告别纸笔“作画”时代，工业软件命脉始终被握在别人手里

在当今世界，工业软件已经成为各个行业中非常关键的组成部分，其重要性甚至不亚于芯片。现代工业软件已经在工作流程、协作、有效性和效率方面发挥了至关重要的作用。通过工业软件，企业可以在最短的时间内完成从设计到生产的全过程，并实时调整生产计划以适应客户需求和市场变化，从而进一步提高了生产效率和降低了成本。同时，工业软件还能够帮助企业实现数字化转型，提高信息化水平和管理能力，从而更好地满足市场需求和追求优质产品。

我国工业软件当前困境

尽管我国在工业制造领域取得了长足的进步，但是工业软件却仍然依赖于美国开源软件和商业软件。这种情况造成了多方面的问题，比如技术瓶颈、安全隐患、人员培养等方面的挑战。

首先，技术瓶颈是当前我国工业软件开发中的一个主要难题。目前，很多工业软件都依赖于外国软件，而这些软件的核心技术和算法均由外国团队开发。我国缺乏自主创新的能力，这导致了我国工业软件的生命周期短、性能不稳定等问题。与此同时，由于没有掌握核心技术，我国的工业软件能力也相对较弱，难以实现高水平的创新和发展。

其次，安全隐患也是当前我国工业软件发展中的一个重要挑战。由于工业软件涉及到企业的核心数据、机密技术和财务信息等敏感信息，其安全性极为重要。但是，由于这些软件开源代码大多由外国人编写，我国无法完全了解和控制这些软件的设计和实现过程，因此存在一定的安全风险。在生产运营中，这些风险可能会导致重大的损失和安全隐患。

最后，人员培养也是当前我国工业软件发展中的一个重要问题。由于我国的工业软件开发人才相对缺乏，在开发过程中往往需要依赖外国人才，而这些人才往往需要高昂的成本支出。同时，由于我国工业软件从业者的专业水平相对较低，他们在工作中缺乏实际经验和技术储备，难以胜任高水平的工作任务。

综上所述，我国对于工业软件的依赖程度过高，这不仅仅存在技术瓶颈、安全隐患、人员培养等方面的问题，也制约了我国工业软件在数字化转型中的发展步伐。因此，加强对工业软件自主创新的研发，提高工业软件开发人才的技术水平和专业素质，以及积极探索工业软件的商业价值，已经成为我国工业制造的重要任务。

机遇与挑战同在

我国工业软件面临的挑战与机遇并存。由工业物联网所推动的工业系统基础设施的变革以及由基于模型的系统工程（model based system engineering, MBSE）所推动的企业数字化转型和研发管理模式的变革还处于发展过程中，我国产业界和国际产业界面临相同的转型问题，技术发展和管理变革基本处在同一起跑线，为我国工业软件技术、系统与产业的弯道超车提供了难得的机遇。因此，工业软件作为我国最紧迫的问题之一，不仅需要在技术上全力攻坚克难，更需要具备战略眼光，切实瞄准未来产业发展关键领域精准发力。

制造业的数字化转型

与工业软件架构的重塑

以工业机器人、新一代人工智能与工业物联网为代表的工业技术革命、信息技术革命和管理变革正在加速融合，并体系性地解构和重塑传统制造业的技术体系和运行模式。德国工业4.0参考体系模型（Reference Architecture Model Industrie 4.0, RAMI4.0）、美国智能制造生态系统（Smart Manufacturing Systems, SMS）、工业物联网参考架构模型（Industrial Internet of Things Reference Architecture, IIRA）和中国智能制造参考体系结构（Intelligent Manufacturing System Architecture, IMSA）均深刻揭示了智能制造语境下，作为工业系统的基础和工业知识载体的工业软件所发挥的巨大作用。

作为云计算的拓展，工业云服务、工业互联网等工业数字化转型方向打破了企业本地部署、本地应用的模式，为工业软件技术体系的变革提供了新的思路和技术基础。传统的工业软件巨头也正以此为契机，以云化的方式形成产品组合，以按需订制的方式向用户灵活地提供工业软件服务，也为分散资源的汇聚提供了新的基础设施与组织模式。通过系统集成的方法，实现1+1>2的效果。

随着复杂性的急剧增加，MBSE以模型化描述的手段，体系性地重塑了系统工程中的设计研发体系和管理系统架构。它以形式化建模弥补传统模式下信息交互、实物样机的不足，以统一建模的方式集成不同领域的专家，以虚实结合的方法实现产品研发的降本增效，从而支持多领域复杂产品的高效研发。

西门子、达索和Ansys等传统优势企业本身也在进行管理平台和管理模式的云化和模型化，并正在同步推出云化和模型化的工业软件，以期在全球产业数字化转型过程中引领技术发展和商业变革。

因此，把握MBSE与云服务/工业物联网的发展机遇，基于系统的思想与方法，结合体系架构与方法论的理论和技术，构建我国工业软件发展的体系结构和解决方案，是支持我国工业软件产业持续发展和弯道超车的可行方案。

设计研发体系的 MBSE 转型

推动工业软件模式和机制的变革

当前，在工业领域使用模型化方法已经成为主流的思想：数字孪生基于高保真的数字化建模，通过物理空间与信息空间的映射与共生，以优化方式解决状态管理和故障诊断；王飞跃等人提出的平行智能则是通过构建人工系统模型，实现对现实问题的仿真和优化，形成高效改造现实世界的方法论；元宇宙则进一步拓展了虚实融合的模型化思想，推动了智能化与系统化的灵境智能的发展。福特、波音、洛克希德马丁和宝马等大型制造业企业，均在其复杂产品研发过程中认识到了MBSE的必要性，通过实施MBSE实现降本增效，以维持自身在行业中的优势。

模型化思想越来越多地融入复杂产品系统开发中，新的 MBSE 方法论和工具也不断涌现。如陶飞等人提出的 maketwin 平台，通过建立数字孪生软件系统集成与执行方法论，加速了模型化在制造业的落地应用。针对我国工业起步晚，部分行业缺少模型及模型来源、可信度与集成和互操作的问题，以及新一代人工智能技术在工业领域的应用缺乏高质量工业数据的问题，李清等人提出了如图 2 所示的适用于我国工业发展的三 V 方法论：从产品、模型和数据三个生命周期维度出发，通过不同维度各阶段之间的互操作，在支持复杂产品设计研发的同时，推动我国机理建模技术和工业智能技术的发展。

之所以将数据生命周期和模型生命周期从数字孪生框架中分离出来，从数字世界和物理 世界双方关系拓展为产品、模型和数据三元关系，是基于数据、模型和设计结果之间在每一个设计阶段存在相互支持、相互验证的关系。基于对产品机理的理解，构建产品的数字模型；基于数字模型开展仿真和设计结果的验证，在物理产品进行测试之前，就形成有关产品结构、功能和性能的数据；基于数据分析技术和机器学习技术，在已有产品的相关数据基础上，可以支撑数字模型的构建，支持深度神经网络的学习，支持模型可信度的验证和确认。在物理产品试验和运行数据缺乏的情况下，基于机理模型仿真所产生的数据也可以用于深度学习网络的学习。

MBSE的发展深刻影响了复杂产品研发模式和技术创新，正在和新一代人工智能技术的发展交汇贯通。而工业软件作为智能制造模式下的基础性工具和产品，结合我国特点所构建的三V模型对工业软件的设计与研发具有指导意义。当下，工业软件的研发模式在朝着模型化和智能化的方向发展。西门子通过一系列的收购，成为世界上主要工业软件解决方案的供应商，目前正在以MBSE为核心理念重构其工业软件产品体系，力图成为新模式下工业软件供应商的领先者；达索的3DE平台以模型驱动和数据协同的方式，力图解决实物—虚拟交互复杂性与验证的滞后性问题；Ansys 则是从方法论层面，融合新一代人工智能，向模型与数字驱动融合方法做出了转变。

MBSE 的理念和方法不仅推动了设计研发模式的变革，也触发了工业软件自身体系性的变革。模型成为工业知识的主要载体，推动设计、生产、运行、维护等不同领域、不同专业、不同层次、不同阶段的工业软件基于模型进行交互、协同与集成。

工业软件国产化替代“有”与“用”问题对策

基于中国工业软件发展现状和问题分析，结合当前美国对中国工业软件打压的侧重领域，中国工业软件国产化替代的重心应落在研发设计类和生产控制类工业软件上，而其中又以研发设计类工业软件最为关键。国产经营管理类和嵌入式工业软件在“有”与“用”方面虽然也存在一定问题，但其国产化替代现状相对而言较为良好，暂时被欧美等国“卡脖子”的风险较弱。此外，本研究认为各类工业软件虽然在研发和应用上存在各自的特性，但在解决“有”与“用”的问题上存在一定的共性，即解决工业软件研发投入和技术进步等“有”的问题要靠创新主体的发力，而解决市场扩张和利润提升等“用”的问题则要靠政府和市场这“两只手”的调控。因此，接下来将从创新主体的角度设计工业软件国产化替代创新突破路径为解决“有”的问题提供对策建议，从市场调控的角度构建工业软件国产化替代应用激励机制为解决“用”的问题提供对策建议。

分类设计工业软件国产化替代创新突破路径

针对工业软件国产化替代“有”的问题，紧贴各类创新主体分类设计工业软件国产化替代创新突破路径是关键。因此，需根据各主体在工业软件国产化替代过程中的作用特征，分类设计相应的工业软件创新突破路径，构建工业软件国产化替代创新网络，实现国产工业软件关键核心技术创新突破，达到“自主可控，安全可靠”。其中，国产工业软件企业创新成果决定了中国工业软件领域能否在短时间内突破美国的技术封锁，因此其作为工业软件国产化替代突破先锋，起着最直接的作用。而从国产工业软件中长期的创新发展来看，国内工业龙头决定了国产工业软件的创新资源来源和持续升级空间，因此是工业软件国产化替代最核心的动力源泉。2020年9月11日，习近平总书记在科学家座谈会上明确指出“国家科技创新力的根本源泉在于人”，因此国内高校作为工业软件高质量复合型人才的培育和供给源头，为实现中国工业软件完成国产化替代并达到世界领先的长期目标，提供着最根本的创新力量。

一是从短期来看，设计以创新主导为核心的领军企业“共生共赢创新突破路径”。培育国产工业软件领军企业战略眼光，布局多点竞争的博弈格局，立足中国在第五代通信技术（5G）、大数据、物联网等关键核心技术方面的领先优势，加强优势领域相关工业软件关键核心技术突破，形成与欧美等国彼此钳制的竞争格局，尽快摆脱中国工业软件被单向“卡脖子”的困境；强化工业软件头部企业间协同创新，深化国产工业软件创研态势，鼓励国产工业软件领军企业进行资源整合，协同产业上下游和领域同行，形成以领军企业为主导的战略研发机制，深化合作开发，共同推进国产工业软件的快速发展；发挥国产工业软件领军企业引领和示范作用，健全国产工业软件开源平台，整合并搭建工业软件开源平台，推动开源走进企业，构建开源创新联合体，降低国产工业软件使用门槛，并鼓励工业软件国内从业者基于现有国产工业软件进行二次开发；打造以国产工业软件领军企业为核心的创新生态，加速工业软件国产化替代成果孵化，基于创新和开源，加强国内工业软件领域各参与者合作联系，围绕国产工业软件领军企业组建创新生态网络，奖励网络成员工业软件国产化创新成果，营造工业软件国产化替代创新发展良好氛围。

二是从中长期来看，设计以安全驱动为核心的工业龙头“优势转换创新突破路径”。鼓励大型工业企业转变经营逻辑，保障企业发展稳效并行，强调国家和产业安全是稳定快速发展的前提，摒弃“造不如买”等思想观念，学习华为从麒麟到鸿蒙等国产化替代成功案例优秀经验，将经营逻辑由效益优先转变为安全优先，未雨绸缪开展备胎计划，构建中国工业软件自主自控生态体系；鼓励国内工业龙头充分发挥其资源整合和资金支撑优势，入主参与国产工业软件的研发，借鉴德国西门子和法国达索等国际工业龙头发展工业软件优秀经验，通过收购并购全工业流程涉及的工业软件企业等手段，打造以国内工业龙头为核心的工业软件创研主体，锚定当前工业环节中国产工业软件短板命门，加大研发创新投入力度，通过资金资源的持续投入和产品软件的积极应用实现国产工业软件的循环迭代升级；支持国内工业龙头积极转化自身积累的工业经验优势，助推国产工业软件高效创新，将工业软件开发与应用深度融合，建立基于工业经验的国产工业软件创新发展体系，并以自身为实践试点，深入持续开展将工业知识和实践经验转变为算法模型和系统软件的创新研究，助力国产工业软件实践性能快速提升；鼓励国内工业龙头提高薪资待遇保障，搭建企业内部高质量科创团队，提高工业软件人才薪资待遇，设立企业内部工业软件人才引进专项补贴，加强工业软件创新优化奖励，提升国业软件企业对大学生就业的吸引力，促进互联网、游戏等领域软件人才回流，并通过对回流人才的再培训、再就业，弥补软件人才在工程实践和工业经验方面的不足。

三是从长期来看，设计以实践引领为核心的国内高校“复合人才创新突破路径”。开辟工业软件专业人才培养渠道，培育足量对口复合型人才，提高工业软件相关专业招生力度，考虑工业软件所需复合型人才特性，建设跨学科培养课程体系，吸收法国、德国等工业软件人才培育经验，开通并推广软件工程专业学生辅修工科的双学位渠道；营造基于国产工业软件的学习创新环境，强化国产工业软件预备人才创新意识，加快形成并完善以国产工业软件为基础的课程体系和教材体系，通过增设国产工业软件考核或证书等方式，提升国产工业软件相关技能含金量，积极举办各类国产工业软件创新竞赛，奖励学生基于现有国产工业软件的创新和发明；统筹校内外资源，建立校企合作机制，以选修课、实践课为试点，鼓励国内高校加大与工业软件企业的沟通与合作，通过设立企业导师、项目对接等校企合培方式，为学生提供将理论学习与开发实践相结合的机会，同时依托高校科研优势助推国产工业软件企业产品快速优化升级；完善工业软件人才在职教育体系，鼓励国内高校为国产工业软件开放人才提升绿色通道，通过开设面向社会的工业软件从业人员在职培训渠道，帮助提升现阶段国产工业软件从业人员理论和技能水平。

构建工业软件国产化替代应用激励机制

在工业软件国产化替代“用”的问题上，政府和市场是国产工业软件应用推广的两大推手，因此既要有效发挥政府指挥棒作用，又要充分发挥市场配置资源的决定作用。一方面要充分发挥中国新型举国体制在攻坚克难方面的独特优势，另一方面要深入转化中国完备工业体系和超大规模市场优势，将中国的资源、市场、体制优势转化为技术和产业优势，实现“高效可用”。

一是从宏观来看，基于政府端实施“布局大国博弈的战略激励机制”。在当前竞争上升的国际形势和智能转型的发展态势下，要充分意识到各工业软件强国对中国工业软件的打压不仅是行业竞争，而是其在大国博弈中抢占发展高地的战略手段。充分发挥中国科技创新举国体制的独特优势，借鉴美国工业软件的发展经验，将工业软件发展纳入国家战略，由国家牵头实施专项计划、建立相关国家实验室、科学中心、实践基地，突破急危工业软件，并尽快完成成果转化投入市场应用；完善产业政策和法规体系，为国产工业软件在国内市场应用开辟绿色通道，严厉打击国外垄断企业扰乱中国市场稳定的非正当竞争行为，营造国产工业软件高质量发展环境，为国产工业软件的高效应用保驾护航；完善财税支持政策，加大金融支持力度，为国产工业软件大型企业提供专项补贴等，为国产工业软件中小企业提供专项贷款等，鼓励工业软件企业上市、兼并和重组，同时有针对性地要求政府和国有工业企业加大对国产工业软件的采购力度，从消费和应用环境层面帮扶国产工业软件的推广应用，提高国产工业软件创新效益并保障国家安全。

二是从微观来看，基于市场端实施“保障稳效并行的应用激励机制”。市场在配置资源上起着决定性作用，而中国拥有世界上最完备规模最大的工业体系，因此充分挖掘中国工业体系市场需求对解决工业软件国产化替代“用”的问题起关键作用。鼓励工业企业积极参与工业软件国产化替代应用过程，提供应用场景，扩张国产工业软件市场需求并缩短供需差距，通过开展试点示范，为中国工业软件企业提供充分试错和成长空间，不断提升国产工业软件成熟度；强调国内各工业龙头企业核心动力作用，鼓励国内各大工业厂商学习三一集团有限公司孵化树根互联股份有限公司的发展经验，充分挖掘自身工业领域的资源和经验优势，既推动企业自身工业流程向智能化的转型，又通过经验模式总结开发面向行业其他企业的智能化升级转型新业务，在提升企业效益的同时提高行业科技水平并保障行业安全；鼓励国内领先工业软件企业发挥领军者作用，系统集成工业全流程涉及的相关工业软件，提供整合服务型解决方案，促进国产工业软件在工业体系中全面覆盖，依托中国工业体系的规模优势助推国产工业软件发展提高和效益回报。

来源：科普北站，新型工业化，科技导报