破解工業(yè)軟件“扼喉”

何豐倫　余蕊　羅姣娣　陳奧

工業(yè)軟件是指在工業(yè)領(lǐng)域里進(jìn)行研發(fā)設(shè)計(jì)、業(yè)務(wù)管理、生產(chǎn)調(diào)度和過程控制的相關(guān)軟件與系統(tǒng)。過去數(shù)年，“中興”及“福建晉華”等幾次“卡脖子”事件中，工業(yè)軟件和芯片都是同時(shí)出擊的“軟”“硬”兩把利劍。但芯片萬眾矚目，工業(yè)軟件作為關(guān)鍵核心技術(shù)“短板”卻沒有引起足夠重視。

《財(cái)經(jīng)國家周刊》記者調(diào)研發(fā)現(xiàn)，全球工業(yè)軟件市場被歐美軟件巨頭壟斷，國產(chǎn)工業(yè)軟件較國際最高水平存在一定差距。一些工業(yè)企業(yè)忽視軟件化建設(shè)，關(guān)鍵工藝流程和技術(shù)數(shù)據(jù)“空心化”，造成我國工業(yè)軟件行業(yè)缺乏較好的生存土壤。

業(yè)內(nèi)專家呼吁，我國要成為制造強(qiáng)國，必須擁有自主可控的工業(yè)軟件，工業(yè)軟件行業(yè)亟待培育和加強(qiáng)。

“卡脖子”的關(guān)鍵核心技術(shù)

工業(yè)軟件包含研發(fā)設(shè)計(jì)類（CAD、CAE、PLM等）、生產(chǎn)調(diào)度和過程控制類（MES、SCADA等）、業(yè)務(wù)管理類（ERP、SCM、HRM等）三大領(lǐng)域，其中研發(fā)設(shè)計(jì)類更為核心和關(guān)鍵。

全國工商聯(lián)副主席陳放表示，本輪工業(yè)變革發(fā)展迅速，我國在工業(yè)芯片、工業(yè)軟件、工業(yè)感知控制和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)資源服務(wù)等方面明顯落后，是“卡脖子”的短板。

實(shí)際上，美國幾次“卡我國脖子”事件中，工業(yè)軟件和芯片都是同時(shí)出擊的“軟”“硬”兩把利劍，只是芯片萬眾矚目，工業(yè)軟件則少有人知。

短板 芯片萬眾矚目，工業(yè)軟件作為關(guān)鍵核心技術(shù)“短板”卻沒有引起足夠重視。

2018年4月“中興事件”中，不僅芯片禁運(yùn)，美國CAD軟件公司Cadence同時(shí)對中興進(jìn)行了軟件禁運(yùn)。Cadence公司的EDA軟件專門用于設(shè)計(jì)芯片和多層電路板，售價(jià)為數(shù)百萬美元，遠(yuǎn)低于中興每年六七十億美元的芯片進(jìn)口規(guī)模。但據(jù)中航工業(yè)集團(tuán)信息技術(shù)中心原首席顧問寧振波介紹，軟件是芯片的“靈魂”，沒有軟件，芯片就無法被按需設(shè)計(jì)、正常使用。

我國成為制造強(qiáng)國必須擁有自主可控的工業(yè)軟件，工業(yè)軟件行業(yè)亟待培育和加強(qiáng)。

2018年10月，美國商務(wù)部對國產(chǎn)新興存儲器企業(yè)福建晉華公司實(shí)施禁售令，美國光刻機(jī)巨頭應(yīng)用材料、泛林等公司馬上對福建晉華實(shí)施斷供，同時(shí)，美國的工業(yè)軟件企業(yè)也應(yīng)聲停止供應(yīng)，投資370億元的福建晉華立刻陷入癱瘓。

而近幾年，國外工業(yè)軟件巨頭開始采用“訂閱模式”，也讓國外工業(yè)軟件“卡脖子”更容易操作。在“訂閱模式”下，不按時(shí)付費(fèi)則老版本軟件也無法使用，軟件服務(wù)立即停止。

例如，STK是由美國Analytical Graphics公司開發(fā)的一款在航天領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位的商業(yè)分析軟件，應(yīng)用場景包含衛(wèi)星、飛機(jī)、船、車輛、運(yùn)載、導(dǎo)彈、地面站、行星、恒星、目標(biāo)、區(qū)域目標(biāo)以及遙感器、接收機(jī)、轉(zhuǎn)發(fā)器、雷達(dá)等。

目前STK最高版本是11.0，美國從7.0版本開始對我國禁運(yùn)，國內(nèi)可購買到的最高商業(yè)版本是6.0。假設(shè)此軟件也采用訂閱模式，加之禁運(yùn)規(guī)定，那么STK老版本運(yùn)行也將成為一個(gè)大問題。

此外，美國商務(wù)部的出口管制清單中，歐拉型大范圍爆炸、水下爆破、高端氣動(dòng)彈性和高超聲速等仿真軟件，仍然實(shí)施禁運(yùn)，工程模擬的有限元軟件Abaqus，則通過限高32核而對計(jì)算能力進(jìn)行限制。

歐美巨頭必爭之地

根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2017—2022年中國工業(yè)軟件行業(yè)發(fā)展前景預(yù)測與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示，自2011年以來全球工業(yè)軟件市場規(guī)模以每年5%至6%的速度增長，2016年全球企業(yè)級軟件市場規(guī)模約為3530億美元，同比增長5.85%。

另據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《工業(yè)軟件行業(yè)發(fā)展前景預(yù)測與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》，2015年中國工業(yè)軟件市場規(guī)模達(dá)到1079.91億元，同比增長14.9%;2016年為1261.4億元，同比增長16.8%;2017年為1412.4億元，同比增長12%。2018年我國工業(yè)軟件市場規(guī)模預(yù)計(jì)為1622.8億元，同比增長14.9%。

工信部發(fā)布的《2018年軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)統(tǒng)計(jì)公報(bào)》測算，2018年工業(yè)軟件產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)收入增長14.2%。業(yè)內(nèi)專家預(yù)計(jì)，隨著我國智能制造的發(fā)展，未來五年我國工業(yè)軟件市場年均復(fù)合增長率有望維持在兩位數(shù)。

然而，國外軟件巨頭壟斷了工業(yè)軟件市場。根據(jù)走向智能研究院的評估和對多家企業(yè)走訪調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在核心工業(yè)軟件領(lǐng)域，CAD研發(fā)設(shè)計(jì)類軟件市場，被法國達(dá)索、德國西門子、美國PTC以及美國Autodesk公司占據(jù)達(dá)90%以上，國內(nèi)數(shù)碼大方、中望軟件等只占不到10%的市場;CAE仿真軟件市場領(lǐng)域，被美國ANSYS、美國ALTAIR、美國MSC等公司占據(jù)了幾乎全部市場份額。

技術(shù)含量較低的生產(chǎn)管理類工業(yè)軟件領(lǐng)域，高端市場被德國SAP與美國ORACEL公司壟斷90%以上，用友、金蝶等國內(nèi)軟件企業(yè)能占據(jù)中低端市場的80%左右。然而，2017年德國SAP公司營收達(dá)235億歐元，國內(nèi)軟件龍頭企業(yè)用友網(wǎng)絡(luò)為63億元人民幣。

中航工業(yè)集團(tuán)信息技術(shù)中心原首席顧問寧振波以航空領(lǐng)域案例介紹，波音787的整個(gè)研制過程用了8000多種工業(yè)軟件，其中只有不到1000種是商業(yè)化軟件，其余的7000多種都是波音多年積累的私有軟件，不對外銷售，包含了波音公司核心的工程技術(shù)。我國要想達(dá)到波音的飛機(jī)研制水平，工業(yè)軟件就首先要趕上那7000種私有軟件的水平。

美國國家航空航天局聯(lián)合GE、普惠等公司，研發(fā)并在20年間不斷發(fā)展的NPSS軟件，內(nèi)嵌大量發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識、方法和技術(shù)參數(shù)，一天之內(nèi)就可以完成航空發(fā)動(dòng)機(jī)的一輪方案設(shè)計(jì)。

而我國的工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)生態(tài)基礎(chǔ)還較為薄弱，缺乏大量的數(shù)學(xué)物理算法等基礎(chǔ)研究的支撐，一些關(guān)鍵核心技術(shù)被國外企業(yè)掌握，尤其是缺乏關(guān)鍵工藝流程和工業(yè)技術(shù)數(shù)據(jù)的長期積累。

國內(nèi)僅有一家工業(yè)軟件企業(yè)具有幾何建模引擎的知識產(chǎn)權(quán)，其他企業(yè)都通過“授權(quán)”方式使用國外企業(yè)的建模內(nèi)核，幾何建模引擎就已經(jīng)成為“難以逾越的一道坎”，類似的“坎”還有很多。而國外先進(jìn)工業(yè)軟件不可能對我國客戶開放源代碼，“照貓畫虎”的可能性很低。

阿里云智能事業(yè)群戰(zhàn)略拓展部總經(jīng)理李樹翀認(rèn)為，從馬力時(shí)代跨越到“大算力”時(shí)代，突出的特點(diǎn)是蒸汽機(jī)可以用馬力來衡量，但在數(shù)據(jù)時(shí)代算力的快速發(fā)展成為基礎(chǔ)設(shè)施，云計(jì)算的普及讓IT成為一種資源，這是一個(gè)跨時(shí)代的變化。

在他看來，云計(jì)算快速發(fā)展和數(shù)據(jù)大量產(chǎn)生的前提下，計(jì)算機(jī)正在走出一條全新、可以跟人類智能完全不一樣的智慧化的演進(jìn)路徑。算力、數(shù)據(jù)和算法三大領(lǐng)域的“化學(xué)反應(yīng)”深層問題在于工業(yè)軟件領(lǐng)域的“基礎(chǔ)差距”，這是最重要的差距，也恰恰是各國競爭的焦點(diǎn)所在。

自主創(chuàng)新待提升

工業(yè)軟件是工業(yè)和信息產(chǎn)業(yè)的結(jié)合體，但其中最重要、最核心、最底層的支撐是工業(yè)數(shù)據(jù)知識庫，其匯集了工業(yè)生產(chǎn)過程中關(guān)鍵技術(shù)、流程、知識、工藝及數(shù)據(jù)。國外軟件巨頭的工業(yè)數(shù)據(jù)知識庫來自它們幾十年來工業(yè)生產(chǎn)的積累，不可能對外出售。

但過去三十年來直接引進(jìn)的模式，讓一些工業(yè)企業(yè)習(xí)慣于購買和應(yīng)用國外巨頭的工業(yè)軟件，對自主可控工業(yè)軟件的重要性缺乏理解和認(rèn)識，不主動(dòng)積累基礎(chǔ)工藝研發(fā)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，不主動(dòng)布局工業(yè)技術(shù)的軟件化建設(shè)，不主動(dòng)培育和孵化工業(yè)軟件企業(yè)。

調(diào)研時(shí)，有業(yè)內(nèi)人士反映，大型國有企業(yè)下屬的一些專業(yè)信息化公司，較少真正從事自主創(chuàng)新的信息化產(chǎn)品研發(fā)，反而代銷國外軟件產(chǎn)品，以求快速、便捷地獲取利潤。

我國工業(yè)化進(jìn)程中產(chǎn)生的許多核心技術(shù)、知識經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，一方面散落在各個(gè)企業(yè)，閉鎖在技術(shù)人員頭腦中，隨著人員的流動(dòng)而不斷耗散和流失;另一方面，因?yàn)楣I(yè)企業(yè)大量應(yīng)用國外軟件，也直接為國外巨頭的發(fā)展積累了大量寶貴數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。

1998年，法國達(dá)索公司推出了全新系統(tǒng)CATIA V5，一開始并未被市場接受。我國新飛豹戰(zhàn)斗機(jī)的開發(fā)團(tuán)隊(duì)，出于成本上的考慮“大膽”使用了CATIA V5，當(dāng)年就提出了500多個(gè)問題建議，大大豐富了該軟件的成熟程度，為其積累了很多經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

近兩年，海爾集團(tuán)新建了膠州互聯(lián)工廠，用戶可以個(gè)性化定制產(chǎn)品，然后直接下單自動(dòng)化生產(chǎn)。但該工廠的后臺核心系統(tǒng)，來自德國西門子和德國SAP等國際軟件巨頭。工程技術(shù)和工程數(shù)據(jù)閉鎖在西門子、SAP的系統(tǒng)中，后續(xù)技術(shù)改進(jìn)也必須依賴它們進(jìn)行二次開發(fā)。

“萬物互聯(lián)”基石待加強(qiáng)

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，歐美制造強(qiáng)國十分重視工業(yè)軟件的戰(zhàn)略意義。德國提出的“工業(yè) 4.0”認(rèn)為，工業(yè)軟件和賽博物理系統(tǒng)（CPS）是智能制造的核心。美國國防部在2018年9月發(fā)布的《評估和強(qiáng)化國防工業(yè)基礎(chǔ)和彈性供應(yīng)鏈》報(bào)告中，將軟件工程定義為關(guān)鍵使能（enabling）行業(yè)。

在國家戰(zhàn)略層面，美國把科學(xué)計(jì)算和建模仿真作為服務(wù)于國家利益的關(guān)鍵技術(shù)。2009年美國“競爭力委員會(huì)”發(fā)布《美國制造業(yè)——依靠建模和模擬保持全球領(lǐng)導(dǎo)地位》白皮書，將建模、模擬和分析的高性能計(jì)算，視為維系美國制造業(yè)競爭力戰(zhàn)略的王牌。

在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，“工業(yè)4.0時(shí)代”漸行漸近的時(shí)候，新上位的物聯(lián)網(wǎng)新星，正在顛覆著數(shù)據(jù)產(chǎn)生、管理的邏輯，并進(jìn)一步?jīng)_擊了企業(yè)的流程再造，工業(yè)軟件正在變得越來越“面目全非”。

2017年北京PTC大會(huì)上，PTC的全球營銷總監(jiān)直截了當(dāng)?shù)財(cái)嘌浴癐oT就是PLM”。短短1年多時(shí)間之后，工業(yè)軟件巨頭西門子已經(jīng)迅速反應(yīng)過來，進(jìn)行了令人眼花繚亂的整合：西門子全新軟件品牌Xcelerator成為龐大的恐龍軟件包，Mendix則起到了穿針引線的重要戰(zhàn)略作用。

西門子新的軟件部門DIS（數(shù)字工業(yè)軟件），已經(jīng)把Mendix推到了戰(zhàn)略級的位置上，就是為了迎合OT與IT的融合，完全實(shí)現(xiàn)OT人編碼——這個(gè)對未來軟件和工業(yè)APP的實(shí)現(xiàn)速度，改變將是極其深遠(yuǎn)的。

軟件是芯片的“靈魂”，沒有軟件，芯片就無法被按需設(shè)計(jì)、正常使用。

業(yè)內(nèi)人士分析認(rèn)為：全球工業(yè)軟件正在受到數(shù)據(jù)、算力、算法的影響，正在劇烈融合，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具CAD、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件EDA，已經(jīng)遠(yuǎn)非原來的樣子。

眾多專家認(rèn)為：即便是“萬物互聯(lián)”的時(shí)代，工業(yè)軟件也仍然是智能制造的核心。

例如，自動(dòng)駕駛汽車通過各種外置、內(nèi)置傳感器，把感知到的車外行駛環(huán)境的物理信息轉(zhuǎn)換成為計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)，經(jīng)過內(nèi)置人工智能算法的軟件的快速處理，做出正確的駕駛決策，再通過軟件給車內(nèi)的各種控制器發(fā)出正確的動(dòng)作指令。

再如，飛行器和汽車等生產(chǎn)過程中必須進(jìn)行風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)。風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室以人工方式產(chǎn)生并且控制氣流，用來模擬產(chǎn)品周圍氣體的流動(dòng)情況。風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)極為耗電，開啟一座大型風(fēng)洞所需要的電量能擊垮一座小城市的電網(wǎng)，因此多數(shù)企業(yè)需要購買CAE仿真工業(yè)軟件進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。

如今，一架波音787飛機(jī)擁有超過10億行代碼。美國的F22戰(zhàn)斗機(jī)被稱作“會(huì)飛的超級電腦”，內(nèi)部擁有13套超級電腦。美國F35戰(zhàn)斗機(jī)，單機(jī)機(jī)載軟件為900萬行代碼，如果將與之飛行活動(dòng)相關(guān)的地面導(dǎo)航、起降等支撐系統(tǒng)都計(jì)算在內(nèi)，F(xiàn)35一次飛行背后有數(shù)億行軟件代碼運(yùn)行。

中國科協(xié)智能制造學(xué)會(huì)聯(lián)合體智能制造研究所副所長林雪萍認(rèn)為，“軟件強(qiáng)才能制造強(qiáng)”，發(fā)展工業(yè)軟件是推進(jìn)智能制造的必要基礎(chǔ)?，F(xiàn)代信息通信技術(shù)和制造技術(shù)深度融合是智能制造的關(guān)鍵所在，而工業(yè)軟件是其中最為關(guān)鍵的技術(shù)。

“無論硬件、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算等技術(shù)還是制造工藝融合，都離不開軟件定義、編碼和封裝。我國想要成為制造強(qiáng)國也必須擁有自主可控的工業(yè)軟件?！绷盅┢颊f。

走向智能研究院執(zhí)行院長趙敏認(rèn)為，智能制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)最內(nèi)核的就是工業(yè)軟件。當(dāng)智能制造和“工業(yè)4.0”的目標(biāo)越來越聚焦在數(shù)字化設(shè)計(jì)、數(shù)字化工廠和數(shù)字運(yùn)營服務(wù)的時(shí)候，“數(shù)字建模和仿真”，以及CAD計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和CAE計(jì)算機(jī)輔助仿真等核心工業(yè)軟件，成為數(shù)字化工業(yè)背后必不可缺少的支柱。

陳放認(rèn)為，應(yīng)加強(qiáng)核心關(guān)鍵技術(shù)前瞻布局，重點(diǎn)構(gòu)建先進(jìn)自主的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系，著力突破工業(yè)軟件等關(guān)鍵技術(shù)。