“数字孪生”等新理念的基础，在工业制造中的作用无可替代。

国外CAE软件发展的三个阶段

从上世纪60年代初在工程上开始应用到今天，CAE已经经历了50多年的发展历史。在1990年代中期便形成了包含众多单元类型、材料模型及分析功能丰富的软件产品，并且经过了大量工程应用考核和专业机构认证，大型通用商业软件的发展达到顶峰，也正是在这个时期，国外CAE软件开始大举进入我国市场。此后十年，到2000年代中期，随着有限元理论与算法日臻成熟，数值计算新方法新理论并没有新的突破，一些关键的CAE软件技术难点也没有太多进步，如ANSYS软件最后还是通过并购，才解决热力耦合问题的分析求解。但是，国外商业CAE软件在功能上已基本满足现有工业设计的需求，因此，这一时期求解器技术上的发展并不十分突出，国外CAE软件的发展基本上处于巩固完善和拓展市场阶段。最近十年，CAE市场进入了疯狂并购阶段。根据《知识自动化》的统计，近二十年来仅ANSYS、MSC、达索、ESI和西门子这五家厂商就并购了100多家软件企业，其中30多起并购事件发生在最近三年内，可以说CAE近十年来的发展基本上就是买买买（国外仿真软件的鲨鱼进化史）。在分析能力上并没有太多新成就，技术水平提升缓慢，应该说软件的分析能力发展不超过20%。

概括而言，国外CAE软件发展可分为三个时期，1990年代中期以前为发展期，该时期主要以软件技术提升与功能拓展为主；1990年代中期至2000年代中期为壮大期，这一时期主要以拓展市场为主、功能提升为辅；2000年代中期至现在的十年间为成熟期，各大CAE厂商忙于并购与重组，重新整合市场，在技术上以通过并购实现横向扩展为主，纵向提升缓慢，技术能力处于平台期，软件的发展由核心技术发展转向概念创新发展。

图1 四大CAE巨头的并购与发展断代

（来源：知识自动化）

国内CAE软件的发展与现状

国内有限元软件开发起步并不晚，基本上从1970年代就开始专有程序的研制。近40年来，我国在CAE理论研究和软件自主开发方面的努力始终没有停止过，也有一些拥有自主知识产权的软件系统脱颖而出，如大连理工大学开发的JIGFEX、中国飞机强度研究所开发的HAJIF、中国科学院数学与系统科学研究所开发的FEPG、郑州机械研究所开发的紫瑞CAE、航空工业总公司开发的APOLANS、北京大学力学与工程科学系在美国SAP软件源码基础上开发的SAP84等等，这些软件在1990年代中期其分析能力达到了一定水平，甚至在某些方面并不亚于国外同类产品，但后来在国外产品的挤压下逐渐凋零。

正如同国外CAE软件的发展一样，国内CAE软件也同样经历了三个时期的发展，在时间上也十分一致。1990年代中期以前为技术发展期，该时期主要以算法理论及程序编制与提升计算性能为主，严格意义上说还不能称之为软件，只是科研院所为解决科研问题或产品设计中遇到的需要通过计算机模拟的相关技术问题而编写的数值计算程序，只有参与编写程序的相关课题组人员才能熟练使用。它属于专家科研程序，非一般工程师所能掌握。这一时期国内有些行业的数值计算程序在某些方面甚至超过了国外商用软件的水平。

1990年代中期至2000年代中期可以说是国内CAE软件的沉寂期。在这一时期，国外商业CAE软件进入稳定的商业化运作期。其软件已不具备明显的行业特性，更加突出了软件的专业特性，使得无论是科研机构的科研人员还是工业设计部门的工程师都能够很便捷地借助国外商业CAE软件快速完成课题研究或产品设计，也正是在这一时期，CAE软件被广泛应用在装备和产品的研制过程中，逐渐体现出CAE软件对制造业的重要性。在这一时期，得益于政策上的许可，科研结构或产品设计部门都纷纷引进商业CAE软件，逐渐抛弃了操作“原始”的行业专用程序，这一时期又是老一辈科研人员陆续退休的时期，原有程序的开发与维护后继乏人，也促进了国产CAE软件的退场。而这一时期则是国外CAE软件的成长壮大期，在市场营销上依靠国内代理商或经销商向企业用户推广产品，另一方面又采用“盗版倾销”战略与向高校提供免费教育版本的方式，在软件新版本刚推出不久便能将软件的最新版本送到个人用户手中，普及了软件使用操作方法，就这样多种因素促使了国外CAE软件迅速占领几乎整个国内CAE市场。这一时期体制外的CAE从业人员主要从事国外商业CAE软件的销售、培训、咨询、二次开发等工作，几乎没有人从事CAE软件开发工作。可以说，国内CAE软件自主开发曾止步于1990年代中初期，到今天为止，国内自主CAE软件的最高水平差不多落后三十年。

2000年代中期至现在的十年间为国内CAE软件商业化运作萌芽期。国外商业CAE软件经过十多年在中国市场的开拓，基本上占领了国内绝大部分CAE市场，涉及各个行业领域。当然，国外商业软件功能再强大，也不可能完全满足国内生产、制造、建设中遇到的所有仿真需求，这逐步促生了CAE软件定制化开发服务，开启了国内CAE软件的市场化道路。从市场化进程而言，相比国外1960年代中期开始成立商业化CAE公司，我国商业化CAE软件开发要落后四、五十年。

图2 国内外CAE发展阶段对比

最近十多年来，国外CAE公司进入前所未有的大整合时期，主要精力在横向扩展，在技术深度上发展缓慢。这是我国自主CAE软件发展千载难逢的极好机遇，抓住这次机遇定会缩短差距甚至实现超越。

国内外CAE软件的差距分析

以有限元方法为主的CAE技术就是为工程问题的数值模拟分析而提出的，自诞生之日起就一直服务于工程问题的，具有很强的工程应用背景。但是，由于历史上体制的原因，国内外CAE技术的发展走了不同的道路。国内在计划体制年代，为促进各行业发展，各行业基本都成立有独立的研究院所（如航空企业基本是一厂一所的模式，航天企业也基本都是厂、所结合模式），以解决本行业工业生产中遇到的各类问题，研究成果直接服务于本行业生产，研究经费是国家投入的，因此对于本行业的服务也都是无偿的，在一定时期、一定程度上极大地推动了国内生产制造业的发展，“两弹一星”更是全国上下一盘棋，基本上白手起家围绕具体的工程需求发展了相关数值计算理论、编写了相关数值计算程序，解决了不计其数的工程问题，取得了举世瞩目的成就。

这种模式可以说基本延续到1990年代中初期，这个时期的主要特点是技术研究与工程设计不分开，技术研究成果直接服务于工程设计，可以说每一个研究员都兼任着工程师的职能，在工程中遇到的技术问题直接反馈给研究人员，为解决具体问题，研究人员从建立理论模型、离散方程、编写计算程序直至通过众多情形的计算机模拟、分析，最终提出解决问题的方案，都是研究人员完成的。这好比是机器上需要拧个螺丝，于是单独成立一个小组设计、制造一个扳手来把螺丝拧上，显然是两个过程合二为一了。

这种模式在取得巨大成就的同时，也无意中筑起了行业之间在计算机数值模拟方面巨大的技术壁垒。计算程序基本都是行业内部解决具体问题专用的，甚至行业内部本身都没有把专用计算程序整合成行业内部通用程序，行业之间更无从谈起计算程序的适用性。

虽然在计划体制时代计算机数值模拟为工业的生产制造发挥了巨大作用，但计算机数值模拟的发展却一直伴随着体制内“重硬轻软”的普遍观念，相关科研项目经费少得可怜，最大的经费开支就是计算机和打印机。甚至普遍观念的是，做数值计算基本不需要科研经费。

国外商用CAE的进入，从两个维度上，改变了中国的规则。

1990年代初期国外商用CAE软件进入国内市场后，极大地扩展了计算机数值模拟相关项目科研经费的使用空间，申请项目也可以名正言顺地“索要高价”了，可以说，国外商用计算分析软件（包括CAE软件）进入国内市场为国内数值模拟研究项目开启了新的篇章。在经费方面，缩短了“软、硬”之间的差距，无形中提升了“软”项目的重要程度；在使用方面，国外商用软件有非常方便的图形化前后处理界面，，解决问题的时间从以年为单位，缩短到以月和周为单位，大大提高效率。可以说，数值模拟研究，从刀耕火种的“农业时代”进入到了机械化作业的“工业时代”。

另一方面，国外商用CAE软件的大量使用，逐步减轻了工业设计部门对科研院所的依赖，更多的工作由设计部门的分析工程师承担了仿真分析职能。然而，也正是因为国外商用CAE软件的大量使用，使得科研院所在CAE理论、算法、程序设计与实现等等当时并不落后的诸多方面逐步弱化，甚至逐渐失去了造血能力，致使国内CAE技术停滞不前出现了十年沉寂期。直至现在，众多高校本该教授有限元理论与技术以及编程的课程无一例外地都捆绑了一个具体的国外CAE软件名称，变成了“有限元理论与××软件”。老师只需要蜻蜓点水般对有限元理论稍加介绍，利用大量课时教会学生使用某个CAE软件，学生则只需利用该CAE软件完成一个大作业即可完成课程学习。

国产CAE再次挺进大别山

国内自主CAE领域市场化进程，始于2000年代中期，主要面向国外商业CAE软件覆盖不到的边缘领域，多以定制化服务为主，鉴于国外CAE软件的强大实力，鲜有以自主CAE软件开发为主要目标的公司，近年来也有公司融得部分风投资金开发自主CAE软件产品，但迫于急于挣快钱的风投压力不得不依赖大量服务项目获取盈利，致使产品研发进展缓慢。近十年来国内自主CAE软件的市场化道路并不顺利，基本上属于小打小闹成不了气候，即使有自主CAE软件产品，其水平与功能也未必能超过国外1980年代初期的产品。

中国CAE的主要差距，不完全在技术本身，而在于将其从科学计算程序，转向软件工程。从分散在各行业内部的CAE相关程序的水平看，差距有二三十年；但如果从CAE软件的商业化进程看，我们的差距至少有四十年，还达不到国外1980年代的水平，而且还存在被逐渐拉大的势头。形成这种局面的主要原因，除了国外CAE软件实力强大无法抗衡外，还存在以下几方面内因：

缺乏资金支持

公司多为个人筹资建立，资金有限，一般只能维持一到两年运行，因此必须依靠承接相关项目以获得经费支持；

无力潜心研发

公司依靠承接项目维持运营直接导致开发人员疲于应付项目而无暇顾及产品持续研发；

技术积累单薄

。研发团队技术积累有限，多为研发人员在工作中或读学位期间自己编写的相关程序，功能单一并且不系统，可利用价值很低，基本上是零起点开发；

缺乏成果转化

国内积累下来的较为系统的行业CAE程序集中在各类科研院所内部，CAE开发团队因为政策与资金两重原因而无法获得科研院所的CAE程序成果转化，更加降低了国内自主CAE开发的起点；

程序员工资低

资金缺乏导致开发人员工资待遇较低，在互联网软件、游戏、移动APP开发人员高工资的冲击下，很难留住高水平开发人员从事CAE软件开发；

人才流失海外

国外CAE软件公司中，有为数不少的大陆华人从事CAE软件开发工作，同时也有很多国外CAE软件公司在大陆成立研发中心，直接聘用国内CAE求解器及前后处理器研发人员；

尚未得到重视

买得到、有的用的事实迷惑了人们视线，没有什么比花钱拿来用更简单的事情了，从而导致忽视了其重要性。另外，CAE软件本质是科学计算，表象是软件，应用领域在工业，也导致上属主管主抓关系没有很好理顺，近乎三不管地带；

应用生态缺失

国产商业CAE软件市场占有率极低，导致国产CAE软件极度缺乏市场应用评估反馈，成长过程中得不到市场的促进，也就是应用生态建立不起来，缺乏客户应用的反馈意见。

那么，如何填补我国自主可控CAE软件空白，在“智能制造”、“两化深度融合”、“工业互联网”轰轰烈烈蓬勃发展的大潮中，寻找工业仿真软件的发展之路？。

国内CAE软件发展的可行途径

专家指出，商业化开发是软件生命力的重要保证，国外CAE软件的发展也证实了商业化开发是促进软件开发良性循环的最佳途径，可以突破行业壁垒，将共性技术广泛应用到众多行业，减少低水平重复与内耗，另外，商业化开发可以有效实现可持续开发，不因人员流动而影响软件的发展。

国外CAE软件都是依靠长期技术积累发展起来的，除了本公司的技术积累，企业并购也是技术积累的重要组成。细数国际上具有一定市场竞争力的CAE软件，都有几十年的历史，没有一个新兴企业做出功能完善、分析结果可靠的CAE软件产品，可从一个侧面说明CAE软件开发道路漫长、路途艰辛。CAE软件开发没有长期的技术积累，无论是“弯道超车”或是“换道超车”都几乎是不可能的。如果说有捷径可走，那只能是站在前人肩上，将散列在各行业研究院所、高校中三十年前并不落后的各种工程分析计算程序进行成果转化，在此基础上消化吸收、筛选整合、改写重构，短期内将原有基础扎实利用起来，然后逐步补齐短板向国际知名CAE软件看齐。

国外CAE软件的成长壮大基离不开政府的长期扶持。CAE软件具有极其重要的战略地位，因此受到国家层面的极大重视，如美国政府通过国家战略投资计划投资了众多科学计算基础设施，实施了大量产业培育举措，这是CAE产业最早在美国得到蓬勃发展的一个重要因素。在国家战略层面，美国也确实是把科学计算和建模仿真作为服务于国家利益的关键技术，从未停止过投资。

国外CAE软件也是在企业的伴生下成长起来的。美国工业软件的巨大成功，离不开工业巨头的抚养，也得益于其知识产权的转换机制（成果转化）。美国CAE软件巨头MSC在1971年获得了美国国家航空航天局（NASA）Nastran程序的开发授权，并对Nastran改良后推出了MSC•Nastran，成为美国仿真软件的鼻祖，并作为NASA的主要供应商一路迅猛发展，奠定了行业龙头位置。ANSYS作为美国CAE软件的另一个巨头，其发展则得到了美国西屋电器的“深情支持”。

总结为一句话，在政府扶持、企业伴生下，矢志不移长期潜心研发，通过商业化运维，在市场哺育下发展是CAE软件成长壮大的成功之路。

为加快我国CAE软件快速发展，其它领域的发展经验值得借鉴，二十一世纪以来，我国在高铁、航母、计算机操作系统等方面取得了快速发展，为国产CAE的发展提供了很好的范式：

1、高铁模式

高铁的核心技术并不是我们的原始创新，但是根据我们地域广阔、东西、南北跨度巨大的现状，解决了东北与西北的高寒、南部的湿热、西北的高海拔以及沙漠戈壁风沙等严酷环境的适应问题，在很短的时间内使我国的高铁技术成为国际上最先进的高速铁路技术。对于CAE软件而言，出资并购国外CAE软件开发公司，引进关键技术，消化吸收转化为自主可控技术，以高起点参与市场竞争，不失为一条可行之路。

2、航母模式

我国第一艘航空母舰“辽宁舰”改建于苏联未建造完成的“瓦良格”号，实现了我国航母零的突破。“瓦良格”号设计定型于1982年。中国在2002年3月将“瓦良格”号拖至大连港。之后，历经近十年的改装与建造， 2012年辽宁号正式服役。

在1980年代我国CAE自主开发应用的鼎盛时期，各高校、研究院所积累了许多很有价值的自主开发或从国外引进的CAE分析源程序，如SAP5、Dyna2D、Dyna3D等，这些程序在国外商业CAE软件形成垄断之前曾经发挥过巨大作用，虽然看似年代久远了一点，但CAE求解器本身就应该靠不断积累而发展的，重新开发也不能跨越这些源程序形成的基础，将这些代码消化吸收、改进重构快速形成自主CAE求解器的雏形，在此基础之上逐步开发补充功能模块，缩短与国外CAE软件的差距，这无疑又是可行捷径之一。

3、操作系统模式

基于开源的Linux操作系统，通过消化吸收，根据实际需求与国内用户特点，注重系统的安全性能，定制研发了自主可控的国产操作系统：麒麟。如新近完成首次中修改造的远望5号船上信息设备基本实现国产化，麒麟操作系统得到广泛应用。

目前互联网上有许多开源的CAE软件求解器，其中不乏优秀的开源CAE求解器，对于技术积累比较薄弱的国内CAE软件开发状况，在开源CAE软件基础上进行消化吸收并加以利用不失为一种可行之策。但是必须在开源协议许可的框架下进行，如果进行商业化还必须付出一定费用。如果真正消化吸收并转化重构为自主产品需要投入大量精力，另外，开源软件毕竟与商业软件尚有一定差距，也很难短期内形成竞争力。但作为长期的人才培养，和解决局部问题的努力，仍然非常具有价值。

对于国产自主可控CAE软件而言，三种模式相比较航母模式代价较小收效更大，不失为上上之策。

“有志者，事竟成，破釜沉舟，百二秦关终属楚；苦心人，天不负，卧薪尝胆，三千越甲可吞吴”。国家政策方面已逐步开始重视工业软件的开发，许多“数值水池”、“数值风洞”等大型工业软件开发项目也纷纷启动，民间资金也在跃跃欲试，工业软件正在面临着一个大好的局面，打破工业仿真模拟软件“无可替代”的窘迫局面，或许可以重新期待。

作者简介

张云龙：CAE从业者，《知识自动化》特约撰稿人

林雪萍：南山工业书院发起人，北京联讯动力咨询公司总经理

延展阅读：仿真软件的鲨鱼时代：改变历史的并购

原创：林雪萍知识自动化

引子：火种起于航天

1961年，急于扭转太空领域落后于苏联的局面，大胆地选择登月计划的肯尼迪总统，独排众议，永远地改变了美国的航天面貌。这是人类最危险、最复杂的一次探索任务，美国航空航天局NASA担当重任。为了解决宇航工业对于结构分析的迫切需求，NASA在1966年提出了发展世界上第一套泛用型的有限元分析软件Nastran的计划，像天界盗火一般，从此点亮了人类探索数字世界的征程。可以说，仿真一开始，就是伴随着人类最伟大的制造工程而生。

从此，颠覆性重生，破坏性并购，伴随了50多年的仿真软件CAE的发展史。

第一个嗜血鲨鱼：MSC

MSC.Software创建于1963年，它是NASA的宠儿。MSC参与了NASA整个Nastran程序的开发过程。1969年NASA推出了其第一个版本，之后MSC继续改良并在1971年推出MSC.Nastran。

吃着皇粮，直接商业化的结果，MSC一路发展迅速，迅速奠定行业先锋的位置。然而MSC的长大，却是靠着一路血口大开的并购之路。从1989年开始到2016年的20多年中，MSC软件一共兼并和重组了10余家公司。

1989年MSC通过兼并荷兰PISCES而进入高度非线性分析市场；1998年MSC又兼并2D和3D运动学仿真软件的开发者Knowledge Revolution公司。

对MSC而言，最具有里程碑意义的时间是1999年。本来在NASA的支持下，还有另外两个小公司（UAI和CSAR）分别在NASA的版本上，扩展出自己的商业软件。统一江湖，是每一个领头羊会想的事情吧。坚定的MSC在1999年收购了这两家小而美的公司，同时还一口气吃掉了第一个商业非线性有限元程序MARC。从此，MSC成为市场上惟一一家提供Nastran商业代码的供应商。一时骄奢无边，执有限元分析牛耳。

2002年，MSC以1.2亿美元收购世界著名虚拟样机仿真软件MDI公司。其中最大的宝贝，就是大名鼎鼎的机械系统运动学、动力学仿真分析软件ADAMS被收入囊中，这成为MSC分析体系中一个重要的组成部分。

工业软件离不开工业巨头的抚养。诞生于波音公司的Easy5，最早本来是为军方开发使用，随后由波音公司完成了商业化。这简直是一个飞机工程师的知识宝库。它由各学科领域富有经验的工程师和数值计算专家，从飞机设计过程中实战而来的数据库。经过近30年的不断积累和大量工程问题的检验，已经成为独一无二的控制与多学科动态系统仿真分析工具，可谓波音公司工程仿真经验的结晶。就在2002年， MSC公司收购Easy5，并在随后升级为Windows版本。

甲方和乙方的角色，可以如此轻松地切换。真是令人羡慕的知识流动机制。

这是MSC最风光的黄金年代。

好花不长，受全球金融风暴的持续影响，MSC软件的业绩开始下滑，2009年被一家投资集团看重并收购后变为私人公司退出股票市场。这在美国，也是常常发生的事情，软件公司会被投资者并购然后坐地等着沽价而售。从2010年开始，MSC进行艰难转型，计划从产品到策略都进行调整。虽然换了主人，但并购却并未停止。2011年和2012年，MSC分别收购了比利时著名的声学软件公司FFT（自由声场技术）公司和高端材料仿真领域厂商e-Xstream，2016年MSC软件公司收购焊接与成型仿真领军企业Simufact。

然而在纯资本的东家手里，MSC似乎迷失了方向。或者这本来就是投资家的策略。因此，它的再次更换东家，是迟早的事情。

图1 MSC经历的鲨鱼吃鲨鱼

果然，2017年，这条嗜血的鲨鱼，被一个做计量的瑞典硬件大汉以区区8亿美元，一口吃掉。作为世界十大原创软件公司之一，MSC软件是全球多学科仿真模拟领域的领导者，技术也好，口碑不差。而命数，却出乎意料。

老大哥也要补血

作为老牌的仿真企业ANSYS，现在依然是仿真领域最为成功的巨头之一。仿真公司的源头，往往都有一个执着的工程师科学家。ANSYS的故事，也是从天才工程师开始。John Swanson博士早年在西屋工作的时候，就创立了一套有限元分析程序。1969年，Swanson创立ANSYS的前身。又见美国创业精神，这也是一家车库创业的公司；又见美国轨迹，软件背后都有用户的“深情支持”。这次支持Swanson一个私营企业发展的，是美国西屋核电公司。这种深情支持，是国内用户对国产工业软件之间，最为缺乏的一种关怀。出于复杂的原因，中国的用户与软件供应商的关系，从来就是一个大户地主挑媳妇的状态。这种单纯的“甲方乙方”合同关系，而非战略共生的逻辑，正是中国工业软件发展的始终不能愈合的内伤。

不同于MSC、UGS的仿真源于NASA，ANSYS是从服务于西屋核电出发而形成一个仿真流派。而到了1994年，为了让仿真软件企业做大，Swanson做出了最不可思议的举动，他让出CEO位置和股票，公司也转成为当下的ANSYS公司。

自2000年开始，ANSYS进行了一系列收购，包括：ICEM CFD Engineering、法国的CADOE。这为仿真软件的快速发展，打下了良好的基础。

2003年，ANSYS公司出资2100万美元收购AEA公司的CFX软件业务。后者绝非等闲之辈，这可是全球第一个通过ISO9001质量认证的大型商业CFD软件，一开始就是诞生在工业应用背景中。是英国工程科技咨询公司为解决工业实际问题而开发。它在1995年吃掉了一家做旋转机械设计与分析的加拿大ASC公司。

2006年，ANSYS公司已成功完成对Fluent的收购活动，共花费六百万股普通股和将近2.99亿美元的现金。这些被收购公司的嘴巴其实也从来没闲着，都是一路吃吃吃地走过来。1995年，Fluent收购最大对手FDI公司；1997年则收购polyflow公司。

同一年， ANSYS收购了Century Dynamics公司，将高速瞬态动力分析软件纳入到ANSYS的分析体系中。

这几次收购，让ANSYS在计算流体力学里声威大震，收购时机也非常好。当时Fluent、CFX、STAR-CD是计算流体力学CFD领域的三驾马车，ANSYS收购了其中两家，加强了ANSYS在计算流体力学CFD领域的地位。稀缺的CFD资源，就剩下STAR-CD。被鲨鱼吃掉，就变成了迟早的事情。但意外的是，这个并购，还是拖延了至少十年，达索和西门子才开始为了竞购这块肥肉，大打出手。最后，更加迫切地进行战略布局、强化汽车领域优势的，当然也是更加财大气粗的西门子，在 2016年以近10亿美元购买CD-adapco。它的拥有者正是STAR-CD公司。

如果说是失算，那就是ANSYS错过了多体动力学软件Adams。这样软件的空档期不会等太久，后者被MSC一口吃下。

到了2008年，ANSYS再次进入一个全新领域电子设计软件EDA领域，收购了Ansoft公司。此次收购总价约8亿多美元。这次天量的收购，使得EDA领域的独立软件商只剩下三个巨头，而其中一个则在2016年年底被西门子以37亿美元宣布并购。

并购电子设计软件Ansoft的落子，在ANSYS战略版图上仍然在继续回响。后者随后再次以3.1亿美元现金收购模拟软件提供商Apache Design Solutions。填补了它在集成电路仿真的布局。

图2 ANSYS的并购史

2014年收购SpaceClaim，彻底解决了ANSYS再几何造型的短板问题，收购价格也只只有8500万美元。在2015年之前，ANSYS的前处理还比较难用，并购后一跃成为最好用的前处理软件之一。其实SpaceClaim已经跟ANSYS早有合作。SpaceClaim早就为ANSYS开发3D建模的前端应用。这次并购，更像是合法化地成全了一桩早已存在的婚姻。

未来制造会是怎么样，是个并不能确定的问题。但能确认的是，各种制造分支无论是萌芽还是闪闪发光的时候，软件都会相伴其中。既然增材制造，是未来制造亮闪闪的明珠，所以ANSYS在2017年11月会去收购增材制造仿真技术软件3DSIM，就一点也不奇怪了。同样，ANSYS今年4月，收购了光学仿真领域小有名气的软件OPTIS，用于人类视觉和物理可视化科学的仿真分析。OPTIS可是一家三十年历史的光学仿真公司，跟达索、西门子等都有很好的合作。算是虎口夺食，ANSYS这招也够狠的。

闻声赶来的鲨鱼套娃：从UGS到西门子

前面提到，一时独占NASA源代码的MSC Nastran得意无边。软件价格不断上涨，而其功能和服务却没有得到相应的提升，从而引发大量客户的抱怨，为此NASA则向美国联邦贸易委员会(FTC)提出了申诉。

MSC居然打输了官司。

美国FTC判“MSC Nastran垄断”，MSC Nastran源代码须公开。这是一个撕裂见血的举动，这股血迅速引来了另外一个鲨鱼：UGS公司。它加入到Nastran的商业化市场的队伍。而后，UGS根据MSC所提供的源代码、测试案例、开发工具和其他技术资源开发出了NX Nastran。至此，源于NASA的Nastran一分为二，齐头并进，为用户带来了更多的新技术与服务。

UGS的命运似乎也不在自己手中，被卖来卖去。后来的一个东家在2001年时并购了一家神一样存在的小公司SDRC，这个东家将其与UGS合并重组。SDRC的有限元分析程序演变成了UGS的NX Simulation，与NX Nastran一起成为了UGS家族中的仿真分析中的重要组成部分。

这个动荡的故事，不曾为人注意。它最闪亮的点，是在工业4.0之后，人们往后看才发现。西门子在2006年以35亿美元决定购买UGS公司。这笔买卖，在工业史上，充满了里程碑的意义。现在看起来，这笔交易简直就是德国人白捡的。

拥有了UGS的西门子，同时在CAD和CAE领域，都有了建树。尽管UGS在高端CAD三分天下有其一，但在仿真领域仍欠不足。对于一个大型工业公司而言，仿真还有很多欠缺的地方。

这引出另外一个小鲨鱼的故事，同样嗜血成性来自比利时的LMS仿真公司。

LMS成立于1979年，主要提供包括虚拟仿真软件、试验系统和工程咨询服务等独特的组合方案。2007年，LMS国际公司成功收购法国Imagine公司，扩展了现有的功能品质仿真以及物理样机测试业务，建立了一套完整的对机械和机电系统进行建模、仿真、实物测试的解决方案。

2010年，LMS国际公司宣布全资收购Emmeskay，完善了LMS对于多物理系统仿真，为模型驱动的产品开发提供全新的应用模块。这巩固了LMS作为世界工程创新者的领导地位，其拥有一系列独特的试验和仿真软件及相关的工程咨询服务。

2011年，LMS公司正式宣布收购SAMTECH公司(全球CAE和结构分析软件供应商)60%的股权，成为最大的控股股东。SAMTECH的加入将深化LMS的测试与机电液仿真技术优势，帮助客户更好运用新兴的基于模型的系统工程方法，提高产品竞争力，获得更多的市场份额。

又是仿真，又是工程咨询，又是测试，又是机电液仿真，听起来就是绝好的嫁妆。是的，这是工业巨头西门子的最爱。2013年，西门子6.8亿欧元一口吃下LMS。再次很便宜的交易。

坐拥UGS和LMS两块优质仿真资产。两股暖流汇总在一起，成就了传统工业设备商西门子的软件仿真的大格局。

图3 西门子的CAE并购史

再后来的并购都是轻车熟路了。2016年西门子再次出手，9.8亿美元购买了计算流体力学(CFD)仿真领域的领先企业CD-adapco。很便宜，不是吗？另外一个大手笔，就是西门子以45亿美元收购了EDA软件的三大巨头之一Mentor。而Mentor里面也有仿真模块，其中的flowmaster在电子行业颇有一席之地。仿真布局，隐藏在设计布局之下。

这个故事没办法讲完，因为它一直在继续。2017年西门子收购了荷兰的TASS软件，又是面向汽车领域，专注于自动驾驶和安全方面的仿真。

后发制人的达索

法国软件巨头达索系统，在CAE应该算是大器晚成的。早期，它似乎一直致力于CAD的发展。

在2014年，达索系统正式确立了它的产品线战略，四大核心品牌包括CATIA、ENOVIA、DELMIA和SIMULIA。其中SIMULIA是达索在仿真领域的布局。然而，达索的仿真雄心，并不早。在高端和中端CAD设计领域都驰骋多年的达索而言，在仿真的市场看上去像是一个迟到者。

迟到者自有赶路的决心，而最快的道路，莫过于并购。

被MSC购买的MARC公司，其创始人有一个博士生，在1978年建立公司推出了Abaqus软件。该软件是能够引导研究人员增加用户单元和材料模型的早期有限元程序之一，因此在多物理场仿真分析的行业中影响巨大。2005年，ABAQUS被达索公司收购，并创建SIMULIA品牌，建立了功能仿真的核心平台。这正式开始了达索的仿真雄心。

2006，达索系统收购瑞典的工程仿真环境开发商Dynasim AB，其创始人是最为知名的建模语言Modelica的开山祖师。这是对大师的致敬。

2008年，达索系统收购Engineous公司，获得了集成设计和多学科优化软件Isight，这大大增强了达索在仿真生命周期（SLM）对数据、过程、工具和知识产权集成优化的能力。

随后的日子不必说了。达索仿真系统恨不得每年都会发现全新的猎物。越多越好，而且必须拿下。包括塑料注塑仿真技术Simpoe、多体仿真SimPACK、、高度动态流体场仿真领域Next Limit Dynamics等。而汽车建模仿真领域提供模型库的Modelon在德国合资公司，也被收购，从而形成面向物联网的布局。

图4 达索在CAE的并购史

2017年9月，达索再次出手，并购产品工程仿真软件全球创新企业Exa公司。在整个设计流程中，Exa用来评估高动态流体流动，包括仿真气动流、空气声学和热管理。来自汽车与交通运输、航空航天与国防等都在运用此软件。包括宝马、特斯拉、丰田、美国国家航空航天局NASA、巴西航空工业公司Embraer等。四亿美元现金，达索系统，就收购了这家位于马萨诸塞州仿真公司。重要的是，它整合了熟悉格子波尔兹曼(Lattice Boltzmann)流体仿真技术将近350名极富经验的仿真专业人士。

十多年的功夫，仅仅凭着野蛮的吞并，达索就从CAD领域，完全扩展成为仿真新贵。从设计，到仿真，这是一个完全打通物理世界奥秘的闭环之路。

都是嗜血家族

仿真软件的发展，就是并购清单一次一次地被刷新的历史。国际软件巨头，无一例外。

看一个出身纯正的CAE公司澳汰尔（Altair），这是由三个工程师早在1985年成立。能如此长寿地保持独立仿真软件商的地位，澳汰尔也自有过人之处。而自从2006年的首次并购开始尝到甜头之后，在过去的12年中，它不紧不慢地，基本平均是每年完成一次并购，从而从一开始单一的结构CAE玩家，发展到今天既有流体，更有电磁仿真的更为全面的CAE供应商。然而，为了在充斥着重磅级的鲨鱼的市场，或许是为了更好的扩张，Altair去年9月也在纳斯卡达克成功上市。另外值得一提的是Altair在试图改变游戏规则，Altair首创的Token License（记点数）的卖法已经改变了以前传统CAD按照模块计费的方法，现在Altair更推出合作伙伴计划，希望CAE小玩家能够搭载Altair顺风车走向全球，从而保持相对的独立性，颇有战国时期的“合纵连横”的味道。

图5 Altair并购史

法国仿真巨头ESI，也不例外。ESI集团最初是为欧洲的防务、航空航天和核工业部门提供工程咨询服务，开发了基于有限元法的精密仿真技术，并获得了对工业流程和需求的广泛理解。1985年，ESI和德国大众汽车旗下的团队合并，成为开发汽车碰撞变形仿真软件的第一家公司。

后来，ESI公司将美国底特律的板成形模拟的专用软件Dynaform程序，成功地进行了商业化，命名为PAM-CRASH，现已成为了钣金冲压领域的明星产品。除此之外，ESI公司还有多个被人熟知的软件，如铸造软件ProCAST，钣金软件PAM-STAMP，焊接软件SYSWELD，振动噪声软件VA One，空气动力学软件CFD-FASTRAN，多物理场软件CFD-ACE+等等。不必说，这些都是不断张开牙齿反复吞噬的本能动作了。而在2017年，ESI收购了开源数值计算软件Scilab的原厂商，这是公认的最有可能替代开放源码软件MATLAB®的分析计算解决方案的工程软件。这意味着，借助于并购，ESI将在开源和数值基础计算上面，深耕土地。

2009年，国内曾经最为熟悉的2D设计入门级产品的拥有者，欧特克公司(Autodesk )宣布以3400万美元收购了鼎鼎有名的大型通用的有限元分析ALGOR公司。Algor这个创立二十五年的公司曾经紧随Windows95的上市，推出了在Windows95环境下运行版本的ALGOR95。这让它一举成名。而在此前和此后，欧特克也都是丝毫不动摇地进入CAE领域。一口一口，吃掉了很多CAE公司。

图6 欧特克的CAE布局

谁都有软肋。但短板，却都是一块一块补出来的。

小记

计算机辅助工程软件CAE，是一个挑战人类工程极限的软件体系，它是人类史上工程师知识结晶浓度最大的地方。CAE开发的难度，是由工业多学科、多运行机理、多尺度的复杂局面造成的。没有任何一家CAE软件可以整合各种不同学科的仿真分析能力。而软件大鳄在不断并购，是一条整合学科能力的快速通道。由于仿真本身是物理学近似求解的行为，随着计算能力的提升，求解能力的加强，新的仿真程序也会不断涌现。因此，这个池子的小鱼会有很多，可以等待被吞食。

因此，CAE厂商才会如此频繁的并购，来扩展自己的仿真能力。尤其在最近的十年，CAE的并购，成为最为频繁的商业活动，就像是篮球计分板上的比分，不断地跳动着增加新的记录。

图7 深海狂鲨：CAE的并购狂欢史

（鸣谢南山工业书院的赵翰林绘制此图）

这种并购，也造成了人类工程知识的大碰撞、大融合。整个CAE软件的当前体系，是全世界数万名工程师，用了两代人将近60年的功夫，集体构建了人类工程知识的最高堡垒。这个投入是以上万亿美元计算。

通过软件这种方式所沉淀的人类知识结晶，越来越厚实，但却越来越隐蔽，无形不可见。对山寨之路而言，它是一扇毫无破绽的封闭之门。任何心怀捷径的速成思路，任何蜻蜓点水的资金投入，任何想在一个任期内就打通任督二脉的想法，都是无视人类知识积累的轻浮之举。而迈过这个坎，至少需要一代人信念的坚守。

然而，工业在哪里，工业软件就会在那里。工业软件，是一扇必须打开的门。

发展工业软件的事业，是一个足以跟登月计划阿波罗相媲美的工程。

让我们回顾一下1962年的航天计划演讲中，肯尼迪总统是怎么说的？

“但是，有些人问，为什么是月球？

我们决定登月，不是因为它们简单，而是因为它们困难，因为这个目标将有益于组织和分配我们的优势能力和技能。

因为，它就在哪儿，太空就在那儿，而我们将要登上它，月球和其他行星在那儿，获得知识与和平的新希望在那儿。”

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