國產工業(yè)軟件如何在制造業(yè)占有一席之地
“缺芯少魂”是制約我國邁向制造強國的重要瓶頸，其中，工業(yè)軟件不以實物形式存在，卻是工業(yè)企業(yè)運營的“大腦”，是支撐現(xiàn)代產業(yè)體系發(fā)展和創(chuàng)新的隱形“國之重器”，可謂“工業(yè)之魂”。目前我國工業(yè)軟件的創(chuàng)新和應用與制造業(yè)大國地位不相匹配，與制造強國的要求差距更大，不但成為我國獲得產業(yè)發(fā)展主動權的掣肘，也對產業(yè)信息安全造成了威脅。“累積效應”“鎖定效應”和“生態(tài)效應”是我國工業(yè)軟件產業(yè)發(fā)展面臨的三大壁壘，建議以加強技術創(chuàng)新和積累為基礎、以重大應用工程為牽引和以全球化平臺建設為依托，逐步破除三大壁壘并推動我國工業(yè)軟件產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展與應用。
一、工業(yè)軟件缺乏難成制造強國
(一)工業(yè)軟件發(fā)展與制造強國要求差距明顯
工業(yè)軟件發(fā)展和應用水平與制造大國地位不符。隨著我國制造業(yè)向信息化和數(shù)字化轉型的加速，我國工業(yè)軟件市場規(guī)模呈加速擴張態(tài)勢，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%增長水平。但從全球市場占比和自給率看，工業(yè)軟件的發(fā)展與應用水平與我國制造大國的地位不匹配，離制造強國差距更大。2016年，我國工業(yè)軟件市場規(guī)模為1247.3億元，其中非嵌入式軟件為461.4億元(《賽迪顧問中國工業(yè)軟件發(fā)展白皮書2017》)，僅占全球市場份額的5.5%，與中國制造占世界20%的份額不匹配。
自主工業(yè)軟件自給率低。從細分市場自給率看，2016年我國研發(fā)設計類軟件市場為103.5億元，80%被國外公司主導，其中達索系統(tǒng)和西門子PLM市場占有率分別19.05%和10.73%;生產控制類軟件市場為164.6億元，60%市場份額被西門子、霍尼韋爾、GE等跨國企業(yè)占據(jù);信息管理類軟件市場規(guī)模為193.3億元，主要由浪潮、用友、金蝶等國內企業(yè)主導，Oracle、SAP等國外企業(yè)市場占有率在15%左右。同時，一些高端產業(yè)領域的專用工業(yè)軟件幾乎全部被國外公司壟斷，如國內集成電路設計公司的設計工作基本全部依靠Synopsys、Cadence、Mentor三家美國公司提供的芯片設計的電子自動化軟件(EDA);90%的航空企業(yè)采用達索系統(tǒng)公司提供的飛機設計軟件。從軟件產品類型上看，技術含量較高的研發(fā)設計類軟件市場絕大多數(shù)被國外企業(yè)占領，而我國企業(yè)在開發(fā)門檻較低的信息資源類軟件方面市場占有率較高。
(二)自主工業(yè)軟件缺失暗藏產業(yè)安全風險
工業(yè)軟件是以計算機及信息技術應用為特征的第三次工業(yè)革命中工業(yè)技術體系不斷演化和專業(yè)化分工的產物，已經滲透和廣泛應用于幾乎所有工業(yè)領域的研發(fā)設計、生產控制、組裝測試、售后運維、遠程服務等環(huán)節(jié)，進行數(shù)據(jù)的收集、分析和決策，已成為現(xiàn)代產業(yè)體系之“魂”。過度依賴國外工業(yè)軟件，失去的不僅是軟件市場，更存在喪失產業(yè)發(fā)展主動權和影響產業(yè)信息安全的風險。
一是存在制造業(yè)被低端鎖定，失去產業(yè)發(fā)展主動權的風險。一方面，工業(yè)軟件是工業(yè)技術和信息技術融合的載體，是工業(yè)知識、行業(yè)技術和管理經驗的代碼化表達，過度依賴國外工業(yè)軟件，意味著產業(yè)活動只能沿著國外的知識體系、技術路線、設計思想和管理經驗進行，不利于我國工業(yè)技術的創(chuàng)新和積累，中國制造業(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)設計類軟件凝結了最先進的研發(fā)設計理念、知識、方法和工具，國外企業(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和數(shù)據(jù)，甚至還存在禁售或高端模塊“禁運”等現(xiàn)象，阻礙我國企業(yè)創(chuàng)新進程。例如波音公司787型飛機研制過程中，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，是波音公司核心競爭力所在。目前我國80%的研發(fā)設計類軟件依賴國外，相當于80%的產品開發(fā)和創(chuàng)新能力由國外控制，長此以往將存在創(chuàng)新空心化風險。
二是存在產業(yè)信息安全風險。工業(yè)軟件的使用過程中將產生大量的工業(yè)數(shù)據(jù)和商業(yè)信息，一旦丟失或被濫用將使企業(yè)蒙受嚴重經濟損失，甚至導致產業(yè)癱瘓，危及國家產業(yè)安全。例如，2011年達索系統(tǒng)公司的Solidworks軟件被曝存在泄露計算機信息的后門，達索系統(tǒng)公司的研發(fā)設計類軟件被我國航空航天、汽車等行業(yè)廣泛應用，盡管公司說明合法授權軟件不存在未經客戶許可提供機密客戶數(shù)據(jù)的機制，但也為由軟件應用帶來的產業(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，德國墨卡托研究院對中國面向工業(yè)4.0的工業(yè)機器人、工業(yè)軟件和3D打印等三大技術發(fā)展情況進行了評估，認為工業(yè)軟件與國外技術差距最大，追趕和進步速度最慢。我們研究認為工業(yè)軟件產業(yè)自身特點決定了產業(yè)在技術、市場、應用等上存在強大的“累積效應”“鎖定效應”和“生態(tài)效應”，對于工業(yè)軟件后來者而言沒有任何后發(fā)優(yōu)勢。
(一)工業(yè)基礎薄弱難以突破“累積效應”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)信息化的進程同步，經過幾十年的不斷沉淀積累、升級和更新，已經發(fā)展到了相當高的水平和層次，提高了后來者追趕的知識門檻，形成“累積效應”壁壘，成為我國工業(yè)軟件在短期內實現(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)軟件核心技術依賴國外。如國外廠商掌握CAE和CAD核心幾何內核，我國企業(yè)主要基于國外產品進行二次開發(fā)或定制化開發(fā)，同時，部分工業(yè)軟件的核心算法尚未掌握，如CAD的幾何內核算法和CAE有限次元算法，國內軟件企業(yè)需通過授權經營或整體購買的方式進行使用。二是工業(yè)知識和技術基礎薄弱。工業(yè)技術軟件化是工業(yè)知識、工藝經驗、技術訣竅、制造知識和方法的顯性化、數(shù)字化和系統(tǒng)化的過程，其成熟度直接代表了一個國家工業(yè)化能力和水平。我國大部分制造業(yè)處于跟跑階段或價值鏈中低端，對背后的設計原理和工業(yè)機理了解不夠深入，關鍵基礎材料、核心基礎零部件、先進基礎工藝、產業(yè)技術基礎等方面的知識和技術積累不足，缺乏可封裝入軟件的先進工業(yè)知識和技術。再如，EDA工具的開發(fā)是可靠的算法和工藝的結合，我國最先進的工藝產線均為引進，更不具備深亞微米級別的工藝能力，所以在EDA軟件中與工藝結合的工具開發(fā)上短期不可能取得突破。另外，既懂信息技術又懂工業(yè)技術，還擁有一定管理知識的復合型人才積累不足，也是影響工業(yè)軟件創(chuàng)新能力提升的重要原因。
(二)轉換成本巨大構成“鎖定效應”壁壘
巨大的轉換成本帶來的“鎖定效應”使軟件用戶在軟件選擇時存在路徑依賴，成為我國工業(yè)軟件產業(yè)化道路上的重要障礙。目前，我國部分軟件企業(yè)已經具備為國內工業(yè)企業(yè)用戶提供軟件配套和解決方案的能力，但是在市場推廣上存在較大障礙。究其原因，除了用戶對國外品牌的信賴之外，更重要的在于巨大的轉換成本，使得國產軟件難以對企業(yè)已用軟件進行替代。企業(yè)更換軟件系統(tǒng)是昂貴和費時的系統(tǒng)工程，需要企業(yè)研發(fā)組織體系、組織管理模式、業(yè)務流程等方面的變革，同時，軟件操作和使用的員工需要進行培訓和適應;另外，還要考慮到國產軟件與已有國外軟件之間的兼容問題。
(三)平臺化構成“生態(tài)效應”壁壘
平臺之爭已經成為智能制造時代競爭的制高點，國內外制造業(yè)和IT業(yè)的領導者均在自身已有優(yōu)勢基礎上，通過并購或研發(fā)等方式加速布局工業(yè)平臺，如GE的Predix平臺、西門子的Mindsphere平臺、SAP的HANA平臺等，平臺通過提供覆蓋研發(fā)設計、工藝仿真、原型測試、生產制造、遠程服務等各環(huán)節(jié)的工業(yè)軟件構建智能制造產業(yè)生態(tài)。最典型的為西門子公司，自2005年以來陸續(xù)并購UGS、INNOTEC、CAMSTAR、Tesis等10余家軟件公司，同時集成SAP軟件和Oracle數(shù)據(jù)庫，從不同角度補齊了制造全流程的軟件支撐能力，并實現(xiàn)無縫對接，構建排他、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，我國工業(yè)軟件企業(yè)以開發(fā)研發(fā)設計、生產控制、信息資源等單環(huán)節(jié)軟件為主，貫穿整個制造業(yè)過程的生態(tài)化部署較少，為用戶提供整體解決方案的能力弱。
三、順應經濟全球化和制造業(yè)智能化態(tài)勢，精準施策破除三大壁壘
(一)補足工業(yè)2.0和3.0時代的技術和人才短板，破除“累積效應”壁壘
盡管工業(yè)軟件以信息技術為基礎，但也離不開工業(yè)知識和技術的支撐。我國工業(yè)技術創(chuàng)新能力已經取得巨大的提升，但在“壓縮式”工業(yè)化發(fā)展模式下，工業(yè)知識和行業(yè)關鍵共性技術等基礎仍不牢，需補工業(yè)2.0和3.0時代的短板。建議國家相關科技計劃繼續(xù)對工業(yè)軟件的開發(fā)與創(chuàng)新給予持續(xù)專門支持。在內容上，加強對算法等基礎技術支持;同時加強對關鍵基礎材料、核心基礎零部件、先進基礎工藝、產業(yè)技術基礎等工業(yè)基礎知識和技術的支持力度，支持匯集技術規(guī)范，操作規(guī)范，國家標準、經驗公式、模型算法等軟件核心內容及解決工具的行業(yè)知識庫、模型庫和算法庫的建設;在成果形式上，重視項目產出的知識和技術成果的軟件化，加強成果的擴散和應用;在項目組織上，探索以國內企業(yè)牽頭，國內外相關企業(yè)和機構共同參與的模式。
(二)以重大工程或項目為牽引，降低“鎖定效應”壁壘
工業(yè)軟件，尤其是高端研發(fā)設計與生產過程控制軟件是以領先用戶需求為驅動的創(chuàng)新，需要依托于行業(yè)應用，若脫離了具體的行業(yè)需求與環(huán)境，應用效果有限。建議以新一輪產業(yè)革命智能化和綠色化發(fā)展為契機，在航空航天、軌道交通裝備、高檔數(shù)控機床與機器人、集成電路等重點領域，以智能制造示范工程或重大科技項目為牽引，由領先的制造業(yè)企業(yè)牽頭，聯(lián)合國內外創(chuàng)新資源，開發(fā)一批高端工業(yè)軟件并開展示范應用，降低用戶的“鎖定效應”壁壘。
(三)以全球化平臺建設為依托，發(fā)揮“生態(tài)效應”優(yōu)勢
面向我國制造業(yè)轉型升級需求，支持國內外有實力的制造業(yè)企業(yè)和IT企業(yè)獨立或合作建立全球化的工業(yè)互聯(lián)網平臺，吸納國內外傳統(tǒng)工業(yè)軟件和新型工業(yè)APP企業(yè)進入平臺，加快與國際對接的相關平臺和軟件標準的制(修)定，發(fā)揮“生態(tài)效應”共生共享的優(yōu)勢，推動我國工業(yè)軟件產業(yè)的發(fā)展及在制造業(yè)的集成應用。
注：工業(yè)軟件包括非嵌入式軟件和嵌入式軟件。本文主要針對非嵌入式軟件進行研究，主要包括研發(fā)設計、生產調度與過程控制和資源管理等三類軟件。
本文是智庫專項“產業(yè)融合中的科技創(chuàng)新重大問題研究”、戰(zhàn)略研究專項“促進科技與經濟融通發(fā)展重大問題研究”階段性研究成果。
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