天拓分享 | 工業軟件“卡脖子”,突圍路徑和方式有哪些?
發布日期:
2022-04-24

讀而思

工業(ye) 軟件是支撐數字化製造的基石,是智能工業(ye) 發展的第一生產(chan) 工具,是推進互聯網、大數據、人工智能和製造業(ye) 深度融合創新的重要載體(ti) 。發展工業(ye) 軟件是推進製造強國建設的必然要求,是把握工業(ye) 發展主導權的必備條件,是提升國家工業(ye) 競爭(zheng) 力的重要抓手。

陸峰   賽迪智庫電子信息研究所副所長

本文發表於(yu) 《中國工業(ye) 和信息化》雜誌2022年2/3月合刊總第43期

長期以來,我國工業(ye) 軟件發展嚴(yan) 重滯後,培育意識淡薄,國內(nei) 工業(ye) 軟件市場幾乎被國外巨頭所壟斷,重點行業(ye) 和重要領域企業(ye) 使用工業(ye) 軟件嚴(yan) 重依賴國外企業(ye) ,安全隱患和潛在風險極大。加快推進製造強國建設,必須從(cong) 戰略層麵高度重視工業(ye) 軟件發展,從(cong) 戰術層麵協力推進工業(ye) 軟件發展突圍,咬定青山不放鬆持續補工業(ye) 軟件之短,夯實數字時代工業(ye) 發展安全根基,築牢製造強國和網絡強國安全基石。

工業(ye) 軟件是數字工業(ye) 的基石

發展工業(ye) 軟件是推進數字化製造的必然選擇

現代製造是建立在工業(ye) 軟件數字化製造基礎之上的,通過二維、三維設計軟件,可以簡化設計,大大降低人工作圖工作量,采用計算機軟件仿真,免去做磨具和樣品,可大大提高仿真驗證能力。例如、飛機、船舶、汽車、工程機械等較多複雜信息物理係統研發製造生產(chan) ,涵蓋概念、框架、係統、詳細等設計,以及數字物理樣機、仿真驗證等眾(zhong) 多環節,涉及結構、機械、磁聲、光、電、熱、力、流體(ti) 、振動等眾(zhong) 多領域,是一個(ge) 規模極其宏大、多學科深度交叉、技術高度融合的信息物理係統,離開了工業(ye) 軟件數字化形式的設計和仿真驗證,依托研製一個(ge) 個(ge) 實體(ti) 樣機試錯研發推進模式,研發過程就變得極其複雜,研發周期就會(hui) 大大拉長,試錯成本就變得極大。

發展工業(ye) 軟件是推進製造業(ye) 高質量發展的內(nei) 在要求

工業(ye) 軟件是支撐製造業(ye) 高質量發展的必要條件。發展CAD、CAX、CAE、EDA等研發設計類工業(ye) 軟件,推進數字化研發設計和仿真模擬驗證,有利於(yu) 提高複雜係統研發設計能力、提升研發設計效率、降低研發設計試錯成本。當今世界,飛機、船舶、汽車、工程機械、智能終端等複雜係統的研發設計,無一不是采用設計仿真軟件設計,離開了工業(ye) 軟件,采用手工繪圖方式,一架飛機光設計圖紙就有數十萬(wan) 張,信息管理就會(hui) 變得極其複雜,試錯成本就會(hui) 變得極高。發展CAM、MES、DCS、PLM等工業(ye) 軟件,推進數字化製造,有利於(yu) 提升生產(chan) 排程管控能力,有利於(yu) 提高資源利用率、生產(chan) 效率和良品率,有利於(yu) 提高柔性化製造能力、更好地滿足市場彈性需求。縱觀全球,無人工廠、黑燈工廠、燈塔工廠等建設,都是建立在智能硬件和生產(chan) 控製類工業(ye) 軟件基礎之上,工業(ye) 軟件則是無人工廠的運行指揮魂。


發展工業(ye) 軟件是建設製造強國的必然要求

工業(ye) 軟件能力和豐(feng) 富程度是數字時代一國工業(ye) 強弱的重要指標。工業(ye) 軟件絕非一般的普通軟件,是工業(ye) 技術工藝的數字化封裝,是數字時代一國工業(ye) 運行發展不可或缺的重要基礎工具和基礎設施。一國工業(ye) 的強大,從(cong) 規模上看,取決(jue) 於(yu) 工業(ye) 門類體(ti) 係的健全性;從(cong) 安全性來看,離不開基礎材料、基礎工藝、基礎工業(ye) 軟件和基礎零部件的全方位保障能力。工業(ye) 軟件作為(wei) 複雜係統研發設計、仿真驗證和數字製造的必要工具,已經成為(wei) 衡量一國工業(ye) 競爭(zheng) 力的核心指標和參與(yu) 國際競爭(zheng) 的重要殺手鐧。例如,美國工業(ye) 強大,不僅(jin) 僅(jin) 因其有通用電氣、波音、卡特彼勒、霍尼韋爾、艾默生、雷神、洛克希德·馬丁等一批世界級工業(ye) 巨頭企業(ye) ,更重要在於(yu) 其有Ansys、PTC、Autodesk、Synopsys、Cadence等世界一流的工業(ye) 軟件公司,其研發的各類工業(ye) 軟件已經成為(wei) 了全球絕大多數國家製造企業(ye) 研發設計無可替代的必須工具,也正因為(wei) 上述因素,使得美國實際在部分高端製造領域牢牢把握著別國命運的咽喉。

我國工業(ye) 軟件仍缺乏市場競爭(zheng) 力

國產(chan) 工業(ye) 軟件市場占率極低,關(guan) 鍵領域和環節技術產(chan) 品嚴(yan) 重受製於(yu) 人

當前,我國汽車、船舶、飛機、工程機械、電子信息等重點製造行業(ye) 使用工業(ye) 軟件大多來自Ansys、西門子、達索、PTC、Autodesk等國外知名企業(ye) ,CAD、CAE CAM等核心工業(ye) 軟件國內(nei) 企業(ye) 市場占有率極低。例如,國內(nei) 企業(ye) 使用的開發設計工具,大部分都為(wei) 國外公司提供,且國內(nei) 外產(chan) 品存在較大代際差,補短板還需要時日。


與(yu) 國外主流工業(ye) 軟件差距大,國內(nei) 工業(ye) 軟件企業(ye) 普遍缺乏市場競爭(zheng) 力


國外主流工業(ye) 軟件企業(ye) 普遍都有30年以上技術工藝積累沉澱,部分頭部企業(ye) 甚至超過了50年。例如,著名的工業(ye) 軟件公司Ansys、UGS、Dassault Systemes、Camstar 、Synopsys、Cadence分別成立於(yu) 1970年、1969年、1977年、1984年、1986年和1988年,普遍具有超過30年以上技術工藝積累。國內(nei) 絕大多數工業(ye) 軟件成立時間都不足20年,多數都是在近10年內(nei) 成立的,有相當一部分是近期因為(wei) 國家政策重視和資本市場驅動而成立的。在工業(ye) 軟件功能豐(feng) 富性、仿真模型積累、研發人員數量、研發投入,以及用戶數量等方麵,國內(nei) 工業(ye) 軟件與(yu) 國外企業(ye) 存在巨大差距。

企業(ye) 工業(ye) 軟件培育意識不強,長期使用國外軟件導致疏於(yu) 自我培育


麵對製造業(ye) 加速數字化轉型時代大趨勢,作為(wei) 工業(ye) 巨頭的西門子、達索係統、施耐德等工業(ye) 巨頭,21世紀以來,加快推進工業(ye) 技術工藝軟件化步伐,通過大量收購工業(ye) 軟件公司,進一步強化其數字化製造軟件支撐能力。多年來,國內(nei) 電子信息、裝備製造、冶金、化工、建材、生物醫藥、建築等領域重點龍頭企業(ye) 普遍不具備技術工藝軟件化思維,缺乏將自己先進技術工藝軟件化封裝意識,長期抱著“自己開發不如買(mai) 、國外軟件功能強大好用、國內(nei) 工業(ye) 軟件不好用”等意識。由於(yu) 國外企業(ye) 不可能將最先進的工業(ye) 軟件賣給我國,長期使用國外工業(ye) 軟件,使得國內(nei) 製造企業(ye) 技術工藝創新普遍建立在國外工業(ye) 軟件基礎之上,技術工藝趕超國外企業(ye) 存在天花板。

天拓分享|工業(ye) 軟件“卡脖子”,突圍路徑和方式有哪些?

龍頭製造企業(ye) 牽引作用未發揮,工業(ye) 軟件企業(ye) 發展缺乏工業(ye) 土壤

縱觀國外工業(ye) 軟件發展史,傳(chuan) 統工業(ye) 巨頭在工業(ye) 軟件發展過程中發揮至關(guan) 重要作用,不僅(jin) 知名的工業(ye) 軟件巨頭背後都有傳(chuan) 統工業(ye) 巨頭支持的身影,且傳(chuan) 統工業(ye) 巨頭自身也通過成立或收購工業(ye) 軟件公司,進一步強化工業(ye) 軟件和製造的深度融合。例如,西門子不僅(jin) 成立了自己的工業(ye) 軟件公司,而且從(cong) 21世紀以來,先後收購了UGS、Camstar、Mentor Graphics、innotec、Vistagy等數十家知名工業(ye) 軟件公司,加速壯大其工業(ye) 軟件支撐能力。另外,加快推進技術工藝軟件化封裝已經成為(wei) 了國外工業(ye) 巨頭的共同選擇。例如,單從(cong) 軟件代碼行數看,航空航天製造商洛克希德·馬丁公司已經超過微軟成為(wei) 全球最大的軟件公司。相比國外工業(ye) 巨頭,國內(nei) 製造業(ye) 龍頭企業(ye) 缺乏布局研發工業(ye) 軟件意識,絕大多數領域龍頭製造企業(ye) 使用的仿真設計類工業(ye) 軟件都來自Ansys、西門子、Dassault Systemes、PTC等公司。

基礎研究資源未得到有效整合,產(chan) 學研用高效聯動推進機製難以構建

工業(ye) 軟件離不開工藝技術、仿真算法模型的基礎性研究,這些都是製造企業(ye) 和純軟件企業(ye) 獨自所能完成的。目前,我國技術產(chan) 業(ye) 發展和基礎研究存在極為(wei) 嚴(yan) 重的脫節情況,造成了極大的研究資源浪費。例如,產(chan) 業(ye) 端對部分技術工藝、算法模型等基礎研究攻關(guan) 需求十分緊迫,但高校等科研機構個(ge) 別研究人員已有很好研究積澱,因產(chan) 研信息不對稱,找不到產(chan) 業(ye) 化途徑,被束之高閣;企業(ye) 端部分技術工藝、算法模型等基礎研究攻關(guan) 已經有很大突破,但高校等研究機構還存在大量研究人員在重複研究,甚至研究出的成果跟企業(ye) 已經應用的技術還存在較大的代際差。另外,“高校教授願意參加企業(ye) 實踐、企業(ye) 研發人員能回高校講台”,國外這種研究機構和企業(ye) 之間人才自由流動機製,使得國外產(chan) 業(ye) 研究和基礎研究能夠深度協同起來。尤其是工業(ye) 軟件的開發,不是簡單的技術攻關(guan) 能完成,需要基礎研究、工程實踐、應用體(ti) 驗三方麵的經驗積累。

靠市場自主推進培育機製失靈,缺乏有效的組合拳政策實現培育突圍


在市場占率有、用戶認可度、企業(ye) 研發投入、軟件自身易用性,以及企業(ye) 發展時間,國內(nei) 各領域工業(ye) 軟件都無法跟國外企業(ye) 相比,尤其在設計仿真類的工業(ye) 軟件,國外企業(ye) 已經牢牢把握市場控製權,再加上技術工藝積澱、工程實踐迭代完善、產(chan) 學研高效協同在工業(ye) 軟件研發中發揮作用遠遠超過商業(ye) 模式,寄希望於(yu) 單獨通過商業(ye) 模式創新、市場自由競爭(zheng) 等機製,實現我國工業(ye) 軟件突破發展,難度可謂極大。從(cong) 市場的角度來講,如果缺乏國家產(chan) 業(ye) 、財政、金融、稅收等領域政策組合發力,單純寄希望於(yu) 社會(hui) 資金來支持國內(nei) 工業(ye) 軟件發展,市場信心和動力都顯得嚴(yan) 重不足。

推進工業(ye) 軟件突圍發展的對策建議


發揮製度優(you) 勢,創新推進方式。發揮產(chan) 業(ye) 、財政、金融、稅收等政策組合拳,引導社會(hui) 資金積極投資工業(ye) 軟件領域,大力扶持本土工業(ye) 軟件企業(ye) 發展,推進中小型工業(ye) 軟件企業(ye) 重組兼並,推進大型工業(ye) 軟件企業(ye) 強強聯合。按照《中華人民共和國科學技術進步法》要求,發揮好政府采購牽引作用,鼓勵國有企業(ye) 和財政支持項目優(you) 先采購境內(nei) 企業(ye) 開發培育的工業(ye) 軟件。強化央企和行業(ye) 龍頭企業(ye) 競爭(zheng) 危機意識、國家責任意識、戰略布局意識、係統創新意識,引導其結合本行業(ye) 實踐,聯合行業(ye) 技術優(you) 勢企業(ye) 、協會(hui) 聯盟和投資機構合資成立行業(ye) 工業(ye) 軟件公司,大力發展和培育本行業(ye) 工業(ye) 軟件,助力解決(jue) 行業(ye) “卡脖子”關(guan) 鍵問題。

強化研用聯動,推進工程迭代。工業(ye) 軟件的發展不是簡單攻克某項或某幾項技術就行,其發展是一個(ge) 功能持續豐(feng) 富和工程應用修正迭代的動態持續過程,研用聯動和工程實踐應用至關(guan) 重要。結合工業(ye) 互聯網等應用推廣,大力推進國產(chan) 工業(ye) 軟件培育和應用,優(you) 先推進在國防、航空航天、重大裝備製造等涉及國家安全的重點行業(ye) 試點應用,並建立應用反饋機製,持續推進迭代升級。完善國產(chan) 工業(ye) 軟件培訓教材,推進國產(chan) 工業(ye) 軟件在學校專(zhuan) 業(ye) 人才培養(yang) 中的應用,提升工業(ye) 軟件用戶黏性。

強化基礎研究,加強人才培養(yang) 。工業(ye) 軟件是數字時代基礎科學研究和工程實踐應用有效結合的重要表現,發展工業(ye) 軟件離不開基礎科學研究和工程實踐人才培養(yang) 。全麵加強固體(ti) 力學、流體(ti) 力學、熱學、電磁學相關(guan) 基礎學科研究,深化聲場、磁場、場碰撞、模態、靜力、疲勞等工程應用研究,強化結構、振動、熱、流體(ti) 、電磁場、電路、係統、芯片等多域多物理場機器耦合仿真研究。全麵加強數學、物理、化學基礎科學人才培養(yang) ,打通基礎科學培養(yang) 和企業(ye) 工程實踐通道,推進高校和科研機構研究人員和企業(ye) 高級技術人才輪崗,提升基礎科學研究人才數字化、軟件化、係統化、工程化思維。

推進開放創新,打造產(chan) 業(ye) 生態。工業(ye) 軟件本質上是工業(ye) 技術工藝軟件化封裝,其研發絕非普通軟件公司所能完成,需要打造利益共同體(ti) ,集聚各方資源,協同推進攻關(guan) 突破。建立行業(ye) 工業(ye) 軟件創新聯合體(ti) ,鼓勵行業(ye) 內(nei) 重點製造企業(ye) 以戰略投資模式,聯合投資成立獨立的工業(ye) 軟件公司,協同推進本行業(ye) 工業(ye) 軟件培育、試點應用和工程迭代。積極吸納高校和科技機構研究人員的研究成果,及時吸納相關(guan) 模型和算法等的最新研究成果,推進試點應用,並逐步完善提升。成立工業(ye) 軟件推進聯盟,集聚投融資、基礎研究、軟件研發、軟件應用等產(chan) 業(ye) 各方,構建利益共贏機製,協同推進工業(ye) 軟件發展。

加大扶持力度,推進優(you) 先發展。要從(cong) 戰略高度審視工業(ye) 軟件發展的重要性和緊迫性,加快製定工業(ye) 軟件發展國家戰略,從(cong) 基礎研究、人才培養(yang) 、產(chan) 學研合作、企業(ye) 培育、金融支持、稅收優(you) 惠等方麵係統性布局工業(ye) 軟件發展。加大工業(ye) 軟件發展資金扶持力度,強化部門政策協同扶持,優(you) 先支持企業(ye) 上市融資,加大信貸供給力度,支持工業(ye) 軟件企業(ye) 持續獲得發展資金。通過提高研究開發費用稅前加計扣除比例、降低工業(ye) 軟件企業(ye) 增值稅和企業(ye) 所得稅上繳比例等方式,大力扶持工業(ye) 軟件企業(ye) 發展。

工業(ye) 軟件關(guan) 係到國家製造業(ye) 的安全發展,更是國家製造業(ye) 核心競爭(zheng) 力的重要體(ti) 現,培育工業(ye) 軟件是一國製造業(ye) 邁向全球製造產(chan) 業(ye) 鏈高端的必然要求。當前,我國正在推動從(cong) 製造大國向製造強國邁進,培育壯大工業(ye) 軟件是製造強國前進道路必須逾越的路坎。

(來源:中國工業(ye) 和信息化)





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