工業軟件“卡脖子”，突圍路徑和方式有哪些?
http://www.sharifulalam.com 2022-04-22 09:51 來源：賽迪智庫
長期以來，我國工業軟件發展嚴重滯后，培育意識淡薄，國內工業軟件市場幾乎被國外巨頭所壟斷，重點行業和重要領域企業使用工業軟件嚴重依賴國外企業，安全隱患和潛在風險極大。加快推進制造強國建設，必須從戰略層面高度重視工業軟件發展，從戰術層面協力推進工業軟件發展突圍，咬定青山不放松持續補工業軟件之短，夯實數字時代工業發展安全根基，筑牢制造強國和網絡強國安全基石。
工業軟件是數字工業的基石
發展工業軟件是推進數字化制造的必然選擇
現代制造是建立在工業軟件數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研發制造生產，涵蓋概念、框架、系統、詳細等設計，以及數字物理樣機、仿真驗證等眾多環節，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，離開了工業軟件數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推進模式，研發過程就變得極其復雜，研發周期就會大大拉長，試錯成本就變得極大。
發展工業軟件是推進制造業高質量發展的內在要求
工業軟件是支撐制造業高質量發展的必要條件。發展CAD、CAX、CAE、EDA等研發設計類工業軟件，推進數字化研發設計和仿真模擬驗證，有利于提高復雜系統研發設計能力、提升研發設計效率、降低研發設計試錯成本。當今世界，飛機、船舶、汽車、工程機械、智能終端等復雜系統的研發設計，無一不是采用設計仿真軟件設計，離開了工業軟件，采用手工繪圖方式，一架飛機光設計圖紙就有數十萬張，信息管理就會變得極其復雜，試錯成本就會變得極高。發展CAM、MES、DCS、PLM等工業軟件，推進數字化制造，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。縱觀全球，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軟件基礎之上，工業軟件則是無人工廠的運行指揮魂。
發展工業軟件是建設制造強國的必然要求
工業軟件能力和豐富程度是數字時代一國工業強弱的重要指標。工業軟件絕非一般的普通軟件，是工業技術工藝的數字化封裝，是數字時代一國工業運行發展不可或缺的重要基礎工具和基礎設施。一國工業的強大，從規模上看，取決于工業門類體系的健全性;從安全性來看，離不開基礎材料、基礎工藝、基礎工業軟件和基礎零部件的全方位保障能力。工業軟件作為復雜系統研發設計、仿真驗證和數字制造的必要工具，已經成為衡量一國工業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巨頭企業，更重要在于其有Ansys、PTC、Autodesk、Synopsys、Cadence等世界一流的工業軟件公司，其研發的各類工業軟件已經成為了全球絕大多數國家制造企業研發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。
我國工業軟件仍缺乏市場競爭力
國產工業軟件市場占率極低，關鍵領域和環節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使用工業軟件大多來自Ansys、西門子、達索、PTC、Autodesk等國外知名企業，CAD、CAE CAM等核心工業軟件國內企業市場占有率極低。例如，國內企業使用的開發設計工具，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。
與國外主流工業軟件差距大，國內工業軟件企業普遍缺乏市場競爭力
國外主流工業軟件企業普遍都有30年以上技術工藝積累沉淀，部分頭部企業甚至超過了50年。例如，著名的工業軟件公司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。國內絕大多數工業軟件成立時間都不足20年，多數都是在近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。在工業軟件功能豐富性、仿真模型積累、研發人員數量、研發投入，以及用戶數量等方面，國內工業軟件與國外企業存在巨大差距。
企業工業軟件培育意識不強，長期使用國外軟件導致疏于自我培育
面對制造業加速數字化轉型時代大趨勢，作為工業巨頭的西門子、達索系統、施耐德等工業巨頭，21世紀以來，加快推進工業技術工藝軟件化步伐，通過大量收購工業軟件公司，進一步強化其數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、生物醫藥、建筑等領域重點龍頭企業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“自己開發不如買、國外軟件功能強大好用、國內工業軟件不好用”等意識。由于國外企業不可能將最先進的工業軟件賣給我國，長期使用國外工業軟件，使得國內制造企業技術工藝創新普遍建立在國外工業軟件基礎之上，技術工藝趕超國外企業存在天花板。
龍頭制造企業牽引作用未發揮，工業軟件企業發展缺乏工業土壤
縱觀國外工業軟件發展史，傳統工業巨頭在工業軟件發展過程中發揮至關重要作用，不僅知名的工業軟件巨頭背后都有傳統工業巨頭支持的身影，且傳統工業巨頭自身也通過成立或收購工業軟件公司，進一步強化工業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等數十家知名工業軟件公司，加速壯大其工業軟件支撐能力。另外，加快推進技術工藝軟件化封裝已經成為了國外工業巨頭的共同選擇。例如，單從軟件代碼行數看，航空航天制造商洛克希德·馬丁公司已經超過微軟成為全球最大的軟件公司。相比國外工業巨頭，國內制造業龍頭企業缺乏布局研發工業軟件意識，絕大多數領域龍頭制造企業使用的仿真設計類工業軟件都來自Ansys、西門子、Dassault Systemes、PTC等公司。
基礎研究資源未得到有效整合，產學研用高效聯動推進機制難以構建
工業軟件離不開工藝技術、仿真算法模型的基礎性研究，這些都是制造企業和純軟件企業獨自所能完成的。目前，我國技術產業發展和基礎研究存在極為嚴重的脫節情況，造成了極大的研究資源浪費。例如，產業端對部分技術工藝、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，找不到產業化途徑，被束之高閣;企業端部分技術工藝、算法模型等基礎研究攻關已經有很大突破，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已經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實踐、企業研發人員能回高校講臺”，國外這種研究機構和企業之間人才自由流動機制，使得國外產業研究和基礎研究能夠深度協同起來。尤其是工業軟件的開發，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培育突圍
在市場占率有、用戶認可度、企業研發投入、軟件自身易用性，以及企業發展時間，國內各領域工業軟件都無法跟國外企業相比，尤其在設計仿真類的工業軟件，國外企業已經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、產學研高效協同在工業軟件研發中發揮作用遠遠超過商業模式，寄希望于單獨通過商業模式創新、市場自由競爭等機制，實現我國工業軟件突破發展，難度可謂極大。從市場的角度來講，如果缺乏國家產業、財政、金融、稅收等領域政策組合發力，單純寄希望于社會資金來支持國內工業軟件發展，市場信心和動力都顯得嚴重不足。
推進工業軟件突圍發展的對策建議
發揮制度優勢，創新推進方式。發揮產業、財政、金融、稅收等政策組合拳，引導社會資金積極投資工業軟件領域，大力扶持本土工業軟件企業發展，推進中小型工業軟件企業重組兼并，推進大型工業軟件企業強強聯合。按照《中華人民共和國科學技術進步法》要求，發揮好政府采購牽引作用，鼓勵國有企業和財政支持項目優先采購境內企業開發培育的工業軟件。強化央企和行業龍頭企業競爭危機意識、國家責任意識、戰略布局意識、系統創新意識，引導其結合本行業實踐，聯合行業技術優勢企業、協會聯盟和投資機構合資成立行業工業軟件公司，大力發展和培育本行業工業軟件，助力解決行業“卡脖子”關鍵問題。
強化研用聯動，推進工程迭代。工業軟件的發展不是簡單攻克某項或某幾項技術就行，其發展是一個功能持續豐富和工程應用修正迭代的動態持續過程，研用聯動和工程實踐應用至關重要。結合工業互聯網等應用推廣，大力推進國產工業軟件培育和應用，優先推進在國防、航空航天、重大裝備制造等涉及國家安全的重點行業試點應用，并建立應用反饋機制，持續推進迭代升級。完善國產工業軟件培訓教材，推進國產工業軟件在學校專業人才培養中的應用，提升工業軟件用戶黏性。
強化基礎研究，加強人才培養。工業軟件是數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，發展工業軟件離不開基礎科學研究和工程實踐人才培養。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、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、芯片等多域多物理場機器耦合仿真研究。全面加強數學、物理、化學基礎科學人才培養，打通基礎科學培養和企業工程實踐通道，推進高校和科研機構研究人員和企業高級技術人才輪崗，提升基礎科學研究人才數字化、軟件化、系統化、工程化思維。
推進開放創新，打造產業生態。工業軟件本質上是工業技術工藝軟件化封裝，其研發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，協同推進攻關突破。建立行業工業軟件創新聯合體，鼓勵行業內重點制造企業以戰略投資模式，聯合投資成立獨立的工業軟件公司，協同推進本行業工業軟件培育、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。成立工業軟件推進聯盟，集聚投融資、基礎研究、軟件研發、軟件應用等產業各方，構建利益共贏機制，協同推進工業軟件發展。
加大扶持力度，推進優先發展。要從戰略高度審視工業軟件發展的重要性和緊迫性，加快制定工業軟件發展國家戰略，從基礎研究、人才培養、產學研合作、企業培育、金融支持、稅收優惠等方面系統性布局工業軟件發展。加大工業軟件發展資金扶持力度，強化部門政策協同扶持，優先支持企業上市融資，加大信貸供給力度，支持工業軟件企業持續獲得發展資金。通過提高研究開發費用稅前加計扣除比例、降低工業軟件企業增值稅和企業所得稅上繳比例等方式，大力扶持工業軟件企業發展。
工業軟件關系到國家制造業的安全發展，更是國家制造業核心競爭力的重要體現，培育工業軟件是一國制造業邁向全球制造產業鏈高端的必然要求。當前，我國正在推動從制造大國向制造強國邁進，培育壯大工業軟件是制造強國前進道路必須逾越的路坎。
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