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

讀而思

工業(yè)軟件是支撐數字化制造的基石,是智能工業(yè)發(fā)展的第一生產(chǎn)工具,是推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)、大數據、人工智能和制造業(yè)深度融合創(chuàng )新的重要載體。發(fā)展工業(yè)軟件是推進(jìn)制造強國建設的必然要求,是把握工業(yè)發(fā)展主導權的必備條件,是提升國家工業(yè)競爭力的重要抓手。

陸峰? ?賽迪智庫電子信息研究所副所長(cháng)

本文發(fā)表于《中國工業(yè)和信息化》雜志2022年2/3月合刊總第43期

長(cháng)期以來(lái),我國工業(yè)軟件發(fā)展嚴重滯后,培育意識淡薄,國內工業(yè)軟件市場(chǎng)幾乎被國外巨頭所壟斷,重點(diǎn)行業(yè)和重要領(lǐng)域企業(yè)使用工業(yè)軟件嚴重依賴(lài)國外企業(yè),安全隱患和潛在風(fēng)險極大。加快推進(jìn)制造強國建設,必須從戰略層面高度重視工業(yè)軟件發(fā)展,從戰術(shù)層面協(xié)力推進(jìn)工業(yè)軟件發(fā)展突圍,咬定青山不放松持續補工業(yè)軟件之短,夯實(shí)數字時(shí)代工業(yè)發(fā)展安全根基,筑牢制造強國和網(wǎng)絡(luò )強國安全基石。

工業(yè)軟件是數字工業(yè)的基石

發(fā)展工業(yè)軟件是推進(jìn)數字化制造的必然選擇

現代制造是建立在工業(yè)軟件數字化制造基礎之上的,通過(guò)二維、三維設計軟件,可以簡(jiǎn)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(chē)、工程機械等較多復雜信息物理系統研發(fā)制造生產(chǎn),涵蓋概念、框架、系統、詳細等設計,以及數字物理樣機、仿真驗證等眾多環(huán)節,涉及結構、機械、磁聲、光、電、熱、力、流體、振動(dòng)等眾多領(lǐng)域,是一個(gè)規模極其宏大、多學(xué)科深度交叉、技術(shù)高度融合的信息物理系統,離開(kāi)了工業(yè)軟件數字化形式的設計和仿真驗證,依托研制一個(gè)個(gè)實(shí)體樣機試錯研發(fā)推進(jìn)模式,研發(fā)過(guò)程就變得極其復雜,研發(fā)周期就會(huì )大大拉長(cháng),試錯成本就變得極大。

發(fā)展工業(yè)軟件是推進(jìn)制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的內在要求

工業(yè)軟件是支撐制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的必要條件。發(fā)展CAD、CAX、CAE、EDA等研發(fā)設計類(lèi)工業(yè)軟件,推進(jìn)數字化研發(fā)設計和仿真模擬驗證,有利于提高復雜系統研發(fā)設計能力、提升研發(fā)設計效率、降低研發(fā)設計試錯成本。當今世界,飛機、船舶、汽車(chē)、工程機械、智能終端等復雜系統的研發(fā)設計,無(wú)一不是采用設計仿真軟件設計,離開(kāi)了工業(yè)軟件,采用手工繪圖方式,一架飛機光設計圖紙就有數十萬(wàn)張,信息管理就會(huì )變得極其復雜,試錯成本就會(huì )變得極高。發(fā)展CAM、MES、DCS、PLM等工業(yè)軟件,推進(jìn)數字化制造,有利于提升生產(chǎn)排程管控能力,有利于提高資源利用率、生產(chǎn)效率和良品率,有利于提高柔性化制造能力、更好地滿(mǎn)足市場(chǎng)彈性需求??v觀(guān)全球,無(wú)人工廠(chǎng)、黑燈工廠(chǎng)、燈塔工廠(chǎng)等建設,都是建立在智能硬件和生產(chǎn)控制類(lèi)工業(yè)軟件基礎之上,工業(yè)軟件則是無(wú)人工廠(chǎng)的運行指揮魂。


發(fā)展工業(yè)軟件是建設制造強國的必然要求

工業(yè)軟件能力和豐富程度是數字時(shí)代一國工業(yè)強弱的重要指標。工業(yè)軟件絕非一般的普通軟件,是工業(yè)技術(shù)工藝的數字化封裝,是數字時(shí)代一國工業(yè)運行發(fā)展不可或缺的重要基礎工具和基礎設施。一國工業(yè)的強大,從規模上看,取決于工業(yè)門(mén)類(lèi)體系的健全性;從安全性來(lái)看,離不開(kāi)基礎材料、基礎工藝、基礎工業(yè)軟件和基礎零部件的全方位保障能力。工業(yè)軟件作為復雜系統研發(fā)設計、仿真驗證和數字制造的必要工具,已經(jīng)成為衡量一國工業(yè)競爭力的核心指標和參與國際競爭的重要殺手锏。例如,美國工業(yè)強大,不僅僅因其有通用電氣、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(yè)巨頭企業(yè),更重要在于其有Ansys、PTC、Autodesk、Synopsys、Cadence等世界一流的工業(yè)軟件公司,其研發(fā)的各類(lèi)工業(yè)軟件已經(jīng)成為了全球絕大多數國家制造企業(yè)研發(fā)設計無(wú)可替代的必須工具,也正因為上述因素,使得美國實(shí)際在部分高端制造領(lǐng)域牢牢把握著(zhù)別國命運的咽喉。

我國工業(yè)軟件仍缺乏市場(chǎng)競爭力

國產(chǎn)工業(yè)軟件市場(chǎng)占率極低,關(guān)鍵領(lǐng)域和環(huán)節技術(shù)產(chǎn)品嚴重受制于人

當前,我國汽車(chē)、船舶、飛機、工程機械、電子信息等重點(diǎn)制造行業(yè)使用工業(yè)軟件大多來(lái)自Ansys、西門(mén)子、達索、PTC、Autodesk等國外知名企業(yè),CAD、CAE CAM等核心工業(yè)軟件國內企業(yè)市場(chǎng)占有率極低。例如,國內企業(yè)使用的開(kāi)發(fā)設計工具,大部分都為國外公司提供,且國內外產(chǎn)品存在較大代際差,補短板還需要時(shí)日。


與國外主流工業(yè)軟件差距大,國內工業(yè)軟件企業(yè)普遍缺乏市場(chǎng)競爭力


國外主流工業(yè)軟件企業(yè)普遍都有30年以上技術(shù)工藝積累沉淀,部分頭部企業(yè)甚至超過(guò)了50年。例如,著(zhù)名的工業(yè)軟件公司Ansys、UGS、Dassault Systemes、Camstar 、Synopsys、Cadence分別成立于1970年、1969年、1977年、1984年、1986年和1988年,普遍具有超過(guò)30年以上技術(shù)工藝積累。國內絕大多數工業(yè)軟件成立時(shí)間都不足20年,多數都是在近10年內成立的,有相當一部分是近期因為國家政策重視和資本市場(chǎng)驅動(dòng)而成立的。在工業(yè)軟件功能豐富性、仿真模型積累、研發(fā)人員數量、研發(fā)投入,以及用戶(hù)數量等方面,國內工業(yè)軟件與國外企業(yè)存在巨大差距。

企業(yè)工業(yè)軟件培育意識不強,長(cháng)期使用國外軟件導致疏于自我培育


面對制造業(yè)加速數字化轉型時(shí)代大趨勢,作為工業(yè)巨頭的西門(mén)子、達索系統、施耐德等工業(yè)巨頭,21世紀以來(lái),加快推進(jìn)工業(yè)技術(shù)工藝軟件化步伐,通過(guò)大量收購工業(yè)軟件公司,進(jìn)一步強化其數字化制造軟件支撐能力。多年來(lái),國內電子信息、裝備制造、冶金、化工、建材、生物醫藥、建筑等領(lǐng)域重點(diǎn)龍頭企業(yè)普遍不具備技術(shù)工藝軟件化思維,缺乏將自己先進(jìn)技術(shù)工藝軟件化封裝意識,長(cháng)期抱著(zhù)“自己開(kāi)發(fā)不如買(mǎi)、國外軟件功能強大好用、國內工業(yè)軟件不好用”等意識。由于國外企業(yè)不可能將最先進(jìn)的工業(yè)軟件賣(mài)給我國,長(cháng)期使用國外工業(yè)軟件,使得國內制造企業(yè)技術(shù)工藝創(chuàng )新普遍建立在國外工業(yè)軟件基礎之上,技術(shù)工藝趕超國外企業(yè)存在天花板。

天拓分享|工業(yè)軟件“卡脖子”,突圍路徑和方式有哪些?

龍頭制造企業(yè)牽引作用未發(fā)揮,工業(yè)軟件企業(yè)發(fā)展缺乏工業(yè)土壤

縱觀(guān)國外工業(yè)軟件發(fā)展史,傳統工業(yè)巨頭在工業(yè)軟件發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮至關(guān)重要作用,不僅知名的工業(yè)軟件巨頭背后都有傳統工業(yè)巨頭支持的身影,且傳統工業(yè)巨頭自身也通過(guò)成立或收購工業(yè)軟件公司,進(jìn)一步強化工業(yè)軟件和制造的深度融合。例如,西門(mén)子不僅成立了自己的工業(yè)軟件公司,而且從21世紀以來(lái),先后收購了UGS、Camstar、Mentor Graphics、innotec、Vistagy等數十家知名工業(yè)軟件公司,加速壯大其工業(yè)軟件支撐能力。另外,加快推進(jìn)技術(shù)工藝軟件化封裝已經(jīng)成為了國外工業(yè)巨頭的共同選擇。例如,單從軟件代碼行數看,航空航天制造商洛克希德·馬丁公司已經(jīng)超過(guò)微軟成為全球最大的軟件公司。相比國外工業(yè)巨頭,國內制造業(yè)龍頭企業(yè)缺乏布局研發(fā)工業(yè)軟件意識,絕大多數領(lǐng)域龍頭制造企業(yè)使用的仿真設計類(lèi)工業(yè)軟件都來(lái)自Ansys、西門(mén)子、Dassault Systemes、PTC等公司。

基礎研究資源未得到有效整合,產(chǎn)學(xué)研用高效聯(lián)動(dòng)推進(jìn)機制難以構建

工業(yè)軟件離不開(kāi)工藝技術(shù)、仿真算法模型的基礎性研究,這些都是制造企業(yè)和純軟件企業(yè)獨自所能完成的。目前,我國技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和基礎研究存在極為嚴重的脫節情況,造成了極大的研究資源浪費。例如,產(chǎn)業(yè)端對部分技術(shù)工藝、算法模型等基礎研究攻關(guān)需求十分緊迫,但高校等科研機構個(gè)別研究人員已有很好研究積淀,因產(chǎn)研信息不對稱(chēng),找不到產(chǎn)業(yè)化途徑,被束之高閣;企業(yè)端部分技術(shù)工藝、算法模型等基礎研究攻關(guān)已經(jīng)有很大突破,但高校等研究機構還存在大量研究人員在重復研究,甚至研究出的成果跟企業(yè)已經(jīng)應用的技術(shù)還存在較大的代際差。另外,“高校教授愿意參加企業(yè)實(shí)踐、企業(yè)研發(fā)人員能回高校講臺”,國外這種研究機構和企業(yè)之間人才自由流動(dòng)機制,使得國外產(chǎn)業(yè)研究和基礎研究能夠深度協(xié)同起來(lái)。尤其是工業(yè)軟件的開(kāi)發(fā),不是簡(jiǎn)單的技術(shù)攻關(guān)能完成,需要基礎研究、工程實(shí)踐、應用體驗三方面的經(jīng)驗積累。

靠市場(chǎng)自主推進(jìn)培育機制失靈,缺乏有效的組合拳政策實(shí)現培育突圍


在市場(chǎng)占率有、用戶(hù)認可度、企業(yè)研發(fā)投入、軟件自身易用性,以及企業(yè)發(fā)展時(shí)間,國內各領(lǐng)域工業(yè)軟件都無(wú)法跟國外企業(yè)相比,尤其在設計仿真類(lèi)的工業(yè)軟件,國外企業(yè)已經(jīng)牢牢把握市場(chǎng)控制權,再加上技術(shù)工藝積淀、工程實(shí)踐迭代完善、產(chǎn)學(xué)研高效協(xié)同在工業(yè)軟件研發(fā)中發(fā)揮作用遠遠超過(guò)商業(yè)模式,寄希望于單獨通過(guò)商業(yè)模式創(chuàng )新、市場(chǎng)自由競爭等機制,實(shí)現我國工業(yè)軟件突破發(fā)展,難度可謂極大。從市場(chǎng)的角度來(lái)講,如果缺乏國家產(chǎn)業(yè)、財政、金融、稅收等領(lǐng)域政策組合發(fā)力,單純寄希望于社會(huì )資金來(lái)支持國內工業(yè)軟件發(fā)展,市場(chǎng)信心和動(dòng)力都顯得嚴重不足。

推進(jìn)工業(yè)軟件突圍發(fā)展的對策建議


發(fā)揮制度優(yōu)勢,創(chuàng )新推進(jìn)方式。發(fā)揮產(chǎn)業(yè)、財政、金融、稅收等政策組合拳,引導社會(huì )資金積極投資工業(yè)軟件領(lǐng)域,大力扶持本土工業(yè)軟件企業(yè)發(fā)展,推進(jìn)中小型工業(yè)軟件企業(yè)重組兼并,推進(jìn)大型工業(yè)軟件企業(yè)強強聯(lián)合。按照《中華人民共和國科學(xué)技術(shù)進(jìn)步法》要求,發(fā)揮好政府采購牽引作用,鼓勵國有企業(yè)和財政支持項目?jì)?yōu)先采購境內企業(yè)開(kāi)發(fā)培育的工業(yè)軟件。強化央企和行業(yè)龍頭企業(yè)競爭危機意識、國家責任意識、戰略布局意識、系統創(chuàng )新意識,引導其結合本行業(yè)實(shí)踐,聯(lián)合行業(yè)技術(shù)優(yōu)勢企業(yè)、協(xié)會(huì )聯(lián)盟和投資機構合資成立行業(yè)工業(yè)軟件公司,大力發(fā)展和培育本行業(yè)工業(yè)軟件,助力解決行業(yè)“卡脖子”關(guān)鍵問(wèn)題。

強化研用聯(lián)動(dòng),推進(jìn)工程迭代。工業(yè)軟件的發(fā)展不是簡(jiǎn)單攻克某項或某幾項技術(shù)就行,其發(fā)展是一個(gè)功能持續豐富和工程應用修正迭代的動(dòng)態(tài)持續過(guò)程,研用聯(lián)動(dòng)和工程實(shí)踐應用至關(guān)重要。結合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等應用推廣,大力推進(jìn)國產(chǎn)工業(yè)軟件培育和應用,優(yōu)先推進(jìn)在國防、航空航天、重大裝備制造等涉及國家安全的重點(diǎn)行業(yè)試點(diǎn)應用,并建立應用反饋機制,持續推進(jìn)迭代升級。完善國產(chǎn)工業(yè)軟件培訓教材,推進(jìn)國產(chǎn)工業(yè)軟件在學(xué)校專(zhuān)業(yè)人才培養中的應用,提升工業(yè)軟件用戶(hù)黏性。

強化基礎研究,加強人才培養。工業(yè)軟件是數字時(shí)代基礎科學(xué)研究和工程實(shí)踐應用有效結合的重要表現,發(fā)展工業(yè)軟件離不開(kāi)基礎科學(xué)研究和工程實(shí)踐人才培養。全面加強固體力學(xué)、流體力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)相關(guān)基礎學(xué)科研究,深化聲場(chǎng)、磁場(chǎng)、場(chǎng)碰撞、模態(tài)、靜力、疲勞等工程應用研究,強化結構、振動(dòng)、熱、流體、電磁場(chǎng)、電路、系統、芯片等多域多物理場(chǎng)機器耦合仿真研究。全面加強數學(xué)、物理、化學(xué)基礎科學(xué)人才培養,打通基礎科學(xué)培養和企業(yè)工程實(shí)踐通道,推進(jìn)高校和科研機構研究人員和企業(yè)高級技術(shù)人才輪崗,提升基礎科學(xué)研究人才數字化、軟件化、系統化、工程化思維。

推進(jìn)開(kāi)放創(chuàng )新,打造產(chǎn)業(yè)生態(tài)。工業(yè)軟件本質(zhì)上是工業(yè)技術(shù)工藝軟件化封裝,其研發(fā)絕非普通軟件公司所能完成,需要打造利益共同體,集聚各方資源,協(xié)同推進(jìn)攻關(guān)突破。建立行業(yè)工業(yè)軟件創(chuàng )新聯(lián)合體,鼓勵行業(yè)內重點(diǎn)制造企業(yè)以戰略投資模式,聯(lián)合投資成立獨立的工業(yè)軟件公司,協(xié)同推進(jìn)本行業(yè)工業(yè)軟件培育、試點(diǎn)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(shí)吸納相關(guān)模型和算法等的最新研究成果,推進(jìn)試點(diǎn)應用,并逐步完善提升。成立工業(yè)軟件推進(jìn)聯(lián)盟,集聚投融資、基礎研究、軟件研發(fā)、軟件應用等產(chǎn)業(yè)各方,構建利益共贏(yíng)機制,協(xié)同推進(jìn)工業(yè)軟件發(fā)展。

加大扶持力度,推進(jìn)優(yōu)先發(fā)展。要從戰略高度審視工業(yè)軟件發(fā)展的重要性和緊迫性,加快制定工業(yè)軟件發(fā)展國家戰略,從基礎研究、人才培養、產(chǎn)學(xué)研合作、企業(yè)培育、金融支持、稅收優(yōu)惠等方面系統性布局工業(yè)軟件發(fā)展。加大工業(yè)軟件發(fā)展資金扶持力度,強化部門(mén)政策協(xié)同扶持,優(yōu)先支持企業(yè)上市融資,加大信貸供給力度,支持工業(yè)軟件企業(yè)持續獲得發(fā)展資金。通過(guò)提高研究開(kāi)發(fā)費用稅前加計扣除比例、降低工業(yè)軟件企業(yè)增值稅和企業(yè)所得稅上繳比例等方式,大力扶持工業(yè)軟件企業(yè)發(fā)展。

工業(yè)軟件關(guān)系到國家制造業(yè)的安全發(fā)展,更是國家制造業(yè)核心競爭力的重要體現,培育工業(yè)軟件是一國制造業(yè)邁向全球制造產(chǎn)業(yè)鏈高端的必然要求。當前,我國正在推動(dòng)從制造大國向制造強國邁進(jìn),培育壯大工業(yè)軟件是制造強國前進(jìn)道路必須逾越的路坎。

(來(lái)源:中國工業(yè)和信息化)





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