“缺芯少魂”是制約我國(guó)邁向制造強(qiáng)國(guó)的重要瓶頸，其中，工業(yè)軟件不以實(shí)物形式存在，卻是工業(yè)企業(yè)運(yùn)營(yíng)的“大腦”，是支撐現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系發(fā)展和創(chuàng)新的隱形“國(guó)之重器”，可謂“工業(yè)之魂”。目前我國(guó)工業(yè)軟件的創(chuàng)新和應(yīng)用與制造業(yè)大國(guó)地位不相匹配，與制造強(qiáng)國(guó)的要求差距更大，不但成為我國(guó)獲得產(chǎn)業(yè)發(fā)展主動(dòng)權(quán)的掣肘，也對(duì)產(chǎn)業(yè)信息安全造成了威脅。“累積效應(yīng)”“鎖定效應(yīng)”和“生態(tài)效應(yīng)”是我國(guó)工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的三大壁壘，建議以加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新和積累為基礎(chǔ)、以重大應(yīng)用工程為牽引和以全球化平臺(tái)建設(shè)為依托，逐步破除三大壁壘并推動(dòng)我國(guó)工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展與應(yīng)用。
一、工業(yè)軟件缺乏難成制造強(qiáng)國(guó)
(一)工業(yè)軟件發(fā)展與制造強(qiáng)國(guó)要求差距明顯
工業(yè)軟件發(fā)展和應(yīng)用水平與制造大國(guó)地位不符。隨著我國(guó)制造業(yè)向信息化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型的加速，我國(guó)工業(yè)軟件市場(chǎng)規(guī)模呈加速擴(kuò)張態(tài)勢(shì)，2011年到2016年，增速保持在15%～17.5%左右，高于全球工業(yè)軟件5%～6%增長(zhǎng)水平。但從全球市場(chǎng)占比和自給率看，工業(yè)軟件的發(fā)展與應(yīng)用水平與我國(guó)制造大國(guó)的地位不匹配，離制造強(qiáng)國(guó)差距更大。2016年，我國(guó)工業(yè)軟件市場(chǎng)規(guī)模為1247.3億元，其中非嵌入式軟件為461.4億元(《賽迪顧問(wèn)中國(guó)工業(yè)軟件發(fā)展白皮書(shū)2017》)，僅占全球市場(chǎng)份額的5.5%，與中國(guó)制造占世界20%的份額不匹配。
自主工業(yè)軟件自給率低。從細(xì)分市場(chǎng)自給率看，2016年我國(guó)研發(fā)設(shè)計(jì)類軟件市場(chǎng)為103.5億元，80%被國(guó)外公司主導(dǎo)，其中達(dá)索系統(tǒng)和西門子PLM市場(chǎng)占有率分別19.05%和10.73%;生產(chǎn)控制類軟件市場(chǎng)為164.6億元，60%市場(chǎng)份額被西門子、霍尼韋爾、GE等跨國(guó)企業(yè)占據(jù);信息管理類軟件市場(chǎng)規(guī)模為193.3億元，主要由浪潮、用友、金蝶等國(guó)內(nèi)企業(yè)主導(dǎo)，Oracle、SAP等國(guó)外企業(yè)市場(chǎng)占有率在15%左右。同時(shí)，一些高端產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的專用工業(yè)軟件幾乎全部被國(guó)外公司壟斷，如國(guó)內(nèi)集成電路設(shè)計(jì)公司的設(shè)計(jì)工作基本全部依靠Synopsys、Cadence、Mentor三家美國(guó)公司提供的芯片設(shè)計(jì)的電子自動(dòng)化軟件(EDA);90%的航空企業(yè)采用達(dá)索系統(tǒng)公司提供的飛機(jī)設(shè)計(jì)軟件。從軟件產(chǎn)品類型上看，技術(shù)含量較高的研發(fā)設(shè)計(jì)類軟件市場(chǎng)絕大多數(shù)被國(guó)外企業(yè)占領(lǐng)，而我國(guó)企業(yè)在開(kāi)發(fā)門檻較低的信息資源類軟件方面市場(chǎng)占有率較高。
(二)自主工業(yè)軟件缺失暗藏產(chǎn)業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)
工業(yè)軟件是以計(jì)算機(jī)及信息技術(shù)應(yīng)用為特征的第三次工業(yè)革命中工業(yè)技術(shù)體系不斷演化和專業(yè)化分工的產(chǎn)物，已經(jīng)滲透和廣泛應(yīng)用于幾乎所有工業(yè)領(lǐng)域的研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)控制、組裝測(cè)試、售后運(yùn)維、遠(yuǎn)程服務(wù)等環(huán)節(jié)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集、分析和決策，已成為現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系之“魂”。過(guò)度依賴國(guó)外工業(yè)軟件，失去的不僅是軟件市場(chǎng)，更存在喪失產(chǎn)業(yè)發(fā)展主動(dòng)權(quán)和影響產(chǎn)業(yè)信息安全的風(fēng)險(xiǎn)。
一是存在制造業(yè)被低端鎖定，失去產(chǎn)業(yè)發(fā)展主動(dòng)權(quán)的風(fēng)險(xiǎn)。一方面，工業(yè)軟件是工業(yè)技術(shù)和信息技術(shù)融合的載體，是工業(yè)知識(shí)、行業(yè)技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)的代碼化表達(dá)，過(guò)度依賴國(guó)外工業(yè)軟件，意味著產(chǎn)業(yè)活動(dòng)只能沿著國(guó)外的知識(shí)體系、技術(shù)路線、設(shè)計(jì)思想和管理經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，不利于我國(guó)工業(yè)技術(shù)的創(chuàng)新和積累，中國(guó)制造業(yè)也將只剩制造的“軀殼”，被鎖定在“微笑曲線”低端。另一方面，工業(yè)軟件，特別是研發(fā)設(shè)計(jì)類軟件凝結(jié)了最先進(jìn)的研發(fā)設(shè)計(jì)理念、知識(shí)、方法和工具，國(guó)外企業(yè)不可能出售含有最新創(chuàng)新成果的工業(yè)軟件，可售的工業(yè)軟件里固化的往往是上一代甚至上幾代的技術(shù)和數(shù)據(jù)，甚至還存在禁售或高端模塊“禁運(yùn)”等現(xiàn)象，阻礙我國(guó)企業(yè)創(chuàng)新進(jìn)程。例如波音公司787型飛機(jī)研制過(guò)程中，使用了8000多種軟件，只有不到1000種是商業(yè)軟件，其他僅為波音公司自用，是波音公司核心競(jìng)爭(zhēng)力所在。目前我國(guó)80%的研發(fā)設(shè)計(jì)類軟件依賴國(guó)外，相當(dāng)于80%的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新能力由國(guó)外控制，長(zhǎng)此以往將存在創(chuàng)新空心化風(fēng)險(xiǎn)。
二是存在產(chǎn)業(yè)信息安全風(fēng)險(xiǎn)。工業(yè)軟件的使用過(guò)程中將產(chǎn)生大量的工業(yè)數(shù)據(jù)和商業(yè)信息，一旦丟失或被濫用將使企業(yè)蒙受嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失，甚至導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)癱瘓，危及國(guó)家產(chǎn)業(yè)安全。例如，2011年達(dá)索系統(tǒng)公司的Solidworks軟件被曝存在泄露計(jì)算機(jī)信息的后門，達(dá)索系統(tǒng)公司的研發(fā)設(shè)計(jì)類軟件被我國(guó)航空航天、汽車等行業(yè)廣泛應(yīng)用，盡管公司說(shuō)明合法授權(quán)軟件不存在未經(jīng)客戶許可提供機(jī)密客戶數(shù)據(jù)的機(jī)制，但也為由軟件應(yīng)用帶來(lái)的產(chǎn)業(yè)信息安全提出了警示。
二、三大壁壘阻礙工業(yè)軟件創(chuàng)新發(fā)展
2017年，德國(guó)墨卡托研究院對(duì)中國(guó)面向工業(yè)4.0的工業(yè)機(jī)器人、工業(yè)軟件和3D打印等三大技術(shù)發(fā)展情況進(jìn)行了評(píng)估，認(rèn)為工業(yè)軟件與國(guó)外技術(shù)差距最大，追趕和進(jìn)步速度最慢。我們研究認(rèn)為工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)自身特點(diǎn)決定了產(chǎn)業(yè)在技術(shù)、市場(chǎng)、應(yīng)用等上存在強(qiáng)大的“累積效應(yīng)”“鎖定效應(yīng)”和“生態(tài)效應(yīng)”，對(duì)于工業(yè)軟件后來(lái)者而言沒(méi)有任何后發(fā)優(yōu)勢(shì)。
(一)工業(yè)基礎(chǔ)薄弱難以突破“累積效應(yīng)”壁壘
回溯歷史可以看到，目前全球知名工業(yè)軟件企業(yè)的成立與發(fā)展基本與工業(yè)信息化的進(jìn)程同步，經(jīng)過(guò)幾十年的不斷沉淀積累、升級(jí)和更新，已經(jīng)發(fā)展到了相當(dāng)高的水平和層次，提高了后來(lái)者追趕的知識(shí)門檻，形成“累積效應(yīng)”壁壘，成為我國(guó)工業(yè)軟件在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)成熟度、穩(wěn)定性和可用性提高難以逾越的鴻溝。一是工業(yè)軟件核心技術(shù)依賴國(guó)外。如國(guó)外廠商掌握CAE和CAD核心幾何內(nèi)核，我國(guó)企業(yè)主要基于國(guó)外產(chǎn)品進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)或定制化開(kāi)發(fā)，同時(shí)，部分工業(yè)軟件的核心算法尚未掌握，如CAD的幾何內(nèi)核算法和CAE有限次元算法，國(guó)內(nèi)軟件企業(yè)需通過(guò)授權(quán)經(jīng)營(yíng)或整體購(gòu)買的方式進(jìn)行使用。二是工業(yè)知識(shí)和技術(shù)基礎(chǔ)薄弱。工業(yè)技術(shù)軟件化是工業(yè)知識(shí)、工藝經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)訣竅、制造知識(shí)和方法的顯性化、數(shù)字化和系統(tǒng)化的過(guò)程，其成熟度直接代表了一個(gè)國(guó)家工業(yè)化能力和水平。我國(guó)大部分制造業(yè)處于跟跑階段或價(jià)值鏈中低端，對(duì)背后的設(shè)計(jì)原理和工業(yè)機(jī)理了解不夠深入，關(guān)鍵基礎(chǔ)材料、核心基礎(chǔ)零部件、先進(jìn)基礎(chǔ)工藝、產(chǎn)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)等方面的知識(shí)和技術(shù)積累不足，缺乏可封裝入軟件的先進(jìn)工業(yè)知識(shí)和技術(shù)。再如，EDA工具的開(kāi)發(fā)是可靠的算法和工藝的結(jié)合，我國(guó)最先進(jìn)的工藝產(chǎn)線均為引進(jìn)，更不具備深亞微米級(jí)別的工藝能力，所以在EDA軟件中與工藝結(jié)合的工具開(kāi)發(fā)上短期不可能取得突破。另外，既懂信息技術(shù)又懂工業(yè)技術(shù)，還擁有一定管理知識(shí)的復(fù)合型人才積累不足，也是影響工業(yè)軟件創(chuàng)新能力提升的重要原因。
(二)轉(zhuǎn)換成本巨大構(gòu)成“鎖定效應(yīng)”壁壘
巨大的轉(zhuǎn)換成本帶來(lái)的“鎖定效應(yīng)”使軟件用戶在軟件選擇時(shí)存在路徑依賴，成為我國(guó)工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)化道路上的重要障礙。目前，我國(guó)部分軟件企業(yè)已經(jīng)具備為國(guó)內(nèi)工業(yè)企業(yè)用戶提供軟件配套和解決方案的能力，但是在市場(chǎng)推廣上存在較大障礙。究其原因，除了用戶對(duì)國(guó)外品牌的信賴之外，更重要的在于巨大的轉(zhuǎn)換成本，使得國(guó)產(chǎn)軟件難以對(duì)企業(yè)已用軟件進(jìn)行替代。企業(yè)更換軟件系統(tǒng)是昂貴和費(fèi)時(shí)的系統(tǒng)工程，需要企業(yè)研發(fā)組織體系、組織管理模式、業(yè)務(wù)流程等方面的變革，同時(shí)，軟件操作和使用的員工需要進(jìn)行培訓(xùn)和適應(yīng);另外，還要考慮到國(guó)產(chǎn)軟件與已有國(guó)外軟件之間的兼容問(wèn)題。
(三)平臺(tái)化構(gòu)成“生態(tài)效應(yīng)”壁壘
平臺(tái)之爭(zhēng)已經(jīng)成為智能制造時(shí)代競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外制造業(yè)和IT業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者均在自身已有優(yōu)勢(shì)基礎(chǔ)上，通過(guò)并購(gòu)或研發(fā)等方式加速布局工業(yè)平臺(tái)，如GE的Predix平臺(tái)、西門子的Mindsphere平臺(tái)、SAP的HANA平臺(tái)等，平臺(tái)通過(guò)提供覆蓋研發(fā)設(shè)計(jì)、工藝仿真、原型測(cè)試、生產(chǎn)制造、遠(yuǎn)程服務(wù)等各環(huán)節(jié)的工業(yè)軟件構(gòu)建智能制造產(chǎn)業(yè)生態(tài)。最典型的為西門子公司，自2005年以來(lái)陸續(xù)并購(gòu)UGS、INNOTEC、CAMSTAR、Tesis等10余家軟件公司，同時(shí)集成SAP軟件和Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，從不同角度補(bǔ)齊了制造全流程的軟件支撐能力，并實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接，構(gòu)建排他、封閉和壟斷的生態(tài)系統(tǒng)，率先成為全球唯一一家智能制造軟硬件整合解決方案提供商。相比而言，我國(guó)工業(yè)軟件企業(yè)以開(kāi)發(fā)研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)控制、信息資源等單環(huán)節(jié)軟件為主，貫穿整個(gè)制造業(yè)過(guò)程的生態(tài)化部署較少，為用戶提供整體解決方案的能力弱。
三、順應(yīng)經(jīng)濟(jì)全球化和制造業(yè)智能化態(tài)勢(shì)，精準(zhǔn)施策破除三大壁壘
(一)補(bǔ)足工業(yè)2.0和3.0時(shí)代的技術(shù)和人才短板，破除“累積效應(yīng)”壁壘
盡管工業(yè)軟件以信息技術(shù)為基礎(chǔ)，但也離不開(kāi)工業(yè)知識(shí)和技術(shù)的支撐。我國(guó)工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力已經(jīng)取得巨大的提升，但在“壓縮式”工業(yè)化發(fā)展模式下，工業(yè)知識(shí)和行業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)等基礎(chǔ)仍不牢，需補(bǔ)工業(yè)2.0和3.0時(shí)代的短板。建議國(guó)家相關(guān)科技計(jì)劃繼續(xù)對(duì)工業(yè)軟件的開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新給予持續(xù)專門支持。在內(nèi)容上，加強(qiáng)對(duì)算法等基礎(chǔ)技術(shù)支持;同時(shí)加強(qiáng)對(duì)關(guān)鍵基礎(chǔ)材料、核心基礎(chǔ)零部件、先進(jìn)基礎(chǔ)工藝、產(chǎn)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)等工業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和技術(shù)的支持力度，支持匯集技術(shù)規(guī)范，操作規(guī)范，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)驗(yàn)公式、模型算法等軟件核心內(nèi)容及解決工具的行業(yè)知識(shí)庫(kù)、模型庫(kù)和算法庫(kù)的建設(shè);在成果形式上，重視項(xiàng)目產(chǎn)出的知識(shí)和技術(shù)成果的軟件化，加強(qiáng)成果的擴(kuò)散和應(yīng)用;在項(xiàng)目組織上，探索以國(guó)內(nèi)企業(yè)牽頭，國(guó)內(nèi)外相關(guān)企業(yè)和機(jī)構(gòu)共同參與的模式。
(二)以重大工程或項(xiàng)目為牽引，降低“鎖定效應(yīng)”壁壘
工業(yè)軟件，尤其是高端研發(fā)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)過(guò)程控制軟件是以領(lǐng)先用戶需求為驅(qū)動(dòng)的創(chuàng)新，需要依托于行業(yè)應(yīng)用，若脫離了具體的行業(yè)需求與環(huán)境，應(yīng)用效果有限。建議以新一輪產(chǎn)業(yè)革命智能化和綠色化發(fā)展為契機(jī)，在航空航天、軌道交通裝備、高檔數(shù)控機(jī)床與機(jī)器人、集成電路等重點(diǎn)領(lǐng)域，以智能制造示范工程或重大科技項(xiàng)目為牽引，由領(lǐng)先的制造業(yè)企業(yè)牽頭，聯(lián)合國(guó)內(nèi)外創(chuàng)新資源，開(kāi)發(fā)一批高端工業(yè)軟件并開(kāi)展示范應(yīng)用，降低用戶的“鎖定效應(yīng)”壁壘。
(三)以全球化平臺(tái)建設(shè)為依托，發(fā)揮“生態(tài)效應(yīng)”優(yōu)勢(shì)
面向我國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)需求，支持國(guó)內(nèi)外有實(shí)力的制造業(yè)企業(yè)和IT企業(yè)獨(dú)立或合作建立全球化的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，吸納國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)工業(yè)軟件和新型工業(yè)APP企業(yè)進(jìn)入平臺(tái)，加快與國(guó)際對(duì)接的相關(guān)平臺(tái)和軟件標(biāo)準(zhǔn)的制(修)定，發(fā)揮“生態(tài)效應(yīng)”共生共享的優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)我國(guó)工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及在制造業(yè)的集成應(yīng)用。
注：工業(yè)軟件包括非嵌入式軟件和嵌入式軟件。本文主要針對(duì)非嵌入式軟件進(jìn)行研究，主要包括研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)調(diào)度與過(guò)程控制和資源管理等三類軟件。
本文是智庫(kù)專項(xiàng)“產(chǎn)業(yè)融合中的科技創(chuàng)新重大問(wèn)題研究”、戰(zhàn)略研究專項(xiàng)“促進(jìn)科技與經(jīng)濟(jì)融通發(fā)展重大問(wèn)題研究”階段性研究成果。