破解工业软件“扼喉”

何丰伦　余蕊　罗姣娣　陈奥

工业软件是指在工业领域里进行研发设计、业务管理、生产调度和过程控制的相关软件与系统。过去数年，“中兴”及“福建晋华”等几次“卡脖子”事件中，工业软件和芯片都是同时出击的“软”“硬”两把利剑。但芯片万众瞩目，工业软件作为关键核心技术“短板”却没有引起足够重视。

《财经国家周刊》记者调研发现，全球工业软件市场被欧美软件巨头垄断，国产工业软件较国际最高水平存在一定差距。一些工业企业忽视软件化建设，关键工艺流程和技术数据“空心化”，造成我国工业软件行业缺乏较好的生存土壤。

业内专家呼吁，我国要成为制造强国，必须拥有自主可控的工业软件，工业软件行业亟待培育和加强。

“卡脖子”的关键核心技术

工业软件包含研发设计类（CAD、CAE、PLM等）、生产调度和过程控制类（MES、SCADA等）、业务管理类（ERP、SCM、HRM等）三大领域，其中研发设计类更为核心和关键。

全国工商联副主席陈放表示，本轮工业变革发展迅速，我国在工业芯片、工业软件、工业感知控制和网络基础资源服务等方面明显落后，是“卡脖子”的短板。

實际上，美国几次“卡我国脖子”事件中，工业软件和芯片都是同时出击的“软”“硬”两把利剑，只是芯片万众瞩目，工业软件则少有人知。

短板 芯片万众瞩目，工业软件作为关键核心技术“短板”却没有引起足够重视。

2018年4月“中兴事件”中，不仅芯片禁运，美国CAD软件公司Cadence同时对中兴进行了软件禁运。Cadence公司的EDA软件专门用于设计芯片和多层电路板，售价为数百万美元，远低于中兴每年六七十亿美元的芯片进口规模。但据中航工业集团信息技术中心原首席顾问宁振波介绍，软件是芯片的“灵魂”，没有软件，芯片就无法被按需设计、正常使用。

我国成为制造强国必须拥有自主可控的工业软件，工业软件行业亟待培育和加强。

2018年10月，美国商务部对国产新兴存储器企业福建晋华公司实施禁售令，美国光刻机巨头应用材料、泛林等公司马上对福建晋华实施断供，同时，美国的工业软件企业也应声停止供应，投资370亿元的福建晋华立刻陷入瘫痪。

而近几年，国外工业软件巨头开始采用“订阅模式”，也让国外工业软件“卡脖子”更容易操作。在“订阅模式”下，不按时付费则老版本软件也无法使用，软件服务立即停止。

例如，STK是由美国Analytical Graphics公司开发的一款在航天领域处于领先地位的商业分析软件，应用场景包含卫星、飞机、船、车辆、运载、导弹、地面站、行星、恒星、目标、区域目标以及遥感器、接收机、转发器、雷达等。

目前STK最高版本是11.0，美国从7.0版本开始对我国禁运，国内可购买到的最高商业版本是6.0。假设此软件也采用订阅模式，加之禁运规定，那么STK老版本运行也将成为一个大问题。

此外，美国商务部的出口管制清单中，欧拉型大范围爆炸、水下爆破、高端气动弹性和高超声速等仿真软件，仍然实施禁运，工程模拟的有限元软件Abaqus，则通过限高32核而对计算能力进行限制。

欧美巨头必争之地

根据前瞻产业研究院发布的《2017—2022年中国工业软件行业发展前景预测与投资战略规划分析报告》数据显示，自2011年以来全球工业软件市场规模以每年5%至6%的速度增长，2016年全球企业级软件市场规模约为3530亿美元，同比增长5.85%。

另据前瞻产业研究院发布的《工业软件行业发展前景预测与投资战略规划分析报告》，2015年中国工业软件市场规模达到1079.91亿元，同比增长14.9%;2016年为1261.4亿元，同比增长16.8%;2017年为1412.4亿元，同比增长12%。2018年我国工业软件市场规模预计为1622.8亿元，同比增长14.9%。

工信部发布的《2018年软件和信息技术服务业统计公报》测算，2018年工业软件产品实现收入增长14.2%。业内专家预计，随着我国智能制造的发展，未来五年我国工业软件市场年均复合增长率有望维持在两位数。

然而，国外软件巨头垄断了工业软件市场。根据走向智能研究院的评估和对多家企业走访调研发现，在核心工业软件领域，CAD研发设计类软件市场，被法国达索、德国西门子、美国PTC以及美国Autodesk公司占据达90%以上，国内数码大方、中望软件等只占不到10%的市场;CAE仿真软件市场领域，被美国ANSYS、美国ALTAIR、美国MSC等公司占据了几乎全部市场份额。

技术含量较低的生产管理类工业软件领域，高端市场被德国SAP与美国ORACEL公司垄断90%以上，用友、金蝶等国内软件企业能占据中低端市场的80%左右。然而，2017年德国SAP公司营收达235亿欧元，国内软件龙头企业用友网络为63亿元人民币。

中航工业集团信息技术中心原首席顾问宁振波以航空领域案例介绍，波音787的整个研制过程用了8000多种工业软件，其中只有不到1000种是商业化软件，其余的7000多种都是波音多年积累的私有软件，不对外销售，包含了波音公司核心的工程技术。我国要想达到波音的飞机研制水平，工业软件就首先要赶上那7000种私有软件的水平。

美国国家航空航天局联合GE、普惠等公司，研发并在20年间不断发展的NPSS软件，内嵌大量发动机设计知识、方法和技术参数，一天之内就可以完成航空发动机的一轮方案设计。

而我国的工业软件产业生态基础还较为薄弱，缺乏大量的数学物理算法等基础研究的支撑，一些关键核心技术被国外企业掌握，尤其是缺乏关键工艺流程和工业技术数据的长期积累。

国内仅有一家工业软件企业具有几何建模引擎的知識产权，其他企业都通过“授权”方式使用国外企业的建模内核，几何建模引擎就已经成为“难以逾越的一道坎”，类似的“坎”还有很多。而国外先进工业软件不可能对我国客户开放源代码，“照猫画虎”的可能性很低。

阿里云智能事业群战略拓展部总经理李树翀认为，从马力时代跨越到“大算力”时代，突出的特点是蒸汽机可以用马力来衡量，但在数据时代算力的快速发展成为基础设施，云计算的普及让IT成为一种资源，这是一个跨时代的变化。

在他看来，云计算快速发展和数据大量产生的前提下，计算机正在走出一条全新、可以跟人类智能完全不一样的智慧化的演进路径。算力、数据和算法三大领域的“化学反应”深层问题在于工业软件领域的“基础差距”，这是最重要的差距，也恰恰是各国竞争的焦点所在。

自主创新待提升

工业软件是工业和信息产业的结合体，但其中最重要、最核心、最底层的支撑是工业数据知识库，其汇集了工业生产过程中关键技术、流程、知识、工艺及数据。国外软件巨头的工业数据知识库来自它们几十年来工业生产的积累，不可能对外出售。

但过去三十年来直接引进的模式，让一些工业企业习惯于购买和应用国外巨头的工业软件，对自主可控工业软件的重要性缺乏理解和认识，不主动积累基础工艺研发和实验数据，不主动布局工业技术的软件化建设，不主动培育和孵化工业软件企业。

调研时，有业内人士反映，大型国有企业下属的一些专业信息化公司，较少真正从事自主创新的信息化产品研发，反而代销国外软件产品，以求快速、便捷地获取利润。

我国工业化进程中产生的许多核心技术、知识经验和数据，一方面散落在各个企业，闭锁在技术人员头脑中，随着人员的流动而不断耗散和流失;另一方面，因为工业企业大量应用国外软件，也直接为国外巨头的发展积累了大量宝贵数据和经验。

1998年，法国达索公司推出了全新系统CATIA V5，一开始并未被市场接受。我国新飞豹战斗机的开发团队，出于成本上的考虑“大胆”使用了CATIA V5，当年就提出了500多个问题建议，大大丰富了该软件的成熟程度，为其积累了很多经验数据。

近两年，海尔集团新建了胶州互联工厂，用户可以个性化定制产品，然后直接下单自动化生产。但该工厂的后台核心系统，来自德国西门子和德国SAP等国际软件巨头。工程技术和工程数据闭锁在西门子、SAP的系统中，后续技术改进也必须依赖它们进行二次开发。

“万物互联”基石待加强

调研发现，欧美制造强国十分重视工业软件的战略意义。德国提出的“工业 4.0”认为，工业软件和赛博物理系统（CPS）是智能制造的核心。美国国防部在2018年9月发布的《评估和强化国防工业基础和弹性供应链》报告中，将软件工程定义为关键使能（enabling）行业。

在国家战略层面，美国把科学计算和建模仿真作为服务于国家利益的关键技术。2009年美国“竞争力委员会”发布《美国制造业——依靠建模和模拟保持全球领导地位》白皮书，将建模、模拟和分析的高性能计算，视为维系美国制造业竞争力战略的王牌。

在物联网时代，“工业4.0时代”渐行渐近的时候，新上位的物联网新星，正在颠覆着数据产生、管理的逻辑，并进一步冲击了企业的流程再造，工业软件正在变得越来越“面目全非”。

2017年北京PTC大会上，PTC的全球营销总监直截了当地断言“IoT就是PLM”。短短1年多时间之后，工业软件巨头西门子已经迅速反应过来，进行了令人眼花缭乱的整合：西门子全新软件品牌Xcelerator成为庞大的恐龙软件包，Mendix则起到了穿针引线的重要战略作用。

西门子新的软件部门DIS（数字工业软件），已经把Mendix推到了战略级的位置上，就是为了迎合OT与IT的融合，完全实现OT人编码——这个对未来软件和工业APP的实现速度，改变将是极其深远的。

软件是芯片的“灵魂”，没有软件，芯片就无法被按需设计、正常使用。

业内人士分析认为：全球工业软件正在受到数据、算力、算法的影响，正在剧烈融合，传统计算机辅助设计工具CAD、电子设计自动化软件EDA，已经远非原来的样子。

众多专家认为：即便是“万物互联”的时代，工业软件也仍然是智能制造的核心。

例如，自动驾驶汽车通过各种外置、内置传感器，把感知到的车外行驶环境的物理信息转换成为计算机处理的数据，经过内置人工智能算法的软件的快速处理，做出正确的驾驶决策，再通过软件给车内的各种控制器发出正确的动作指令。

再如，飞行器和汽车等生产过程中必须进行风洞实验。风洞实验室以人工方式产生并且控制气流，用来模拟产品周围气体的流动情况。风洞实验极为耗电，开启一座大型风洞所需要的电量能击垮一座小城市的电网，因此多数企业需要购买CAE仿真工业软件进行模拟实验。

如今，一架波音787飞机拥有超过10亿行代码。美国的F22战斗机被称作“会飞的超级电脑”，内部拥有13套超级电脑。美国F35战斗机，单机机载软件为900万行代码，如果将与之飞行活动相关的地面导航、起降等支撑系统都计算在内，F35一次飞行背后有数亿行软件代码运行。

中国科协智能制造学会联合体智能制造研究所副所长林雪萍认为，“软件强才能制造强”，发展工业软件是推进智能制造的必要基础。现代信息通信技术和制造技术深度融合是智能制造的关键所在，而工业软件是其中最为关键的技术。

“无论硬件、网络、计算等技术还是制造工艺融合，都离不开软件定义、编码和封装。我国想要成为制造强国也必须拥有自主可控的工业软件。”林雪萍说。

走向智能研究院执行院长赵敏认为，智能制造、工业互联网最内核的就是工业软件。当智能制造和“工业4.0”的目标越来越聚焦在数字化设计、数字化工厂和数字运营服务的时候，“数字建模和仿真”，以及CAD计算机辅助设计和CAE计算机辅助仿真等核心工业软件，成为数字化工业背后必不可缺少的支柱。

陈放认为，应加强核心关键技术前瞻布局，重点构建先进自主的工业互联网网络技术体系，着力突破工业软件等关键技术。