来源：知识自动化

要理解工业4.0，就避不开对西门子的研究；而要看懂西门子，不要去要看它的硬件，而要去看它的软件。数字化工厂只是水中花，真正的花朵不在你眼前，而在你身头。德国安贝格和成都的数字化工厂的示范，没有必要去看，看明白也没用。你在现场越是欢喜越是敬畏，回头静思的时候，你就会越发沮丧——即使所有的硬件都卖给你，你也无法重新复制。它需要一颗数字心脏，这是根本。

从西门子的视野来看工业4.0的未来，数字化世界的生态逻辑，优先级远远高于物理世界；人机交互（包括浸入式现实）使得所有物理世界的事情，基本在虚拟世界完成；而在物理世界，不过进行了实际的验证、生产、反馈和实施。验证即生产，实体即数据，这就是西门子整个生态体系下衍生出来的工业4.0命题。

西门子视野照中的工业4.0

2015年9月，西门子在一年一度的PLM（产品全生命周期管理）分析师大会上，西门子首席执行官Kaeser进行了题为“数字改变常态”的主旨报告，描述了数字化横扫一切的力量，不仅会改变商业模式，也会不断产生颠覆性的力量。在未来，用户会高度参与到生产中去，甚至消费者叫做“生产型消费者Prosumer”（production consumer的复合词）。为了应对数字化的力量，形成信息物联系统（CPS）的闭环生态体系，Kaeser宣称西门子自从2007年，在数字化软件服务领域投入了将近40亿欧元费用。

为什么西门子最高执行官会参加一个看上去普通的PLM分析师大会？显然，这是顶层意志的表达，这是对战略根基最好的注脚。一直作为西门子首席战略官Kaeser心里很清楚，PLM为代表的数字化，是西门子撬开未来的真正的敲门砖。这是西门子最重要的战略。

西门子的硬件世界实在是很辉煌，是自动化和电气控制处于几乎霸主地位。在未来工厂的物理世界中，要实现智能工厂，一定要通过混线和换模实现生产线产品多样化。这需要借助整个生产过程中的自动化平台（西门子在2009年已经实现全集成自动化平台TIA的整体融合），通过大量的数据检测点和采集系统，来精确控制工位上的设备，实现一条生产线生产多种产品。而这一切，都需要有高度的数字化模拟的能力。

对于西门子而言，这在虚拟世界已经全部实现；而且现场数据可以立刻产生反馈，对虚拟世界形成回馈，并着眼于改善虚拟世界的方案；与此同时，现场的大数据分析，对设备维护和预防诊断，自动形成决策性方案，以图表和报告方式，反馈到决策者的桌面上。这就是“验证即生产，实体即数据”。

3D虚拟现实模仿工厂

展望未来，西门子在CPS的世界中，C界构造了软件PLM闭环，P界则有强大硬件TIA（全集成自动化平台），凭着C界和P界强大的优势，已经完成了CPS的全平台软件与硬件的支撑；往前走一步，工厂的建设、基础设施继续采用虚拟进行模拟；往后走一步，用户的设备维护也在数字化世界中进行分析和维护。至此，整个闭环生态系统已然形成。

十年并购之路才等到工业4.0

在西门子2020的远景中，真正大放异彩的其实是软件部门，也就是西门子PLM事业部。我们需要极大的耐心和敏锐，回头去梳理过去的十年，这个跟西门子凭空——真的是白手起步——构建的数字帝国，是如何一步步通过并购来实现的？

2007年收购美国UGS，是西门子战略布局的巅峰之作。它在数字世界中获得了三项举足轻重入场券：NX作为3D设计软件的三大顶级产品之一；Teamcenter是数据管理PDM的核心，Tecnomatix是数字化工厂装配。前两者，构成了今日西门子世界最为重要的根基。

2008年收购了德国的Innotec，是虚拟工厂建设的一个重要事件，这代表这虚拟工厂的厂房布局和规划，与实际工厂的运行数据进行预先模拟，成为可能。

西门子的软件并购路线图

2011年到2012年进行了眼花缭乱和杂乱无章的收购：Vistagy，IBS，VRcontext，PCS成本控制系统，从不同角度补齐了西门子的软件能力。2013年收购LMS，使西门子进入了仿真与测试系统。此时收购的软件，要么是通用仿真与测试软件，要么是专业工程软件，充满了知识与数据的结合。这里最有想象力的是对于比利时公司VRcontext的收购，这是面向3D可视化的开始。西门子试图在虚拟设计工厂软件中，采用浸入式现实（VR）来实现人机的交互。想象一下，如果一个设计人员像打游戏一样，闯进了自己设计出来的3D工厂，在虚拟世界进行查看是否漏气漏水——这将是一个多么奇妙的世界；而对于合作多年的Tesis软件的收购，则是一个激动人心的平台野心。Tesis可以跟SAP软件、Oracle数据库无缝集成，从而粘合了各种数据缝隙。这个平台上，正在试图容纳下所有的软件巨人。

2014年年底西门子成功收购了Camstar，这是另外一个里程碑的并购。尽管Camstar在电子制造业有非常好的MES系统，但西门子看重的不是MES系统，Simatic IT已经有足够的能力应付。真正重要的是Camstar具有的大数据分析，这是西门子最为看重的一张牌。随后，2015年6月， Omneo PA性能分析软件被正式推出，拉开了西门子大数据与云服务的大幕。

工厂级的大数据性能分析

至此，西门子跟死对头GE公司，在大数据战略方面的防御战，基本告一段落，可以说彻底松了一口气。在GE工业互联网的理念中先进分析Adavance Analysis，具有举足轻重的地位；2013年在工业4.0最早的体系阐述中，大数据是短板。因为无论是工业4.0顶层框架中对于大数据的定位，还是西门子自身的优势，都非常不充分。然而，在拥有了Camstar对于工厂现场数据强大的分析能力，西门子终于补齐了这个短板，真正成为互联网公司的海量数据分析的杀手级玩家。而且，在数字化工厂的世界中，西门子手中的牌，要比GE多得多。

而这一切，都始于2007年对UG进行的35亿美元的收购；当时西门子另外一个大手笔就是将西门子VDO汽车电子以114亿欧元卖给了另外一家德国公司。一软一硬的交换，彻底改变西门子今后的版图。从此，西门子开始了“软”征程，最终成就今日之“数字化工厂”的帝国。如果考虑到西门子在随后10年期间，对硬件的收购几乎并无特别的进展——除了当时收购上海APT开关厂还引起了一些小小的国民情绪骚动，西门子“软”并购和“硬”自发展的策略，得到了巨大的成功。

而这件事，必须要提到功臣Anton Huber先生。他在2007年主导了对UGS的收购，成立了PLM事业部，随后成为工业自动化集团的独立战略单位。然而2013年新上任的西门子新总裁Kaser显然认为这仍然不够突出，将PLM继续向上拔出来，成立了数字化工厂集团；Huber自然成功上位，成为数字化工厂集团首席执行官。

90亿欧元的数字化集团掌门人Huber

然而这个整合之路，并非容易。早在2010年PLM大会上，Huber就指出，软件在产品设计、数字化制造与生产系统、自动化系统的整合关系，IA面临着跟SC传感器、CS控制、AS自动化系统等整合的难题。在那个时候，用于产品管理的PLM全生命周期软件，加上基于硬件自动化管理系统的TIA全集成自动化平台，已经有了开始对视和呼吸的能力。CPS的镜像世界，已经像米开朗琪罗手下的大卫像，呼之欲出。

终于，号角吹响了，2013年德国工业4.0横空出世。这简直就是给西门子量身定做的外衣，披上德国国家战略的形态，横扫德国和中国。从此，如果概念上的战略疑云被一扫而空，没有什么可以限制西门子进行整合的手脚了——工业4.0就是那至今仍然狂刮不止的大风。

为了进一步强化客户构建数字化企业的能力，从2014年10月起，作为嫡系部队，西门子主导开发的Simatic IT MES解决方案，也全部被并入Siemens PLM团队。这是对当年UGS嫁进豪门的一个迟到的承认，是对UGS这个光芒四射的明星的补偿。PLM事业部一直是流浪者的大篮子，盛满了西门子近年多情四处搭讪的外部种子。这次，大篮子终于露出了数字帝国的峥嵘之象，PLM事业部开始整合一切了：因为，数字化改变一切。

数字化拥抱一切

而下一步，在平台的基础上，入口与各种APP应用，将成为西门子数字化的重点。2015年9月PLM大会上，西门子继续高调推广Active WorkSpace，这是一个用户工程师高度友好的界面，统率所有数据的，使得使用者随时可以查看各种各样的数据，从设计到制造，从运行参数到决策分析。抢占入口，成为西门子互联网思维全新的发力点。

---

当工程师遇到数学家 打开CAD内核的奥秘

如果一个产业要寻根，就会发现一个万千世界，最后会聚焦到一个点上。

图| 图为北京凤凰国际传媒中心，由Autodesk的软件产品设计而来。国内众多知名建筑都采用欧克特的BIM（建筑信息化模型）

“一沙一世界”，一世界满眼千秋，亦不过是投射到一粒沙芥。当下，作为工业主流的数字化设计与制造，都需要用到CAD（计算机辅助设计）这样的工具。而CAD的基础底层支撑，就是通用几何造型平台，也可以称之为几何内核。作为实体造型的关键引擎，许多CAD供应商，都会通过购买或者自研的方式，往上建立自己的CAD功能。

然而从萌芽开始，四十年过去了，这个世界却笼罩在数学家的神话之下。

而这个世界，仍然无比地狭小。这是一个拿着放大镜也找不到的利基市场。而它却是万神之殿的基座。

天才工程师的两枚金蛋

几何造型平台是CAD软件最核心的基础部分，通常称为几何内核，或者叫做几何引擎。一般目前的CAD系统都会提供参数建模方法。

图| 剑桥大学

这是一个关于数学家传奇的故事，英国剑桥大学是那个时代最璀璨的光亮之地。剑桥大学CAD实验室的Ian Braid在1973年完成了实体造型的博士论文之后，和导师Charles，以及同窗Alan创办了Shape Data公司，随后开发出第一代实体造型软件Romulus。

1981年一家美国公司买下工程师的公司，着手开发美国版权的第二代产品，也就是后来大名鼎鼎的几何引擎Parasolid。1988年美国CAD供应商UG，买下Parasolid，将它融入UG集成系统中，变成一个实体和曲面造型通用几何平台。

与此同时，Parasolid也作为一个单独的内核产品，为其他CAD软件开发商提供高质量的、世界一流的几何造型核心功能。

 

这个几何内核的故事，本来可以到此结束了。

然而神人永远不会停止折腾。1986年，Ian被找上门来的美国Spatial Technology公司说的心头发痒，再次开发了第三代面向对象的实体和曲面通用平台ACIS：ACI分别是三位大仙Alan Grayer，Charles Lang和Ian Braid的名字字首，而S则取自实体（Solid）的字首。由于ACIS采用了面向对象的数据结构，并采用了C++编程，使得算法大为改进，它的运行速度是第一代Romulus的4~20倍，是第二代Parasolid的2~6倍。

除了技术先进性之外，ACIS还采用了一种有效的商业模式：那就是鼓励各家软件公司在ACIS上开发，并与STEP标准相兼容的集成制造系统。凡是在ACIS上开发的CAX系统都有共享的几何模型，相互可以直接交换产品数据。ACIS构成了这些系统的几何总线。这样一来，信徒大增。

神剑再次成功出鞘。

1989年ACIS上市后，影响巨大。很多CAD公司都纷纷或者采用ACIS内核，或者采用了它的思想改进了自己的内核。例如法国的Euclid-S、CATIA以及美国的Intergraph、I-DEAS都纷纷跟进，采用这种面向对象的思想进行改进。最重要的事件发生在1993年，Autodesk与Spatial Technology签约，在ACIS平台上开发出MDT三维参数化特征设计系统，成为ACIS的最大用户。

内核不等于CAD：没有UG，就没有几何引擎

然而，对于几何引擎，却有一个极大的误解，以为先有几何引擎，后有之上的CAD软件。几何引擎本来并不存在，它是藏在CAD里面。

达索航空公司，把CAD部门独立出来，并起名叫做CATIA的时候，还没有几何引擎的概念。从麦道公司发展出来的CAD软件商UG，以及Autodesk的MDT，都没有几何引擎的概念。所有的系统模块都放在一块。同样，后来靠参数造型而名声大噪的PTC也没有这些概念。

是UGS在发展自己的商业策略所采用的方针，使得Parasolid几何引擎成为一个独立的概念，随后甚至发展出来一个很小的利基生意。

最早UGS的CAD也是跟几何引擎搅在一起，后来逐渐将内核方面的工作外包给ShapeData公司。这意味着，Parasolid一开始就是两条腿独立走。UGS只是在外包体系中使用Parasolid的团队，Parasolid也允许使用UG提供的一些反馈所丰富的功能。这意味着，UG在相当长的时间里，一直是负责Parasolid的“测试工作”。

这种唇齿相依的关系到了一定的程度，几何引擎，也逐渐达到了产品级的应用成熟度。一段时间之后，UG和Parasolid已经密不可分了。最后UG索性，将Parasolid购买了过来。

没有UG，就没有Parasolid，就没有“几何引擎”的说法。

内核阵营开始分化

虽然很重要，但市场很小，内核公司单独存在是无法存活的。2000年Spatial被达索系统收购。历经14年之后，著名的几何建模内核ACIS终于归到了大型CAD厂商手中。

跟它的前一代几何内核一样，嫁个大户人家，是最好的选择。

然而，在此之前，CATIA跟ACIS一点关系都没有。CATIA是土生土长的内核。高傲自负的法国人一直在为CATIA完善自己的几何造型引擎，从原来的曲面造型到后来的基于BRep的实体造型。甚至，CATIA也没有购买通用约束求解器，而是自己开发。

直到后来，CATIA决定把底层部分独立出来，单独做生意。达索也是花了好几年时间，才把所谓的几何内核独立出来，就是CGM。

因此，购买ACIS，对CATIA而言，主要出于商业需要和数据交换。

如此一来，Parasolid和Acis分别被西门子、达索控制着，已发展为巨大的深坑，并成为两个大的阵营。

AutoCAD、MDT和Inventer、Microstation均采用ACIS几何造型器为内核。而UG、SolidWorks、SolidEdge则采用Parasolid几何造型器。

在这些三维CAD的实体几何造型内核中，老将Parasolid和Acis是几何建模系统的两棵老根，由于一开始就相对独立发展，比较著名，也成就了一代又一代的CAD厂商；加上达索的CGM，是市面上能买到的三款商业化几何引擎。

但是大的CAD软件公司，一般都是有自己的内核的。除了CATIA之外，开创参数建模时代的PTC，其内核Granite也是独成一派，主要是自己使用。这是一个情节不断翻转、充满了八卦的故事。当年日如中天的CAD公司如CV，也有自己的内核，但在转向参数化实体造型方面不成功。从CV“离家出走”的高管创建了PTC，大获成功，反手倒是收购了CV。

图| PTC总部

几何引擎让CAD市场充满了猜忌与阴谋

Parasolid被卖之后，Braid等人重新做了一个公司，继续做内核生意。这让后起之秀SolidWorks得到了很好的机会，它最初给投资者的版本，正是以ACIS为基础的。

但有了投资之后，就开始测试Parasolid和ACIS。几个月之后，换成了Parasolid。尽管ACIS功能表跟Parasolid看上去差不多，但实战不行。前面提到，尽管ACIS是第三代几何引擎产品，实验室性能甚至更优，但它自从诞生后，没有一个大公司，愿意像当年UG那样，如此紧密地对ACIS进行捆绑。所以ACIS的市场占有率，一直低于它的前一个版本Parasolid。这充分证明了一点，在工业软件CAD\CAE\EDA领域，没有交互的工程用户反馈，任何工业软件都不可能发展起来。

然而，作为UG的竞争对手之一，SolidWorks一直活在“杯弓蛇影”的猜忌之中。如果UG将来不肯卖Parasolid，那该怎么办？这是一个若有若无的阴影。而这个问题的解决，要来自更大的家伙。1997年达索以3.1亿美元，收购了SolidWorks。

这次轮到达索进行猜忌了，Parasolid在UG的手中，对Solidworks而言，是一个巨大的威胁。2000年，达索决定出手，战略性地收购ACIS所在的Spatial Tech公司，为SolidWorks也提供一个备选的安全保障。从这里开始，达索才开始跟ACIS有了交集。

随后达索将自己的内核CGM和ACIS，都放在Spatial公司之下。

然而这次收购，又惊动了另一个巨头的利益。正在使用ACIS作为内核的Autodesk的Inventor，也感受到了同样巨大的威胁。

非常警惕的欧特克，为了避免受制于达索，用反垄断为法律手段，开始跟达索打官司。拉锯的结果是，达索可以拥有ACIS，但欧特克拥有随时购买ACIS源代码的权利。有了这个条件作为限制，达索随后顺利完成收购ACIS。

图| 猎鹰8X远程公务机，搭载了达索FalconEye视景结合系统

几年以后，欧特克迅速地使用了这个权利，掏钱购买了ACIS的全部源代码，也就是ACIS R14版本。随后Inventor在此基础上，经过多次版本的迭代。应该说，欧特克的几何内核，虽然源自ACIS，但跟原来的版本，已经区别很大。也可以认为，欧特克已经拥有了自己的内核。

开源还有一颗独苗

一款开源的OpenCasCade，是一棵奇特的幼苗。

成立于1964年的法国马特拉公司MATRA的Euclid系统，也有自己的内核，主要是曲面造型。为了和PTC抗衡，开发了Cas.Cade新一代内核。现在在华天的一个总工，当年就负责基于Cas.Cade的新一代CAD系统Euclid Designer的开发。彼时中国航天对它的理念非常欣赏，认为符合航天设计需求，可以从老的Euclid平稳过渡到新的Euclid Designer。可惜，最终马特拉被达索并购了，整个新一代系列基本停止开发了，曾寄予厚望的航天，也只好逐步转向了Pro/E。

达索与马特拉合并后，并没有吸纳所有的研发人员，也没有说要如何用Cas.Cade，只让剩下的人员成立了一个公司。这部分团队，索性将其变成开源，按照全开源（LGPL）协议进行管理。代码主要还是由法国团队管理，但是在俄罗斯有一个较大的团队，进行应用定制开发。虽然这并不是达索所期望的局面，但是已经晚了。最近几年版本更新比较快。在此内核的基础上，开发出一个开源CAD系统FreeCAD。目前国内也有运用OpenCasCade的社群，开发些小系统。作为开源的几何引擎，做成商业CAD软件的开发难度不小。

造不如买，再次毁掉商业化机会

拥有高水平的内核，是发展自主CAD/CAM/CAE和的核心工作。然而，世界上几何引擎不多了，基本处于垄断地位。中国人手里的中望的Overdrive内核（本来是美国VX CAD的内核，2010年被中望收购）和华天的CRUX IV（华天CAD系统SV的内核）等。

然而，这件事情完全不能商业化。例如中望，也曾经考虑做一套更商业化的内核。然而市场需求并不支持。最大的几何内核Parasolid一年的生意，也就是3000多万美元。如果做内核，跟Parasolid去竞争，是不可能活不下去的。

出于商业上的原因，西门子的UG，对于出售给中国内核，一直都不是太热心。于是中国很多项目，只能二选一，一般都是在跟Spatial公司进行合作。尽管ACIS的价格很高，但国内CAD厂商都只能让步。

图| 70年代高校计算几何协作组成员

中国有了自主的内核是个振奋的信息。但是，单独研发CAD几何内核是没有太大市场的，需要与三维CAD软件系统整合起来做。实际上，国内的CAE和CAM可以用国内的核，共同打开市场。当然这只是一个假设。在中国谁都有生存压力，“造不如买”。无论是几何内核，还是约束求解器，都可以是核心共性技术，但没有一家厂商能负担得起。最后只能是一盘沙子。

中国CAD行业著名的专家、当时中国工程图学学会理事长唐荣锡，在2000年还曾经雄心勃勃地行业喊出“几何造型平台振兴”的口号。按照唐老的看法，高水平的通用几何造型平台是发展CAD软件产业的一级火箭助推器。而在当时，中国许多CAD公司，正在借助CIMS和甩图板的东风，蓬勃发展。跟国外的差距不是没有，但看上去还能看得见、够得着。

然而，几何内核，是从众多成功的工业软件功能中萃取得来的。没有成功的研制优秀CAD软件的基础，就谈不上研制几何平台。而对于软件公司，要想在市场竞争中活命，就不能采用先进、流行的通用平台，因为不但耽误进度，甚至会劳而无功。

这像不像一个死结？在西方，主流CAD都是脱胎于航空业，波音公司、达索公司，都给了那些CAD软件厂商足够的机会、充分的反馈，这才使得国外的CAD厂商逐渐壮大。而在中国，急功近利、追求速度的中国制造，从来不会给上游软件供应商的机会。要么出彩，要么出局。缺少来自用户端的悉心呵护和战略性扶持，是中国CAD、CAE以及EDA在发展路程上的最大死结。

错失的就不会再来

唐老甚至在2004年建议行业，不要将自主研制的开发平台的目标，定位在类似于 ACIS、Parasolid 的几何平台产品，而是要将目标确定为创建新一代的功能特征平台，以功能特征为操作对象，使得新一代平台必须兼顾几何和功能两大方面。这是一个更高的志向。

现在回想起来，本世纪初的几年，正是中国自主CAD还方兴正艾的时候，很多企业都跃跃欲试地要做几何内核。结果是都铩羽而归。在十五时期，大家普遍误解，以为几何内核就是CAD系统。这是历史天空下的误解。随之而来的相应决策，也是失误的。

近20年过去了，随着国外CAD、CAE厂商的市场占有率超过95%，高端CAD比例更高。唐老的梦想，已经成为不可实现的愿望。

当务之急，还是先要把CAD市场做大做活起来。以手机举例来看，华为去做手机芯片是合理的。因为他有足够的体量和自有市场做支撑，当然更是因为有足够的资金。至于其他小手机厂商，还处于解决生存问题阶段，能抓住一个细分市场存活下去才是他们的主要目标。谈做芯片，是不可想象的事情。国产CAD内核，是能打破国外垄断的潜在希望，就像华为的麒麟芯片一样，是一烛跳动不已的小火苗。

小记

布雷德等三人从1970年起，直到2000年7月5日法国达索系统公司签约以2,150万美元现金收购ACIS业务，三人决定退出ACIS，也退出了几何内核领域。闪耀了一代人的星空开始暗淡。整整30年，这三个天才工程师科学家的主要精力，都集中在实体造型平台的开发和完善上，也照亮了其他几个CAD公司的探索之旅。它把后来所有通用几何造型平台要走的路，都几乎探索完毕。

数学家和工程师相结合，正是几何内核四十年不败的传奇魅力。

未来智能实验室是人工智能学家与科学院相关机构联合成立的人工智能，互联网和脑科学交叉研究机构。

未来智能实验室的主要工作包括：建立AI智能系统智商评测体系，开展世界人工智能智商评测；开展互联网（城市）云脑研究计划，构建互联网（城市）云脑技术和企业图谱，为提升企业，行业与城市的智能水平服务。

  如果您对实验室的研究感兴趣，欢迎加入未来智能实验室线上平台。扫描以下二维码或点击本文左下角“阅读原文”