破解工業軟件“扼喉”

何豐倫 余蕊 羅姣娣 陳奧

工業軟件是指在工業領域里進行研發設計、業務管理、生產調度和過程控制的相關軟件與系統。過去數年，“中興”及“福建晉華”等幾次“卡脖子”事件中，工業軟件和芯片都是同時出擊的“軟”“硬”兩把利劍。但芯片萬眾矚目，工業軟件作為關鍵核心技術“短板”卻沒有引起足夠重視。

記者調研發現，全球工業軟件市場被歐美軟件巨頭壟斷，國產工業軟件較國際最高水平存在一定差距。一些工業企業忽視軟件化建設，關鍵工藝流程和技術數據“空心化”，造成我國工業軟件行業缺乏較好的生存土壤。

業內專家呼吁，我國要成為制造強國，必須擁有自主可控的工業軟件，工業軟件行業亟待培育和加強。

“卡脖子”的關鍵核心技術

工業軟件包含研發設計類（CAD、CAE、PLM等）、生產調度和過程控制類（MES、SCADA等）、業務管理類（ERP、SCM、HRM等）三大領域，其中研發設計類更為核心和關鍵。

全國工商聯副主席陳放表示，本輪工業變革發展迅速，我國在工業芯片、工業軟件、工業感知控制和網絡基礎資源服務等方面明顯落后，是“卡脖子”的短板。

實際上，美國幾次“卡我國脖子”事件中，工業軟件和芯片都是同時出擊的“軟”“硬”兩把利劍，只是芯片萬眾矚目，工業軟件則少有人知。

2018年4月“中興事件”中，不僅芯片禁運，美國CAD軟件公司Cadence同時對中興進行了軟件禁運。Cadence公司的EDA軟件專門用于設計芯片和多層電路板，售價為數百萬美元，遠低于中興每年六七十億美元的芯片進口規模。但據中航工業集團信息技術中心原首席顧問寧振波介紹，軟件是芯片的“靈魂”，沒有軟件，芯片就無法被按需設計、正常使用。

2018年10月，美國商務部對國產新興存儲器企業福建晉華公司實施禁售令，美國光刻機巨頭應用材料、泛林等公司馬上對福建晉華實施斷供，同時，美國的工業軟件企業也應聲停止供應，投資370億元的福建晉華立刻陷入癱瘓。

而近幾年，國外工業軟件巨頭開始采用“訂閱模式”，也讓國外工業軟件“卡脖子”更容易操作。在“訂閱模式”下，不按時付費則老版本軟件也無法使用，軟件服務立即停止。

例如，STK是由美國Analytical Graphics公司開發的一款在航天領域處于領先地位的商業分析軟件，應用場景包含衛星、飛機、船、車輛、運載、導彈、地面站、行星、恒星、目標、區域目標以及遙感器、接收機、轉發器、雷達等。

目前STK最高版本是11.0，美國從7.0版本開始對我國禁運，國內可購買到的最高商業版本是6.0。假設此軟件也采用訂閱模式，加之禁運規定，那么STK老版本運行也將成為一個大問題。

此外，美國商務部的出口管制清單中，歐拉型大范圍爆炸、水下爆破、高端氣動彈性和高超聲速等仿真軟件，仍然實施禁運，工程模擬的有限元軟件Abaqus，則通過限高32核而對計算能力進行限制。

歐美巨頭必爭之地

根據前瞻產業研究院發布的《2017—2022年中國工業軟件行業發展前景預測與投資戰略規劃分析報告》數據顯示，自2011年以來全球工業軟件市場規模以每年5%至6%的速度增長，2016年全球企業級軟件市場規模約為3530億美元，同比增長5.85%。

另據前瞻產業研究院發布的《工業軟件行業發展前景預測與投資戰略規劃分析報告》，2015年中國工業軟件市場規模達到1079.91億元，同比增長14.9%；2016年為1261.4億元，同比增長16.8%；2017年為1412.4億元，同比增長12%。2018年我國工業軟件市場規模預計為1622.8億元，同比增長14.9%。

工信部發布的《2018年軟件和信息技術服務業統計公報》測算，2018年工業軟件產品實現收入增長14.2%。業內專家預計，隨著我國智能制造的發展，未來五年我國工業軟件市場年均復合增長率有望維持在兩位數。

然而，國外軟件巨頭壟斷了工業軟件市場。根據走向智能研究院的評估和對多家企業走訪調研發現，在核心工業軟件領域，CAD研發設計類軟件市場，被法國達索、德國西門子、美國PTC以及美國Autodesk公司占據達90%以上，國內數碼大方、中望軟件等只占不到10%的市場；CAE仿真軟件市場領域，被美國ANSYS、美國ALTAIR、美國MSC等公司占據了幾乎全部市場份額。

技術含量較低的生產管理類工業軟件領域，高端市場被德國SAP與美國ORACEL公司壟斷90%以上，用友、金蝶等國內軟件企業能占據中低端市場的80%左右。然而，2017年德國SAP公司營收達235億歐元，國內軟件龍頭企業用友網絡為63億元人民幣。

中航工業集團信息技術中心原首席顧問寧振波以航空領域案例介紹，波音787的整個研制過程用了8000多種工業軟件，其中只有不到1000種是商業化軟件，其余的7000多種都是波音多年積累的私有軟件，不對外銷售，包含了波音公司核心的工程技術。我國要想達到波音的飛機研制水平，工業軟件就首先要趕上那7000種私有軟件的水平。

美國國家航空航天局聯合GE、普惠等公司，研發并在20年間不斷發展的NPSS軟件，內嵌大量發動機設計知識、方法和技術參數，一天之內就可以完成航空發動機的一輪方案設計。

而我國的工業軟件產業生態基礎還較為薄弱，缺乏大量的數學物理算法等基礎研究的支撐，一些關鍵核心技術被國外企業掌握，尤其是缺乏關鍵工藝流程和工業技術數據的長期積累。

國內僅有一家工業軟件企業具有幾何建模引擎的知識產權，其他企業都通過“授權”方式使用國外企業的建模內核，幾何建模引擎就已經成為“難以逾越的一道坎”，類似的“坎”還有很多。而國外先進工業軟件不可能對我國客戶開放源代碼，“照貓畫虎”的可能性很低。

阿里云智能事業群戰略拓展部總經理李樹翀認為，從馬力時代跨越到“大算力”時代，突出的特點是蒸汽機可以用馬力來衡量，但在數據時代算力的快速發展成為基礎設施，云計算的普及讓IT成為一種資源，這是一個跨時代的變化。

在他看來，云計算快速發展和數據大量產生的前提下，計算機正在走出一條全新、可以跟人類智能完全不一樣的智慧化的演進路徑。算力、數據和算法三大領域的“化學反應”深層問題在于工業軟件領域的“基礎差距”，這是最重要的差距，也恰恰是各國競爭的焦點所在。

自主創新待提升

工業軟件是工業和信息產業的結合體，但其中最重要、最核心、最底層的支撐是工業數據知識庫，其匯集了工業生產過程中關鍵技術、流程、知識、工藝及數據。國外軟件巨頭的工業數據知識庫來自它們幾十年來工業生產的積累，不可能對外出售。

但過去三十年來直接引進的模式，讓一些工業企業習慣于購買和應用國外巨頭的工業軟件，對自主可控工業軟件的重要性缺乏理解和認識，不主動積累基礎工藝研發和實驗數據，不主動布局工業技術的軟件化建設，不主動培育和孵化工業軟件企業。

調研時，有業內人士反映，大型國有企業下屬的一些專業信息化公司，較少真正從事自主創新的信息化產品研發，反而代銷國外軟件產品，以求快速、便捷地獲取利潤。

我國工業化進程中產生的許多核心技術、知識經驗和數據，一方面散落在各個企業，閉鎖在技術人員頭腦中，隨著人員的流動而不斷耗散和流失；另一方面，因為工業企業大量應用國外軟件，也直接為國外巨頭的發展積累了大量寶貴數據和經驗。

1998年，法國達索公司推出了全新系統CATIA V5，一開始并未被市場接受。我國新飛豹戰斗機的開發團隊，出于成本上的考慮“大膽”使用了CATIA V5，當年就提出了500多個問題建議，大大豐富了該軟件的成熟程度，為其積累了很多經驗數據。

近兩年，海爾集團新建了膠州互聯工廠，用戶可以個性化定制產品，然后直接下單自動化生產。但該工廠的后臺核心系統，來自德國西門子和德國SAP等國際軟件巨頭。工程技術和工程數據閉鎖在西門子、SAP的系統中，后續技術改進也必須依賴它們進行二次開發。

“萬物互聯”基石待加強

調研發現，歐美制造強國十分重視工業軟件的戰略意義。德國提出的“工業 4.0”認為，工業軟件和賽博物理系統（CPS）是智能制造的核心。美國國防部在2018年9月發布的《評估和強化國防工業基礎和彈性供應鏈》報告中，將軟件工程定義為關鍵使能（enabling）行業。

在國家戰略層面，美國把科學計算和建模仿真作為服務于國家利益的關鍵技術。2009年美國“競爭力委員會”發布《美國制造業——依靠建模和模擬保持全球領導地位》白皮書，將建模、模擬和分析的高性能計算，視為維系美國制造業競爭力戰略的王牌。

在物聯網時代，“工業4.0時代”漸行漸近的時候，新上位的物聯網新星，正在顛覆著數據產生、管理的邏輯，并進一步沖擊了企業的流程再造，工業軟件正在變得越來越“面目全非”。

2017年北京PTC大會上，PTC的全球營銷總監直截了當地斷言“IoT就是PLM”。短短1年多時間之后，工業軟件巨頭西門子已經迅速反應過來，進行了令人眼花繚亂的整合：西門子全新軟件品牌Xcelerator成為龐大的恐龍軟件包，Mendix則起到了穿針引線的重要戰略作用。

西門子新的軟件部門DIS（數字工業軟件），已經把Mendix推到了戰略級的位置上，就是為了迎合OT與IT的融合，完全實現OT人編碼——這個對未來軟件和工業APP的實現速度，改變將是極其深遠的。

業內人士分析認為：全球工業軟件正在受到數據、算力、算法的影響，正在劇烈融合，傳統計算機輔助設計工具CAD、電子設計自動化軟件EDA，已經遠非原來的樣子。

眾多專家認為：即便是“萬物互聯”的時代，工業軟件也仍然是智能制造的核心。

例如，自動駕駛汽車通過各種外置、內置傳感器，把感知到的車外行駛環境的物理信息轉換成為計算機處理的數據，經過內置人工智能算法的軟件的快速處理，做出正確的駕駛決策，再通過軟件給車內的各種控制器發出正確的動作指令。

再如，飛行器和汽車等生產過程中必須進行風洞實驗。風洞實驗室以人工方式產生并且控制氣流，用來模擬產品周圍氣體的流動情況。風洞實驗極為耗電，開啟一座大型風洞所需要的電量能擊垮一座小城市的電網，因此多數企業需要購買CAE仿真工業軟件進行模擬實驗。

如今，一架波音787飛機擁有超過10億行代碼。美國的F22戰斗機被稱作“會飛的超級電腦”，內部擁有13套超級電腦。美國F35戰斗機，單機機載軟件為900萬行代碼，如果將與之飛行活動相關的地面導航、起降等支撐系統都計算在內，F35一次飛行背后有數億行軟件代碼運行。

中國科協智能制造學會聯合體智能制造研究所副所長林雪萍認為，“軟件強才能制造強”，發展工業軟件是推進智能制造的必要基礎。現代信息通信技術和制造技術深度融合是智能制造的關鍵所在，而工業軟件是其中最為關鍵的技術。

“無論硬件、網絡、計算等技術還是制造工藝融合，都離不開軟件定義、編碼和封裝。我國想要成為制造強國也必須擁有自主可控的工業軟件。”林雪萍說。

走向智能研究院執行院長趙敏認為，智能制造、工業互聯網最內核的就是工業軟件。當智能制造和“工業4.0”的目標越來越聚焦在數字化設計、數字化工廠和數字運營服務的時候，“數字建模和仿真”，以及CAD計算機輔助設計和CAE計算機輔助仿真等核心工業軟件，成為數字化工業背后必不可缺少的支柱。

陳放認為，應加強核心關鍵技術前瞻布局，重點構建先進自主的工業互聯網網絡技術體系，著力突破工業軟件等關鍵技術。

（摘自《財經國家周刊》2019年第24期。作者為該刊記者）