邵珠峰 ,趙云 ,王晨 ,馮希光 ,王建民 ,熊虹婷
(1. 清華大學機械工程學院,北京 100084;2. 山東大學國際創(chuàng)新轉(zhuǎn)化學院,山東青島 266237;3. 大數(shù)據(jù)系統(tǒng)軟件國家工程實驗室,北京 100084;4. 清華大學軟件學院,北京 100084)
工業(yè)軟件指工業(yè)領(lǐng)域的應用軟件,是工業(yè)技術(shù)軟件化的成果,其產(chǎn)業(yè)屬性本質(zhì)上歸于工業(yè)門類;作為產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)能力、制造業(yè)優(yōu)化升級的重要組成部分,對我國未來制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展起到支撐引領(lǐng)作用。工業(yè)軟件的自主可控被視為產(chǎn)業(yè)發(fā)展與信息安全的重要基礎(chǔ)。國家從發(fā)展需要與長遠需求出發(fā),將工業(yè)軟件與石油天然氣、基礎(chǔ)原材料、高端芯片、農(nóng)作物種子等并列,要求開展關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)?!笆奈濉币?guī)劃明確了新時期深入實施制造強國戰(zhàn)略的發(fā)展目標,對作為制造強國重要基礎(chǔ)工具的工業(yè)軟件發(fā)展提出了新的更高要求。
長期以來,我國工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨雙重壓力,不僅受阻于自身發(fā)展困境,而且直接遭受國際工業(yè)軟件產(chǎn)品沖擊。關(guān)于工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究,較多關(guān)注工業(yè)與軟件行業(yè)發(fā)展規(guī)律的互動,如工業(yè)軟件企業(yè)的競爭優(yōu)勢源于創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)中各創(chuàng)新節(jié)點的分布與位置 [1],平臺化企業(yè)的資源優(yōu)勢能夠較顯著提高企業(yè)效率與創(chuàng)新能力 [2]。鑒于工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)的特殊性,有研究針對軟件行業(yè)與制造業(yè)的關(guān)系特征,圍繞信息技術(shù)服務 [3]、兩化融合 [4]、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) [5]、智能工廠 [6]等主題,剖析工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢與影響因素,揭示智能制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) [7]、自主化發(fā)展 [8]、物聯(lián)網(wǎng) [9]都與工業(yè)軟件存在緊密聯(lián)系的客觀事實。還有研究認為,工業(yè)軟件正在重塑制造業(yè) [10];因工業(yè)軟件在設(shè)計和制造活動中的基礎(chǔ)性、承載性屬性,一旦出現(xiàn)“卡脖子”環(huán)節(jié)或安全問題 [11],相關(guān)短板將對國家產(chǎn)業(yè)安全構(gòu)成全面危害 [12]。
工業(yè)軟件是制造業(yè)發(fā)展的創(chuàng)新動力,驅(qū)動制造與管理流程優(yōu)化、生產(chǎn)方式與生產(chǎn)關(guān)系變革、全要素生產(chǎn)率提升、先進工業(yè)技術(shù)溢出及轉(zhuǎn)化,促進工業(yè)體系從“以裝備為核心的工業(yè)”轉(zhuǎn)向“軟件定義的工業(yè)”。為加速制造業(yè)向智能化、服務化、生態(tài)化發(fā)展的轉(zhuǎn)型,實現(xiàn)工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化升級,本文全面分析工業(yè)軟件在國內(nèi)戰(zhàn)略與國際競爭中的重要地位,從產(chǎn)業(yè)規(guī)模、國際廠商兩方面闡述工業(yè)軟件發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢;厘清我國工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要挑戰(zhàn)和機遇,探索性提出我國工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展路徑,以期為行業(yè)發(fā)展研究提供基礎(chǔ)參考。
改革開放以來,我國出口拉動型的經(jīng)濟發(fā)展模式,客觀上使得工業(yè)生產(chǎn)中的技術(shù)、市場等重要環(huán)節(jié)都依賴國外經(jīng)濟實體;我國參與國際分工的比較優(yōu)勢逐漸由要素價格轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模,國際市場的快速變化也給生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)帶來不可預測的沖擊。近年來,世界經(jīng)濟經(jīng)歷了結(jié)構(gòu)性變化,加之受新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)疫情的沖擊,全球市場萎縮、保護主義上升;為了增強我國在再全球化變革中的主動性,需要形成以國內(nèi)大循環(huán)為主體、國內(nèi)國際雙循環(huán)相互促進的新發(fā)展格局?!笆奈濉睍r期深入實施制造強國戰(zhàn)略,需要加強產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)能力建設(shè),通過實施產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)再造,補齊基礎(chǔ)軟件等瓶頸環(huán)節(jié)的短板。
云計算、物聯(lián)網(wǎng)、新一代移動通信、人工智能(AI)、區(qū)塊鏈等新一代信息技術(shù)快速發(fā)展并逐步轉(zhuǎn)入應用,制造業(yè)向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向轉(zhuǎn)型發(fā)展,工業(yè)體系從“以裝備為核心的工業(yè)”向“軟件定義的工業(yè)”轉(zhuǎn)變。工業(yè)軟件被稱為“工業(yè)之智”,是工業(yè)基礎(chǔ)知識軟件化的存在形式、實施工業(yè)活動的基礎(chǔ)資源,在設(shè)計和制造活動中具有基礎(chǔ)性、承載性。工業(yè)軟件涉及先進工業(yè)制造技術(shù)、工程管理、計算機與軟件等學科的深度交叉融合,同時軟件產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新具有顯著的網(wǎng)絡(luò)效應,其發(fā)展依賴工業(yè)與軟件行業(yè)發(fā)展規(guī)律的互動。工業(yè)軟件企業(yè)的競爭優(yōu)勢源于創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)中各創(chuàng)新節(jié)點的分布與位置 [1],其平臺化企業(yè)資源的優(yōu)勢能夠大幅度提高企業(yè)效率與創(chuàng)新能力。綜合來看,發(fā)展工業(yè)軟件就是發(fā)展工業(yè)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)、加強產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)能力建設(shè),工業(yè)軟件的自主可控是產(chǎn)業(yè)安全與信息安全的基礎(chǔ)保障,對深入實施制造戰(zhàn)略強國意義重大。
制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展對我國工業(yè)體系提出了新要求,原有“技術(shù)–生產(chǎn)–市場”分工模式面臨新挑戰(zhàn);我國工業(yè)體系中工業(yè)軟件的國際供應風險增加,科技創(chuàng)新活動(以工業(yè)軟件為代表)的國內(nèi)外分工結(jié)構(gòu)正在發(fā)生功能性轉(zhuǎn)變。這些情況的出現(xiàn)為我國工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級提供了寶貴的窗口機遇期。近期全球化遭遇逆流,世界貿(mào)易組織(WTO)等多邊貿(mào)易體制面臨挑戰(zhàn),個別國家針對我國高科技領(lǐng)域進行惡意打擊(工業(yè)軟件成為重要的壓制手段)。這就間接體現(xiàn)了工業(yè)軟件在國家經(jīng)濟與產(chǎn)業(yè)安全方面的潛在作用及影響。
國際品牌或大型企業(yè)在國際消費市場上針對產(chǎn)品需求特點進行業(yè)務分工:大型跨國企業(yè)整合全球供應鏈;技術(shù)領(lǐng)先企業(yè)進行研發(fā)與設(shè)計,同時提供相配套的工業(yè)軟件及服務;國內(nèi)企業(yè)進口原材料、高端零部件,在國內(nèi)完成部件制造與系統(tǒng)集成,再實現(xiàn)整體或部分銷售并流通進入海外消費市場。就我國而言,整個循環(huán)表現(xiàn)為國際依賴結(jié)構(gòu)。因此,我國需要保障順暢的國內(nèi)大循環(huán)、實現(xiàn)工業(yè)循環(huán)的產(chǎn)業(yè)閉環(huán),感知國際市場需求、吸收國際原材料,同時能夠向國際循環(huán)提供產(chǎn)品與服務;通過工業(yè)軟件等數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)來補足研發(fā)設(shè)計、智能制造等環(huán)節(jié)的能力缺失,由此在雙循環(huán)條件下實現(xiàn)制造強國目標。
制造強國強調(diào)培育良好的產(chǎn)業(yè)生態(tài),充分發(fā)揮超大規(guī)模市場優(yōu)勢與內(nèi)需潛力。2020年,我國工業(yè)增加值超過38萬億元 [13],龐大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模帶來了對工業(yè)軟件的可觀需求。然而,我國工業(yè)軟件市場規(guī)模相比發(fā)達國家存在不小差距,表現(xiàn)在市場規(guī)模的世界占比不超過10%,工業(yè)軟件銷售額遠低于工業(yè)發(fā)達國家。例如,2018年我國工業(yè)增加值的世界占比接近30%,而工業(yè)軟件市場規(guī)模的世界占比僅約6%,存在明顯的失配情況。著眼中長期,我國穩(wěn)步從制造大國向制造強國邁進,較快的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級進程必將為工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)帶來廣闊的增長空間,我國工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)有望迎來規(guī)模龐大的“藍?!笔袌觥9I(yè)軟件產(chǎn)業(yè)具有明確的規(guī)模市場優(yōu)勢和內(nèi)需潛力,其重要性有望在制造強國戰(zhàn)略中進一步顯現(xiàn)。
在《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點產(chǎn)品和服務指導目錄》(2016版)中,工業(yè)軟件分為研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)管控、經(jīng)營管理、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺及工業(yè)應用程序(APP)4類。從全球工業(yè)軟件市場格局看,美國、歐洲企業(yè)處于主導地位,把握著技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。離散制造業(yè)領(lǐng)域最為關(guān)鍵的研發(fā)設(shè)計類軟件,主要由達索系統(tǒng)集團(法國)、西門子工業(yè)軟件股份有限公司(德國)、ANSYS股份有限公司(美國)、??怂箍导瘓F(美國)等公司把控;生產(chǎn)控制類軟件的高端市場,主要由西門子工業(yè)軟件股份有限公司、歐姆龍集團(日本)、霍尼韋爾國際公司(美國)、艾斯本技術(shù)有限公司(美國)等公司占據(jù);管理運營類軟件的高端市場,主要由思愛普公司(德國)、甲骨文股份有限公司(美國)等公司占據(jù)。此外,在計算機輔助設(shè)計(CAD)軟件方面,國際廠商技術(shù)成熟、優(yōu)勢明顯,以達索系統(tǒng)集團、西門子工業(yè)軟件股份有限公司、參數(shù)技術(shù)公司(美國)為代表;在計算機輔助工程(CAE)軟件方面,國際廠商產(chǎn)品線完善且處于壟斷地位,國內(nèi)沒有形成可持續(xù)發(fā)展及維護的大型軟件;在電子設(shè)計自動化(EDA)軟件方面,新思科技股份有限公司(美國)、楷登電子股份有限公司(美國)、明導國際公司(美國)壟斷了整個市場,國內(nèi)企業(yè)無法提供數(shù)字全流程解決方案來滿足高端芯片設(shè)計需求。
全球工業(yè)軟件的市場格局相對穩(wěn)定,美國公司綜合實力強、數(shù)量眾多,德國、法國、英國、瑞典、荷蘭、瑞士、意大利等國企業(yè)頗具特色,日本、韓國、印度的一些公司也不容忽視。隨著AI的發(fā)展以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及,工業(yè)軟件的應用領(lǐng)域也在不斷拓展,出現(xiàn)了一批工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(如Predix、Mindsphere、Thingworx、Cumulocity、Uptake、ADAMOS)。與此同時,工業(yè)軟件企業(yè)的并購與整合極為活躍,曾經(jīng)專注細分領(lǐng)域的主流廠商不斷收購跨專業(yè)的軟件公司,并購與自主發(fā)展的“雙輪戰(zhàn)略”并重。例如,西門子工業(yè)軟件股份有限公司近十年來的對外投資超過百億美元,收購了眾多工業(yè)軟件公司(涉及UGS、Mentor、LMS、CD-Adapco、Mendix等產(chǎn)品),成為綜合性工業(yè)軟件企業(yè)。
工業(yè)制造成為國際產(chǎn)業(yè)競爭與合作的重要領(lǐng)域,工業(yè)產(chǎn)品的研發(fā)及制造與工業(yè)軟件密不可分,因而工業(yè)軟件是產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)高級化、產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化 [14]的重要環(huán)節(jié)之一。工業(yè)軟件行業(yè)發(fā)展分為3個階段:一是軟件的自身發(fā)展;二是軟件的協(xié)同應用(即業(yè)務流程實現(xiàn)串通和優(yōu)化階段);三是“工業(yè)云”,即軟件公司由向客戶提供單一工具轉(zhuǎn)向為客戶提供“軟件+服務”的整體解決方案。目前,國際廠商進入了第三階段,以研發(fā)設(shè)計類軟件為例,基本實現(xiàn)了軟件自身的技術(shù)積累,在工業(yè)化實踐中實現(xiàn)了軟件的應用協(xié)同,正在重點發(fā)展“軟件+服務”的整體解決方案。相比之下,國內(nèi)企業(yè)整體解決方案提供能力仍存在明顯不足,具有行業(yè)優(yōu)勢的國內(nèi)企業(yè)屈指可數(shù),整體狀態(tài)可概括為“管理軟件強、工程軟件弱,低端軟件多、高端軟件少”。
1. 工業(yè)軟件加速實現(xiàn)平臺化
制造業(yè)正處于數(shù)字化向網(wǎng)絡(luò)化的過渡階段,工業(yè)軟件平臺是這個階段創(chuàng)新發(fā)展的核心關(guān)鍵。傳統(tǒng)的獨立工業(yè)軟件逐步轉(zhuǎn)向平臺化,未來將成為軟件平臺服務的組成部分;充分利用平臺的資源及優(yōu)勢,驅(qū)動軟件自身的創(chuàng)新發(fā)展與生態(tài)構(gòu)建,支持實現(xiàn)生產(chǎn)、經(jīng)營、管理、服務等活動及過程的集成、互聯(lián)、社會化協(xié)同。
以設(shè)計仿真一體化平臺為代表的集成平臺,具備從需求開始,覆蓋產(chǎn)品設(shè)計、規(guī)劃、制造、服務等全過程,實現(xiàn)基于模型的設(shè)計功能,充分提升設(shè)計制造一體化能力,據(jù)此提效降本。以西門子Teamcenter為例,作為基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應用與服務型平臺,通過構(gòu)建連接機器、物料、人、信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)工業(yè)數(shù)據(jù)的全面感知、動態(tài)傳輸、實時分析,支撐精準決策與智能控制,提高制造資源配置效率。對于以低代碼開發(fā)為特征的開發(fā)型平臺,通過組態(tài)式低代碼量開發(fā)技術(shù),將復雜的信息技術(shù)棧封裝起來;面向交互、數(shù)據(jù)兩個維度,通過可配置方式提升終端工程師的開發(fā)效率;降低企業(yè)應用開發(fā)人力成本,降低工業(yè)軟件的開發(fā)門檻,緩解行業(yè)人才緊缺的現(xiàn)狀。
隨著平臺化進程的深入,工業(yè)軟件正向云端遷移,逐漸走向云部署。新一代移動通信、大數(shù)據(jù)、云計算技術(shù)的發(fā)展,為工業(yè)軟件云化提供了堅實支撐。工業(yè)軟件向云端遷移的趨勢明顯,部署模式從企業(yè)內(nèi)部轉(zhuǎn)向私有云、公有云、混合云,軟件架構(gòu)從緊耦合轉(zhuǎn)向松耦合并表現(xiàn)為組件化、平臺化、服務化,運行平臺從以個人計算機為主轉(zhuǎn)向支持多種移動計算設(shè)備。
2. 工業(yè)軟件逐漸走向開源化
開源軟件、開源社區(qū)具有強大的創(chuàng)造力和生命力,逐步發(fā)展成為技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要模式。例如,對于大數(shù)據(jù)、云計算、AI等技術(shù),國際上普遍采取了開放源代碼的發(fā)展方式,依靠開源社區(qū)進行快速迭代;開源軟件所具有的復雜度、多年技術(shù)積累形成的壁壘,都決定了依靠單一廠商的自主研發(fā)很難實現(xiàn)全面突破。相應地,工業(yè)軟件的開發(fā)環(huán)境已從封閉、專用平臺轉(zhuǎn)向開放、開源平臺。通過開源軟件方式,將更多的開發(fā)資源、用戶資源納入工業(yè)軟件產(chǎn)品的創(chuàng)新體系,匯聚智慧、用好人才,加快工業(yè)軟件模塊、組件、工具箱的創(chuàng)新性開發(fā)與分布式驗證。
在我國,開源軟件的發(fā)展環(huán)境正在顯著改善。首先,高等教育的持續(xù)發(fā)展以及互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的高速演進,積累了大量的潛在開發(fā)者,人力優(yōu)勢逐步由工人群體轉(zhuǎn)向工程師群體;開放性、便于使用的開發(fā)工具與技術(shù)迅速被大量開發(fā)者所掌握(并積極參與其中),促進了開源工業(yè)軟件用戶基礎(chǔ)的形成與壯大。其次,制造業(yè)體量龐大、應用場景類型眾多,產(chǎn)生了海量的工業(yè)數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)資源成為工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要驅(qū)動力;隨著國際市場競爭加劇,開源軟件為我國工業(yè)企業(yè)規(guī)避潛在“卡脖子”問題提供了新選擇,也為國產(chǎn)軟件行業(yè)成長賦予了新動力。
工業(yè)經(jīng)濟的快速發(fā)展、兩化融合的深入實施,為我國工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)帶來了寶貴的發(fā)展機遇。在相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策的精準扶持、以國家科技重大專項為代表的一系列項目的直接支持下,我國工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)保持了高速發(fā)展態(tài)勢;初步形成了國產(chǎn)工業(yè)軟件產(chǎn)品體系,覆蓋汽車、工程機械、航空航天、電子、家電、海洋裝備等多個領(lǐng)域;具備了一定的產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)能力與服務支持能力,開始由引進應用轉(zhuǎn)向自主研發(fā)、特色發(fā)展。
從市場規(guī)模看,2020年我國工業(yè)軟件產(chǎn)品實現(xiàn)收入1974億元,2012—2020年工業(yè)軟件產(chǎn)品收入年復合增長率達20.3%(見圖1);但市場規(guī)模的世界占比仍然不高,也間接表明了隨著工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展而蘊含的極大發(fā)展?jié)摿Α?/p>
圖1 我國工業(yè)軟件市場規(guī)模演變情況(2012—2020年)
從產(chǎn)業(yè)布局看,我國工業(yè)軟件呈現(xiàn)管理軟件強、工程軟件弱的基本特征,高端軟件明顯不足。一方面,國產(chǎn)工業(yè)軟件在運營管理領(lǐng)域(如生產(chǎn)管理、客戶服務、綜合管理)發(fā)展較好,而在以CAE、EDA為代表的研發(fā)設(shè)計類領(lǐng)域發(fā)展水平滯后;另一方面,國產(chǎn)工業(yè)軟件在中低端市場占有率較高,而在不少高端領(lǐng)域仍是空白。
從供給能力看,我國正在涌現(xiàn)出一批具有良好研發(fā)能力的工業(yè)軟件企業(yè)。例如,廣州中望龍騰軟件股份有限公司的二維CAD、三維CAD/計算機輔助制造(CAM)軟件在國際市場具有一定的影響力;安世亞太科技股份有限公司在仿真軟件方向具有持續(xù)性積累,自主研發(fā)產(chǎn)品得到應用行業(yè)認可;用友、金蝶、浪潮等品牌的企業(yè)資源計劃(ERP)軟件成為國內(nèi)市場的主力軍,相關(guān)產(chǎn)品的云戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型正在實施。
從發(fā)展態(tài)勢看,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的帶動作用日益顯現(xiàn),國內(nèi)企業(yè)采取加強平臺建設(shè)、匯聚開發(fā)資源、培育并部署工業(yè)APP等措施積極向云服務轉(zhuǎn)型的趨勢較為明顯。也要注意到,在面向制造業(yè)的產(chǎn)品創(chuàng)新數(shù)字化軟件方向,相關(guān)開發(fā)企業(yè)的規(guī)模較小,還未出現(xiàn)上市公司。
1. 研發(fā)設(shè)計環(huán)節(jié)技術(shù)壁壘高,核心技術(shù)的國際依賴性明顯
工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)較發(fā)達的國家都是完成了工業(yè)化進程的工業(yè)強國,相應的工業(yè)軟件配套體系完善。相比之下,我國工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)能力薄弱,正向研發(fā)設(shè)計能力存在不足。工業(yè)軟件研發(fā)涉及工業(yè)制造技術(shù)、工程管理、應用數(shù)學、計算機與軟件等學科的交叉融合 [15],唯有多類創(chuàng)新主體(與學科)的共同參與才能促進工業(yè)軟件的技術(shù)進步與產(chǎn)品創(chuàng)新 [16]。雖然我國產(chǎn)業(yè)體系幾乎覆蓋了全部工業(yè)產(chǎn)業(yè)大門類,但在諸多細分方向上存在關(guān)鍵環(huán)節(jié)的供給與需求被少數(shù)國際企業(yè)所掌握的現(xiàn)象。從粗粒度的產(chǎn)業(yè)循環(huán)角度看,我國產(chǎn)業(yè)體系是完整的,具有全面的工業(yè)需求;但在供給側(cè),多個方向存在較大缺口,對國際供應依賴性較強。例如,我國研發(fā)設(shè)計類工業(yè)軟件的國產(chǎn)化率較低(不足10%),三維幾何引擎(CAD軟件內(nèi)核)、CAE求解器等工業(yè)軟件基礎(chǔ)及核心技術(shù)距離獨立自主尚有差距;大多購買國外產(chǎn)品授權(quán)或者直接使用開源內(nèi)核進行軟件產(chǎn)品開發(fā),導致工業(yè)軟件基礎(chǔ)與核心技術(shù)在特殊情況下存在“卡脖子”風險。
2. 系統(tǒng)集成環(huán)節(jié)的企業(yè)規(guī)模小,產(chǎn)業(yè)生態(tài)不完整
從體量上看,我國工業(yè)增加值的世界占比(24.5%)、研發(fā)經(jīng)費投入的世界占比(23.8%)已位居前列?!吨袊I(yè)軟件產(chǎn)業(yè)白皮書(2020)》指出,我國工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)收入的世界占比僅為6%,這表明產(chǎn)業(yè)生態(tài)不夠完整,難以匹配工業(yè)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級需求。目前,我國工業(yè)軟件企業(yè)覆蓋面寬,但規(guī)模普遍較小、盈利能力不強、產(chǎn)品體系化程度不高;幾乎沒有接近世界一流水平、技術(shù)、規(guī)模的企業(yè),在經(jīng)濟循環(huán)中發(fā)揮帶頭作用并暢通市場的大企、強企尤為缺乏。值得指出的是,重點工業(yè)企業(yè)對自主工業(yè)軟件的帶動孵化作用缺位,如航空、航天、船舶、電子、軌道交通等制造領(lǐng)域的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計、仿真模擬、工藝流程控制等,幾乎清一色地采用國外工業(yè)軟件,新型號、新產(chǎn)品的研發(fā)過程對其依賴性也越來越強。這一局面,不僅影響了我國工業(yè)產(chǎn)品的正向設(shè)計能力,而且不斷拉大了國內(nèi)工業(yè)軟件與國外的技術(shù)與應用差距,間接促進了應用生態(tài)壁壘的形成。
長期以來,政府專項支持所采用的項目遴選機制無法保證企業(yè)獲得持續(xù)支持,社會資本更愿意投入“短平快”項目,加之企業(yè)自身投入不足的客觀事實,都導致工業(yè)軟件部分領(lǐng)域發(fā)展的可持續(xù)性較弱,部分項目在經(jīng)濟循環(huán)中的參與度偏低。成熟的工業(yè)軟件研制過程普遍較長,而目前每3~5年發(fā)布一次指南來遴選一批企業(yè)的方式,不利于形成長期穩(wěn)定的核心工作團隊。在國家科研規(guī)劃制定過程中,仍一定程度上存在“各自為戰(zhàn)”“平均分攤”現(xiàn)象,立項的原則及重點不清晰,導致各類型資金項目之間存在同質(zhì)化、重復投入問題。工業(yè)軟件支持專項本應將人員經(jīng)費作為主要部分(而非采購大量設(shè)備),現(xiàn)行資金管理辦法與之存在結(jié)構(gòu)性矛盾;資金管理效率尚未達到高水平線,更高效率、更高質(zhì)量的投入產(chǎn)出關(guān)系有待形成。
3. 復合型的軟件研發(fā)人員缺口較大,人才培育有待完善
長期以來,我國工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展疲軟,軟件研發(fā)人員的薪酬待遇不具有市場競爭力,而一些新興的信息類產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速且軟件人才的薪資水平較高,造成了工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)高端領(lǐng)軍人才匱乏、深入掌握工業(yè)類專業(yè)知識的軟件人才短缺等現(xiàn)象??陀^來看,工業(yè)軟件研發(fā)人員在掌握軟件開發(fā)技能的同時,還需對復雜工業(yè)機理、產(chǎn)品對象、業(yè)務場景、操作流程等具有深入理解與認知,復合型的領(lǐng)軍人才培養(yǎng)更是周期長、難度大;因國家支持的連續(xù)性不足,高校、科研機構(gòu)的核心人才流失嚴重,工業(yè)軟件行業(yè)的教育培訓力量不足,甚至出現(xiàn)了研究斷層情況。
工業(yè)軟件的影響通常超過自身所在的軟件領(lǐng)域,對多個工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展都產(chǎn)生“杠桿”作用;工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)是典型的高技術(shù)壁壘行業(yè),國際企業(yè)通過技術(shù)創(chuàng)新與知識產(chǎn)權(quán)構(gòu)筑了較高的行業(yè)進入壁壘。在原有市場格局下,國內(nèi)工業(yè)軟件企業(yè)因未來市場規(guī)模限制,不愿投入較多資源來進行技術(shù)研發(fā),也就難以切入高端工業(yè)軟件市場。近年來,逆全球化趨勢給工業(yè)軟件國際合作構(gòu)成了挑戰(zhàn),但在雙循環(huán)新格局下,造成我國工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)面臨供給難題的同時,也給國內(nèi)工業(yè)軟件企業(yè)帶來了新的發(fā)展機遇。例如,進口替代將為工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)帶來顯著的增量市場空間,有利于加快實現(xiàn)工業(yè)軟件領(lǐng)域的自主可控。
與國計民生高度相關(guān)的制造業(yè)重點領(lǐng)域無法脫離工業(yè)軟件的支持,工業(yè)軟件自主可控是我國產(chǎn)業(yè)安全、信息安全的重要保障。工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)作為可能面臨“卡脖子”的領(lǐng)域,亟待通過自主創(chuàng)新取得長足發(fā)展;因其基礎(chǔ)性、平臺性作用,加之在很多情況下構(gòu)成了單一產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新數(shù)字環(huán)境,潛在的輻射效應突出。需要指出,我國工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)面對的是一個相對成熟的存量市場,相比開拓全新需求市場的實現(xiàn)難度更大;工業(yè)軟件企業(yè)不應追求面面俱到,而是要做專做精,在細分行業(yè)、細分領(lǐng)域打造獨特的優(yōu)勢產(chǎn)品;保持面向國際的開放心態(tài),深化前沿領(lǐng)域技術(shù)與應用合作。與此對應,本文探討提出了補短強基、追趕突破、卓越引領(lǐng)3條發(fā)展路徑。
1. 發(fā)展目標
針對存在“掐脖子”風險的研發(fā)設(shè)計類工業(yè)軟件,突破核心關(guān)鍵技術(shù),打破國外產(chǎn)品壟斷和技術(shù)封鎖;重點面向CAD、CAE、EDA等軟件類別,針對三維幾何引擎、求解器等共性關(guān)鍵技術(shù)開展攻關(guān)。相關(guān)研究資源投入大、應用壁壘高,而產(chǎn)業(yè)收益低、技術(shù)差距明顯,使得行業(yè)用戶的投入信心不足,難以通過市場機制解決;需建立長效的協(xié)同攻關(guān)機制,集中高校、科研機構(gòu)的優(yōu)勢力量開展聯(lián)合研究,力爭五年內(nèi)形成基本可用的自主技術(shù),十年內(nèi)穩(wěn)步縮小與國際先進水平的差距。此外,復雜工業(yè)軟件的系統(tǒng)架構(gòu)、工業(yè)技術(shù)軟件化、復雜工程問題建模、工程化人機交互等也是決定能否形成商品化工業(yè)軟件的關(guān)鍵要素,應成為重點突破方向。
到2025年,率先突破三維顯示引擎、約束求解、三維幾何建模引擎、通用前處理器/求解器/后處理器、生產(chǎn)控制工藝包等關(guān)鍵核心技術(shù),在高端研發(fā)設(shè)計類工業(yè)軟件產(chǎn)品中應用自主開發(fā)的內(nèi)核技術(shù);在關(guān)鍵行業(yè)開展試用和示范,基本形成工業(yè)軟件技術(shù)標準與生態(tài)體系,緩解“卡脖子”問題。到2030年,形成安全可靠的工業(yè)軟件及其標準體系,在CAD、CAE、EDA等核心工業(yè)軟件產(chǎn)品方面實現(xiàn)突破提升,滿足重點行業(yè)應用需求。到2035年,形成具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的研發(fā)設(shè)計類工業(yè)軟件產(chǎn)品體系。
2. 基本步驟
一是加強工業(yè)基礎(chǔ)研發(fā)及與工業(yè)軟件的銜接。工業(yè)軟件是工業(yè)知識軟件化的產(chǎn)物,應深刻認識“沒有先進的工業(yè)就沒有先進的工業(yè)軟件”。面向航空、航天、船舶、電子、軌道交通等重點行業(yè),全面梳理基礎(chǔ)材料、零部件、工藝、裝備等方面現(xiàn)存差距,使用工業(yè)軟件的門類和譜系;分析國產(chǎn)工業(yè)軟件產(chǎn)品的技術(shù)差距及成因,厘清制造科學基礎(chǔ)理論、工業(yè)知識方面的短板,與國家自然科學基金等其他科技渠道、“工業(yè)強基”工程的共性基礎(chǔ)研究成果緊密對接;加強與行業(yè)重大工程、高端裝備的應用銜接,體系化建設(shè)工業(yè)企業(yè)的正向設(shè)計與知識積累能力。
二是建立多形態(tài)開放、開源、協(xié)同的新型舉國體制。針對共性關(guān)鍵技術(shù)難以市場化解決的實際,以國家組織集體攻關(guān)、“產(chǎn)學研用”多主體協(xié)同、保障專項資金持續(xù)投入的方式,長期性地開展科技攻關(guān)。以國家重點實驗室、工程技術(shù)創(chuàng)新中心、自主開源軟件社區(qū)等形式,組織開展基礎(chǔ)性研究和核心技術(shù)攻關(guān)。在一定期限內(nèi)關(guān)注而不看重直接經(jīng)濟效益,為我國工業(yè)軟件自主可持續(xù)發(fā)展補齊短板、夯實基礎(chǔ)。依托重點行業(yè)的重大裝備產(chǎn)品,形成行業(yè)/領(lǐng)域工業(yè)軟件產(chǎn)品解決方案。
三是探索原理創(chuàng)新、架構(gòu)創(chuàng)新的發(fā)展路徑。從技術(shù)路線上另辟蹊徑,不走“畫形狀”、有限元的發(fā)展老路,而是探索基于等幾何拓撲優(yōu)化,實現(xiàn)幾何建模、結(jié)構(gòu)分析、優(yōu)化設(shè)計三位一體的“算形狀”新技術(shù)、新模式,努力開辟CAD、CAE方向的第二條發(fā)展道路。結(jié)合新一代信息技術(shù)帶來的技術(shù)創(chuàng)新機遇,從工業(yè)知識、工業(yè)流程上解耦工業(yè)軟件,重構(gòu)形成云化、微服務化、分布式的軟件架構(gòu)。發(fā)揮我國工業(yè)體系相對完整的固有優(yōu)勢,鼓勵工業(yè)企業(yè)、工業(yè)軟件企業(yè)、科研機構(gòu)等各類應用主體,遵照一定的標準來開發(fā)工業(yè)機理模型并軟件化,形成大規(guī)?!包c狀”知識積累與溢出的發(fā)展態(tài)勢。
1. 發(fā)展目標
面向具有一定基礎(chǔ)的生產(chǎn)控制類、管理運營類、服務保障類工業(yè)軟件,加速國產(chǎn)化替代進程,推動自主產(chǎn)品走向高端市場,建立完善的生態(tài)體系。針對生產(chǎn)控制類、經(jīng)營管理類、服務保障類軟件中具有一定基礎(chǔ)的軟件產(chǎn)品,鼓勵管理部門、軟件企業(yè)、應用企業(yè)達成共識,促使工業(yè)軟件發(fā)展與制造業(yè)業(yè)務的深度融合;在制造過程中持續(xù)積累關(guān)鍵工藝流程、工業(yè)技術(shù)數(shù)據(jù)等,促進軟件產(chǎn)品與工程實踐的高效結(jié)合,最終實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)需求帶動技術(shù)發(fā)展、技術(shù)發(fā)展促進企業(yè)革新的雙向反饋態(tài)勢。鼓勵工業(yè)企業(yè)使用國產(chǎn)工業(yè)軟件,保持合理反饋以促進國產(chǎn)工業(yè)軟件的迭代完善。致力推動國產(chǎn)工業(yè)軟件產(chǎn)品走向高端,打破進口產(chǎn)品的市場壟斷地位;優(yōu)化工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境,構(gòu)建自主可控的健康生態(tài)體系。
到2025年,形成具有良好市場化應用成效的工業(yè)軟件生態(tài)。到2030年,初步形成基于容器云、微服務架構(gòu)的新一代大型企業(yè)數(shù)字化平臺,各類工業(yè)軟件逐漸轉(zhuǎn)向組件化、平臺化、服務化。到2035年,基本完成工業(yè)軟件產(chǎn)品的國產(chǎn)化替代工作,自主產(chǎn)品合理占據(jù)國內(nèi)市場,在國際市場上具有一流競爭力。
2. 基本步驟
一是“促聯(lián)合”,與工業(yè)龍頭企業(yè)深度融合,破解我國工業(yè)軟件企業(yè)發(fā)展瓶頸。鼓勵工業(yè)軟件骨干企業(yè)與工業(yè)龍頭企業(yè)通過股權(quán)投資等方式,共同搭建業(yè)務關(guān)聯(lián)緊密的協(xié)同發(fā)展平臺;借助工業(yè)企業(yè)的資金、訂單、知識,抓住工業(yè)軟件需求獲取、產(chǎn)品采購的兩端,形成市場化的利益共同體,加速工業(yè)軟件的應用推廣和演進提升。
二是“聚資源”,面向細分市場保持適度的發(fā)展規(guī)模,借助資本和市場的力量加速發(fā)展。鼓勵工業(yè)軟件企業(yè)正視資金、人才、技術(shù)不足等現(xiàn)實問題,面向細分市場開展針對性布局;不追求大而全式的發(fā)展模式,而以增強盈利能力、保持可持續(xù)性為核心,集中自身有限資源形成若干“小巨人”形態(tài)的工業(yè)軟件產(chǎn)品格局。設(shè)立切實有效的金融政策,推動社會資本參與對國內(nèi)外工業(yè)軟件企業(yè)的投融資與并購活動,支持我國工業(yè)軟件企業(yè)做精做強、穩(wěn)健發(fā)展。
三是“給機會”,通過工業(yè)應用培育工業(yè)軟件產(chǎn)品。突出工業(yè)企業(yè)與工業(yè)軟件企業(yè)在需求與應用實踐之間的互動,推動工業(yè)企業(yè)的先進工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新成果向工業(yè)軟件企業(yè)溢出,形成以工業(yè)企業(yè)與工業(yè)軟件企業(yè)融合驅(qū)動的工業(yè)軟件技術(shù)攻關(guān)及產(chǎn)品協(xié)同發(fā)展新模式。工業(yè)企業(yè)制定其信息技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略,將國產(chǎn)工業(yè)軟件應用情況列為國有大型企業(yè)的經(jīng)營指標予以考核,積極試用、使用國產(chǎn)工業(yè)軟件,支持工業(yè)軟件企業(yè)迭代完善相關(guān)產(chǎn)品。建立行業(yè)性的工業(yè)軟件創(chuàng)新中心,通過持續(xù)投入筑牢基礎(chǔ)、尋求突破,承擔產(chǎn)品研發(fā)和應用推廣工作,帶動本行業(yè)企業(yè)的國產(chǎn)工業(yè)軟件應用推廣工作。
四是“能孵化”,發(fā)揮重大工程在工業(yè)技術(shù)原始創(chuàng)新方面的帶動作用。在重點行業(yè)的龍頭企業(yè)中,依托重大工程研發(fā)任務,在實現(xiàn)工業(yè)技術(shù)原始創(chuàng)新的基礎(chǔ)上,組織“產(chǎn)學研用”各方力量,研制行業(yè)/專業(yè)方向的工業(yè)軟件技術(shù)與產(chǎn)品,力爭達到國際領(lǐng)先水平。鼓勵工業(yè)龍頭企業(yè)自建工業(yè)軟件研發(fā)部門,尋求工業(yè)軟件業(yè)務的分拆及上市。
1. 發(fā)展目標
面向新型工業(yè)軟件需求,緊跟“數(shù)字定義工業(yè)”創(chuàng)新發(fā)展浪潮,加大前沿技術(shù)研究力度,實現(xiàn)我國工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)與國際進展同步布局。重點發(fā)展云計算、工業(yè)大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、工業(yè)APP、低代碼開發(fā)環(huán)境、智慧企業(yè)、智能工廠等新型軟件技術(shù);以新型工業(yè)軟件為突破口,加速工業(yè)軟件云化、平臺化、智能化轉(zhuǎn)型進程,辨識并把握行業(yè)跨越式發(fā)展機遇。發(fā)揮我國工業(yè)應用場景優(yōu)勢和新技術(shù)應用潛力,加強工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施及平臺建設(shè),推動新型工業(yè)軟件持續(xù)發(fā)展能力和技術(shù)產(chǎn)業(yè)體系成為國際一流。
到2025年,建成一批工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺,為重點行業(yè)的大數(shù)據(jù)、AI等應用提供直接支撐; 形成類型豐富的工業(yè)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)產(chǎn)品,支持資源掌控能力、技術(shù)支撐能力、價值挖掘能力的全面提升;培育數(shù)量眾多、高價值、高質(zhì)量的工業(yè)APP。到2030年,建成基于智能化互聯(lián)產(chǎn)品的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng),達到國際水準的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺3~5個;工業(yè)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺基本覆蓋重點行業(yè)。到2035年,全面建成國際領(lǐng)先的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施及平臺。
2. 基本步驟
一是產(chǎn)用融合,需求牽引。在制造業(yè)深化發(fā)展過程中,工業(yè)企業(yè)逐漸實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和升級,局部的技術(shù)積累效應逐漸顯現(xiàn),將反向驅(qū)動國產(chǎn)新型工業(yè)軟件的高質(zhì)量發(fā)展。堅持“軟件是用出來的”理念,結(jié)合重點行業(yè)、重大工程的實際需求,在推進工程研制任務的過程中形成各類專業(yè)化的工業(yè)模型并實現(xiàn)在新型工業(yè)軟件中的整合。注重新型工業(yè)軟件與工程需求、制造技術(shù)、業(yè)務過程的深度融合,主動協(xié)調(diào)并積極推動國產(chǎn)工業(yè)軟件在各類企業(yè)中的應用。
二是構(gòu)建生態(tài),多方協(xié)同。對于大數(shù)據(jù)、云計算、AI等新興技術(shù),國際上普遍采取開源發(fā)展模式,依靠開源社區(qū)進行迭代,相關(guān)技術(shù)模型很難依靠單一廠商的自我研發(fā)來實現(xiàn)同等效能。秉持開源發(fā)展理念,建立工業(yè)軟件開發(fā)者社區(qū)生態(tài),以開放、創(chuàng)新、靈活的機制將眾多開發(fā)資源、用戶資源納入相應產(chǎn)品創(chuàng)新體系。企業(yè)可圍繞新型工業(yè)軟件的創(chuàng)新鏈與產(chǎn)業(yè)鏈,聚焦重點、分工協(xié)作,建立適應國情的開源軟件社區(qū),形成覆蓋“產(chǎn)學研用”的生態(tài)體系。
以工業(yè)企業(yè)為主體,探索單點突破與行業(yè)突圍相結(jié)合的創(chuàng)新組織模式。建議由重點行業(yè)的龍頭企業(yè)牽頭,整合工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)力量,全面梳理理論、機理、技術(shù)、應用等方面的技術(shù)態(tài)勢,明確需要優(yōu)先和重點突破的短板環(huán)節(jié);依托國家重點研發(fā)計劃、重大工程研發(fā)任務的支持,開展技術(shù)攻關(guān)與聯(lián)合研發(fā),著力打造自主可控的工業(yè)軟件技術(shù)體系。將實際需求、技術(shù)溢出轉(zhuǎn)化為目標導向,突破常規(guī)的項目合同協(xié)作方式,探索工業(yè)企業(yè)牽頭、多創(chuàng)新主體共同參與研發(fā)的新型組織模式。建設(shè)若干行業(yè)工業(yè)軟件創(chuàng)新中心,以多種形式支持中小企業(yè)應用國產(chǎn)工業(yè)軟件。
面向不同行業(yè)、不同層次、不同特點的工業(yè)軟件關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)品,區(qū)別對待、分層推進、多措并舉。針對以三維幾何引擎、求解器等為代表,差距大、投入高、收益低、周期長的關(guān)鍵技術(shù),以國家組織集體攻關(guān)的方式謀求快速突破。針對以ERP、生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)等為代表,我國具有一定的技術(shù)儲備及應用基礎(chǔ)的軟件產(chǎn)品,支持工業(yè)企業(yè)試用、使用國產(chǎn)工業(yè)軟件,逐漸迭代并穩(wěn)步完善國產(chǎn)工業(yè)軟件。針對以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)大數(shù)據(jù)為代表,我國與國外同步甚至部分超越的新型工業(yè)軟件技術(shù)及產(chǎn)品,與國外同步布局,發(fā)揮工業(yè)應用場景充足的特色和優(yōu)勢,形成國際引領(lǐng)的發(fā)展地位。
加強國產(chǎn)工業(yè)軟件的應用示范,制定國產(chǎn)可替代的分級目錄,鼓勵企業(yè)使用國產(chǎn)工業(yè)軟件,形成產(chǎn)業(yè)需求、技術(shù)發(fā)展的雙向反饋通道。既追求“大而強”,也扶持“小而美”,注重產(chǎn)業(yè)的良性循環(huán)與可持續(xù)發(fā)展。突破原有的項目申報、評審等支持方式,重構(gòu)評價體系與獎勵機制,采用“以用代評”“以獎代補”等機制來切實提升企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新動力。發(fā)布稅收優(yōu)惠及減免等扶持政策,合理減輕企業(yè)研發(fā)負擔,支持企業(yè)提升生存力和抗風險能力。加強知識產(chǎn)權(quán)保護力度,打擊盜版等不良行為,營造良好的產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境。
充分發(fā)揮開源社區(qū)的“開放”屬性,立足國情多方匯聚人才,推動工業(yè)軟件開源生態(tài)系統(tǒng)搭建、技術(shù)社區(qū)建設(shè)、開源項目培育、開源團體標準研制、開源技術(shù)推廣應用、開源人才培養(yǎng)等,探索形成互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的新型工業(yè)軟件開源發(fā)展模式;為各層次人才對象提供政策引導、知識產(chǎn)權(quán)保護、開源社區(qū)建設(shè)、相關(guān)標準制定、數(shù)據(jù)資產(chǎn)保護等服務。健全有關(guān)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的分配制度與激勵機制,完善符合各類人才特點的發(fā)展評價體系,充分激發(fā)人才創(chuàng)新動力;尊重人力投入和智慧產(chǎn)出,合理保障人員待遇,提升人員費用在項目實施中的占比。推行“產(chǎn)學研用”協(xié)同機制,鼓勵工業(yè)軟件企業(yè)與高校、科研機構(gòu)聯(lián)合培養(yǎng)產(chǎn)業(yè)人才;在高校增設(shè)工業(yè)軟件課程,加強國產(chǎn)工業(yè)軟件的實訓體系建設(shè),提升與人相關(guān)的工業(yè)軟件應用水平。