以工業互聯網“新基建”為契機， 突破工業軟件“卡脖子”難題

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            以下文章來自于  國家數字化設計與制造創新中心北京中心主任 北京云道智造科技有限公司創始人 屈凱峰     

           近期，工業軟件“斷供”現象成為了社會熱點話題。從華為被“斷供”仿真軟件Ansys，到哈工大、哈工程等高校被“斷供”科學計算軟件Matlab，工業軟件“卡脖子”問題備受各界矚目。工業軟件是什么？中國工業軟件為什么沒有發展起來？中國工業軟件還能發展起來嗎？如果能，該如何發展？我們結合自身的實踐探索，談談關于以工業互聯網“新基建”為契機，突破工業軟件“卡脖子”難題的思考，與工業軟件界行業專家們探討。

一、中國工業軟件為什么沒有發展起來？

工業軟件是伴隨高端工業內生成長而孵化出來的。中國是非內生的現代化國家，現代化進程“嫁接”在西方核心技術之上，長時間以來沒有自主工業軟件發展的內生需要，因此自主工業軟件一直沒有發展起來。

工業革命經歷了機械化、電氣化、數字化、網絡化四個階段，以“CAX”為代表的工業軟件是第三次工業革命即計算機技術與工業融合的核心產物。CAX包括CAD（Computer Aided Design，即計算機輔助設計）、CAE（Computer Aided Engineering，即計算機輔助工程）、CAM（Computer Aided Manufacturing，即計算機輔助制造）等。通俗地說，CAD是替代手工繪圖，CAE是替代物理實驗，CAM是實現生產自動化。在第四次工業革命即互聯網技術與工業融合的過程中，“CAX”將演變為“IAX”，即互聯網“Internet”輔助設計（IAD）、工程（IAE）和制造（IAM）。

工業軟件是由正向內生發展的高端工業孵化出來的，中國不是一個內生的現代化國家，所以中國沒有孵化出工業軟件。世界知名的工業軟件公司都是在計算機技術服務于高端工業的正向研發、內生發展過程中成長起來的。Nastran誕生于美國國家航空航天局(NASA),用于航空航天工業的結構分析；ANSYS公司誕生于美國西屋電氣公司的太空核子實驗室，用于計算機輔助火箭發動機的應力分析；達索系統誕生于法國達索航空，用于飛機、汽車的設計制造。中國完成機械化、電氣化、數字化這三次工業革命的路徑基本是跟隨模仿西方發達國家，較少遇到正向研發的內生發展問題，工業發展是“嫁接”在西方核心技術基礎上之上的，沒有自主發展的內生需要。

二、中國工業軟件還能發展起來嗎？

中國制造業的轉型升級將催生對工業軟件的大規模需求，將孵化出大批國產工業軟件。在網絡化與工業化融合的浪潮中，中國工業軟件走“網絡化帶動數字化”的道路，有機會開辟新的賽道。

有需求就會有供給。中國制造業正在大規模轉型升級，從跟隨模仿轉向自主研發，實現關鍵核心技術的自主可控，由此必然帶來對工業軟件的大規模的市場需求，必然會孵化出大量的中國自主的工業軟件。首先，“關鍵核心技術是買不來的”，工業高端領域所需要的核心工業軟件技術，國外商業軟件不會提供，必須要我們自主開發；其次，廣大中小制造業企業的工業軟件需求具有“小、散、專”的特征，需要低成本、本土化、定制化開發，國外大型商業軟件公司無法滿足，國內新興工業軟件企業更有能力提供本土化精準供給。

互聯網時代催生了新的需求、新的生產方式和新的商業模式。我們發展中國工業軟件，不能照搬國外工業軟件發展路徑，不能“刻舟求劍”。我們需要用時代的技術，開發時代的產品，滿足時代的需求。

首先，互聯網創造出新的供求關系，將催生巨大的增量市場。在需求端，互聯網能夠低成本、高效率地將大量中小企業對工業軟件的“小、散、專”的需求匯集起來，以規模效應降低定制成本；在供給端，互聯網能夠同樣低成本、高效率地找到能夠滿足中小企業“小、散、專”需求的工程師，以規模效應提高定制產出。

其次，互聯網提供了新的軟件供給形式。區別于傳統大型軟件的本地部署形式，互聯網軟件有IaaS（基礎設施即服務）、PaaS（平臺即服務）和SaaS（軟件即服務）等多個層次。與本地部署的傳統大型軟件相比，互聯網軟件的多層解耦和多層復用特性，一方面使得軟件最終使用價格得以大幅降低，另一方面使得軟件開發能夠形成大規模社會化協同。

新技術一定會帶來新的解決方案。正是因為材料技術和仿真技術的進步，讓馬斯克的獵鷹-9重型火箭能夠采用新型的非破壞性的機械彈簧替代傳統的具有破壞性的爆炸螺栓來實現火箭推進器分離，使得一級火箭推進器的完整回收成為可能，從而使發射成本直接降低了60%。

互聯網技術與工業的融合，給中國工業軟件的發展提供了開辟新賽道的機會。與前三次工業革命的追趕路徑不同，互聯網驅動的第四次工業革命過程中，中國并不落后，甚至有機會領先。我們需要用“網絡化帶動數字化、市場化帶動國產化”，以新時代的新需求，驅動和培育新供給，實現技術的跨越式發展。中國在消費互聯網領域，已經誕生出世界級的互聯網企業。依靠中國擁有的全球最豐富的、最完善的工業體系和最多數量的工業企業，以及最大規模的工程師群體，中國一定能夠孵化出世界級的工業互聯網軟件企業。

三、云道智造“工業PaaS平臺+工業APP”模式的探索

云道智造專注于開發自主可控的IAE（互聯網輔助工程）平臺，致力于實現計算機仿真技術的普惠應用。

云道智造力主打造“工業蘋果/安卓”系統，以此實現“普惠仿真”的目標。“工業蘋果/安卓”以一個統一的強大的開放不開源的仿真引擎作為底層平臺（仿真操作系統），支持面向各種工業仿真應用場景的仿真APP開發和運行。

“工業蘋果/安卓”借鑒了移動互聯網時代手機的成功模式，是典型的互聯網時代的產品。首先，在軟件架構上，摒棄了傳統商業軟件“封閉大系統”的模式，采用“操作系統+應用軟件”的分層解耦模式，使主要依賴基礎理論的“數學層”、依賴軟件開發的“軟件層”和依賴工業應用場景知識的“物理層”解耦分離，在技術上支持各個層面的分層協同開發；其次，在商業模式上，放棄了“桌面操作系統時代”的單純的賣軟件模式，而是創造多層次商業協作機制和平臺，使數學層的求解器、物理層的專業場景化應用（APP）都能夠實現大規模社會化交易和復用，調動起全社會各個層面的技術創新能力，用“眾創、眾包、共享”的生態化模式發展互聯網時代的工業軟件。

各行各業的工業APP將集中在“仿真APP商店”（www.simapps.com）中呈現。對于工業企業用戶來說，不用理解仿真操作系統和仿真APP的開發過程，甚至不需要安裝任何仿真軟件，只需要直接登陸“仿真APP商店”，就可以找到自己需要的仿真計算工具，既可以在云平臺上完成計算，也可以編譯下載到本地長期重復使用。如果沒有直接找到適用的APP,可以聯絡類似APP開發者或者平臺，進行APP定制開發。

仿真APP具有明顯的互聯網產品特征。第一，軟件云化，支持云開發、云計算、云存儲；第二，無代碼化開發，APP開發者不需要懂得編程；第三，小而專，不同于傳統單機版工業軟件“大而全”；第四，專用性強，融合了特定專業、特定產品的研發設計知識；第五，便于傳播，可通過PC、手機等多種渠道分享轉播。

物理世界中的每一個工業品，每一個零部件，都可以并且一定會有一個與之準確對應的仿真APP/數字孿生體。這個仿真APP不僅可以輔助產品研發，不斷優化產品設計，還能給用戶提供產品使用場景的仿真分析，更便于用戶科學合理地使用產品。

基于上述平臺，仿真APP使用者、開發者、平臺建設者將協力創造全新的工業仿真生態體系。仿真APP使得包括中小企業在內的廣大制造業企業能夠高效、便捷地利用計算機仿真技術提高設計、制造和運行維護水平，創造仿真技術的“藍海市場”。市場需求將帶動起大批專業仿真工程師開發專業仿真APP，創造無窮的數字孿生體。云道智造則始終聚焦于底層仿真操作系統的打磨、完善和豐富。

云道智造所努力追求的，就是用互聯網時代的技術，開發互聯網時代的產品（互聯網的仿真操作系統+仿真APP），滿足互聯網時代的需求（大量工業企業“小、散、專”的需求），從而創造新的賽道，用“網絡化帶動數字化、市場化帶動國產化”，實現中國工業軟件自主、自強發展。

四、關于中國工業軟件行業發展的一些建議

要把握好互聯網時代中國工業軟件跨越式發展的歷史機遇，除了選擇正確的技術路線外，在政策方面需要做好“需求側牽引”、“供給側改革”和“軍民融合”。

第一，要做好需求側牽引。中國工業進入高水平發展階段，工業軟件被“斷供”的范圍會越來越大。我們必須堅定工業軟件的自主化道路，由軍工企業創造大量需求，國家持續支持“補短板”工程，以體制優勢孵化工業軟件企業。國家對工業軟件“補短板”的支持，需要吸取高鐵領域的成功經驗，集中資源和力量扶持核心企業，突破關鍵核心技術，避免力量分散而被各個擊破。同時，在以服務中小企業為核心的“工業互聯網”“新基建”中，要重點支持國產工業軟件企業，用“新基建”帶動“新市場”，實現中國自主工業軟件企業的市場化培育和成長。

第二，要堅持供給側改革。首先，在教育科研方面，要改革高校和科研機構的研發導向，以“補短板”為核心目標，將核心的研發資源投入到“真實”的戰場之中；要推動“新工科”建設，培養更多能夠將數字化、網絡化、智能化技術應用于工程實踐的專業人才。其次，在產業生態發展方面，要通過工業互聯網新基建，搭建更加靈活、包容、開放的供給側協作體系，走“群眾路線”，釋放中國的“工程師紅利”，發揮工業軟件作為工業知識和經驗“凝結器”的作用，將科研人員和工程師的知識和經驗軟件化、產品化、市場化，直接面向工業企業解決實際問題，創造產業價值。

第三，要堅持軍民融合。工業軟件需要長期、持續的研發投入，其產業特性決定了它不能走完全市場化道路，而需要國家資金持續投入。國外的工業軟件在誕生、成長、發展過程中，一直都在獲得政府和軍工的持續扶持。同時，工業軟件的開發不依賴于重資產設備，只依賴于一流的人才，因此工業軟件企業必須采取靈活的市場化組織形式，給予一流人才充足、自由的市場化激勵。全球幾乎所有軟件公司，都是民營的市場化企業。因此，國家“輸血”、民營企業“造血”的“軍民融合”形式，是工業軟件企業發展的關鍵路徑。

五、工業軟件行業從業者要堅定信心，保持開放。

面對中國制造業轉型升級帶來的大量市場需求，面對互聯網與工業融合帶來的全新生產方式和商業模式，我們要做好中國的工業軟件，在根本上，必須堅定文化自信、制度自信，堅定對外開放。

發展自主工業軟件，我們必須堅定文化自信。中國過去在科技革命領域的落后，并不是文化或科學素養的落后，而是因為整體發展水平較低，沒有高端技術發展壯大的土壤。以工業仿真軟件為例，中國科學家馮康曾于1964年獨立于西方創立了數值求解偏微分方程的有限元方法，形成了標準算法形態，編制了通用計算程序，并及時解決了劉家峽水壩應力分析問題，只是由于缺乏大規模高端工業的支撐，這個技術沒有被廣泛應用而發展成大型工業軟件。目前，中國工業已進入高質量發展階段，正在形成養育自主高端技術的土壤，再加上互聯網技術能夠充分發揮中華文化“大一統”優勢，釋放各領域創新動能，中國一定能夠實現新技術的大規模協同共創共享。

發展自主工業軟件，我們必須堅定制度自信。中國的社會主義制度，一方面能夠“集中力量辦大事”，另一方面能夠充分依靠群眾、發動群眾、服務群眾。中國的“民主集中制”高度適合于工業互聯網模式的發展。國家能夠集中力量以“補短板”的決心長期支持工業軟件的自主化突破，能夠筑牢工業軟件的底層技術基礎；通過工業互聯網“新基建”調動起最大規模的全社會協同共創共享，能夠孵化出海量的工業APP。我們既堅持“讓市場在資源配置中發揮決定性作用”，又堅持“更好地發揮政府引導作用”，中國一定能夠走出一條工業軟件自主化突破的特色道路。

發展自主工業軟件，我們必須堅持對外開放。閉門造車無法形成真正具有競爭力的技術和產品。我們要用中國龐大的增量市場和“一帶一路”國際市場，盡可能多地吸收全球先進技術和高端人才，用全世界的技術、人才和市場都為我們的發展服務。同時，以市場倒逼技術，不斷強化我們自身的研發能力、產品能力和市場能力，在市場競爭中打磨出強大的中國工業軟件企業，力爭在第四次工業革命中領先世界。