工業軟件：紓困突圍，助推工業互聯網高質量發展

孫曉霞

當前，我國正在從“制造大國”向“制造強國”邁進，而蓬勃發展的工業互聯網正在重新定義著制造業的未來。工業互聯網作為新一代信息技術與現代工業技術全方位深度融合所形成的產物，是制造業數字化、網絡化、智能化的重要載體，是智能制造的關鍵基礎設施，也是全球新一輪產業競爭的制高點。工業互聯網對制造業的變革性影響，詳見筆者《淺談工業互聯網對制造業的賦能作用》一文所述。而工業互聯網的“靈魂”——工業軟件，則是決定工業互聯網健康發展、支撐制造業領先地位的關鍵所在。

1 工業互聯網的體系架構

工業互聯網，作為不斷進步的信息通信技術與工業體系各環節深度融合形成的產業形態，通過跨設備、跨系統、跨廠區、跨地區的全面互聯互通，實現了各種生產和服務資源更大范圍、更高效率、更加精準的優化配置，進而與制造業的巨大變革緊密聯系起來。工業互聯網由網絡體系、平臺體系、安全體系3大功能體系構成，其中，網絡是基礎，平臺是核心，安全是保障。工業互聯網的體系架構及內部組成詳見圖1所示，該體系框架成為推動我國工業互聯網產業發展的主要出發點。

在工業互聯網中，網絡體系是實現工業全系統、全產業鏈、全價值鏈互聯互通的基礎，它借助不斷演進發展的互聯網、物聯網、移動通信技術甚至衛星通信技術，促進了工業數據的充分流動和無縫集成，具體來說包括網絡互聯、標識解析和信息互通3方面。

平臺體系作為數據的承載體，是工業資源配置的核心，它通過設備、軟件、企業、設計、研發、生產、產品、管理、服務等工業全要素的鏈接，構建基于海量數據感知、采集、匯聚、分析和集成應用的服務體系，打造制造資源泛在連接、彈性供給、高效配置的工業云平臺，實現設備彈性生產、運營管理優化、商業模式創新，推動制造業智能化發展，具體組成部分除上云基礎設施IaaS層外，典型構成為邊緣層、平臺層（PaaS層）和應用層（SaaS層）3部分，這3層分別承擔數據采集、處理分析、應用服務等功能。

安全體系是涵蓋工業互聯網全系統的防護體系，是工業互聯網各環節健康有序發展的保障，包括設備安全、控制安全、網絡安全、應用安全和數據安全等5個方面。

2 核心環節之工業軟件

如果將工業互聯網形象地比作精密的人體“小宇宙”，那么數據猶如人體中無處不在的血液，網絡如同四通八達、縱橫交錯的血管，工業軟件則好比協同工作實現人體機能的各類器官。

2.1 工業軟件及其重要性

工業軟件，是指專用于或主要用于工業領域，為提高工業企業研發、生產、管理與服務水平以及提升工業產品價值的軟件與系統。工業互聯網是實現智能制造的重要手段，而工業軟件是工業互聯網的核心組成，可以說有工業的地方就有工業軟件，它幾乎涵蓋了工業產品全生命周期的設計開發、生產制造、經營管理、運維服務等所有環節。從本質上來說，工業軟件是工業的軟件，是以數字化和系統化的形式將經過長期沉淀的工業技術、工藝經驗、制造方法呈現為軟件，是制造業經驗的凝固與升華。

雖然工業軟件在軟件行業中僅占很小的比例，據工業和信息化部的統計數據顯示，2021年我國軟件和信息技術服務業累計完成軟件業務收入94 994億元，其中工業軟件產品實現收入2 414億元，占比為2.5%，但工業軟件卻是工業制造的大腦和神經，在業界被比作工業領域的“皇冠”。對于工業軟件在推動制造業向數字化與智能化轉變過程中起到的重要支撐作用，清華大學教授、中國工程院院士孫家廣特別強調，高端工業軟件是制造業數字化、網絡化、智能化的基石，是新一輪工業革命的核心要素。

2.2 工業軟件的分類

從產品生命周期不同階段或環節的維度，工業軟件可分為4大類別：研發設計類、生產制造類、經營管理類和運維服務類，詳見表1所示。

2.2.1 研發設計類工業軟件

研發設計類工業軟件，主要用于提升企業在產品設計和研發領域的能力和效率，以計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助工程（CAE）、計算機輔助制作（CAM）和電子設計自動化（EDA）等為代表。研發設計類工業軟件，作為工業軟件中最為重要的環節，具有集中度高、開發難度大、開發周期長、資金需求大、落后程度高等特點，是目前我國工業軟件中最為薄弱、開發技術壁壘最高的一類工業軟件。研發類工業軟件的國產化率處于低水平狀態，未來替代空間廣闊。

2.2.2 生產制造類工業軟件

生產制造類工業軟件，是企業在生產和制造過程中進行數據采集、分析和決策的軟件，主要作用是提高企業產品質量和生產制造的能力，以制造執行系統（MES）、數據采集和監控系統（SCADA）、分布式控制系統（DCS）和可編程邏輯控制器（PLC）等為代表。生產制造類工業軟件，是目前我國市場規模最大的一類工業軟件，其市場規模在工業軟件中占據絕對優勢，據相關數據統計，2020年我國生產控制類軟件業務完成量為685億元，在工業軟件市場規模中的占比高達66%。

2.2.3 經營管理類軟件

經營管理類軟件，主要用于提升企業的管理水平和運營效率，以企業資源管理（ERP）、辦公協同（OA）和營銷管理（CRM）等為代表。經營管理類軟件，是工業軟件中國產化進程最快的一類，我國經營管理類軟件在中低端市場占有率較高，該領域的國產廠商代表用友網絡、浪潮軟件、金蝶等已經具備一定的市場占有率和行業知名度。

2.2.4 運維服務類軟件

運維服務類軟件，是企業對生產及其設備保養、維修的軟件，主要作用是提高設備服務可靠性，達到較高的運營績效水平，以維護維修運行（MRO）、故障預測健康管理（PHM）和資產性能管理（APM）為代表。運維服務類軟件，其核心技術目前仍由國外掌握，我國的運維服務類軟件，無論是在產品、技術、功能方面，還是在市場占有率方面，都與國外存在一定的差距。

3 工業軟件發展困局及解決措施

近年來，隨著工業互聯網的蓬勃發展，業界對工業軟件重要性的認識逐漸提高，不少專家學者、有識之士振臂高呼，切莫讓工業軟件成為下一個“芯片”。事實上，在高端工業軟件領域，我國已經處于隨時被歐美工業軟件強國“卡脖子”的境地了，直接影響著我國芯片、高鐵、國產大飛機等產業的健康發展。2019年，美國的3大EDA廠商先后終止了與華為的合作，這一釜底抽薪的作法，直接從上游設計領域掐斷了我國自研芯片之路，與此同時，也管中窺豹暴露出了工業軟件領域是我國高端制造最薄弱的環節。業內專家長期觀察與分析后不無憂慮地表示，工業軟件是改革開放以后，唯一一個與國外同行不斷拉大差距的工業技術領域。綜合來看，我國工業軟件的發展存在以下一些亟待解決的問題。

3.1 產業基礎薄弱，頂層設計需梳理優化

“工業軟件是一個國家工業化知識沉淀的總和，是一個國家制造知識的總集?！惫I軟件作為工業化的頂級產物，它映射了一個國家工業水平的實力。工業軟件巨頭的背后，必然站著一個強大的工業國家。工業霸主美國，是全球工業軟件領先的國家之一，擁有洛克希德這樣的工業軟件巨頭；以工業著稱的德國，憑借嚴謹的工業理念孕育出了SAP、西門子等工業軟件巨頭；航空工業極為發達的法國，因設計軟件要求與需求極高的航空工業，孵化出了全球CAD設計軟件頂級巨頭達索系統公司。美國、德國和法國等歐美國家的工業軟件之所以強大，根本原因就在于他們積累了幾十年甚至上百年工業生產的關鍵技術、流程、知識、工藝和數據，形成了扎實的工業數據知識庫，具備了最重要、最核心、最底層的支撐。簡言之，工業強則軟件強。

我國由于歷史原因，沒有經歷完整的工業化進程，工業基礎一窮二白，百年來的工業化歷程可謂波瀾壯闊、血淚交融，新中國成立后我國大規模工業化的進程才得以開啟。幾十年來，我國的工業實力迅速壯大，成為全世界唯一擁有全部工業門類的國家，但我國工業所呈現的“大而不強、全而不優”局面并未從根本上得到改變，在生產技術、工藝流程、經驗知識等工業數據的積累方面與國外工業大國相比非常薄弱。

隨著我國工業互聯網、智能制造的推進，近年來，我國出臺了一系列工業軟件相關的支持政策。但是，工業軟件屬于交叉領域，既是基礎科學，又是IT產品，在管理歸屬上與國家發展和改革委員會、科技部、工業和信息化部都有所關聯。正因如此，工業軟件的經費扶持在近十來年里處于“無人認領”狀態。如今，工業軟件身系國家命脈，重要性毋庸置疑，當務之急須從國家戰略高度重視國產自主工業軟件，注重科學統籌，強化頂層設計，提升規劃引領。

3.2 技術資金困頓，經濟投入需大力加強

工業軟件，源自于工業體系，又具有軟件基因，是工業知識積淀與基礎科學的結合，工業的復雜性決定了工業軟件研發的復雜性、艱巨性與長期性，因此該領域的技術壁壘極高。工業軟件與一般軟件最大的區別是其極強的專業性，通常需要工業領域與專家軟件工程師的共同合作開發，需要數學、物理、化學、材料學、力學等多種基礎學科的交叉整合、深度融合。由于體系復雜、技術門檻高、可靠性要求嚴苛，因此工業軟件的研發周期長、迭代速度慢，如大型工業軟件的研發周期一般為3～5年，而獲得認可至少需要經過長達10年以上的市場檢驗。

就我國現實情況而言，工業軟件企業多以IT企業為主，缺乏堅實的工業背景，而傳統工業企業多重視制造主業而忽視軟件設計，“重硬輕軟”成為壓倒性潛意識，軟件的知識價值長期未得到深刻認識。橫亙在“工業”和“軟件”之間的溝壑，需要用資金、人才和技術等要素來填平，其中資金又影響著其他要素。單從資金來說，我國在工業軟件上的投入嚴重不足。根據走向智能研究院的測算數據，“十五”至“十二五”期間，我國對核心工業軟件研發的投入合計不足2億元。而美國最大的CAE軟件供應商ANSYS公司，一年的研發投入高達20億元。與之相比，我國工業軟件發展的資金投入實在是土丘見泰山。

工業軟件是工業之魂魄，作用重大、意義非凡，可謂大國重器擔當，雖然其產業本身體量并不大，但屬于典型的“支點產業”，它所撬動的關聯產業市場規模龐大。對于工業軟件發展所面臨的資金難題，需在強化政府財政資金引導的同時，倡導企業積極探索市場，鼓勵社會資本參與介入，構建多維經濟支撐格局。

3.3 應用依賴國外，產業生態需不斷完善

從現狀來看，國產工業軟件深處內憂外患、艱難求生的時局。一方面，工業軟件是基于工業發展到一定程度的產物，沒有深厚的工業文化積淀，難以深入理解工業流程、準確對標業務內涵，這是國產工業軟件發展面臨的最大障礙。來自于學院派的工業軟件，往往由于不了解市場，缺乏商業化思維與經驗，經常始于院校而終于院校。此外，國產工業軟件生態環境惡劣，還需面對盜版肆虐的問題。另一方面，國內企業或用戶，在長期使用國外工業軟件的過程中，已經形成了嚴重依賴性。國外工業軟件先天具有產品品質優勢，在長期的經營過程中，憑借客戶的粘性和依賴，又逐漸在資金和話語權方面形成了強大的優勢。這種長期的依賴，客觀上持續推動了國外工業軟件的不斷進步。

軟件設計是一個需要不斷發現問題、解決問題的過程，只有不斷迭代升級，軟件才能提升其競爭力。國產工業軟件只有在應用中才能向前推進，滾動發展，形成良性循環。盡快扭轉用戶長期依賴國外工業軟件的不良局面，需要國家繼續從政策層面加大對國產工業軟件的支持力度，在資金扶持以及稅收減免等方面向國產軟件傾斜，拓展更多應用場景，如以工業互聯網“新基建”為契機，為國產工業軟件厚植成長沃土，構建產業生態，提供更廣闊的平臺和更好的發展時機。

3.4 專才缺乏嚴重，人才培養需加快速度

工業軟件是知識高度密集的行業，其研發需要將豐富的工業知識和實踐經驗程序化，對跨學科、跨領域的人才有著極高的要求。專業人才已經成為工業軟件行業發展必不可少的要素，而工業軟件人才匱乏的問題也已是不爭的事實。據相關預測表明，到2025年，我國關鍵軟件人才新增缺口將達到83萬人，其中工業軟件人才缺口將為12萬人，工業軟件將成為人才緊缺度最高的領域之一。簡單概括來說，工業軟件人才缺失主要表現為3方面：門檻高，高校造血功能弱化，工業軟件人才“培養難”；儲備少，復合人才緊俏搶手，工業軟件人才“招聘難”；收入低，業內人才流失嚴重，工業軟件人才“留住難”。

工業軟件的發展必須依靠大量專業人才的智力加持，人才問題值得高度關注。解決工業軟件人才問題，需要統籌謀劃、遠近結合、多方聯動。從短期來說，要著力加大人才引進培育力度，包括軟件人才，也包括行業專家；從中長期來說，要加強“產、學、研”通力合作，發揮高校院所、工業企業以及第三方機構等多方力量，梳理行業技術難點和關鍵問題，協同攻關，聯合培養工業軟件人才，打造自主可控的國產工業軟件。

4 結語

當下，我國制造業正處于實現歷史性跨越的關鍵時期。工業互聯網是智能制造的關鍵基礎設施，工業軟件是工業互聯網的靈魂，是“中國制造”向“中國智造”升級的重要抓手與核心動力。對工業軟件的重要意義和發展滯后現狀的認識已經越來越深入，我國工業軟件發展的政策、產業環境正在發生著變化。

在政策方面，國家從戰略層面頒布一系列支持政策，積極營造有利工業軟件產業發展的政策環境。2021年年底，《“十四五”軟件和信息技術服務業發展規劃》《“十四五”智能制造發展規劃》相繼出臺，強調重點突破工業軟件，提升工業軟件技術水平和市場競爭力；2022年1月，國務院印發《“十四五”數字經濟發展規劃》，著力推動軟件產業做大做強。在產業方面，我國日漸雄厚的制造業體系為自主工業軟件培育了強大需求，同時重視產業鏈安全的背景也為工業軟件帶來了發展契機。近年來，一些工業軟件初創企業如雨后春筍冒出來，如CAD軟件領域的深圳十灃科技有限公司，專注于國產求解器軟件的杉數科技（北京）有限公司，國產工業軟件產業逐步取得喜人進展。

當然，工業軟件和工業互聯網的發展都不可能一蹴而就，還需要長時間的培育和積累。正視不足才能更好地進步，我國工業軟件的突圍之路必將是一項投入巨大、周期漫長、由簡到繁、由易到難的長期過程。我國工業軟件發展尚需堅定信念、緊抓機遇，助力工業互聯網健康發展，共推我國制造業實現智能化轉型升級。

10.19599/j.issn.1008-892x.2022.03.011

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