加快培育我國(guó)航天領(lǐng)域工業(yè)軟件啟示建議

臧雪靜等＊ /北京航天情報(bào)與信息研究所

工業(yè)軟件對(duì)于工業(yè)發(fā)展有著不可估量、不可替代的支撐與提振作用。當(dāng)前，我國(guó)80%的設(shè)計(jì)軟件、50%的制造軟件被以美國(guó)為首的發(fā)達(dá)國(guó)家壟斷。以芯片設(shè)計(jì)軟件（EDA）為例，楷登電子（Cadence）、新思科技（Synopsys）和Mentor 3 家美國(guó)公司壟斷了95%以上的市場(chǎng)份額，且不再向我國(guó)提供軟件更新和支持。工業(yè)軟件在航天領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，大部分研發(fā)設(shè)計(jì)制造類軟件仍依賴進(jìn)口。筆者通過(guò)梳理國(guó)外工業(yè)軟件企業(yè)發(fā)展培育經(jīng)驗(yàn)，為加快發(fā)展我國(guó)航天領(lǐng)域工業(yè)軟件、早日實(shí)現(xiàn)自主可控提供參考借鑒。

一、國(guó)外工業(yè)軟件企業(yè)發(fā)展培育經(jīng)驗(yàn)

一是美國(guó)軟件公司、高等院校受“電子復(fù)興”計(jì)劃支持，在行業(yè)內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展。

EDA 涵蓋集成電路設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和仿真等流程，芯片的用途、規(guī)格、特性、制成工藝都在該階段完成。2017 年6 月，美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局出臺(tái)了5 年總投入高達(dá)15 億美元的電子復(fù)興計(jì)劃（ERI），用以支持芯片技術(shù)開(kāi)發(fā)。其中，Cadence 入圍第一批重點(diǎn)扶持項(xiàng)目，獲得2410 萬(wàn)美元的支持資金，重點(diǎn)研發(fā)如何將機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)用于芯片設(shè)計(jì)。明尼蘇達(dá)大學(xué)獲得530 萬(wàn)美元，用于設(shè)計(jì)模擬電路工具。此外，美國(guó)國(guó)會(huì)、美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金等也對(duì)EDA 項(xiàng)目投入大量資金。2021 年，美國(guó)商務(wù)部提出為半導(dǎo)體研發(fā)制造提供500 億美元專項(xiàng)資金。美國(guó)軟件公司和高等院校通過(guò)資金補(bǔ)助獲得原始技術(shù)積累，為后續(xù)技術(shù)突破和快速發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

二是工業(yè)軟件巨頭高度重視科技創(chuàng)新并保持高額研發(fā)投入，形成在工業(yè)軟件領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。

2017 ～2020 年Synopsys公司每年研發(fā)投入分別為59 億元、70 億元、73 億元和83 億元，研發(fā)強(qiáng)度保持在30%以上。2020 年，Cadence 公司研發(fā)投入為71 億元，研發(fā)強(qiáng)度維持在40%；法國(guó)達(dá)索系統(tǒng)公司和美國(guó)Autodesk 公司研發(fā)投入分別為50 億元和60 億元，研發(fā)強(qiáng)度保持在20%～30%之間。核心競(jìng)爭(zhēng)力依靠新技術(shù)的開(kāi)發(fā)，持續(xù)高額研發(fā)投入是工業(yè)軟件巨頭保持強(qiáng)大的重要因素。持續(xù)的研發(fā)投入能夠有效刺激員工研發(fā)創(chuàng)新的熱情，為公司研發(fā)創(chuàng)新活動(dòng)提供有力支撐，有助于工業(yè)軟件巨頭始終保持行業(yè)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。

三是工業(yè)軟件巨頭以收并購(gòu)方式補(bǔ)全技術(shù)短板，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)整合和市場(chǎng)擴(kuò)充。

以Synopsys 為代表的工業(yè)軟件巨頭通過(guò)全球范圍內(nèi)并購(gòu)獲取技術(shù)和團(tuán)隊(duì)補(bǔ)全工具鏈，獲取市場(chǎng)和客戶，并預(yù)防潛在的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手做強(qiáng)做大。Synopsys 公司自1986 年成立至今，通過(guò)開(kāi)展優(yōu)秀企業(yè)和產(chǎn)品的收并購(gòu)強(qiáng)化技術(shù)整合，做大做強(qiáng)業(yè)務(wù)規(guī)模。2002年并購(gòu)Avanti 公司，補(bǔ)齊數(shù)字集成電路EDA 全流程所需團(tuán)隊(duì)和技術(shù)，獲得芯片后端布局布線近4 成的市場(chǎng)份額，成為首家提供前后端完整IC 設(shè)計(jì)方案的領(lǐng)先EDA 工具供應(yīng)商。2020 年，收購(gòu)英國(guó)芯片內(nèi)監(jiān)控IP 開(kāi)發(fā)商摩爾泰克公司（Moortec），鞏固半導(dǎo)體技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。2021 年，收購(gòu)性能優(yōu)化軟件領(lǐng)先企業(yè)Concertio和韓國(guó)比恩特公司（BISTel），強(qiáng)化芯片生命周期管理能力和智能制造流程控制能力。

四是法國(guó)達(dá)索系統(tǒng)公司脫胎于軍工企業(yè)，成為數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域標(biāo)桿

達(dá)索系統(tǒng)公司的母公司達(dá)索集團(tuán)是法國(guó)知名軍工企業(yè)，旗下是研制了“陣風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)的達(dá)索航空，航空業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型給達(dá)索集團(tuán)帶來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。為全面推進(jìn)“陣風(fēng)”戰(zhàn)機(jī)的數(shù)字研發(fā)，大大提升CATIA 的設(shè)計(jì)能力，1981 年成立達(dá)索系統(tǒng)公司。由此可見(jiàn)，國(guó)家通過(guò)國(guó)防采購(gòu)，“間接”支持了達(dá)索公司在工業(yè)軟件初期研發(fā)所需要的資金，提供了軍工行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景和試錯(cuò)優(yōu)化機(jī)會(huì)。當(dāng)前，達(dá)索系統(tǒng)公司推出的CATIA、SolidWorks、ABAQUS系列產(chǎn)品幾乎壟斷了全球范圍內(nèi)的航空航天產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造。美國(guó)波音公司、法國(guó)空客公司以及中航工業(yè)集團(tuán)，均與達(dá)索系統(tǒng)公司在數(shù)字化方面簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議。

五是國(guó)外軍工企業(yè)注重自主開(kāi)發(fā)，以工業(yè)技術(shù)軟件化實(shí)現(xiàn)行業(yè)技術(shù)積累與沉淀。

工業(yè)軟件是利用數(shù)字化模型及軟件工具將特定工業(yè)場(chǎng)景產(chǎn)生的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行沉淀， 疏通設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)與制造環(huán)節(jié)，以可視化方式將產(chǎn)品制造前的形態(tài)展現(xiàn)出來(lái)，以便開(kāi)展全生命周期制造過(guò)程規(guī)劃及優(yōu)化。美國(guó)洛馬公司、波音公司不斷推行工業(yè)技術(shù)軟件化，自主開(kāi)發(fā)大量類似于CAD、CAE 軟件，不僅能夠提高研發(fā)生產(chǎn)制造效率，更重要的是實(shí)現(xiàn)了航空航天技術(shù)積累和行業(yè)經(jīng)驗(yàn)沉淀。此外，美國(guó)洛馬公司航天裝備研發(fā)流程中基于CAD、CAE軟件的仿真計(jì)算和模型優(yōu)化工作占據(jù)總研發(fā)時(shí)間的90%以上，對(duì)于提高裝備研發(fā)效率、降低研發(fā)成本具有重大意義。波音787研制過(guò)程中使用了8000 余種軟件，其中1000 種是商業(yè)軟件，其余為波音公司自用軟件，包含波音公司多年積累的核心工業(yè)技術(shù)，大量具有行業(yè)特色的自用軟件成為其他企業(yè)難以企及波音飛機(jī)研制水平的高門(mén)檻。

二、加快培育我國(guó)航天領(lǐng)域工業(yè)軟件啟示建議

當(dāng)前，我國(guó)正加快推動(dòng)由制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變，然而在以航天為代表的高端制造領(lǐng)域中，研發(fā)設(shè)計(jì)制造類工業(yè)軟件仍依賴進(jìn)口，自主化程度較低，工業(yè)軟件面臨嚴(yán)峻“卡脖子”問(wèn)題。在國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：71871007） 的支持下，通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)：一方面，一些設(shè)計(jì)制造類軟件使用范圍較廣，且大多數(shù)不具備國(guó)產(chǎn)替代條件，一旦發(fā)生斷供可能對(duì)航天科研生產(chǎn)造成較大影響。另一方面，目前使用的國(guó)外工業(yè)軟件儲(chǔ)存諸多關(guān)鍵技術(shù)，一旦現(xiàn)有的工業(yè)軟件存在漏洞，即便沒(méi)有斷供，仍會(huì)帶來(lái)巨大的數(shù)據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)。受到國(guó)外軟件禁運(yùn)等影響，我國(guó)航天領(lǐng)域難以充分發(fā)揮規(guī)模龐大的數(shù)據(jù)資源優(yōu)勢(shì)，造成仿真數(shù)據(jù)對(duì)于裝備設(shè)計(jì)指導(dǎo)作用有限，在研發(fā)效率方面落后于發(fā)達(dá)國(guó)家。航天領(lǐng)域?qū)I(yè)軟件的穩(wěn)定性與安全性要求較高，在研發(fā)運(yùn)營(yíng)成本方面將高于普通軟件。因此，我國(guó)通過(guò)增加研發(fā)投入力度、促進(jìn)研發(fā)與應(yīng)用深度融合，加快完善軟件人才體制機(jī)制，早日實(shí)現(xiàn)航天領(lǐng)域國(guó)產(chǎn)化工業(yè)軟件自主可控。

1.持續(xù)加大核心自主工業(yè)軟件研發(fā)投入力度，發(fā)揮新型舉國(guó)體制優(yōu)勢(shì)協(xié)同攻關(guān)

航天領(lǐng)域大型工業(yè)軟件是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，往往需要長(zhǎng)期迭代優(yōu)化，才能形成成熟產(chǎn)品。近些年，黨中央高度重視工業(yè)軟件研發(fā)攻關(guān)，將工業(yè)軟件列為當(dāng)前科技攻關(guān)最緊急、最迫切的問(wèn)題之一。建議持續(xù)加大航天領(lǐng)域核心自主工業(yè)軟件研發(fā)投入力度，充分發(fā)揮新型舉國(guó)體制優(yōu)勢(shì)，組織頂尖科研力量解決關(guān)鍵軟件的“卡脖子”問(wèn)題，以建設(shè)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為契機(jī)，在國(guó)家重大科技專項(xiàng)申請(qǐng)方面適當(dāng)向工業(yè)軟件領(lǐng)域傾斜。

航天領(lǐng)域大型工業(yè)軟件是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，往往需要長(zhǎng)期迭代優(yōu)化，才能形成成熟產(chǎn)品。近些年，黨中央高度重視工業(yè)軟件研發(fā)攻關(guān)，將工業(yè)軟件列為當(dāng)前科技攻關(guān)最緊急、最迫切的問(wèn)題之一。建議持續(xù)加大航天領(lǐng)域核心自主工業(yè)軟件研發(fā)投入力度，充分發(fā)揮新型舉國(guó)體制優(yōu)勢(shì)，組織頂尖科研力量解決關(guān)鍵軟件的“卡脖子”問(wèn)題，以建設(shè)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為契機(jī)，在國(guó)家重大科技專項(xiàng)申請(qǐng)方面適當(dāng)向工業(yè)軟件領(lǐng)域傾斜。

2.鼓勵(lì)航天企業(yè)培育自有工業(yè)軟件，促進(jìn)軟件研發(fā)與工業(yè)應(yīng)用深度融合

建立由航天企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)、軟件龍頭企業(yè)組成的工業(yè)軟件聯(lián)盟，打造開(kāi)放共享的軍民融合環(huán)境，利用航空航天領(lǐng)域數(shù)據(jù)促進(jìn)軟件升級(jí)換代，將關(guān)鍵技術(shù)突破、產(chǎn)品規(guī)模商用和產(chǎn)業(yè)生態(tài)培育緊密結(jié)合。以開(kāi)展收并購(gòu)等方式加強(qiáng)行業(yè)優(yōu)勢(shì)資源整合，加緊補(bǔ)齊技術(shù)短板，加快形成以軟件龍頭企業(yè)為主導(dǎo)、航天企業(yè)為依托的“聯(lián)盟式”戰(zhàn)略研發(fā)機(jī)制，加快推動(dòng)航天領(lǐng)域工業(yè)軟件發(fā)展。

3.加強(qiáng)基礎(chǔ)人才儲(chǔ)備和高層次人才引進(jìn)，完善適應(yīng)軟件產(chǎn)業(yè)人才發(fā)展的體制機(jī)制

以芯片設(shè)計(jì)軟件為例，EDA 工具研發(fā)工程師不僅要懂硬件設(shè)計(jì)，也要精通軟件架構(gòu)。全球EDA 從業(yè)人員約4 萬(wàn)人，而我國(guó)EDA研發(fā)人員僅有2000 余人，且多數(shù)集中在國(guó)際EDA公司的中國(guó)研發(fā)中心，我國(guó)工業(yè)軟件人才供給嚴(yán)重 不 足。 因此，在航天領(lǐng)域應(yīng)當(dāng)建立適應(yīng)工業(yè)軟件發(fā)展需求的人才引進(jìn)制度和培養(yǎng)體系，加快培育高端復(fù)合型人才，對(duì)于工業(yè)軟件專業(yè)人才給予適當(dāng)?shù)穆鋺魞?yōu)惠政策。加強(qiáng)海外高端人才和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)整體引進(jìn)力度，提供具有行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的項(xiàng)目啟動(dòng)資金，營(yíng)造寬松包容的科研創(chuàng)新環(huán)境?！?/p>