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(shù)字化制造的基石,是智能工業(yè)發(fā)展的第一生產工具,是推進互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、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

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

長期以來,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)軟件市場幾乎被國外巨頭所壟斷,重點行業(yè)和重要領域企業(yè)使用工業(yè)軟件嚴重依賴國外企業(yè),安全隱患和潛在風險極大。加快推進制造強國建設,必須從戰(zhàn)略層面高度重視工業(yè)軟件發(fā)展,從戰(zhàn)術層面協(xié)力推進工業(yè)軟件發(fā)展突圍,咬定青山不放松持續(xù)補工業(yè)軟件之短,夯實數(shù)字時代工業(yè)發(fā)展安全根基,筑牢制造強國和網(wǎng)絡強國安全基石。

工業(yè)軟件是數(shù)字工業(yè)的基石

發(fā)展工業(yè)軟件是推進數(shù)字化制造的必然選擇

現(xiàn)代制造是建立在工業(yè)軟件數(shù)字化制造基礎之上的,通過二維、三維設計軟件,可以簡化設計,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、工程機械等較多復雜信息物理系統(tǒng)研發(fā)制造生產,涵蓋概念、框架、系統(tǒng)、詳細等設計,以及數(shù)字物理樣機、仿真驗證等眾多環(huán)節(jié),涉及結構、機械、磁聲、光、電、熱、力、流體、振動等眾多領域,是一個規(guī)模極其宏大、多學科深度交叉、技術高度融合的信息物理系統(tǒng),離開了工業(yè)軟件數(shù)字化形式的設計和仿真驗證,依托研制一個個實體樣機試錯研發(fā)推進模式,研發(fā)過程就變得極其復雜,研發(fā)周期就會大大拉長,試錯成本就變得極大。

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

工業(yè)軟件是支撐制造業(yè)高質量發(fā)展的必要條件。發(fā)展CAD、CAX、CAE、EDA等研發(fā)設計類工業(yè)軟件,推進數(shù)字化研發(fā)設計和仿真模擬驗證,有利于提高復雜系統(tǒng)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、工程機械、智能終端等復雜系統(tǒng)的研發(fā)設計,無一不是采用設計仿真軟件設計,離開了工業(yè)軟件,采用手工繪圖方式,一架飛機光設計圖紙就有數(shù)十萬張,信息管理就會變得極其復雜,試錯成本就會變得極高。發(fā)展CAM、MES、DCS、PLM等工業(yè)軟件,推進數(shù)字化制造,有利于提升生產排程管控能力,有利于提高資源利用率、生產效率和良品率,有利于提高柔性化制造能力、更好地滿足市場彈性需求??v觀全球,無人工廠、黑燈工廠、燈塔工廠等建設,都是建立在智能硬件和生產控制類工業(yè)軟件基礎之上,工業(yè)軟件則是無人工廠的運行指揮魂。


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(shù)字時代一國工業(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)技術工藝的數(shù)字化封裝,是數(shù)字時代一國工業(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(guī)模上看,取決于工業(yè)門類體系的健全性;從安全性來看,離不開基礎材料、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(tǒng)研發(fā)設計、仿真驗證和數(shù)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)的各類工業(yè)軟件已經(jīng)成為了全球絕大多數(shù)國家制造企業(yè)研發(fā)設計無可替代的必須工具,也正因為上述因素,使得美國實際在部分高端制造領域牢牢把握著別國命運的咽喉。

我國工業(yè)軟件仍缺乏市場競爭力

國產工業(yè)軟件市場占率極低,關鍵領域和環(huán)節(jié)技術產品嚴重受制于人

當前,我國汽車、船舶、飛機、工程機械、電子信息等重點制造行業(yè)使用工業(yè)軟件大多來自Ansys、西門子、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)市場占有率極低。例如,國內企業(yè)使用的開發(fā)設計工具,大部分都為國外公司提供,且國內外產品存在較大代際差,補短板還需要時日。


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年以上技術工藝積累沉淀,部分頭部企業(yè)甚至超過了50年。例如,著名的工業(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30年以上技術工藝積累。國內絕大多數(shù)工業(yè)軟件成立時間都不足20年,多數(shù)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驅動而成立的。在工業(yè)軟件功能豐富性、仿真模型積累、研發(fā)人員數(shù)量、研發(fā)投入,以及用戶數(shù)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,長期使用國外軟件導致疏于自我培育


面對制造業(yè)加速數(shù)字化轉型時代大趨勢,作為工業(yè)巨頭的西門子、達索系統(tǒng)、施耐德等工業(yè)巨頭,21世紀以來,加快推進工業(yè)技術工藝軟件化步伐,通過大量收購工業(yè)軟件公司,進一步強化其數(shù)字化制造軟件支撐能力。多年來,國內電子信息、裝備制造、冶金、化工、建材、生物醫(yī)藥、建筑等領域重點龍頭企業(yè)普遍不具備技術工藝軟件化思維,缺乏將自己先進技術工藝軟件化封裝意識,長期抱著“自己開發(fā)不如買、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)不可能將最先進的工業(yè)軟件賣給我國,長期使用國外工業(yè)軟件,使得國內制造企業(yè)技術工藝創(chuàng)新普遍建立在國外工業(yè)軟件基礎之上,技術工藝趕超國外企業(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

縱觀國外工業(yè)軟件發(fā)展史,傳統(tǒng)工業(yè)巨頭在工業(yè)軟件發(fā)展過程中發(fā)揮至關重要作用,不僅知名的工業(yè)軟件巨頭背后都有傳統(tǒng)工業(yè)巨頭支持的身影,且傳統(tǒng)工業(yè)巨頭自身也通過成立或收購工業(yè)軟件公司,進一步強化工業(yè)軟件和制造的深度融合。例如,西門子不僅成立了自己的工業(yè)軟件公司,而且從21世紀以來,先后收購了UGS、Camstar、Mentor Graphics、innotec、Vistagy等數(shù)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,加快推進技術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(shù)看,航空航天制造商洛克希德·馬丁公司已經(jīng)超過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(shù)領域龍頭制造企業(yè)使用的仿真設計類工業(yè)軟件都來自Ansys、西門子、Dassault Systemes、PTC等公司。

基礎研究資源未得到有效整合,產學研用高效聯(lián)動推進機制難以構建

工業(yè)軟件離不開工藝技術、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,我國技術產業(yè)發(fā)展和基礎研究存在極為嚴重的脫節(jié)情況,造成了極大的研究資源浪費。例如,產業(yè)端對部分技術工藝、算法模型等基礎研究攻關需求十分緊迫,但高校等科研機構個別研究人員已有很好研究積淀,因產研信息不對稱,找不到產業(yè)化途徑,被束之高閣;企業(yè)端部分技術工藝、算法模型等基礎研究攻關已經(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)應用的技術還存在較大的代際差。另外,“高校教授愿意參加企業(yè)實踐、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)之間人才自由流動機制,使得國外產業(yè)研究和基礎研究能夠深度協(xié)同起來。尤其是工業(yè)軟件的開發(fā),不是簡單的技術攻關能完成,需要基礎研究、工程實踐、應用體驗三方面的經(jīng)驗積累。

靠市場自主推進培育機制失靈,缺乏有效的組合拳政策實現(xiàn)培育突圍


在市場占率有、用戶認可度、企業(yè)研發(fā)投入、軟件自身易用性,以及企業(yè)發(fā)展時間,國內各領域工業(yè)軟件都無法跟國外企業(yè)相比,尤其在設計仿真類的工業(yè)軟件,國外企業(yè)已經(jīng)牢牢把握市場控制權,再加上技術工藝積淀、工程實踐迭代完善、產學研高效協(xié)同在工業(yè)軟件研發(fā)中發(fā)揮作用遠遠超過商業(yè)模式,寄希望于單獨通過商業(yè)模式創(chuàng)新、市場自由競爭等機制,實現(xiàn)我國工業(yè)軟件突破發(fā)展,難度可謂極大。從市場的角度來講,如果缺乏國家產業(yè)、財政、金融、稅收等領域政策組合發(fā)力,單純寄希望于社會資金來支持國內工業(yè)軟件發(fā)展,市場信心和動力都顯得嚴重不足。

推進工業(yè)軟件突圍發(fā)展的對策建議


發(fā)揮制度優(yōu)勢,創(chuàng)新推進方式。發(fā)揮產業(yè)、財政、金融、稅收等政策組合拳,引導社會資金積極投資工業(yè)軟件領域,大力扶持本土工業(yè)軟件企業(yè)發(fā)展,推進中小型工業(yè)軟件企業(yè)重組兼并,推進大型工業(yè)軟件企業(yè)強強聯(lián)合。按照《中華人民共和國科學技術進步法》要求,發(fā)揮好政府采購牽引作用,鼓勵國有企業(yè)和財政支持項目優(yōu)先采購境內企業(yè)開發(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(zhàn)略布局意識、系統(tǒng)創(chuàng)新意識,引導其結合本行業(yè)實踐,聯(lián)合行業(yè)技術優(yōu)勢企業(yè)、協(xié)會聯(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”關鍵問題。

強化研用聯(lián)動,推進工程迭代。工業(yè)軟件的發(fā)展不是簡單攻克某項或某幾項技術就行,其發(fā)展是一個功能持續(xù)豐富和工程應用修正迭代的動態(tài)持續(xù)過程,研用聯(lián)動和工程實踐應用至關重要。結合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等應用推廣,大力推進國產工業(yè)軟件培育和應用,優(yōu)先推進在國防、航空航天、重大裝備制造等涉及國家安全的重點行業(yè)試點應用,并建立應用反饋機制,持續(xù)推進迭代升級。完善國產工業(yè)軟件培訓教材,推進國產工業(yè)軟件在學校專業(yè)人才培養(yǎng)中的應用,提升工業(yè)軟件用戶黏性。

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

推進開放創(chuàng)新,打造產業(yè)生態(tài)。工業(yè)軟件本質上是工業(yè)技術工藝軟件化封裝,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)同推進攻關突破。建立行業(yè)工業(yè)軟件創(chuàng)新聯(lián)合體,鼓勵行業(yè)內重點制造企業(yè)以戰(zhàn)略投資模式,聯(lián)合投資成立獨立的工業(yè)軟件公司,協(xié)同推進本行業(yè)工業(yè)軟件培育、試點應用和工程迭代。積極吸納高校和科技機構研究人員的研究成果,及時吸納相關模型和算法等的最新研究成果,推進試點應用,并逐步完善提升。成立工業(yè)軟件推進聯(lián)盟,集聚投融資、基礎研究、軟件研發(fā)、軟件應用等產業(yè)各方,構建利益共贏機制,協(xié)同推進工業(yè)軟件發(fā)展。

加大扶持力度,推進優(yōu)先發(fā)展。要從戰(zhàn)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(zhàn)略,從基礎研究、人才培養(yǎng)、產學研合作、企業(yè)培育、金融支持、稅收優(yōu)惠等方面系統(tǒng)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(xù)獲得發(fā)展資金。通過提高研究開發(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(xiàn),培育工業(yè)軟件是一國制造業(yè)邁向全球制造產業(yè)鏈高端的必然要求。當前,我國正在推動從制造大國向制造強國邁進,培育壯大工業(yè)軟件是制造強國前進道路必須逾越的路坎。

(來源:中國工業(yè)和信息化)





聲明:部分內容來源于網(wǎng)絡,如侵權請后臺留言聯(lián)系刪除。