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中国工业软件如何破局

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主持人 赵姗

近日,美国禁止哈尔滨工业大学等高校使用美国的工业软件MATLAB,引发学术界和技术界的广泛讨论。工业软件作为智能制造的重要基础和核心支撑,与先进的工业产品、与国家大力推动的装备制造业走向高端密切融合到一起,对于推动我国制造业转型升级,实现制造强国战略具有重要意义。然而伴随着工业软件重要性的凸显,工业软件也成为贸易争端当中遏制中国智造崛起的手段之一。掌控核心技术越来越成为工业建设乃至国家发展的重要部分。

工业软件对中国工业的发展具有决定性的支撑作用

中国经济时报:如何看待工业软件对中国工业企业发展的支撑作用?

赵敏:工业软件是用于能源、采矿、原材料、制造业等工业领域和工业过程的软件。工业软件的内涵非常丰富,传统的“制造业信息化软件”仅仅是其子集。

毫无疑问,工业软件对中国工业的发展具有决定性的支撑作用。这种支撑作用体现在两大方面:一个是对工业产品的技术支撑作用,另一个是对工业体系的战略支撑作用。

对工业产品的技术支撑作用体现在两个方面:一是人机交互式工业软件改变了传统的设计、工艺、生产和运维方式,在赛博空间中,可以对数字产品的形、态、运动规律等随时迭代优化,使工业过程从设计一开始就确保敏捷、精益和精准。二是嵌入式工业软件塑造了实体产品的“五官”和“大脑”,产品在物理空间的行为随场景而自动调整,其物理形、态、运动规律等随时在物理空间迭代优化。

对工业体系的战略支撑作用也体现在两个方面:一是工业软件在中国每年虽然只有5000亿元人民币左右的产值,相对于38万亿元(2019年)的工业产值只是一个零头,但是工业软件自身所具有的放大、赋能、创新作用,可以撬动和引领至少十倍以上的工业生产,可以影响到5万亿元—10万亿元的高价值设备。二是如果没有上面提到的两种工业软件,复杂工业产品根本无法设计出来(必须依赖交互式工业软件),设计出来的工业设备也无法运行(必须依赖嵌入式工业软件)。如果把改革开放40年来所有自研或进口的设备中的软件拿掉,所有的设备也就成了废铜烂铁。

高丹:我国正在加速推动制造业的智能化发展,在整个推动过程中,工业软件就是制造业智能化发展的关键所在,也是未来我国推动现代制造业发展,提升国家制造业竞争力的灵魂所在。现代制造业是信息技术与制造业深度融合的产物,制造业从研发到生产到销售及服务都嵌入了软件。其中涉及硬件、软件、网络、计算等多种技术和制造技术的融合,而工业软件是其中最为关键的技术,无论是硬件、网络、计算等技术和制造工艺融合,都离不开软件定义、编码和封装。

闲来麻将黄路川:工业软件基于工业知识和经验的抽象及逻辑梳理,满足特定的工业场景需求,是工业技术软件化的重要成果。

传统工业软件覆盖了企业研发设计、生产控制、组装测试、售后运维、远程服务等各环节,主要是以信息化手段支持工业企业各个环节的效率提升、质量提升。基于工业互联网平台的工业软件,除了传统工业软件提供的信息化能力外,更能带来制造业商业模式的变革支撑,包括协同研发、个性化定制、网络制造、在线运维、分时租赁等领域。

工业软件的本质是企业知识和技术诀窍的模型化、模块化、标准化和软件化,能够有效地促进知识的显性化、公有化、组织化、系统化,极大地便利了知识的应用和复用。将已有的工业技术转换为工业软件,人的工作将从复杂的直接控制机器和生产资源转为轻松的通过工业软件控制机器,甚至是由工业软件自治控制机器。人的劳动形式将由体力劳动工作逐步转变为更有意义的知识创造工作,从而大大提高个体劳动价值。工业软件可以让工业技术经验与知识得到更好地保护与传承、更快地运转、更大规模地应用,从而十倍甚至百倍地放大工业技术的效应,推动工业知识的沉淀、复用和重构。

我国工业软件与国外同行的差距不断拉大

中国经济时报:目前,我国基础软件和工业软件存在哪些短板弱项?

赵敏:我国的基础软件和工业软件的落后情况是令人震惊的。我与部分业内专家长期观察与分析后一致认为,工业软件是改革开放以后,唯一一个与国外同行不断拉大差距的工业细分产品领域。

简单地说,可以分为历史、现状、认知这三个方面的“短板”。

历史:一是从上世纪80年代开始以高校教师为主开发工业软件,难以商业化。留在高校开发的软件,大都“死掉”或者变成了实验室工具。少数走出高校独立发展的企业坚持了下来。二是国外工业软件大都起源于工业巨头,优化于工业场景。而国内工业软件从开始缺乏企业介入,无法在工业场景中不断迭代与优化,造成软件很难适用于工业场景,缺乏市场竞争力。三是对于知识产权对工业软件发展的保护与促进作用不了解,加入WTO后开始注重知识产权,但是一直没有强有力地、全面地打击盗版。四是忽视基础科研,所有的软件最终都需要基础科研的有力支撑。

现状:一是财务制度不匹配,软件不能做成企业固定资产。二是大型国企普遍全面使用国外软件,不敢决策使用国产软件替代。三是中美贸易摩擦中,工业软件已经成为一种精准打击中国企业的“数字武器”。

认知:一是各级领导对工业软件的概念不清楚,将工业软件混同于IT软件。二是工业软件统计口径混乱,或者根本没有工业软件的统计。三是以为工业软件可以短平快,投资就能见效益,不愿意做长期规划与投入。

高丹:第一,底子薄。与欧美国家相比,我国基础软件和工业软件研发较晚。基础软件作为整个软件体系的核心基础部分,是一切应用软件发展的基础,垄断效应早已形成,因此起步较晚的国产基础软件厂商,替换过程很艰难,难以打破行业垄断;工业软件领域,工业化进程起步晚,工业信息化经验积累更加薄弱,工业软件市场体量小,龙头企业产品技术实力仍有一定差距。同时,我国工业软件产业价值链存在失衡现象,在价值链高端的核心技术环节如研发设计软件自主化程度很低,而在价值链相对低端的管理软件等领域,自主化程度相对较高。

第二,应用难。我国基础软件和工业软件缺乏相应的产业生态体系。其原因一方面在于国外厂商的生态圈早已形成,产业链上中下游企业完整,用户习惯早已形成,国内厂商生态建设处于起步阶段,尚不完善,而且难以真正改变用户的使用习惯;另一方面在于外资企业垄断了大多数的头部客户,在核心技术、产品成熟度和营销渠道的完善程度上,国内厂商都难以同外资企业竞争。

第三,创新少。我国基础软件和工业软件企业缺乏创新。国内厂商在某些领域可以和国外企业竞争,但产品的综合实力还存在一定差距,处于追赶者角色,缺乏创新突破。其原因一是缺乏相关专门针对创新方面的扶持政策。二是企业缺乏创新资金。现阶段国内厂商资金多为自筹,针对基础软件和工业软件领域的投资案例极少,金融手段的缺乏导致企业研发资金的匮乏,而基础软件和工业软件产品的创新研发,往往需要投入巨大的财力和人力。三是人才少。人才培养是基础软件和工业软件发展的重中之重,而我国目前在人才培养方面存在校企联合不够紧密的问题,针对基础软件和工业软件领域的重点高校、重点专业的人才培养存在断档现象,同时相关软件人才还面临着被互联网行业高薪吸引的虹吸效应,导致产业人才缺口日益扩大。

黄路川:我认为,我国基础软件和工业软件的短版弱项有以下两点。

闲来麻将一是缺乏足够的数据进行支撑。工业软件的核心是工业基础数据,有数据支撑的工业软件功能才强大。然而,目前不同厂家设备的控制协议不同,而厂家之间协议不开放,导致机器设备难以连接,无法采集设备运行数据,难以对工业知识进行封装。

二是工业专业技术领域微服务功能模块赋能不足。工业互联网平台定位于工业操作系统,是工业APP的重要载体,工业APP则支撑了工业互联网平台智能化应用。工业软件的开发受限于工业专业技术领域微服务功能模块赋能不足。微服务功能模块在工业互联网平台中封装了工业技术、知识、经验、模型等工业原理,供工业APP开发者调用。工业专业化程度高、Know-How差异大,工业知识、经验、机理沉淀和应用难,而我国制造业工艺软件化基础薄弱,导致我国制造行业的机理模型缺失较为严重。这需要工业互联网平台在跨行业跨领域方面的专业技术与知识上有更大的沉淀。

大中型制造企业组建工业软件企业的利与弊

中国经济时报:大中型制造企业在业务实践中开发出一些自身应用的工业软件,有些制造企业还组建了工业软件企业。制造企业组建工业软件企业的利弊如何?

赵敏:有些大型企业组建了自己的软件企业,专门开发适用于企业自身的工业软件,这是企业应有之举,值得鼓励和提倡,而且这些自有软件确实给企业带来了较大效益。国外工业巨头都有自己的工业软件开发部门,自有/专用软件数量巨大。例如,波音公司使用了大约1000种商用软件,但是自己研发的自有/专用软件近7000种。

国内企业开发自有工业软件的例子有很多,比如,中冶赛迪将长期积累的冶金技术开发成了自己的CISDigital工业互联网平台软件解决方案;中航工业强度所依据自己的结构强度分析与优化经验开发了HAJIF大型CAE软件等。这两种工业软件开发过程持续了40年以上。

企业自己开发工业软件的好处是:将多年形成的工业技术/知识沉淀下来,在赛博空间一直永续传承下去。弊端是:企业往往专注于细分专业技术,不擅长市场运营与商业化。几乎所有企业开发的工业软件都难以成为商用软件。

高丹:可以说,随着工业互联网的不断发展,很多大中型制造业企业都根据自身在各自领域内的特长开发了工业软件或者组建了工业软件企业。国外的代表是西门子、达索等,国内的代表企业是富士康、徐工等。

从优点来看,制造业企业的研发工业软件或者成立软件企业,因为其非常了解自身制造业的运行原理和工业机理,其软件产品与其生产过程和需求更加匹配,技术融合度更高。但弊端是,因为制造业与软件行业差异性较大,不能及时跟踪软件行业的发展态势,制造企业组成的软件企业公司容易存在产品技术不够先进、更新不够快等问题。因此,合理地将二者融合才是未来工业软件企业的发展之路。从国内来看,目前很多大型制造业企业都会通过并购和投资的方式购买一些软件公司,再配合自己的行业经验,会产生比较好的效果。

黄路川:这是必然发展的趋势,德国的西门子软件、美国的GE Digit al就是这么来的。同时,部分个性化的工业软件企业,从过去欧美的经验来看,最终会成为通用性跨行业软件的一部分功能模块,或者Add-on,类似于PDM的发展过程,最终形成Team Cent er、Windchil l、Sol idwor ks等几款垄断性产品。而中国的工业互联网平台发展,最终也会是类似的路径,通用的平台基础架构在各个大型制造业的专业领域适配,而大型制造业自己孵化的工业软件,一部

分将转化为平台上的微服务化模块。

按照中国企业的实际需求“换道超车”

中国经济时报:您怎样看我国工业软件更具有现实意义的发展方向?

赵敏:国内现有工业软件企业偏于小、散、专。绝大多数无法与国外工业软件形成竞争,只是在局部细分领域偶尔占优势(如MES、HMI/SCADA及专用软件)。与同类软件相比,基本判断是:与国外同行有着20—30年的差距。“弯道超车”是痴人说梦,“换道超车”或许有可能。

“换道”的意思是改变赛道(游戏规则)。改变赛道的方法有很多,例如,制定中国的工业软件标准,不再沿用国际上约定俗成的CAX、PDM、ERP等软件方式分类,而是按照中国企业的实际需求重新分类打包;在工业软件普遍云化的大趋势下,率先制定基于工业云的工业软件开发规范,鼓励企业开发云化软件;鼓励传统架构的工业软件迁移到工业互联网平台上,成为工业APP;鼓励企业以工业技术软件化为总体发展方向,将企业现有技术积累转化为工业软件等。

同时,我对与工业软件相关人士提以下几点建议。

决策者:充分认知工业软件的独特性和重要性,勿将工业软件混同于普通软件;工业软件应该作为工业品来看待;要求央企/国企必须使用一定数量的国产工业软件来研制产品,否则不予以国拨资金支持;将国企开发工业软件的成本看作利润;必须重视基础科研。

管理者:适度政策支持,扶优强优;净化市场空间,严厉打击盗版;有盗版,无工业软件(与国别/产地无关);工业软件要能做成企业资产(数字资产)。

闲来麻将使用者:充分尊重工业软件知识产权,花钱买软件,拒绝用盗版;注重积累自己的工业技术/知识,做好工业技术软件化。

开发者:开发工业软件本是国人强项。不要满足于局部功能和零散作战,在组织上抱团协同,在架构上对标高端,在体系上彼此协调,在功能上互补集成。

高丹:赛迪认为,从目前来看,相对比较重要的发展方向是应该研发设计类工业软件,如CAD、PRM等领域,相对于研发类的软件来说,国内其他方向的工业软件短板问题相对较小。从现实来看,国外也更多是重点通过研发类的工业软件来对我国开展制裁等。而要发展工业软件,有几个问题需要关注:一是对于知识产权的保护。只有良好的知识产权保护体系才能更好地推动和支持软件企业加速研发。二是对于人才的保护和培养。三是整体生态的培养。由于我国工业软件发展较晚,IT生态体系和产品更多从国外引入,因此我国自身工业软件产品的使用生态尚未形成,要给国内软件产品使用的机会。

黄路川:我国工业软件更具有现实意义的发展方向必然是自主开发。

闲来麻将在外国市场,工业软件行业已形成巨头垄断的局面,如研发设计类软件领域由达索、西门子、欧特克等巨头占据着技术和市场优势;在生产控制软件领域,西门子保持行业龙头地位;信息管理类软件领域由SAP、Or acl e占据主导地位。

工业软件在智能制造中发挥着重要的作用。目前,智能制造已成为全球各国的竞争焦点。智能制造在控制成本、提升效率方面的作用已经得到证实。在过去的很长一段时间里,中国制造业的创新模式主要包括“引进消化”。但实际上,引进消化本身都是要经历复杂的验证过程,并且很多软件也不符合中国的实际情况,导致这种消化吸收往往难以取得成效,市场换技术实际上也并未真正换来技术。

我国工业软件更具现实意义的发展方向是基于中国工业门类和工业应用场景,开发出适用于中国制造各应用场景的工业软件,让工业企业和科研应用不受外国技术“卡脖子”,独立自主才能自力更生。

闲来麻将工业软件是基于工业互联网平台做的应用开发。发展工业软件成败的关键在于工业互联网平台。

工业互联网平台是操作系统,首先是它能向下连接“人机料法环”,前面亦提到工业设备协议众多,这要求工业互联网平台能覆盖主流工业控制器,支持多种工业协议解析,适配国际通用硬件接口,可为用户提供设备一站式快速接入。这样才能采集更多的工业数据,沉淀更多的工业机理。

其次是对工业数据的处理,即时序数据的处理。工业数据是高频率且大量的,处理要求远高于消费互联网的数据。同时,在平台架构上要适应单点高频次数据并发传输、计算、转换、存储的问题,往往一个大型设备每秒可以产生200—300个参数,每个参数有上万次取数。这也要求了上层的工业软件能从这样的数据中作出响应和分析,以及最终形成闭环控制逻辑。所以,树根互联的平台设计,就是为了完成这样一段工业软件的共性技术支撑,帮助平台上的工业软件可以调用封装好的微服务和组件,减少不同类型的工业软件在共性模块上的重复开发和处理。这一类的开发,往往占到软件开发量和开发难度的90%,而系统界面和业务流程的开发,就如同冰山一角,往往不足10%的难度。

再次是应用的多样性。制造业不同行业的应用是不一样的,需要基于一个平台去构建不同的应用。相互协同,形成整体的端到端的应用,甚至是跨企业边界的应用服务。

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