从“十四五”规划看工业软件发展蓝图

杨春晖，刘梦玥，陈 平，刘奕宏

（工业和信息化部电子第五研究所，广东广州 511370）

0 引言

工业软件是工业制造的大脑，是工业数字化的基础和关键核心，是我国制造强国和高质量发展战略的重要支撑。2021 年3 月，国务院正式发布《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035 远景目标纲要》（简称“十四五”规划），指出“加快补齐基础零部件及元器件、基础软件、基础工艺和产业技术基础等瓶颈短板”，进一步加强工业软件等基础关键软件和核心技术的攻关力度，进一步推动工业软件赋能制造业产业链协同转型升级［1］。同年，工业和信息化部印发《“十四五”软件和信息技术服务业发展规划》（简称软件“十四五”规划），明确要求面向数控机床、航空航天装备等重大技术装备及重点领域需求，发展行业专用工业软件，同时加强集成验证，形成体系化服务能力，并指出“探索开放式工业软件架构、系统级设计与仿真等技术路径”，“加快软件迭代升级，促进产用协同创新”，顺应“开源重塑软件发展新生态”的发展形势［2］。工业软件发展已上升到国家战略层面。针对我国工业软件当前所面临的困境以及未来发展形势变化，企业和产业生态都需要深刻理解国家政策举措，设计适合我国工业软件发展的有效模式，从而破除工业软件发展困境，走出一条适合我国工业软件发展的特色道路［3］。

中共中央、国务院一直高度重视软件产业和信息技术服务业的发展。从国民经济发展规划来看，自2000 年发布《中华人民共和国国民经济和社会发展“九五”计划和2010 年远景目标纲要》开始，我国经历了从鼓励开发符合国际标准的基础和应用软件，到大力发展软件产业和高端软件，再到重点突破高端工业和大型管理软件自主可控3个阶段。至《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》（简称“十三五”规划）执行期末，我国新兴平台软件、行业应用软件、嵌入式软件得到快速发展，基础软件和工业软件产品收入持续增长，工业软件产品业务收入占软件业务总收入的比例逐年攀升；操作系统、数据库、中间件等基础软件产业实现突破，创新成果不断涌现；5G、云计算、平台软件等领域形成一批国际化知名企业和品牌，创新体系更加完善，国际竞争力明显增强［1］。在工业软件领域，我国已取得突破性进展，拥有了部分自主可控的工业软件产品，并且培育了一批优秀的供应商，甚至在个别类别和单点技术上达到与国际先进比肩的水平。但是，也应注意到工业软件研发周期长、成本高、难以短期复制，我国工业软件仍处于较多领域关键核心由引进转向自主研发、建立技术迭代能力的关键时期。

“十四五”规划以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，深入贯彻中共十九大精神，提出了我国将以更积极的姿态迎接数字时代，通过加强关键数字技术创新应用、加快推进数字产业化和产业数字化转型，打造我国数字经济新优势。数字技术与实体经济深度融合、传统产业转型升级，将会使我国工业软件发展迎来新机遇。软件产业及服务业将与制造业一道，互相融合、互相促进。数字技术赋能制造业，必将加快推进工业软件在内的基础核心软件的研发进程，从而补齐产业技术基础、基础工艺和基础软件等瓶颈短板［4］。随着“十四五”规划的贯彻落实，我国工业软件在发展过程中，将利用已有的互联网、信息化等方面的先发优势，依托工业互联网平台，深入制造业特定场景开展研发和应用，促进工业软件的线上衍化与应用，并通过工业知识的不断积累、迭代和更新，逐步提高自主创新水平和应用能力。

1 我国工业软件发展面临的问题

工业软件主要用于工业领域，是与工业研发设计、业务管理、生产调度和过程控制水平相关的软件或系统。随着工业4.0 和工业互联网等新一轮工业革命的兴起，新技术与传统产业的结合催生了新型软件产品，工业软件在工业制造各环节中的重要地位也在逐渐凸显［5］。2021 年，我国工业软件产品收入完成2 414 亿元，同比2020 年增长22.29%，但工业软件产品业务收入仅占中国软件业务总收入的2.54%，较2020 年的2.42%仅增长0.12%［6］。由此可见，我国工业软件产业实力不强，相较于传统软件产业，其市场成熟度处于较低水平。横向来看，2021 年全球工业软件市场规模已达4 561 亿美元，而我国工业软件产业规模仅占全球工业软件市场规模的7.59%，中国制造业增加值占全球比重达到近30%，这与我国经济总量的全球份额严重不相称，也表明工业软件产业发展未能同工业化发展进程相匹配［7］。综合比较我国工业软件发展过程以及国外先进工业软件现状，可以看出我国工业软件发展面临技术、人才和产业生态等多方面的问题［8］。

（1）我国工业软件在关键技术、满足工业制造需求情况等方面与国外工业软件产品存在较大差距［9］，不同类别工业软件的核心技术水平和国产化程度各不相同。据统计，我国现有研发设计类软件核心技术与国外差距较大，国产化率仅5%左右；国内生产制造类软件厂商虽然占有50%的市场份额，具备一定实力，但高端市场仍由国外厂商占据。经营管理类和运维服务类软件在国内发展势头较好，但也存在关键核心技术差距大的问题［7］。

（2）我国工业软件复合型人才缺失。工业软件自主程度较低的背后，是工业软件人才的缺失。工业软件人才需同时具备掌握工业知识的能力和将工业知识软件化的能力，而目前绝大部分技术人才仅能满足其中之一，复合型人才严重缺失。当前院校工业软件人才培养计划中，国外知名工业软件使用相关课程安排较多，工业软件理论、算法、程序设计与实现等相关课程安排少，难以培养出具有自主创新能力的研发型人才［10］。同时，工业软件深度依赖于工业领域知识的长期积累，人才培养还需与工业界接力融合，这样才能培养出理解工业机理和模型、具备研究工业软件核心底层求解器与算法能力的创新型人才，最终达到将工业知识转化为工业软件创新成果的目标。

（3）我国工业软件产业生态和价值链仍不完善［11］，市场成熟度较低，企业竞争力不强。我国工业软件的发展虽然取得了长足进步，但其长期承受来自自身发展困境和国外主流软件冲击的双重压力，工业软件研发工程量大、投入资金多、投入风险高、投资回报周期长，经营成本相对较高，这些都导致工业软件产业规模无法壮大。同时，工业软件企业在有限政策和资金的扶持下，大多沿袭传统封闭作坊式的运作模式，没有精力去追求高技术附加值的增值服务。从我国工业软件国产化率及其在中国市场的占有率可以看出，我国工业软件企业整体实力不强，产品多集中于门槛较低的低端领域，无法取代国外主流工业软件在我国市场的主流地位。同时，我国工业软件在兼容性、稳定性、性能、功能等方面相较国外产品，成熟度较低、竞争力不强，持续服务的水平和能力无法保障，从而导致市场对国内工业软件产品的认可程度较低［12-13］，企业一直处于产业链及价值链的中低端。并且，工业软件产业发展程度与工业化发展程度不匹配，反映出我国工业软件未能很好地满足制造业数字化转型需求，工业软件与制造业企业需求错位，表明工业软件在个性化定制及二次开发方面的经验积累不足，也从侧面反映出国产工业软件并没有真正深入到工业领域业务与特定场景［7，15］。

2 “十四五”规划中工业软件相关政策解析

我国“十四五”规划和软件“十四五”规划包含工业软件发展相关任务部署和重点举措，本文重点从发展目标、发展方向和重点工作等方面展开分析。

2.1 对工业软件的总体考虑

在“十四五”规划和软件“十四五”规划中，对工业软件的总体考虑可分为以下3点：

（1）突出产业基础能力建设对实体经济的支撑引领作用。“十四五”规划指出“加快补齐基础零部件及元器件、基础软件、基础材料、基础工艺和产业技术基础等瓶颈短板。依托行业龙头企业，加大重要产品和关键核心技术攻关力度，加快工程化产业化突破。”此处指明了包括工业软件在内的基础软件和核心技术对实现产业化突破的重要作用。软件“十四五”规划指出“开展工业机理模型、微服务、工业软件、工业APP 等研发部署”，“拓展软件在制造业各环节应用的广度和深度”，突出了工业软件是支撑制造业数字化转型的关键所在。

（2）强调软件、硬件、系统和人工智能的一体化研发对产业升级的正向作用。“十四五”规划指出“聚焦高端芯片、操作系统、人工智能算法、传感器等关键领域，加快推进基础理论、基础算法、装备材料等研发突破与迭代应用。加强通用处理器、云计算系统和软件核心技术一体化研发。”明确软硬件和人工智能的研发应深入工业领域实际场景中，同时考虑研发技术本身的创新及其在工业领域中的创新应用。软件“十四五”规划指出“夯实开发环境、工具等产业链上游基础软件能力，提升工业软件、应用软件、平台软件、嵌入式软件等产业链中游的软件水平，增加产业链下游信息技术服务产品供给，提升软件产业链现代化水平”，进一步强调了研发技术水平和能力对整体产业链升级的重要作用。

（3）指出开源对产用协同创新发展的促进作用。“十四五”规划指出“支持数字技术开源社区等创新联合体发展，完善开源知识产权和法律体系，鼓励企业开放软件源代码、硬件设计和应用服务。”，描述了开源对产业发展的促进作用。软件“十四五”规划则表明“全球97%的软件开发者和99%的企业使用开源软件，基础软件、工业软件、新兴平台软件大多基于开源，开源软件已成为软件产业创新源泉和‘标准件库’”，表明开源正在逐步重塑包括工业软件在内的软件发展模式。

2.2 指导思想和目标

“十四五”规划和软件“十四五”规划均以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，深入贯彻中共十九大和十九届二中、三中、四中、五中、六中全会精神，以推动高质量发展为主题，以深化供给侧结构性改革为主线。“十四五”规划强调，以创新驱动、高质量供给引领和创造新需求，提升供给体系的韧性和对国内需求的适配性。软件“十四五”规划在软件“十三五”规划目标任务的基础上，紧密结合软件产业高质量发展需求，以破解当前我国软件产业发展中暴露的关键问题为出发点和落脚点，明确指出强化国家软件重大工程的引领作用，夯实产业发展基础，持续培育数字化发展新动能，全面支撑制造强国、数字中国建设。

“十四五”规划提出关于工业软件2035 年的远景目标包括：关键技术实现重大突破，进入创新型国家前列；基本实现新型工业化和信息化；提出与工业软件相关的“十四五”时期经济社会发展主要目标包括：产业基础高级化、产业链现代化水平明显提升。软件“十四五”规划则进一步提出了更加具象化的目标：一是产业基础实现新提升，在软件内核、开发框架等基础组件供给取得突破，以企业为主体的协同创新体系基本完备；二是产业链达到新水平，产业链短板弱项得到有效解决，基础软件、工业软件等关键软件供给能力显著提升，对制造业数字化转型带动作用凸显；三是培育一批具备生态主导力和核心竞争力的骨干企业；四是产业发展取得新成效，产业结构更加优化，基础软件、工业软件、嵌入式软件等产品收入占比明显提升。

2.3 重点任务与具体措施

为了实现各项目标，“十四五”规划和软件“十四五”规划结合我国工业软件发展现状提出以下重点任务和具体措施。

（1）突破重要产品和关键核心技术，重点突破工业软件。软件“十四五”规划提出，要研发推广计算机辅助设计、仿真、计算等工具软件，大力发展关键工业控制软件，加快高附加值的运营维护和经营管理软件产业化部署。同时，面向数控机床、船舶重大技术装备等重点领域需求，发展行业专用工业软件，形成体系化服务能力。对于设计仿真系统软件，要突破三维几何建模引擎、约束求解引擎等关键技术，探索开放式工业软件架构、系统级设计与仿真等技术路径。具体措施包括：组织协调方面，在政策、市场、监管、保障等方面加强部门联动，完善产业运行监测体系，推动重大政策、重点工程落地；财政支持方面，落实软件企业税收优惠政策，结合产业发展需求，充分发挥创业投资支持创新创业作用；人才培养方面，加快特色化示范性软件学院建设，大力培养创新型复合型人才；安全保障方面，加强软件源代码检测和安全漏洞的管理能力，开展工业信息安全防护能力贯标，鼓励产业链开展工业控制系统的联合攻关和集成应用。

（2）培养工业软件复合型人才。软件“十四五”规划指出，要创新人才培养模式，大力培养创新型服务型人才，鼓励院校与软件企业深化校企合作，推进专业升级与数字化改造，培养高素质技术技能人才［16］。制造业企业所需人才并非只懂信息技术（Information Technology，IT）或只懂工厂中操作技术（Operational Technology，OT）的人才，而是新时代“IT”加“OT”技术的复合型人才。因此，需大力吸纳与培养懂工业技术的研发人员、真正能够满足企业需求的“IT”加“OT”人才。具体措施包括：加强软件国民基础教育，深化新工科建设，加快特色化示范性软件学院建设，鼓励职业院校与软件企业深化校企合作，推进专业升级与数字化改造，对接产业链、技术链，培养高素质技术技能人才。

（3）加强关键数字技术的创新应用能力，推进工业技术软件化。软件“十四五”规划指出，通过加快综合型、特色型、专业型工业互联网平台建设，开展工业机理模型、微服务、工业软件、工业APP 等研发部署，促进平台间的数据互通、能力协同，不断拓展工业软件在制造业各环节应用的广度和深度。具体措施包括：开展工业技术软件化过程的理论和技术研究，突破知识工程、低代码化等生态体系和生产关系优化的关键核心技术；组织开展工业技术软件化培训、试点示范遴选和供需对接工作；通过开展工业APP 质量评测、优秀解决方案征集、工业APP 大赛等活动，推动行业通用、企业专用的工业APP 发展。

（4）推动数字技术开源社区等创新联合体发展，加快软件迭代升级，促进产用协同创新。软件“十四五”规划指出，通过开放、平等、协作、共享的开源模式，加速软件迭代升级，促进产用协同创新，推动产业生态完善，将开源覆盖软件开发的全域场景，构建新的软件技术创新体系，从而引领新一代信息技术创新发展。具体措施包括：加强软件源代码检测和安全漏洞管理能力，提升源代码、组件使用的安全风险防控能力，鼓励第三方服务机构，积极提升软件安全咨询、培训、测试、认证等服务能力。

3 我国工业软件未来发展路径建议

基于“十四五”规划和软件“十四五”规划对工业软件的总体考虑、重点任务和具体措施，进一步明确工业软件未来发展路径，包括以下几点：

（1）产学研联合加快国产工业软件重要产品和关键核心技术突破。工业软件是集成工业知识、工业经验和技术决策的高端工业品，而非仅仅是代码和算法的堆砌。因此，只有将工业软件企业、院校和制造业企业聚集在一起，产学研促进协同攻关，才能充分发挥各自优势，集众智、取所长，发挥院校天然的人才聚集优势，融合制造业企业多年沉淀的工业知识、机理模型和历史经验以及软件企业成熟的软件架构、代码和算法，设计出更加符合制造业特定应用场景的工业软件，实现工业软件关键技术突破，更好地适应工业制造需求［17］。

（2）加强复合型人才培养，促进职业本科院校的推广应用。明确职业技术教育在社会发展中的重要作用，为了满足企业转型升级对产业人才技术水平、基础知识和学习能力的要求，应将职业教育水平提升至本科水平，因此职业本科院校的推广势在必行。职业本科院校通过传授工业软件理论、算法、程序设计与实现的相关知识，促进学生不断学习工业软件的底层求解器和算法，激发学生的研究热情并提升其研究能力；教学与工业界的接力融合，使学生接触到工业机理和模型，加快提升将工业知识软件化的水平和能力。

（3）加强工业软件研发企业与工业互联网平台企业有机协同，推动工业软件集成商和服务商深度参与工业软件生态建设。工业软件创新型生态建设，不仅需要工业软件研发厂商的探索，也需要工业互联网企业和制造业企业的支持。比起传统意义上的工业软件研发厂商，工业互联网平台企业更擅长通过连接汇集设备数据，精准赋能制造业企业全生命周期管理，逐步涵盖研发设计、生产制造、运维服务和运营管理全链条，同时对接各类行业软件、硬件、通讯商，形成生态效应。因此，二者相互配合、互相协同，通过工业互联网平台带动工业软件研发企业，为企业提供可用、可信的平台型工业软件，并通过企业开发、应用的不断更新迭代，可更加快速地实现产业生态真正落地［18］。同时，工业软件集成商和服务商作为同时掌握特定领域行业知识和工业软件企业优质软件产品的提供者，在整个工业软件生态价值链增值传递的过程中具有独特优势。重视并促进工业软件集成商和服务商将自身工程经验和对特定应用对象技术要求的理解转化为解决方案，并通过实践将工业软件企业提供的软件产品价值进行个性化提升，这对工业软件企业最终赢得制造业企业的满意度及业界认可、推动并繁荣我国工业软件生态发展，将起到不可替代的关键作用。

（4）降低工业软件开发门槛，打造“软件架构开源、工业技术闭源”的工业软件新模式。我国工业软件的破局发展，开源不失为一种新的思路。工业软件的产业生态建设，可以吸收开源技术优势，采用“半开源式”的商业模式。一方面，对软件架构开源能够降低工业软件研发门槛，节约制造业企业研发投入，成为新型工业技术、机理模型最好的试验场；同时建立开发者社区，通过开发者的积极参与、反馈，融入新的工业技术，增加新的工业场景，加速工业产品的迭代，打磨出更加包容、更具传播优势的工业软件，加速工业软件自主创新和国产化进程。另一方面，对工业技术本身闭源，对制造业企业本身的技术、知识产权起到良好的保护作用，对于激发企业创造力、增强企业竞争力、提升软件安全性具有重要作用［19］。对于工业软件的开源模式，一是要针对不同行业需求，分级分批开展相关工作，聚力推动建立行业共用的组件库、模型库、零部件库等；二是要优先布局一批工业软件行业亟须的核心技术开源项目，边用边迭代，缩短与国外同类技术的差距；三是要提升工业软件开源项目在社会、校园的影响力，通过开源项目参与度和贡献度，建设人才数据挖掘平台，定点发现一批、培养一批工业软件领域复合型人才［20］。

4 结语

本文阐述了我国工业软件发展取得的成就、当前面临的问题，以及“十四五”规划给工业软件发展带来的机遇，针对发展目标、发展方向和重点工作等方面对“十四五”规划和软件“十四五”规划中的工业软件相关政策进行解读，最后从关键技术产学研攻关、复合型人才培养、生态建设创新协同、开源工业软件新模式等角度给出了我国现阶段工业软件发展的工作建议，以找出适合我国工业软件发展的有效模式，走中国特色的工业软件发展道路。