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推动工业软件突围的路径和模式

推动工业软件突围的路径和模式

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  • 发布时间:2022-05-04 07:37
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推动工业软件突围的路径和模式

 

工业软件能力和丰富程度是数字时代一国工业强弱的重要指标工业软件绝非一般的普通软件是工业技术工艺的数字化封装是数字时代一国工业运行发展不可或缺的重要基础工具和基础设施

 

工业软件是支撑数字化制造的基石,是智能工业发展的第一生产工具,是推进互联网、大数据、人工智能和制造业深度融合创新的重要载体。发展工业软件是推进制造强国建设的必然要求,是把握工业发展主导权的必备条件,是提升国家工业竞争力的重要抓手。长期以来,我国工业软件发展严重滞后,培育意识淡薄,国内工业软件市场几乎被国外巨头所垄断,重点行业和重要领域企业使用工业软件严重依赖国外企业,安全隐患和潜在风险极大。加快推进制造强国建设,必须从战略层面高度重视工业软件发展,从战术层面协力推进工业软件发展突围,咬定青山不放松持续补工业软件之短,夯实数字时代工业发展安全根基,筑牢制造强国和网络强国安全基石。

一、工业软件是数字工业的基石

(一)发展工业软件是推进数字化制造的必然选择

现代制造是建立在工业软件数字化制造基础之上的,通过二维、三维设计软件,可以简化设计,大大降低人工作图工作量,采用计算机软件仿真,免去做磨具和样品,可大大提高仿真验证能力。例如、飞机、船舶、汽车、工程机械等较多复杂信息物理系统研发制造生产,涵盖概念、框架、系统、详细等设计,以及数字物理样机、仿真验证等众多环节,涉及结构、机械、磁声、光、电、热、力、流体、振动等众多领域,是一个规模极其宏大、多学科深度交叉、技术高度融合的信息物理系统,离开了工业软件数字化形式的设计和仿真验证,依托研制一个个实体样机试错研发推进模式,研发过程就变得极其复杂,研发周期就会大大拉长,试错成本就变得极大。

(二)发展工业软件是推进制造业高质量发展的内在要求

工业软件是支撑制造业高质量发展的必要条件。发展CAD、CAX、CAE、EDA等研发设计类工业软件,推进数字化研发设计和仿真模拟验证,有利于提高复杂系统研发设计能力、提升研发设计效率、降低研发设计试错成本。当今世界,飞机、船舶、汽车、工程机械、智能终端等复杂系统的研发设计,无一不是采用设计仿真软件设计,离开了工业软件,采用手工绘图方式,一架飞机光设计图纸就有数十万张,信息管理就会变得极其复杂,试错成本就会变得极高。发展CAMMES、DCS、PLM等工业软件,推进数字化制造,有利于提升生产排程管控能力,有利于提高资源利用率、生产效率和良品率,有利于提高柔性化制造能力、更好地满足市场弹性需求。纵观全球,无人工厂、黑灯工厂、灯塔工厂等建设,都是建立在智能硬件和生产控制类工业软件基础之上,工业软件则是无人工厂的运行指挥魂。

(三)发展工业软件是建设制造强国的必然要求

工业软件能力和丰富程度是数字时代一国工业强弱的重要指标。工业软件绝非一般的普通软件,是工业技术工艺的数字化封装,是数字时代一国工业运行发展不可或缺的重要基础工具和基础设施。一国工业的强大,从规模上看,取决于工业门类体系的健全性;从安全性来看,离不开基础材料、基础工艺、基础工业软件和基础零部件的全方位保障能力。工业软件作为复杂系统研发设计、仿真验证和数字制造的必要工具,已经成为衡量一国工业竞争力的核心指标和参与国际竞争的重要杀手锏。例如,美国工业强大,不仅仅因其有通用电气、波音、卡特彼勒、霍尼韦尔、艾默生、雷神、洛克希德·马丁等一批世界级工业巨头企业,更重要在于其有Ansys、PTC、Autodesk、Synopsys、Cadence等世界一流的工业软件公司,其研发的各类工业软件已经成为了全球绝大多数国家制造企业研发设计无可替代的必须工具,也正因为上述因素,使得美国实际在部分高端制造领域牢牢把握着别国命运的咽喉。

二、我国工业软件仍缺乏市场竞争力

(一)国产工业软件市场占率极低,关键领域和环节技术产品严重受制于人

当前,我国汽车、船舶、飞机、工程机械、电子信息等重点制造行业使用工业软件大多来自Ansys、西门子、达索、PTC、Autodesk等国外知名企业,CADCAE CAM等核心工业软件国内企业市场占有率极低。例如,国内企业使用的开发设计工具,大部分都为国外公司提供,且国内外产品存在较大代际差,补短板还需要时日。

(二)与国外主流工业软件差距大,国内工业软件企业普遍缺乏市场竞争力

国外主流工业软件企业普遍都有30年以上技术工艺积累沉淀,部分头部企业甚至超过了50年。例如,著名的工业软件公司Ansys、UGS、Dassault Systemes、Camstar 、Synopsys、Cadence分别成立于1970年、1969年、1977年、1984年、1986年和1988年,普遍具有超过30年以上技术工艺积累。国内绝大多数工业软件成立时间都不足20年,多数都是在近10年内成立的,有相当一部分是近期因为国家政策重视和资本市场驱动而成立的。在工业软件功能丰富性、仿真模型积累、研发人员数量、研发投入,以及用户数量等方面,国内工业软件与国外企业存在巨大差距。

(三)企业工业软件培育意识不强,长期使用国外软件导致疏于自我培育

面对制造业加速数字化转型时代大趋势,作为工业巨头的西门子、达索系统、施耐德等工业巨头,21世纪以来,加快推进工业技术工艺软件化步伐,通过大量收购工业软件公司,进一步强化其数字化制造软件支撑能力。多年来,国内电子信息、装备制造、冶金、化工、建材、生物医药、建筑等领域重点龙头企业普遍不具备技术工艺软件化思维,缺乏将自己先进技术工艺软件化封装意识,长期抱着“自己开发不如买、国外软件功能强大好用、国内工业软件不好用”等意识。由于国外企业不可能将最先进的工业软件卖给我国,长期使用国外工业软件,使得国内制造企业技术工艺创新普遍建立在国外工业软件基础之上,技术工艺赶超国外企业存在天花板。

(四)龙头制造企业牵引作用未发挥,工业软件企业发展缺乏工业土壤

纵观国外工业软件发展史,传统工业巨头在工业软件发展过程中发挥至关重要作用,不仅知名的工业软件巨头背后都有传统工业巨头支持的身影,且传统工业巨头自身也通过成立或收购工业软件公司,进一步强化工业软件和制造的深度融合。例如,西门子不仅成立了自己的工业软件公司,而且从21世纪以来,先后收购了UGS、Camstar、Mentor Graphics、innotec、Vistagy等数十家知名工业软件公司,加速壮大其工业软件支撑能力。

另外,加快推进技术工艺软件化封装已经成为了国外工业巨头的共同选择。例如,单从软件代码行数看,航空航天制造商洛克希德·马丁公司已经超过微软成为全球最大的软件公司。相比国外工业巨头,国内制造业龙头企业缺乏布局研发工业软件意识,绝大多数领域龙头制造企业使用的仿真设计类工业软件都来自Ansys、西门子、Dassault Systemes、PTC等公司。

(四)基础研究资源未得到有效整合,产学研用高效联动推进机制难以构建

工业软件离不开工艺技术、仿真算法模型的基础性研究,这些都是制造企业和纯软件企业独自所能完成的。目前,我国技术产业发展和基础研究存在极为严重的脱节情况,造成了极大的研究资源浪费。例如,产业端对部分技术工艺、算法模型等基础研究攻关需求十分紧迫,但高校等科研机构个别研究人员已有很好研究积淀,因产研信息不对称,找不到产业化途径,被束之高阁;企业端部分技术工艺、算法模型等基础研究攻关已经有很大突破,但高校等研究机构还存在大量研究人员在重复研究,甚至研究出的成果跟企业已经应用的技术还存在较大的代际差。另外,“高校教授愿意参加企业实践、企业研发人员能回高校讲台”,国外这种研究机构和企业之间人才自由流动机制,使得国外产业研究和基础研究能够深度协同起来。尤其是工业软件的开发,不是简单的技术攻关能完成,需要基础研究、工程实践、应用体验三方面的经验积累。

(五)靠市场自主推进培育机制失灵,缺乏有效的组合拳政策实现培育突围

在市场占率有、用户认可度、企业研发投入、软件自身易用性,以及企业发展时间,国内各领域工业软件都无法跟国外企业相比,尤其在设计仿真类的工业软件,国外企业已经牢牢把握市场控制权,再加上技术工艺积淀、工程实践迭代完善、产学研高效协同在工业软件研发中发挥作用远远超过商业模式,寄希望于单独通过商业模式创新、市场自由竞争等机制,实现我国工业软件突破发展,难度可谓极大。从市场的角度来讲,如果缺乏国家产业、财政、金融、税收等领域政策组合发力,单纯寄希望于社会资金来支持国内工业软件发展,市场信心和动力都显得严重不足。

三、推进工业软件突围发展的对策建议

(一)发挥制度优势,创新推进方式

发挥产业、财政、金融、税收等政策组合拳,引导社会资金积极投资工业软件领域,大力扶持本土工业软件企业发展,推进中小型工业软件企业重组兼并,推进大型工业软件企业强强联合。按照《中华人民共和国科学技术进步法》要求,发挥好政府采购牵引作用,鼓励国有企业和财政支持项目优先采购境内企业开发培育的工业软件。强化央企和行业龙头企业竞争危机意识、国家责任意识、战略布局意识、系统创新意识,引导其结合本行业实践,联合行业技术优势企业、协会联盟和投资机构合资成立行业工业软件公司,大力发展和培育本行业工业软件,助力解决行业“卡脖子”关键问题。

(二)强化研用联动,推进工程迭代。

工业软件的发展不是简单攻克某项或某几项技术就行,其发展是一个功能持续丰富和工程应用修正迭代的动态持续过程,研用联动和工程实践应用至关重要。结合工业互联网等应用推广,大力推进国产工业软件培育和应用,优先推进在国防、航空航天、重大装备制造等涉及国家安全的重点行业试点应用,并建立应用反馈机制,持续推进迭代升级。完善国产工业软件培训教材,推进国产工业软件在学校专业人才培养中的应用,提升工业软件用户黏性。

(三)强化基础研究,加强人才培养。

工业软件是数字时代基础科学研究和工程实践应用有效结合的重要表现,发展工业软件离不开基础科学研究和工程实践人才培养。全面加强固体力学、流体力学、热学、电磁学相关基础学科研究,深化声场、磁场、场碰撞、模态、静力、疲劳等工程应用研究,强化结构、振动、热、流体、电磁场、电路、系统、芯片等多域多物理场机器耦合仿真研究。全面加强数学、物理、化学基础科学人才培养,打通基础科学培养和企业工程实践通道,推进高校和科研机构研究人员和企业高级技术人才轮岗,提升基础科学研究人才数字化、软件化、系统化、工程化思维。

(四)推进开放创新,打造产业生态。

工业软件本质上是工业技术工艺软件化封装,其研发绝非普通软件公司所能完成,需要打造利益共同体,集聚各方资源,协同推进攻关突破。建立行业工业软件创新联合体,鼓励行业内重点制造企业以战略投资模式,联合投资成立独立的工业软件公司,协同推进本行业工业软件培育、试点应用和工程迭代。积极吸纳高校和科技机构研究人员的研究成果,及时吸纳相关模型和算法等的最新研究成果,推进试点应用,并逐步完善提升。成立工业软件推进联盟,集聚投融资、基础研究、软件研发、软件应用等产业各方,构建利益共赢机制,协同推进工业软件发展。

(五)加大扶持力度,推进优先发展。

要从战略高度审视工业软件发展的重要性和紧迫性,加快制定工业软件发展国家战略,从基础研究、人才培养、产学研合作、企业培育、金融支持、税收优惠等方面系统性布局工业软件发展。加大工业软件发展资金扶持力度,强化部门政策协同扶持,优先支持企业上市融资,加大信贷供给力度,支持工业软件企业持续获得发展资金。通过提高研究开发费用税前加计扣除比例、降低工业软件企业增值税和企业所得税上缴比例等方式,大力扶持工业软件企业发展。

业软件关系到国家制造业的安全发展,更是国家制造业核心竞争力的重要体现,培育工业软件是一国制造业迈向全球制造产业链高端的必然要求。当前,我国正在推动从制造大国向制造强国迈进,培育壮大工业软件是制造强国前进道路必须逾越的路坎。

作者:陆峰  来源:《中国工业和信息化》杂志

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