工业软件是制造强国之重器

　　文/苏楠 陈志(中国科学技术发展战略研究院)

　　“缺芯少魂”是制约我国迈向制造强国的重要瓶颈，其中，工业软件不以实物形式存在，却是工业企业运营的“大脑”，是支撑现代产业体系发展和创新的隐形“国之重器”，可谓“工业之魂”。目前我国工业软件的创新和应用与制造业大国地位不相匹配，与制造强国的要求差距更大，不但成为我国获得产业发展主动权的掣肘，也对产业信息安全造成了威胁。“累积效应”“锁定效应”和“生态效应”是我国工业软件产业发展面临的三大壁垒，建议以加强技术创新和积累为基础、以重大应用工程为牵引和以全球化平台建设为依托，逐步破除三大壁垒并推动我国工业软件产业创新发展与应用。

　　一、工业软件缺乏难成制造强国

　　(一)工业软件发展与制造强国要求差距明显

　　工业软件发展和应用水平与制造大国地位不符。随着我国制造业向信息化和数字化转型的加速，我国工业软件市场规模呈加速扩张态势，2011年到2016年，增速保持在15%～17.5%左右，高于全球工业软件5%～6%增长水平。但从全球市场占比和自给率看，工业软件的发展与应用水平与我国制造大国的地位不匹配，离制造强国差距更大。2016年，我国工业软件市场规模为1247.3亿元，其中非嵌入式软件为461.4亿元(《赛迪顾问中国工业软件发展白皮书2017》)，仅占全球市场份额的5.5%，与中国制造占世界20%的份额不匹配。

　　自主工业软件自给率低。从细分市场自给率看，2016年我国研发设计类软件市场为103.5亿元，80%被国外公司主导，其中达索系统和西门子PLM市场占有率分别19.05%和10.73%;生产控制类软件市场为164.6亿元，60%市场份额被西门子、霍尼韦尔、GE等跨国企业占据;信息管理类软件市场规模为193.3亿元，主要由浪潮、用友、金蝶等国内企业主导，Oracle、SAP等国外企业市场占有率在15%左右。同时，一些高端产业领域的专用工业软件几乎全部被国外公司垄断，如国内集成电路设计公司的设计工作基本全部依靠Synopsys、Cadence、Mentor三家美国公司提供的芯片设计的电子自动化软件(EDA);90%的航空企业采用达索系统公司提供的飞机设计软件。从软件产品类型上看，技术含量较高的研发设计类软件市场绝大多数被国外企业占领，而我国企业在开发门槛较低的信息资源类软件方面市场占有率较高。

　　(二)自主工业软件缺失暗藏产业安全风险

　　工业软件是以计算机及信息技术应用为特征的第三次工业革命中工业技术体系不断演化和专业化分工的产物，已经渗透和广泛应用于几乎所有工业领域的研发设计、生产控制、组装测试、售后运维、远程服务等环节，进行数据的收集、分析和决策，已成为现代产业体系之“魂”。过度依赖国外工业软件，失去的不仅是软件市场，更存在丧失产业发展主动权和影响产业信息安全的风险。

　　一是存在制造业被低端锁定，失去产业发展主动权的风险。一方面，工业软件是工业技术和信息技术融合的载体，是工业知识、行业技术和管理经验的代码化表达，过度依赖国外工业软件，意味着产业活动只能沿着国外的知识体系、技术路线、设计思想和管理经验进行，不利于我国工业技术的创新和积累，中国制造业也将只剩制造的“躯壳”，被锁定在“微笑曲线”低端。另一方面，工业软件，特别是研发设计类软件凝结了最先进的研发设计理念、知识、方法和工具，国外企业不可能出售含有最新创新成果的工业软件，可售的工业软件里固化的往往是上一代甚至上几代的技术和数据，甚至还存在禁售或高端模块“禁运”等现象，阻碍我国企业创新进程。例如波音公司787型飞机研制过程中，使用了8000多种软件，只有不到1000种是商业软件，其他仅为波音公司自用，是波音公司核心竞争力所在。目前我国80%的研发设计类软件依赖国外，相当于80%的产品开发和创新能力由国外控制，长此以往将存在创新空心化风险。

　　二是存在产业信息安全风险。工业软件的使用过程中将产生大量的工业数据和商业信息，一旦丢失或被滥用将使企业蒙受严重经济损失，甚至导致产业瘫痪，危及国家产业安全。例如，2011年达索系统公司的Solidworks软件被曝存在泄露计算机信息的后门，达索系统公司的研发设计类软件被我国航空航天、汽车等行业广泛应用，尽管公司说明合法授权软件不存在未经客户许可提供机密客户数据的机制，但也为由软件应用带来的产业信息安全提出了警示。

　　二、三大壁垒阻碍工业软件创新发展

　　2017年，德国墨卡托研究院对中国面向工业4.0的工业机器人、工业软件和3D打印等三大技术发展情况进行了评估，认为工业软件与国外技术差距最大，追赶和进步速度最慢。我们研究认为工业软件产业自身特点决定了产业在技术、市场、应用等上存在强大的“累积效应”“锁定效应”和“生态效应”，对于工业软件后来者而言没有任何后发优势。

　　(一)工业基础薄弱难以突破“累积效应”壁垒

　　回溯历史可以看到，目前全球知名工业软件企业的成立与发展基本与工业信息化的进程同步，经过几十年的不断沉淀积累、升级和更新，已经发展到了相当高的水平和层次，提高了后来者追赶的知识门槛，形成“累积效应”壁垒，成为我国工业软件在短期内实现成熟度、稳定性和可用性提高难以逾越的鸿沟。一是工业软件核心技术依赖国外。如国外厂商掌握CAE和CAD核心几何内核，我国企业主要基于国外产品进行二次开发或定制化开发，同时，部分工业软件的核心算法尚未掌握，如CAD的几何内核算法和CAE有限次元算法，国内软件企业需通过授权经营或整体购买的方式进行使用。二是工业知识和技术基础薄弱。工业技术软件化是工业知识、工艺经验、技术诀窍、制造知识和方法的显性化、数字化和系统化的过程，其成熟度直接代表了一个国家工业化能力和水平。我国大部分制造业处于跟跑阶段或价值链中低端，对背后的设计原理和工业机理了解不够深入，关键基础材料、核心基础零部件、先进基础工艺、产业技术基础等方面的知识和技术积累不足，缺乏可封装入软件的先进工业知识和技术。再如，EDA工具的开发是可靠的算法和工艺的结合，我国最先进的工艺产线均为引进，更不具备深亚微米级别的工艺能力，所以在EDA软件中与工艺结合的工具开发上短期不可能取得突破。另外，既懂信息技术又懂工业技术，还拥有一定管理知识的复合型人才积累不足，也是影响工业软件创新能力提升的重要原因。

　　(二)转换成本巨大构成“锁定效应”壁垒

　　巨大的转换成本带来的“锁定效应”使软件用户在软件选择时存在路径依赖，成为我国工业软件产业化道路上的重要障碍。目前，我国部分软件企业已经具备为国内工业企业用户提供软件配套和解决方案的能力，但是在市场推广上存在较大障碍。究其原因，除了用户对国外品牌的信赖之外，更重要的在于巨大的转换成本，使得国产软件难以对企业已用软件进行替代。企业更换软件系统是昂贵和费时的系统工程，需要企业研发组织体系、组织管理模式、业务流程等方面的变革，同时，软件操作和使用的员工需要进行培训和适应;另外，还要考虑到国产软件与已有国外软件之间的兼容问题。

　　(三)平台化构成“生态效应”壁垒

　　平台之争已经成为智能制造时代竞争的制高点，国内外制造业和IT业的领导者均在自身已有优势基础上，通过并购或研发等方式加速布局工业平台，如GE的Predix平台、西门子的Mindsphere平台、SAP的HANA平台等，平台通过提供覆盖研发设计、工艺仿真、原型测试、生产制造、远程服务等各环节的工业软件构建智能制造产业生态。最典型的为西门子公司，自2005年以来陆续并购UGS、INNOTEC、CAMSTAR、Tesis等10余家软件公司，同时集成SAP软件和Oracle数据库，从不同角度补齐了制造全流程的软件支撑能力，并实现无缝对接，构建排他、封闭和垄断的生态系统，率先成为全球唯一一家智能制造软硬件整合解决方案提供商。相比而言，我国工业软件企业以开发研发设计、生产控制、信息资源等单环节软件为主，贯穿整个制造业过程的生态化部署较少，为用户提供整体解决方案的能力弱。

　　三、顺应经济全球化和制造业智能化态势，精准施策破除三大壁垒

　　(一)补足工业2.0和3.0时代的技术和人才短板，破除“累积效应”壁垒

　　尽管工业软件以信息技术为基础，但也离不开工业知识和技术的支撑。我国工业技术创新能力已经取得巨大的提升，但在“压缩式”工业化发展模式下，工业知识和行业关键共性技术等基础仍不牢，需补工业2.0和3.0时代的短板。建议国家相关科技计划继续对工业软件的开发与创新给予持续专门支持。在内容上，加强对算法等基础技术支持;同时加强对关键基础材料、核心基础零部件、先进基础工艺、产业技术基础等工业基础知识和技术的支持力度，支持汇集技术规范，操作规范，国家标准、经验公式、模型算法等软件核心内容及解决工具的行业知识库、模型库和算法库的建设;在成果形式上，重视项目产出的知识和技术成果的软件化，加强成果的扩散和应用;在项目组织上，探索以国内企业牵头，国内外相关企业和机构共同参与的模式。

　　(二)以重大工程或项目为牵引，降低“锁定效应”壁垒

　　工业软件，尤其是高端研发设计与生产过程控制软件是以领先用户需求为驱动的创新，需要依托于行业应用，若脱离了具体的行业需求与环境，应用效果有限。建议以新一轮产业革命智能化和绿色化发展为契机，在航空航天、轨道交通装备、高档数控机床与机器人、集成电路等重点领域，以智能制造示范工程或重大科技项目为牵引，由领先的制造业企业牵头，联合国内外创新资源，开发一批高端工业软件并开展示范应用，降低用户的“锁定效应”壁垒。

　　(三)以全球化平台建设为依托，发挥“生态效应”优势

　　面向我国制造业转型升级需求，支持国内外有实力的制造业企业和IT企业独立或合作建立全球化的工业互联网平台，吸纳国内外传统工业软件和新型工业APP企业进入平台，加快与国际对接的相关平台和软件标准的制(修)定，发挥“生态效应”共生共享的优势，推动我国工业软件产业的发展及在制造业的集成应用。

　　注：

　　工业软件包括非嵌入式软件和嵌入式软件。本文主要针对非嵌入式软件进行研究，主要包括研发设计、生产调度与过程控制和资源管理等三类软件。

　　本文是智库专项“产业融合中的科技创新重大问题研究”、战略研究专项“促进科技与经济融通发展重大问题研究”阶段性研究成果。