加快培育我國航天領域工業軟件啟示建議

臧雪靜等＊ /北京航天情報與信息研究所

工業軟件對于工業發展有著不可估量、不可替代的支撐與提振作用。當前，我國80%的設計軟件、50%的制造軟件被以美國為首的發達國家壟斷。以芯片設計軟件（EDA）為例，楷登電子（Cadence）、新思科技（Synopsys）和Mentor 3 家美國公司壟斷了95%以上的市場份額，且不再向我國提供軟件更新和支持。工業軟件在航天領域應用廣泛，大部分研發設計制造類軟件仍依賴進口。筆者通過梳理國外工業軟件企業發展培育經驗，為加快發展我國航天領域工業軟件、早日實現自主可控提供參考借鑒。

一、國外工業軟件企業發展培育經驗

一是美國軟件公司、高等院校受“電子復興”計劃支持，在行業內實現快速發展。

EDA 涵蓋集成電路設計、驗證和仿真等流程，芯片的用途、規格、特性、制成工藝都在該階段完成。2017 年6 月，美國國防高級研究計劃局出臺了5 年總投入高達15 億美元的電子復興計劃（ERI），用以支持芯片技術開發。其中，Cadence 入圍第一批重點扶持項目，獲得2410 萬美元的支持資金，重點研發如何將機器學習技術用于芯片設計。明尼蘇達大學獲得530 萬美元，用于設計模擬電路工具。此外，美國國會、美國國家科學基金等也對EDA 項目投入大量資金。2021 年，美國商務部提出為半導體研發制造提供500 億美元專項資金。美國軟件公司和高等院校通過資金補助獲得原始技術積累，為后續技術突破和快速發展奠定了堅實基礎。

二是工業軟件巨頭高度重視科技創新并保持高額研發投入，形成在工業軟件領域的領先優勢。

2017 ～2020 年Synopsys公司每年研發投入分別為59 億元、70 億元、73 億元和83 億元，研發強度保持在30%以上。2020 年，Cadence 公司研發投入為71 億元，研發強度維持在40%；法國達索系統公司和美國Autodesk 公司研發投入分別為50 億元和60 億元，研發強度保持在20%～30%之間。核心競爭力依靠新技術的開發，持續高額研發投入是工業軟件巨頭保持強大的重要因素。持續的研發投入能夠有效刺激員工研發創新的熱情，為公司研發創新活動提供有力支撐，有助于工業軟件巨頭始終保持行業領先優勢。

三是工業軟件巨頭以收并購方式補全技術短板，推動產業整合和市場擴充。

以Synopsys 為代表的工業軟件巨頭通過全球范圍內并購獲取技術和團隊補全工具鏈，獲取市場和客戶，并預防潛在的競爭對手做強做大。Synopsys 公司自1986 年成立至今，通過開展優秀企業和產品的收并購強化技術整合，做大做強業務規模。2002年并購Avanti 公司，補齊數字集成電路EDA 全流程所需團隊和技術，獲得芯片后端布局布線近4 成的市場份額，成為首家提供前后端完整IC 設計方案的領先EDA 工具供應商。2020 年，收購英國芯片內監控IP 開發商摩爾泰克公司（Moortec），鞏固半導體技術競爭優勢。2021 年，收購性能優化軟件領先企業Concertio和韓國比恩特公司（BISTel），強化芯片生命周期管理能力和智能制造流程控制能力。

四是法國達索系統公司脫胎于軍工企業，成為數字化設計與制造領域標桿

達索系統公司的母公司達索集團是法國知名軍工企業，旗下是研制了“陣風”戰斗機的達索航空，航空業數字化轉型給達索集團帶來新的發展機遇。為全面推進“陣風”戰機的數字研發，大大提升CATIA 的設計能力，1981 年成立達索系統公司。由此可見，國家通過國防采購，“間接”支持了達索公司在工業軟件初期研發所需要的資金，提供了軍工行業應用場景和試錯優化機會。當前，達索系統公司推出的CATIA、SolidWorks、ABAQUS系列產品幾乎壟斷了全球范圍內的航空航天產業的數字化設計與制造。美國波音公司、法國空客公司以及中航工業集團，均與達索系統公司在數字化方面簽署了戰略合作協議。

五是國外軍工企業注重自主開發，以工業技術軟件化實現行業技術積累與沉淀。

工業軟件是利用數字化模型及軟件工具將特定工業場景產生的知識經驗進行沉淀， 疏通設計環節與制造環節，以可視化方式將產品制造前的形態展現出來，以便開展全生命周期制造過程規劃及優化。美國洛馬公司、波音公司不斷推行工業技術軟件化，自主開發大量類似于CAD、CAE 軟件，不僅能夠提高研發生產制造效率，更重要的是實現了航空航天技術積累和行業經驗沉淀。此外，美國洛馬公司航天裝備研發流程中基于CAD、CAE軟件的仿真計算和模型優化工作占據總研發時間的90%以上，對于提高裝備研發效率、降低研發成本具有重大意義。波音787研制過程中使用了8000 余種軟件，其中1000 種是商業軟件，其余為波音公司自用軟件，包含波音公司多年積累的核心工業技術，大量具有行業特色的自用軟件成為其他企業難以企及波音飛機研制水平的高門檻。

二、加快培育我國航天領域工業軟件啟示建議

當前，我國正加快推動由制造大國向制造強國轉變，然而在以航天為代表的高端制造領域中，研發設計制造類工業軟件仍依賴進口，自主化程度較低，工業軟件面臨嚴峻“卡脖子”問題。在國家自然科學基金（編號：71871007） 的支持下，通過調研發現：一方面，一些設計制造類軟件使用范圍較廣，且大多數不具備國產替代條件，一旦發生斷供可能對航天科研生產造成較大影響。另一方面，目前使用的國外工業軟件儲存諸多關鍵技術，一旦現有的工業軟件存在漏洞，即便沒有斷供，仍會帶來巨大的數據安全風險。受到國外軟件禁運等影響，我國航天領域難以充分發揮規模龐大的數據資源優勢，造成仿真數據對于裝備設計指導作用有限，在研發效率方面落后于發達國家。航天領域對工業軟件的穩定性與安全性要求較高，在研發運營成本方面將高于普通軟件。因此，我國通過增加研發投入力度、促進研發與應用深度融合，加快完善軟件人才體制機制，早日實現航天領域國產化工業軟件自主可控。

1.持續加大核心自主工業軟件研發投入力度，發揮新型舉國體制優勢協同攻關

航天領域大型工業軟件是一個復雜的系統工程，往往需要長期迭代優化，才能形成成熟產品。近些年，黨中央高度重視工業軟件研發攻關，將工業軟件列為當前科技攻關最緊急、最迫切的問題之一。建議持續加大航天領域核心自主工業軟件研發投入力度，充分發揮新型舉國體制優勢，組織頂尖科研力量解決關鍵軟件的“卡脖子”問題，以建設國家級重點實驗室為契機，在國家重大科技專項申請方面適當向工業軟件領域傾斜。

航天領域大型工業軟件是一個復雜的系統工程，往往需要長期迭代優化，才能形成成熟產品。近些年，黨中央高度重視工業軟件研發攻關，將工業軟件列為當前科技攻關最緊急、最迫切的問題之一。建議持續加大航天領域核心自主工業軟件研發投入力度，充分發揮新型舉國體制優勢，組織頂尖科研力量解決關鍵軟件的“卡脖子”問題，以建設國家級重點實驗室為契機，在國家重大科技專項申請方面適當向工業軟件領域傾斜。

2.鼓勵航天企業培育自有工業軟件，促進軟件研發與工業應用深度融合

建立由航天企業、科研機構、軟件龍頭企業組成的工業軟件聯盟，打造開放共享的軍民融合環境，利用航空航天領域數據促進軟件升級換代，將關鍵技術突破、產品規模商用和產業生態培育緊密結合。以開展收并購等方式加強行業優勢資源整合，加緊補齊技術短板，加快形成以軟件龍頭企業為主導、航天企業為依托的“聯盟式”戰略研發機制，加快推動航天領域工業軟件發展。

3.加強基礎人才儲備和高層次人才引進，完善適應軟件產業人才發展的體制機制

以芯片設計軟件為例，EDA 工具研發工程師不僅要懂硬件設計，也要精通軟件架構。全球EDA 從業人員約4 萬人，而我國EDA研發人員僅有2000 余人，且多數集中在國際EDA公司的中國研發中心，我國工業軟件人才供給嚴重 不 足。 因此，在航天領域應當建立適應工業軟件發展需求的人才引進制度和培養體系，加快培育高端復合型人才，對于工業軟件專業人才給予適當的落戶優惠政策。加強海外高端人才和創新團隊整體引進力度，提供具有行業競爭力的項目啟動資金，營造寬松包容的科研創新環境。▲