要理解工業4.0，就避不開對西門子的研究；而要看懂西門子，不要去要看它的硬件，而要去看它的軟件。數字化工廠只是水中花，真正的花朵不在你眼前，而在你身頭。德國安貝格和成都的數字化工廠的示范，沒有必要去看，看明白也沒用。你在現場越是歡喜越是敬畏，回頭靜思的時候，你就會越發沮喪——即使所有的硬件都賣給你，你也無法重新復制。它需要一顆數字心臟，這是根本。

從西門子的視野來看工業4.0的未來，數字化世界的生態邏輯，優先級遠遠高于物理世界；人機交互（包括浸入式現實）使得所有物理世界的事情，基本在虛擬世界完成；而在物理世界，不過進行了實際的驗證、生產、反饋和實施。驗證即生產，實體即數據，這就是西門子整個生態體系下衍生出來的工業4.0命題。

西門子視野照中的工業4.0

2015年9月，西門子在一年一度的PLM（產品全生命周期管理）分析師大會上，西門子首席執行官Kaeser進行了題為“數字改變常態”的主旨報告，描述了數字化橫掃一切的力量，不僅會改變商業模式，也會不斷產生顛覆性的力量。在未來，用戶會高度參與到生產中去，甚至消費者叫做“生產型消費者Prosumer”（production consumer的復合詞）。為了應對數字化的力量，形成信息物聯系統（CPS）的閉環生態體系，Kaeser宣稱西門子自從2007年，在數字化軟件服務領域投入了將近40億歐元費用。

為什么西門子最高執行官會參加一個看上去普通的PLM分析師大會？顯然，這是頂層意志的表達，這是對戰略根基最好的注腳。一直作為西門子首席戰略官Kaeser心里很清楚，PLM為代表的數字化，是西門子撬開未來的真正的敲門磚。這是西門子最重要的戰略。

西門子的硬件世界實在是很輝煌，是自動化和電氣控制處于幾乎霸主地位。在未來工廠的物理世界中，要實現智能工廠，一定要通過混線和換模實現生產線產品多樣化。這需要借助整個生產過程中的自動化平臺（西門子在2009年已經實現全集成自動化平臺TIA的整體融合），通過大量的數據檢測點和采集系統，來精確控制工位上的設備，實現一條生產線生產多種產品。而這一切，都需要有高度的數字化模擬的能力。

對于西門子而言，這在虛擬世界已經全部實現；而且現場數據可以立刻產生反饋，對虛擬世界形成回饋，并著眼于改善虛擬世界的方案；與此同時，現場的大數據分析，對設備維護和預防診斷，自動形成決策性方案，以圖表和報告方式，反饋到決策者的桌面上。這就是“驗證即生產，實體即數據”。

3D虛擬現實模仿工廠

展望未來，西門子在CPS的世界中，C界構造了軟件PLM閉環，P界則有強大硬件TIA（全集成自動化平臺），憑著C界和P界強大的優勢，已經完成了CPS的全平臺軟件與硬件的支撐；往前走一步，工廠的建設、基礎設施繼續采用虛擬進行模擬；往后走一步，用戶的設備維護也在數字化世界中進行分析和維護。至此，整個閉環生態系統已然形成。

十年并購之路才等到工業4.0

在西門子2020的遠景中，真正大放異彩的其實是軟件部門，也就是西門子PLM事業部。我們需要極大的耐心和敏銳，回頭去梳理過去的十年，這個跟西門子憑空——真的是白手起步——構建的數字帝國，是如何一步步通過并購來實現的？

2007年收購美國UGS，是西門子戰略布局的巔峰之作。它在數字世界中獲得了三項舉足輕重入場券：NX作為3D設計軟件的三大頂級產品之一；Teamcenter是數據管理PDM的核心，Tecnomatix是數字化工廠裝配。前兩者，構成了今日西門子世界最為重要的根基。

2008年收購了德國的Innotec，是虛擬工廠建設的一個重要事件，這代表這虛擬工廠的廠房布局和規劃，與實際工廠的運行數據進行預先模擬，成為可能。

西門子的軟件并購路線圖

2011年到2012年進行了眼花繚亂和雜亂無章的收購：Vistagy，IBS，VRcontext，PCS成本控制系統，從不同角度補齊了西門子的軟件能力。2013年收購LMS，使西門子進入了仿真與測試系統。此時收購的軟件，要么是通用仿真與測試軟件，要么是專業工程軟件，充滿了知識與數據的結合。這里最有想象力的是對于比利時公司VRcontext的收購，這是面向3D可視化的開始。西門子試圖在虛擬設計工廠軟件中，采用浸入式現實（VR）來實現人機的交互。想象一下，如果一個設計人員像打游戲一樣，闖進了自己設計出來的3D工廠，在虛擬世界進行查看是否漏氣漏水——這將是一個多么奇妙的世界；而對于合作多年的Tesis軟件的收購，則是一個激動人心的平臺野心。Tesis可以跟SAP軟件、Oracle數據庫無縫集成，從而粘合了各種數據縫隙。這個平臺上，正在試圖容納下所有的軟件巨人。

2014年年底西門子成功收購了Camstar，這是另外一個里程碑的并購。盡管Camstar在電子制造業有非常好的MES系統，但西門子看重的不是MES系統，Simatic IT已經有足夠的能力應付。真正重要的是Camstar具有的大數據分析，這是西門子最為看重的一張牌。隨后，2015年6月，Omneo PA性能分析軟件被正式推出，拉開了西門子大數據與云服務的大幕。

工廠級的大數據性能分析

至此，西門子跟死對頭GE公司，在大數據戰略方面的防御戰，基本告一段落，可以說徹底松了一口氣。在GE工業互聯網的理念中先進分析Adavance Analysis，具有舉足輕重的地位；2013年在工業4.0最早的體系闡述中，大數據是短板。因為無論是工業4.0頂層框架中對于大數據的定位，還是西門子自身的優勢，都非常不充分。然而，在擁有了Camstar對于工廠現場數據強大的分析能力，西門子終于補齊了這個短板，真正成為互聯網公司的海量數據分析的殺手級玩家。而且，在數字化工廠的世界中，西門子手中的牌，要比GE多得多。

而這一切，都始于2007年對UG進行的35億美元的收購；當時西門子另外一個大手筆就是將西門子VDO汽車電子以114億歐元賣給了另外一家德國公司。一軟一硬的交換，徹底改變西門子今后的版圖。從此，西門子開始了“軟”征程，最終成就今日之“數字化工廠”的帝國。如果考慮到西門子在隨后10年期間，對硬件的收購幾乎并無特別的進展——除了當時收購上海APT開關廠還引起了一些小小的國民情緒騷動，西門子“軟”并購和“硬”自發展的策略，得到了巨大的成功。

而這件事，必須要提到功臣Anton Huber先生。他在2007年主導了對UGS的收購，成立了PLM事業部，隨后成為工業自動化集團的獨立戰略單位。然而2013年新上任的西門子新總裁Kaser顯然認為這仍然不夠突出，將PLM繼續向上拔出來，成立了數字化工廠集團；Huber自然成功上位，成為數字化工廠集團首席執行官。

90億歐元的數字化集團掌門人Huber

然而這個整合之路，并非容易。早在2010年PLM大會上，Huber就指出，軟件在產品設計、數字化制造與生產系統、自動化系統的整合關系，IA面臨著跟SC傳感器、CS控制、AS自動化系統等整合的難題。在那個時候，用于產品管理的PLM全生命周期軟件，加上基于硬件自動化管理系統的TIA全集成自動化平臺，已經有了開始對視和呼吸的能力。CPS的鏡像世界，已經像米開朗琪羅手下的大衛像，呼之欲出。

終于，號角吹響了，2013年德國工業4.0橫空出世。這簡直就是給西門子量身定做的外衣，披上德國國家戰略的形態，橫掃德國和中國。從此，如果概念上的戰略疑云被一掃而空，沒有什么可以限制西門子進行整合的手腳了——工業4.0就是那至今仍然狂刮不止的大風。

為了進一步強化客戶構建數字化企業的能力，從2014年10月起，作為嫡系部隊，西門子主導開發的Simatic IT MES解決方案，也全部被并入Siemens PLM團隊。這是對當年UGS嫁進豪門的一個遲到的承認，是對UGS這個光芒四射的明星的補償。PLM事業部一直是流浪者的大籃子，盛滿了西門子近年多情四處搭訕的外部種子。這次，大籃子終于露出了數字帝國的崢嶸之象，PLM事業部開始整合一切了：因為，數字化改變一切。

數字化擁抱一切

而下一步，在平臺的基礎上，入口與各種APP應用，將成為西門子數字化的重點。2015年9月PLM大會上，西門子繼續高調推廣Active WorkSpace，這是一個用戶工程師高度友好的界面，統率所有數據的，使得使用者隨時可以查看各種各樣的數據，從設計到制造，從運行參數到決策分析。搶占入口，成為西門子互聯網思維全新的發力點。

當工程師遇到數學家 打開CAD內核的奧秘

如果一個產業要尋根，就會發現一個萬千世界，最后會聚焦到一個點上。

圖|圖為北京鳳凰國際傳媒中心，由Autodesk的軟件產品設計而來。國內眾多知名建筑都采用歐克特的BIM（建筑信息化模型）

“一沙一世界”，一世界滿眼千秋，亦不過是投射到一粒沙芥。當下，作為工業主流的數字化設計與制造，都需要用到CAD（計算機輔助設計）這樣的工具。而CAD的基礎底層支撐，就是通用幾何造型平臺，也可以稱之為幾何內核。作為實體造型的關鍵引擎，許多CAD供應商，都會通過購買或者自研的方式，往上建立自己的CAD功能。

然而從萌芽開始，四十年過去了，這個世界卻籠罩在數學家的神話之下。

而這個世界，仍然無比地狹小。這是一個拿著放大鏡也找不到的利基市場。而它卻是萬神之殿的基座。

天才工程師的兩枚金蛋

幾何造型平臺是CAD軟件最核心的基礎部分，通常稱為幾何內核，或者叫做幾何引擎。一般目前的CAD系統都會提供參數建模方法。

圖| 劍橋大學

這是一個關于數學家傳奇的故事，英國劍橋大學是那個時代最璀璨的光亮之地。劍橋大學CAD實驗室的Ian Braid在1973年完成了實體造型的博士論文之后，和導師Charles，以及同窗Alan創辦了Shape Data公司，隨后開發出第一代實體造型軟件Romulus。

1981年一家美國公司買下工程師的公司，著手開發美國版權的第二代產品，也就是后來大名鼎鼎的幾何引擎Parasolid。1988年美國CAD供應商UG，買下Parasolid，將它融入UG集成系統中，變成一個實體和曲面造型通用幾何平臺。

與此同時，Parasolid也作為一個單獨的內核產品，為其他CAD軟件開發商提供高質量的、世界一流的幾何造型核心功能。

這個幾何內核的故事，本來可以到此結束了。

然而神人永遠不會停止折騰。1986年，Ian被找上門來的美國Spatial Technology公司說的心頭發癢，再次開發了第三代面向對象的實體和曲面通用平臺ACIS：ACI分別是三位大仙Alan Grayer，Charles Lang和Ian Braid的名字字首，而S則取自實體（Solid）的字首。由于ACIS采用了面向對象的數據結構，并采用了C++編程，使得算法大為改進，它的運行速度是第一代Romulus的4~20倍，是第二代Parasolid的2~6倍。

除了技術先進性之外，ACIS還采用了一種有效的商業模式：那就是鼓勵各家軟件公司在ACIS上開發，并與STEP標準相兼容的集成制造系統。凡是在ACIS上開發的CAX系統都有共享的幾何模型，相互可以直接交換產品數據。ACIS構成了這些系統的幾何總線。這樣一來，信徒大增。

神劍再次成功出鞘。

1989年ACIS上市后，影響巨大。很多CAD公司都紛紛或者采用ACIS內核，或者采用了它的思想改進了自己的內核。例如法國的Euclid-S、CATIA以及美國的Intergraph、I-DEAS都紛紛跟進，采用這種面向對象的思想進行改進。最重要的事件發生在1993年，Autodesk與Spatial Technology簽約，在ACIS平臺上開發出MDT三維參數化特征設計系統，成為ACIS的最大用戶。

內核不等于CAD：沒有UG，就沒有幾何引擎

然而，對于幾何引擎，卻有一個極大的誤解，以為先有幾何引擎，后有之上的CAD軟件。幾何引擎本來并不存在，它是藏在CAD里面。

達索航空公司，把CAD部門獨立出來，并起名叫做CATIA的時候，還沒有幾何引擎的概念。從麥道公司發展出來的CAD軟件商UG，以及Autodesk的MDT，都沒有幾何引擎的概念。所有的系統模塊都放在一塊。同樣，后來靠參數造型而名聲大噪的PTC也沒有這些概念。

是UGS在發展自己的商業策略所采用的方針，使得Parasolid幾何引擎成為一個獨立的概念，隨后甚至發展出來一個很小的利基生意。

最早UGS的CAD也是跟幾何引擎攪在一起，后來逐漸將內核方面的工作外包給ShapeData公司。這意味著，Parasolid一開始就是兩條腿獨立走。UGS只是在外包體系中使用Parasolid的團隊，Parasolid也允許使用UG提供的一些反饋所豐富的功能。這意味著，UG在相當長的時間里，一直是負責Parasolid的“測試工作”。

這種唇齒相依的關系到了一定的程度，幾何引擎，也逐漸達到了產品級的應用成熟度。一段時間之后，UG和Parasolid已經密不可分了。最后UG索性，將Parasolid購買了過來。

沒有UG，就沒有Parasolid，就沒有“幾何引擎”的說法。

內核陣營開始分化

雖然很重要，但市場很小，內核公司單獨存在是無法存活的。2000年Spatial被達索系統收購。歷經14年之后，著名的幾何建模內核ACIS終于歸到了大型CAD廠商手中。

跟它的前一代幾何內核一樣，嫁個大戶人家，是最好的選擇。

然而，在此之前，CATIA跟ACIS一點關系都沒有。CATIA是土生土長的內核。高傲自負的法國人一直在為CATIA完善自己的幾何造型引擎，從原來的曲面造型到后來的基于BRep的實體造型。甚至，CATIA也沒有購買通用約束求解器，而是自己開發。

直到后來，CATIA決定把底層部分獨立出來，單獨做生意。達索也是花了好幾年時間，才把所謂的幾何內核獨立出來，就是CGM。

因此，購買ACIS，對CATIA而言，主要出于商業需要和數據交換。

如此一來，Parasolid和Acis分別被西門子、達索控制著，已發展為巨大的深坑，并成為兩個大的陣營。

AutoCAD、MDT和Inventer、Microstation均采用ACIS幾何造型器為內核。而UG、SolidWorks、SolidEdge則采用Parasolid幾何造型器。

在這些三維CAD的實體幾何造型內核中，老將Parasolid和Acis是幾何建模系統的兩棵老根，由于一開始就相對獨立發展，比較著名，也成就了一代又一代的CAD廠商；加上達索的CGM，是市面上能買到的三款商業化幾何引擎。

但是大的CAD軟件公司，一般都是有自己的內核的。除了CATIA之外，開創參數建模時代的PTC，其內核Granite也是獨成一派，主要是自己使用。這是一個情節不斷翻轉、充滿了八卦的故事。當年日如中天的CAD公司如CV，也有自己的內核，但在轉向參數化實體造型方面不成功。從CV“離家出走”的高管創建了PTC，大獲成功，反手倒是收購了CV。

圖|PTC總部

幾何引擎讓CAD市場充滿了猜忌與陰謀

Parasolid被賣之后，Braid等人重新做了一個公司，繼續做內核生意。這讓后起之秀SolidWorks得到了很好的機會，它最初給投資者的版本，正是以ACIS為基礎的。

但有了投資之后，就開始測試Parasolid和ACIS。幾個月之后，換成了Parasolid。盡管ACIS功能表跟Parasolid看上去差不多，但實戰不行。前面提到，盡管ACIS是第三代幾何引擎產品，實驗室性能甚至更優，但它自從誕生后，沒有一個大公司，愿意像當年UG那樣，如此緊密地對ACIS進行捆綁。所以ACIS的市場占有率，一直低于它的前一個版本Parasolid。這充分證明了一點，在工業軟件CADCAEEDA領域，沒有交互的工程用戶反饋，任何工業軟件都不可能發展起來。

然而，作為UG的競爭對手之一，SolidWorks一直活在“杯弓蛇影”的猜忌之中。如果UG將來不肯賣Parasolid，那該怎么辦？這是一個若有若無的陰影。而這個問題的解決，要來自更大的家伙。1997年達索以3.1億美元，收購了SolidWorks。

這次輪到達索進行猜忌了，Parasolid在UG的手中，對Solidworks而言，是一個巨大的威脅。2000年，達索決定出手，戰略性地收購ACIS所在的Spatial Tech公司，為SolidWorks也提供一個備選的安全保障。從這里開始，達索才開始跟ACIS有了交集。

隨后達索將自己的內核CGM和ACIS，都放在Spatial公司之下。

然而這次收購，又驚動了另一個巨頭的利益。正在使用ACIS作為內核的Autodesk的Inventor，也感受到了同樣巨大的威脅。

非常警惕的歐特克，為了避免受制于達索，用反壟斷為法律手段，開始跟達索打官司。拉鋸的結果是，達索可以擁有ACIS，但歐特克擁有隨時購買ACIS源代碼的權利。有了這個條件作為限制，達索隨后順利完成收購ACIS。

圖| 獵鷹8X遠程公務機，搭載了達索FalconEye視景結合系統

幾年以后，歐特克迅速地使用了這個權利，掏錢購買了ACIS的全部源代碼，也就是ACIS R14版本。隨后Inventor在此基礎上，經過多次版本的迭代。應該說，歐特克的幾何內核，雖然源自ACIS，但跟原來的版本，已經區別很大。也可以認為，歐特克已經擁有了自己的內核。

開源還有一顆獨苗

一款開源的OpenCasCade，是一棵奇特的幼苗。

成立于1964年的法國馬特拉公司MATRA的Euclid系統，也有自己的內核，主要是曲面造型。為了和PTC抗衡，開發了Cas.Cade新一代內核。現在在華天的一個總工，當年就負責基于Cas.Cade的新一代CAD系統Euclid Designer的開發。彼時中國航天對它的理念非常欣賞，認為符合航天設計需求，可以從老的Euclid平穩過渡到新的Euclid Designer。可惜，最終馬特拉被達索并購了，整個新一代系列基本停止開發了，曾寄予厚望的航天，也只好逐步轉向了Pro/E。

達索與馬特拉合并后，并沒有吸納所有的研發人員，也沒有說要如何用Cas.Cade，只讓剩下的人員成立了一個公司。這部分團隊，索性將其變成開源，按照全開源（LGPL）協議進行管理。代碼主要還是由法國團隊管理，但是在俄羅斯有一個較大的團隊，進行應用定制開發。雖然這并不是達索所期望的局面，但是已經晚了。最近幾年版本更新比較快。在此內核的基礎上，開發出一個開源CAD系統FreeCAD。目前國內也有運用OpenCasCade的社群，開發些小系統。作為開源的幾何引擎，做成商業CAD軟件的開發難度不小。

造不如買，再次毀掉商業化機會

擁有高水平的內核，是發展自主CAD/CAM/CAE和的核心工作。然而，世界上幾何引擎不多了，基本處于壟斷地位。中國人手里的中望的Overdrive內核（本來是美國VX CAD的內核，2010年被中望收購）和華天的CRUX IV（華天CAD系統SV的內核）等。

然而，這件事情完全不能商業化。例如中望，也曾經考慮做一套更商業化的內核。然而市場需求并不支持。最大的幾何內核Parasolid一年的生意，也就是3000多萬美元。如果做內核，跟Parasolid去競爭，是不可能活不下去的。

出于商業上的原因，西門子的UG，對于出售給中國內核，一直都不是太熱心。于是中國很多項目，只能二選一，一般都是在跟Spatial公司進行合作。盡管ACIS的價格很高，但國內CAD廠商都只能讓步。

圖|70年代高校計算幾何協作組成員

中國有了自主的內核是個振奮的信息。但是，單獨研發CAD幾何內核是沒有太大市場的，需要與三維CAD軟件系統整合起來做。實際上，國內的CAE和CAM可以用國內的核，共同打開市場。當然這只是一個假設。在中國誰都有生存壓力，“造不如買”。無論是幾何內核，還是約束求解器，都可以是核心共性技術，但沒有一家廠商能負擔得起。最后只能是一盤沙子。

中國CAD行業著名的專家、當時中國工程圖學學會理事長唐榮錫，在2000年還曾經雄心勃勃地行業喊出“幾何造型平臺振興”的口號。按照唐老的看法，高水平的通用幾何造型平臺是發展CAD軟件產業的一級火箭助推器。而在當時，中國許多CAD公司，正在借助CIMS和甩圖板的東風，蓬勃發展。跟國外的差距不是沒有，但看上去還能看得見、夠得著。

然而，幾何內核，是從眾多成功的工業軟件功能中萃取得來的。沒有成功的研制優秀CAD軟件的基礎，就談不上研制幾何平臺。而對于軟件公司，要想在市場競爭中活命，就不能采用先進、流行的通用平臺，因為不但耽誤進度，甚至會勞而無功。

這像不像一個死結？在西方，主流CAD都是脫胎于航空業，波音公司、達索公司，都給了那些CAD軟件廠商足夠的機會、充分的反饋，這才使得國外的CAD廠商逐漸壯大。而在中國，急功近利、追求速度的中國制造，從來不會給上游軟件供應商的機會。要么出彩，要么出局。缺少來自用戶端的悉心呵護和戰略性扶持，是中國CAD、CAE以及EDA在發展路程上的最大死結。

錯失的就不會再來

唐老甚至在2004年建議行業，不要將自主研制的開發平臺的目標，定位在類似于ACIS、Parasolid的幾何平臺產品，而是要將目標確定為創建新一代的功能特征平臺，以功能特征為操作對象，使得新一代平臺必須兼顧幾何和功能兩大方面。這是一個更高的志向。

現在回想起來，本世紀初的幾年，正是中國自主CAD還方興正艾的時候，很多企業都躍躍欲試地要做幾何內核。結果是都鎩羽而歸。在十五時期，大家普遍誤解，以為幾何內核就是CAD系統。這是歷史天空下的誤解。隨之而來的相應決策，也是失誤的。

近20年過去了，隨著國外CAD、CAE廠商的市場占有率超過95%，高端CAD比例更高。唐老的夢想，已經成為不可實現的愿望。

當務之急，還是先要把CAD市場做大做活起來。以手機舉例來看，華為去做手機芯片是合理的。因為他有足夠的體量和自有市場做支撐，當然更是因為有足夠的資金。至于其他小手機廠商，還處于解決生存問題階段，能抓住一個細分市場存活下去才是他們的主要目標。談做芯片，是不可想象的事情。國產CAD內核，是能打破國外壟斷的潛在希望，就像華為的麒麟芯片一樣，是一燭跳動不已的小火苗。

小記

布雷德等三人從1970年起，直到2000年7月5日法國達索系統公司簽約以2,150萬美元現金收購ACIS業務，三人決定退出ACIS，也退出了幾何內核領域。閃耀了一代人的星空開始暗淡。整整30年，這三個天才工程師科學家的主要精力，都集中在實體造型平臺的開發和完善上，也照亮了其他幾個CAD公司的探索之旅。它把后來所有通用幾何造型平臺要走的路，都幾乎探索完畢。

數學家和工程師相結合，正是幾何內核四十年不敗的傳奇魅力。