新時期中國工業(yè)軟件趕超思路與發(fā)展路徑研究

湯方晴，陳 菲，王 雷

(1.杭州電子科技大學 管理學院，浙江 杭州 310018；2.浙江省智能制造專家委員會，浙江 杭州 310051)

工業(yè)軟件主要是指用于工業(yè)領域，與提高研發(fā)設計、生產(chǎn)調(diào)度、業(yè)務管理和過程控制水平相關的軟件與系統(tǒng)。作為經(jīng)營活動中仿真、優(yōu)化、決策等關鍵職能的重要支持，工業(yè)軟件已經(jīng)廣泛應用在各個工業(yè)領域和制造全過程，顯示出了極強的產(chǎn)業(yè)滲透性和影響力。有數(shù)據(jù)表明，100億美元產(chǎn)值的EDA軟件市場就能控制5 000多億美元的半導體市場以及1.5萬億美元規(guī)模的電子行業(yè)。目前國內(nèi)工業(yè)軟件市場尤其是高端市場，幾乎被國外軟件壟斷，這已經(jīng)成為我國工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的瓶頸。

一、國外工業(yè)軟件的發(fā)展路徑綜述

國內(nèi)工業(yè)軟件目前整體水平不高，關鍵技術對國外依存程度較高。有數(shù)據(jù)顯示：國內(nèi)80%的規(guī)劃軟件、50%的制作軟件以及95%的效勞軟件目前無法做到自主可控[1]。此外，從國內(nèi)工業(yè)軟件市場份額來看，在研發(fā)設計類工業(yè)軟件領域，國產(chǎn)CAD軟件的市場份額不足10%，CAE、EDA軟件的市場份額甚至不到5%；在生產(chǎn)控制類軟件領域，西門子、GE、施耐德以及羅克韋爾等國外軟件的優(yōu)勢突出；在運營管理類軟件領域，國產(chǎn)工業(yè)軟件主要集中在中、低端市場，而高端市場被國外軟件公司搶占了至少90%的市場份額[2]。業(yè)內(nèi)專家認為，改革開放后，工業(yè)軟件是唯一與國外同行不斷拉大差距的工業(yè)技術領域[3]。歐美是工業(yè)軟件的起源地與最大市場，從國際著名工業(yè)軟件企業(yè)的發(fā)展歷程看，主要有以下發(fā)展經(jīng)驗：

第一，需求提供者、軟件使用者、軟件開發(fā)者“三者統(tǒng)一”是工業(yè)軟件發(fā)展初期的最大特點。20世紀60、70年代，波音、洛克希德、達索、大眾等財資雄厚的航天巨頭、軍火商、汽車商根據(jù)自身發(fā)展需求獨立開發(fā)或依托軟件廠商開發(fā)工業(yè)軟件，催生并推動了工業(yè)軟件爆發(fā)式發(fā)展[4]。

第二，將自用軟件進行商業(yè)化是工業(yè)軟件企業(yè)的重要拓展路徑。世界知名CAD/CAE/CAM一體化軟件CATIA，原是達索航空內(nèi)部工具。1981年達索航空將CATIA作為產(chǎn)品對外銷售并創(chuàng)建達索系統(tǒng)公司進行獨立商業(yè)化運作，將軟件應用領域從航空行業(yè)向汽車等其他行業(yè)延伸，這是達索發(fā)展的重要拓展決策[5]。

第三，并購是工業(yè)軟件企業(yè)壯大的關鍵策略。并購是工業(yè)軟件企業(yè)成長為行業(yè)巨頭的主要模式，例如西門子正是通過20多次并購從一家機械自動化的硬件公司躋身世界十大軟件供應商行列，達索系統(tǒng)更是經(jīng)歷50多次并購才得以壯大發(fā)展。

第四，基于平臺打造軟件生態(tài)是工業(yè)軟件企業(yè)發(fā)展的重要措施方法[6]。例如西門子最新的工業(yè)軟件產(chǎn)品組合Xcelerator集成了PLM、ALM、MOM、EDA等軟件，同時基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺MindSphere的底層支撐和上層的SaaS應用更是形成了一個巨型的軟件生態(tài)平臺，而平臺的開放性和兼容性使之競爭力更為強勁。

總體而言，“自主按需開發(fā)-對外商業(yè)化拓展-并購布局擴張壯大-平臺化形成生態(tài)”是國外主流工業(yè)軟件企業(yè)發(fā)展的路徑。同時，歐美政府在軟件行業(yè)發(fā)展中也起到了重要作用，國家高度重視并持續(xù)投入巨資扶持，也是歐美形成領先優(yōu)勢的關鍵因素。

二、我國工業(yè)軟件后發(fā)趕超的思路

工業(yè)軟件是擁有極強路徑依賴性的產(chǎn)品，路徑依賴如同物理學中的慣性，它的表現(xiàn)方式是在選擇路徑后會進行不斷自我強化并實現(xiàn)路徑鎖定。這種特性使得后發(fā)企業(yè)在競爭中處于不利地位，實現(xiàn)趕超的難度特別大，主要體現(xiàn)在：

第一，“累積”過程不可逾越。工業(yè)軟件的本質(zhì)是工業(yè)技術知識的代碼化，就是將反復應用中沉淀和積累下來且被證明行之有效的工業(yè)技術知識用軟件進行固定，從而指導和控制物理世界進行高效、有序甚至創(chuàng)造性地運轉[7]。工業(yè)技術知識的積累沉淀、升級與更新是一個長期的、不可逾越的過程，工業(yè)軟件的融合與迭代也需要持續(xù)打磨?；诠I(yè)軟件的長期技術繼承與高場景依賴性，當前國際主流工業(yè)軟件產(chǎn)品皆是通過不斷試錯來提升技術，在經(jīng)歷數(shù)十年的沉淀之后才能夠獲得行業(yè)的認可[8]。行業(yè)的知識門檻與累積優(yōu)勢很難跨越。

第二，“先發(fā)”優(yōu)勢難以突破。工業(yè)軟件產(chǎn)品技術知識繼承特性與報酬遞增特性顯著，率先發(fā)展起來的軟件擁有優(yōu)勢地位，能夠借助巨大規(guī)模促進單位成本降低，然后利用集群效應普遍推行，從而在市場上愈加盛行，最終實現(xiàn)自我增強的良性循環(huán)。然而后發(fā)者卻因為沒有獲得足夠的使用者而陷入惡性循環(huán)，始終被“鎖定”在某種被動狀態(tài)之中。比如1993年國產(chǎn)EDA軟件面世之初，先發(fā)展起來的國外EDA軟件公司就采取了放寬使用限制策略，以低廉的價格和打包傾銷的市場策略重創(chuàng)了國產(chǎn)EDA，使之商業(yè)化之路遙遙無期。

第三，供需“鎖定”關系突出。工業(yè)軟件的轉換成本非常高，因為軟件轉換關系到企業(yè)組織體系、管理模式以及業(yè)務流程等方面的巨大變革，還需考慮員工培訓、適應以及軟件的兼容問題，是耗時耗力的復雜系統(tǒng)工程。這使得用戶一旦選擇了某軟件，在一定程度上就與該軟件及軟件企業(yè)形成了“鎖定”關系。目前，中國大型企業(yè)普遍使用的一些國外工業(yè)軟件，其中巨大的轉換成本也是導致其難以做出使用國產(chǎn)軟件替代決策的重要原因。

當歷史因素導致“路徑依賴”已經(jīng)形成，打破“鎖定”壁壘的最直接方式就是“路徑創(chuàng)造”。中國工業(yè)軟件要實現(xiàn)后發(fā)趕超，關鍵是要打破路徑依賴所造成的后發(fā)劣勢，精準結合中國工業(yè)的特點尋找新的路徑切入，并實現(xiàn)自我強化的良性循環(huán)，繼而形成新的工業(yè)軟件生態(tài)體系，主要應從以下方面入手：

第一，換場角逐，切入發(fā)展新軌道。工業(yè)軟件都是針對不同工業(yè)場景的專用定制，軟件與行業(yè)特點結合緊密，不同的工業(yè)領域?qū)I(yè)軟件有特殊需求，且差異性大、專用性強，往往需要定制開發(fā)。工業(yè)場景的豐富性意味著存在新的賽場以打破路徑依賴的枷鎖，加之中國是世界上唯一擁有完整工業(yè)體系的國家，不少工業(yè)門類是中國獨有的，國外工業(yè)軟件在這些門類尚未進行布局，這為后發(fā)的中國工業(yè)軟件發(fā)展提供了特殊的空間。

第二，快速滲透，站穩(wěn)腳跟求生存。工業(yè)軟件具有開發(fā)難度大和經(jīng)費投入高的特點，例如全球最大的CAE仿真軟件公司美國Ansys，它在2019年的研發(fā)投入高達2.98億美元[9]。巨大的投入若沒有規(guī)?；男枨笾?，軟件企業(yè)將難以存活。當前，中國工業(yè)的數(shù)字化轉型提供了世界上最大的工業(yè)軟件需求市場，而產(chǎn)業(yè)集群的組織形式也有助于優(yōu)秀工業(yè)軟件在行業(yè)中的快速擴散。抓住機遇，用好政策，在特定行業(yè)領域?qū)崿F(xiàn)定制性工業(yè)軟件的快速滲透，快速擴大應用規(guī)模，是工業(yè)軟件企業(yè)生存和發(fā)展的重要條件。

第三，加速迭代，持續(xù)創(chuàng)新謀發(fā)展。工業(yè)軟件是通過專業(yè)知識的代碼化來提供服務，只有在工業(yè)場景下深入應用，才能不斷調(diào)整、擴充、完善，并獲得工業(yè)界新出現(xiàn)的技術知識與新業(yè)態(tài)管理知識。此外，只有在制造過程中用大量真實可用的數(shù)據(jù)進行不斷訓練與深度學習，新型工業(yè)軟件的功能才能不斷豐富。工業(yè)軟件依據(jù)工業(yè)真實的需求來不斷研發(fā)新功能，同時工業(yè)界的實踐應用對工業(yè)軟件進行持續(xù)“反哺”，這樣的供需雙方良性互動是工業(yè)軟件的發(fā)展要件。

在換場角逐、快速滲透、加速迭代的發(fā)展思路下，我國將形成新的根植于中國特色工業(yè)產(chǎn)業(yè)的多主體參與的工業(yè)軟件生態(tài)體系。在這樣的體系中，國產(chǎn)工業(yè)軟件不僅可以在特定市場上實現(xiàn)“先發(fā)”優(yōu)勢，更可以在軟件標準、架構、分類等方面掌握新的話語權，這將打開國產(chǎn)工業(yè)軟件全面發(fā)展的新局面。

三、中國工業(yè)軟件的發(fā)展路徑

在國外工業(yè)軟件壟斷“護城河”已經(jīng)形成的背景下，抓住傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉型的窗口期，立足中國豐富的工業(yè)場景優(yōu)勢，中國工業(yè)軟件可以走“專精起步-行業(yè)擴張-生態(tài)持續(xù)”的發(fā)展路徑：尋找特定的工業(yè)應用場景，基于同一產(chǎn)業(yè)的共性需求快速擴大用戶規(guī)模，在規(guī)?；瘧弥谐掷m(xù)迭代并豐富軟件功能，最終形成工業(yè)軟件生態(tài)。其中，特定的工業(yè)應用場景是萌發(fā)基礎，快速擴大用戶規(guī)模是生存基礎，在規(guī)?；瘧弥屑铀俟δ艿欠睒s基礎。

(一)扎根細分行業(yè)特色需求，研發(fā)“專精”工業(yè)軟件

從工業(yè)基礎和市場需求點來看，某一工業(yè)細分領域中的中小企業(yè)市場，是中國工業(yè)軟件發(fā)展的較好切入點。其一，中小企業(yè)對工業(yè)軟件的需求愈加旺盛。從數(shù)量上看，全國中小工業(yè)企業(yè)的數(shù)量至少占全部工業(yè)企業(yè)數(shù)量的98%，浙江省的工業(yè)企業(yè)總數(shù)甚至占全省工業(yè)企業(yè)總數(shù)的99%以上。當前，中小企業(yè)數(shù)字化水平普遍偏低，工業(yè)軟件的“遺產(chǎn)負擔”輕，對工業(yè)軟件的路徑依賴尚未形成，加之“后疫情時代”企業(yè)數(shù)字化轉型意愿逐漸強烈，中小企業(yè)市場有望成為國產(chǎn)工業(yè)軟件的“先占”領地。其二，“頂天”的國外軟件，難以“立地”中國的中小企業(yè)。國外工業(yè)軟件大多催生于軍工、汽車、航空航天等應用場景，并聚焦于高端裝備制造業(yè)領域，在我國特定的細分工業(yè)領域并沒有太大的技術累積優(yōu)勢。因此，在傳統(tǒng)工業(yè)數(shù)字化轉型背景下，中國工業(yè)軟件可以選擇特定領域，并瞄準中小企業(yè)的真實痛點，打造“專精”工業(yè)軟件，以此切入軟件發(fā)展軌道。

(二)推動快速滲透，實現(xiàn)規(guī)?；瘧?/h3>

以中小企業(yè)為主體的產(chǎn)業(yè)集群，是中國特別是浙江等地區(qū)區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的重要組織形態(tài)。產(chǎn)業(yè)集群內(nèi)部同類企業(yè)經(jīng)營模式相似度高、技術需求類同性高、信息傳播速度快、相互學習模仿快，有著新技術應用快速擴散的優(yōu)質(zhì)土壤。

行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是資源泛在連接、高效配置與彈性供給的工業(yè)云平臺，發(fā)展到一定階段后，其形態(tài)類似于“線上產(chǎn)業(yè)集群”。依托行業(yè)云平臺，工業(yè)軟件可以實現(xiàn)低成本、高效率的研發(fā)部署，大批量滿足產(chǎn)業(yè)集群內(nèi)部同一性、相似性高的軟件服務需求，從而快速擴大客戶規(guī)模。隨著客戶規(guī)模擴大，軟件企業(yè)研發(fā)和運維單位成本將進一步降低，繼而能提供更有競爭力的軟件服務。“降本”與“規(guī)?；毕嗷プ饔?，工業(yè)軟件企業(yè)的生存困境得以破解，用戶需求得到滿足，會形成供給和需求雙贏的良性局面?？偟膩碚f，行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是高效的技術擴散中介，基于行業(yè)性平臺，技術研發(fā)與使用成本將更低、信息傳播速度將更快、同行競爭協(xié)作更加緊密，技術擴散的效率也將更高。依托產(chǎn)業(yè)集群構建行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，線上線下共同推進，是實現(xiàn)工業(yè)軟件快速推廣的有效方式。

(三)“行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺+工業(yè)App”，加速迭代形成生態(tài)

從工業(yè)軟件的發(fā)展角度來看，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的起始邏輯是軟件研發(fā)與應用的“降本”與“規(guī)?；保莼较騽t是軟件的功能迭代升級與生態(tài)的構建?！靶袠I(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺+工業(yè)App”模式，是匯聚工業(yè)真實數(shù)據(jù)、提高工業(yè)技術知識累積效率、加速軟件功能迭代升級的最優(yōu)組合。

工業(yè)App是加速工業(yè)技術知識固化與累積的關鍵工具。工業(yè)技術知識造就工業(yè)軟件，軟件又是工業(yè)知識累積的最好容器，工業(yè)技術知識的累積與自主工業(yè)軟件發(fā)展雙軌并進是工業(yè)軟件發(fā)展的科學路徑。工業(yè)App既是工業(yè)軟件發(fā)展的新形態(tài)，更是工業(yè)技術軟件化的重要成果[9]。工業(yè)技術知識的固化與封裝是工業(yè)App的核心，即將解決特定問題的流程、邏輯、算法、規(guī)則、經(jīng)驗等工業(yè)技術知識模型化、代碼化、軟件化為工業(yè)App并復用。工業(yè)App作為一種低代碼、小輕靈、可組合、可復用工業(yè)軟件，能夠通過一定的邏輯和交互進行組合，以解決更加復雜的問題，這不僅加快了知識的復用效率，也破解了傳統(tǒng)常規(guī)工業(yè)軟件定制效率低和定制成本高的缺陷。

在“行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺+工業(yè)App”的模式下，將形成一個大的“工業(yè)技術知識累積-工業(yè)軟件功能迭代-工業(yè)技術知識再積累”的生態(tài)共同體。在生態(tài)共同體中，工業(yè)軟件的“眾創(chuàng)”成為可能?！肮I(yè)人”將真正參與工業(yè)軟件的發(fā)展，貢獻工業(yè)領域的專業(yè)知識，成為知識服務主體，工業(yè)知識服務師、工業(yè)知識助產(chǎn)師等新角色將誕生；“軟件人”可以從過去繁復低效的軟件定制開發(fā)工作中剝離，專注完善工業(yè)App開發(fā)工具與環(huán)境，并與“工業(yè)人”共同精研算法、構建數(shù)據(jù)模型、打造工業(yè)App，多主體共同推進工業(yè)軟件的不斷迭代與升級。

(四)寧波創(chuàng)元信息科技有限公司發(fā)展案例

寧波北侖區(qū)是壓鑄模具產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，中小企業(yè)是該產(chǎn)業(yè)的主體，低成本、短工期、易操作的輕量化改造是企業(yè)對工業(yè)軟件使用的要求。模具生產(chǎn)是典型的離散型制造模式，生產(chǎn)安排存在高度的不確定性，生產(chǎn)效率不高、低級錯誤頻發(fā)、異常處理遲滯、交期難以保證等是模具行業(yè)的普遍性問題，這些問題是傳統(tǒng)流程驅(qū)動型ERP和計劃驅(qū)動型MES系統(tǒng)難以解決的。

綜合模具企業(yè)數(shù)字化轉型需求，寧波創(chuàng)元公司組織團隊深入車間進行研發(fā)，通過幾年努力成功研發(fā)了Neural-MOS工業(yè)軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過精益的算法實現(xiàn)人、機、料科學優(yōu)化調(diào)度，解決了模具生產(chǎn)無序、雜亂的痛點問題。第一家企業(yè)在上線該系統(tǒng)后，半年內(nèi)產(chǎn)能提升近100%，生產(chǎn)成本降低20%，返工率降低30%，模具交期縮短20%，低級錯誤減少55%。由于效果顯著，加之系統(tǒng)低成本、短工期、易操作的特性，該系統(tǒng)在模具產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)內(nèi)迅速“走紅”，形成了模具行業(yè)數(shù)字化轉型的“北侖模式”。2020年7月Neural-MOS系統(tǒng)被寧波市政府選中為全市模具行業(yè)數(shù)字化轉型指定方案，寧波創(chuàng)元公司的業(yè)務呈爆發(fā)式增長態(tài)勢，成為寧波模具行業(yè)生產(chǎn)控制類軟件的領跑者。目前，在大型汽車塑料模具產(chǎn)業(yè)集聚、模具專業(yè)化分工成熟的寧?？h，“北侖模式”正被復制并升級。寧波創(chuàng)元公司已經(jīng)著手在寧海縣打造模具行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，以開源開放的方式與模具企業(yè)共同研發(fā)應用工業(yè)App，構建模具行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)。

綜合來看，扎根特色產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)、解決行業(yè)真實痛點、自主研發(fā)核心算法是寧波創(chuàng)元公司自研軟件取得階段性成功的關鍵因素。這種打破了ERP、MES、APS等固有的國外軟件打包體系與命名方式，按照國內(nèi)實際需求開發(fā)軟件并分類、命名、靈活調(diào)度使用的做法，對國產(chǎn)工業(yè)軟件體系的發(fā)展有正向示范作用，在推進國產(chǎn)工業(yè)軟件“換道”超車上具有相當積極的影響。

四、結論與建議

當前，工業(yè)軟件的機遇與挑戰(zhàn)并存，我國工業(yè)軟件要加速發(fā)展并占據(jù)產(chǎn)業(yè)制高點，必須從特定工業(yè)場景的數(shù)字化改造需求切入，依托行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺加速規(guī)模拓展，以“行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺+工業(yè)App”模式多主體共同推進迭代升級，最終形成繁榮的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。唯有成功開發(fā)出適用于中國制造的各種應用場景的工業(yè)軟件，形成中國特色的工業(yè)軟件體系，擺脫核心技術受制于外國的“卡脖子”現(xiàn)狀，工業(yè)軟件才能自力更生。

地方政府應當充分認識工業(yè)軟件的獨特性和重要性，加大政策尤其是資金政策與人才政策的支持，根據(jù)地方產(chǎn)業(yè)實際情況，供給側和需求側同時發(fā)力做好扶持工作，推動國產(chǎn)工業(yè)軟件發(fā)展。

第一，聚焦地方特色產(chǎn)業(yè)，打造地方性行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。地方政府可以選擇本地優(yōu)勢特色產(chǎn)業(yè)，與工業(yè)軟件企業(yè)共同打造地方性的行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。著力推動工業(yè)軟件企業(yè)進行工業(yè)軟件云化、工業(yè)軟件App化。同時，出臺優(yōu)惠政策，強化宣傳培訓，鼓勵工業(yè)企業(yè)上云用云，推動“線上產(chǎn)業(yè)集群”形成。

第二，重視工業(yè)技術積累，推動企業(yè)順利開展工業(yè)技術與知識的軟件化。鼓勵企業(yè)將工業(yè)技術與知識的軟件化作為重要發(fā)展方向，并推動企業(yè)將現(xiàn)有的技術與知識積累轉化成工業(yè)軟件。必須重視工業(yè)App開發(fā)生態(tài)的打造，并適時引進工業(yè)App開發(fā)服務、測試和培訓相關主體，創(chuàng)建專業(yè)服務、互惠互利、共建共享的工業(yè)App開發(fā)生態(tài)體系。

第三，政企協(xié)同，提高工業(yè)軟件供給能力。堅持“扶優(yōu)轉強”“育專成強”，以傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉型為契機，挖掘并重點培育、扶持深耕行業(yè)的地方軟件企業(yè)參與工業(yè)企業(yè)數(shù)字化轉型試點工作，試點成功后做好模式推廣工作。引導地方工業(yè)軟件企業(yè)聯(lián)合，在架構上對標前沿、在體系上彼此協(xié)調(diào)、在功能上相輔相成、在組織上抱團取暖，全面提升地方工業(yè)軟件供給能力。