工业软件：纾困突围，助推工业互联网高质量发展

孙晓霞

当前，我国正在从“制造大国”向“制造强国”迈进，而蓬勃发展的工业互联网正在重新定义着制造业的未来。工业互联网作为新一代信息技术与现代工业技术全方位深度融合所形成的产物，是制造业数字化、网络化、智能化的重要载体，是智能制造的关键基础设施，也是全球新一轮产业竞争的制高点。工业互联网对制造业的变革性影响，详见笔者《浅谈工业互联网对制造业的赋能作用》一文所述。而工业互联网的“灵魂”——工业软件，则是决定工业互联网健康发展、支撑制造业领先地位的关键所在。

1 工业互联网的体系架构

工业互联网，作为不断进步的信息通信技术与工业体系各环节深度融合形成的产业形态，通过跨设备、跨系统、跨厂区、跨地区的全面互联互通，实现了各种生产和服务资源更大范围、更高效率、更加精准的优化配置，进而与制造业的巨大变革紧密联系起来。工业互联网由网络体系、平台体系、安全体系3大功能体系构成，其中，网络是基础，平台是核心，安全是保障。工业互联网的体系架构及内部组成详见图1所示，该体系框架成为推动我国工业互联网产业发展的主要出发点。

在工业互联网中，网络体系是实现工业全系统、全产业链、全价值链互联互通的基础，它借助不断演进发展的互联网、物联网、移动通信技术甚至卫星通信技术，促进了工业数据的充分流动和无缝集成，具体来说包括网络互联、标识解析和信息互通3方面。

平台体系作为数据的承载体，是工业资源配置的核心，它通过设备、软件、企业、设计、研发、生产、产品、管理、服务等工业全要素的链接，构建基于海量数据感知、采集、汇聚、分析和集成应用的服务体系，打造制造资源泛在连接、弹性供给、高效配置的工业云平台，实现设备弹性生产、运营管理优化、商业模式创新，推动制造业智能化发展，具体组成部分除上云基础设施IaaS层外，典型构成为边缘层、平台层（PaaS层）和应用层（SaaS层）3部分，这3层分别承担数据采集、处理分析、应用服务等功能。

安全体系是涵盖工业互联网全系统的防护体系，是工业互联网各环节健康有序发展的保障，包括设备安全、控制安全、网络安全、应用安全和数据安全等5个方面。

2 核心环节之工业软件

如果将工业互联网形象地比作精密的人体“小宇宙”，那么数据犹如人体中无处不在的血液，网络如同四通八达、纵横交错的血管，工业软件则好比协同工作实现人体机能的各类器官。

2.1 工业软件及其重要性

工业软件，是指专用于或主要用于工业领域，为提高工业企业研发、生产、管理与服务水平以及提升工业产品价值的软件与系统。工业互联网是实现智能制造的重要手段，而工业软件是工业互联网的核心组成，可以说有工业的地方就有工业软件，它几乎涵盖了工业产品全生命周期的设计开发、生产制造、经营管理、运维服务等所有环节。从本质上来说，工业软件是工业的软件，是以数字化和系统化的形式将经过长期沉淀的工业技术、工艺经验、制造方法呈现为软件，是制造业经验的凝固与升华。

虽然工业软件在软件行业中仅占很小的比例，据工业和信息化部的统计数据显示，2021年我国软件和信息技术服务业累计完成软件业务收入94 994亿元，其中工业软件产品实现收入2 414亿元，占比为2.5%，但工业软件却是工业制造的大脑和神经，在业界被比作工业领域的“皇冠”。对于工业软件在推动制造业向数字化与智能化转变过程中起到的重要支撑作用，清华大学教授、中国工程院院士孙家广特别强调，高端工业软件是制造业数字化、网络化、智能化的基石，是新一轮工业革命的核心要素。

2.2 工业软件的分类

从产品生命周期不同阶段或环节的维度，工业软件可分为4大类别：研发设计类、生产制造类、经营管理类和运维服务类，详见表1所示。

2.2.1 研发设计类工业软件

研发设计类工业软件，主要用于提升企业在产品设计和研发领域的能力和效率，以计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程（CAE）、计算机辅助制作（CAM）和电子设计自动化（EDA）等为代表。研发设计类工业软件，作为工业软件中最为重要的环节，具有集中度高、开发难度大、开发周期长、资金需求大、落后程度高等特点，是目前我国工业软件中最为薄弱、开发技术壁垒最高的一类工业软件。研发类工业软件的国产化率处于低水平状态，未来替代空间广阔。

2.2.2 生产制造类工业软件

生产制造类工业软件，是企业在生产和制造过程中进行数据采集、分析和决策的软件，主要作用是提高企业产品质量和生产制造的能力，以制造执行系统（MES）、数据采集和监控系统（SCADA）、分布式控制系统（DCS）和可編程逻辑控制器（PLC）等为代表。生产制造类工业软件，是目前我国市场规模最大的一类工业软件，其市场规模在工业软件中占据绝对优势，据相关数据统计，2020年我国生产控制类软件业务完成量为685亿元，在工业软件市场规模中的占比高达66%。

2.2.3 经营管理类软件

经营管理类软件，主要用于提升企业的管理水平和运营效率，以企业资源管理（ERP）、办公协同（OA）和营销管理（CRM）等为代表。经营管理类软件，是工业软件中国产化进程最快的一类，我国经营管理类软件在中低端市场占有率较高，该领域的国产厂商代表用友网络、浪潮软件、金蝶等已经具备一定的市场占有率和行业知名度。

2.2.4 运维服务类软件

运维服务类软件，是企业对生产及其设备保养、维修的软件，主要作用是提高设备服务可靠性，达到较高的运营绩效水平，以维护维修运行（MRO）、故障预测健康管理（PHM）和资产性能管理（APM）为代表。运维服务类软件，其核心技术目前仍由国外掌握，我国的运维服务类软件，无论是在产品、技术、功能方面，还是在市场占有率方面，都与国外存在一定的差距。

3 工业软件发展困局及解决措施

近年来，随着工业互联网的蓬勃发展，业界对工业软件重要性的认识逐渐提高，不少专家学者、有识之士振臂高呼，切莫让工业软件成为下一个“芯片”。事实上，在高端工业软件领域，我国已经处于随时被欧美工业软件强国“卡脖子”的境地了，直接影响着我国芯片、高铁、国产大飞机等产业的健康发展。2019年，美国的3大EDA厂商先后终止了与华为的合作，这一釜底抽薪的作法，直接从上游设计领域掐断了我国自研芯片之路，与此同时，也管中窥豹暴露出了工业软件领域是我国高端制造最薄弱的环节。业内专家长期观察与分析后不无忧虑地表示，工业软件是改革开放以后，唯一一个与国外同行不断拉大差距的工业技术领域。综合来看，我国工业软件的发展存在以下一些亟待解决的问题。

3.1 产业基础薄弱，顶层设计需梳理优化

“工业软件是一个国家工业化知识沉淀的总和，是一个国家制造知识的总集。”工业软件作为工业化的顶级产物，它映射了一个国家工业水平的实力。工业软件巨头的背后，必然站着一個强大的工业国家。工业霸主美国，是全球工业软件领先的国家之一，拥有洛克希德这样的工业软件巨头；以工业著称的德国，凭借严谨的工业理念孕育出了SAP、西门子等工业软件巨头；航空工业极为发达的法国，因设计软件要求与需求极高的航空工业，孵化出了全球CAD设计软件顶级巨头达索系统公司。美国、德国和法国等欧美国家的工业软件之所以强大，根本原因就在于他们积累了几十年甚至上百年工业生产的关键技术、流程、知识、工艺和数据，形成了扎实的工业数据知识库，具备了最重要、最核心、最底层的支撑。简言之，工业强则软件强。

我国由于历史原因，没有经历完整的工业化进程，工业基础一穷二白，百年来的工业化历程可谓波澜壮阔、血泪交融，新中国成立后我国大规模工业化的进程才得以开启。几十年来，我国的工业实力迅速壮大，成为全世界唯一拥有全部工业门类的国家，但我国工业所呈现的“大而不强、全而不优”局面并未从根本上得到改变，在生产技术、工艺流程、经验知识等工业数据的积累方面与国外工业大国相比非常薄弱。

随着我国工业互联网、智能制造的推进，近年来，我国出台了一系列工业软件相关的支持政策。但是，工业软件属于交叉领域，既是基础科学，又是IT产品，在管理归属上与国家发展和改革委员会、科技部、工业和信息化部都有所关联。正因如此，工业软件的经费扶持在近十来年里处于“无人认领”状态。如今，工业软件身系国家命脉，重要性毋庸置疑，当务之急须从国家战略高度重视国产自主工业软件，注重科学统筹，强化顶层设计，提升规划引领。

3.2 技术资金困顿，经济投入需大力加强

工业软件，源自于工业体系，又具有软件基因，是工业知识积淀与基础科学的结合，工业的复杂性决定了工业软件研发的复杂性、艰巨性与长期性，因此该领域的技术壁垒极高。工业软件与一般软件最大的区别是其极强的专业性，通常需要工业领域与专家软件工程师的共同合作开发，需要数学、物理、化学、材料学、力学等多种基础学科的交叉整合、深度融合。由于体系复杂、技术门槛高、可靠性要求严苛，因此工业软件的研发周期长、迭代速度慢，如大型工业软件的研发周期一般为3～5年，而获得认可至少需要经过长达10年以上的市场检验。

就我国现实情况而言，工业软件企业多以IT企业为主，缺乏坚实的工业背景，而传统工业企业多重视制造主业而忽视软件设计，“重硬轻软”成为压倒性潜意识，软件的知识价值长期未得到深刻认识。横亘在“工业”和“软件”之间的沟壑，需要用资金、人才和技术等要素来填平，其中资金又影响着其他要素。单从资金来说，我国在工业软件上的投入严重不足。根据走向智能研究院的测算数据，“十五”至“十二五”期间，我国对核心工业软件研发的投入合计不足2亿元。而美国最大的CAE软件供应商ANSYS公司，一年的研发投入高达20亿元。与之相比，我国工业软件发展的资金投入实在是土丘见泰山。

工业软件是工业之魂魄，作用重大、意义非凡，可谓大国重器担当，虽然其产业本身体量并不大，但属于典型的“支点产业”，它所撬动的关联产业市场规模庞大。对于工业软件发展所面临的资金难题，需在强化政府财政资金引导的同时，倡导企业积极探索市场，鼓励社会资本参与介入，构建多维经济支撑格局。

3.3 应用依赖国外，产业生态需不断完善

从现状来看，国产工业软件深处内忧外患、艰难求生的时局。一方面，工业软件是基于工业发展到一定程度的产物，没有深厚的工业文化积淀，难以深入理解工业流程、准确对标业务内涵，这是国产工业软件发展面临的最大障碍。来自于学院派的工业软件，往往由于不了解市场，缺乏商业化思维与经验，经常始于院校而终于院校。此外，国产工业软件生态环境恶劣，还需面对盗版肆虐的问题。另一方面，国内企业或用户，在长期使用国外工业软件的过程中，已经形成了严重依赖性。国外工业软件先天具有产品品质优势，在长期的经营过程中，凭借客户的粘性和依赖，又逐渐在资金和话语权方面形成了强大的优势。这种长期的依赖，客观上持续推动了国外工业软件的不断进步。

软件设计是一个需要不断发现问题、解决问题的过程，只有不断迭代升级，软件才能提升其竞争力。国产工业软件只有在应用中才能向前推进，滚动发展，形成良性循环。尽快扭转用户长期依赖国外工业软件的不良局面，需要国家继续从政策层面加大对国产工业软件的支持力度，在资金扶持以及税收减免等方面向国产软件倾斜，拓展更多应用场景，如以工业互联网“新基建”为契机，为国产工业软件厚植成长沃土，构建产业生态，提供更广阔的平台和更好的发展时机。

3.4 专才缺乏严重，人才培养需加快速度

工业软件是知识高度密集的行业，其研发需要将丰富的工业知识和实践经验程序化，对跨学科、跨领域的人才有着极高的要求。专业人才已经成为工业软件行业发展必不可少的要素，而工业软件人才匮乏的问题也已是不争的事实。据相关预测表明，到2025年，我国关键软件人才新增缺口将达到83万人，其中工业软件人才缺口将为12万人，工业软件将成为人才紧缺度最高的领域之一。简单概括来说，工业软件人才缺失主要表现为3方面：门槛高，高校造血功能弱化，工业软件人才“培养难”；储备少，复合人才紧俏抢手，工业软件人才“招聘难”；收入低，业内人才流失严重，工业软件人才“留住难”。

工业软件的发展必须依靠大量专业人才的智力加持，人才问题值得高度关注。解决工业软件人才问题，需要统筹谋划、远近结合、多方联动。从短期来说，要着力加大人才引进培育力度，包括软件人才，也包括行业专家；从中长期来说，要加强“产、学、研”通力合作，发挥高校院所、工业企业以及第三方机构等多方力量，梳理行业技术难点和关键问题，协同攻关，联合培养工业软件人才，打造自主可控的国产工业软件。

4 结语

当下，我国制造业正处于实现历史性跨越的关键时期。工业互联网是智能制造的关键基础设施，工业软件是工业互联网的灵魂，是“中国制造”向“中国智造”升级的重要抓手与核心动力。对工业软件的重要意义和发展滞后现状的认识已经越来越深入，我国工业软件发展的政策、产业环境正在发生着变化。

在政策方面，国家从战略层面颁布一系列支持政策，积极营造有利工业软件产业发展的政策环境。2021年年底，《“十四五”软件和信息技术服务业发展规划》《“十四五”智能制造发展规划》相继出台，强调重点突破工业软件，提升工业软件技术水平和市场竞争力；2022年1月，国务院印发《“十四五”数字经济发展规划》，着力推动软件产业做大做强。在产业方面，我国日渐雄厚的制造业体系为自主工业软件培育了强大需求，同时重视产业链安全的背景也为工业软件带来了发展契机。近年来，一些工业软件初创企业如雨后春笋冒出来，如CAD软件领域的深圳十沣科技有限公司，专注于国产求解器软件的杉数科技（北京）有限公司，国产工业软件产业逐步取得喜人进展。

当然，工业软件和工业互联网的发展都不可能一蹴而就，还需要长时间的培育和积累。正视不足才能更好地进步，我国工业软件的突圍之路必将是一项投入巨大、周期漫长、由简到繁、由易到难的长期过程。我国工业软件发展尚需坚定信念、紧抓机遇，助力工业互联网健康发展，共推我国制造业实现智能化转型升级。

10.19599/j.issn.1008-892x.2022.03.011

参考文献

[1] 王峰.走近工业互联网[M].北京：人民邮电出版社，2019.

[2] 朱铎先，王继宏.基于东方文化视角的工业软件发展策略分析[C]//第二届中德机电一体化职业教育国际论坛暨第三届全国机电一体化专业教学经验交流会论文集.青岛：中国机电一体化技术应用协会，中国机械工业教育协会.2019：8—11.

[3] 宁振波.探究工业APP——把企业装进口袋里的工业软件[J].中国工业和信息化，2020（3）：50—54.

[4] 林雪萍.工业软件简史[M].上海：上海社会科学院出版社，2021.

[5] 赵敏，宁振波.铸魂： 软件定义制造[M].北京：机械工业出版社，2020.

[6] 田俊荣，刘志强，陆娅楠，等.打牢中国工业的基石[N].人民日报，2018—09—10（17）.

[7] 黄实，王艺儒.国内工业互联网产业现状与发展趋势简析[J].互联网天地，2021（4）：28—31.

[8] 王菲.破解我国工业软件人才三大“造血”难题[J].数字经济，2022，（1）：23—25.