從“十四五”規劃看工業軟件發展藍圖
發布時間：2023-02-02 www.xstr.xyz
原文刊載于《軟件導刊》2022年第10月 作者：工業和信息化部電子第五研究所 楊春暉，劉夢玥，陳平，劉奕宏 文章發布略有刪改
隨著“十四五”規劃的貫徹落實，我國工業軟件在發展過程中，將利用已有的互聯網、信息化等方面的先發優勢，依托工業互聯網平臺，深入制造業特定場景開展研發和應用，促進工業軟件的線上衍化與應用，并通過工業知識的不斷積累、迭代和更新，逐步提高自主創新水平和應用能力。
1 我國工業軟件發展面臨的問題
工業軟件主要用于工業領域，是與工業研發設計、業務管理、生產調度和過程控制水平相關的軟件或系統。隨著工業 4.0 和工業互聯網等新一輪工業革命的興起，新技術與傳統產業的結合催生了新型軟件產品，工業軟件在工業制造各環節中的重要地位也在逐漸凸顯。
2021年，我國工業軟件產品收入完成 2 414 億元，同比 2020 年增長22.29%，但工業軟件產品業務收入僅占中國軟件業務總收入的 2.54%，較 2020 年的 2.42% 僅增長 0.12%。由此可見，我國工業軟件產業實力不強，相較于傳統軟件產業，其市場成熟度處于較低水平。橫向來看，2021年全球工業軟件市場規模已達 4 561 億美元，而我國工業軟件產業規模僅占全球工業軟件市場規模的 7.59%，中國制造業增加值占全球比重達到近 30%，這與我國經濟總量的全球份額嚴重不相稱，也表明工業軟件產業發展未能同工業化發展進程相匹配。綜合比較我國工業軟件發展過程以及國外先進工業軟件現狀，可以看出我國工業軟件發展面臨技術、人才和產業生態等多方面的問題。
（1）我國工業軟件在關鍵技術、滿足工業制造需求情況等方面與國外工業軟件產品存在較大差距，不同類別工業軟件的核心技術水平和國產化程度各不相同。據統計，我國現有研發設計類軟件核心技術與國外差距較大，國產化率僅 5% 左右；國內生產制造類軟件廠商雖然占有50% 的市場份額，具備一定實力，但高端市場仍由國外廠商占據。經營管理類和運維服務類軟件在國內發展勢頭較好，但也存在關鍵核心技術差距大的問題。
（2）我國工業軟件復合型人才缺失。工業軟件自主程度較低的背后，是工業軟件人才的缺失。工業軟件人才需同時具備掌握工業知識的能力和將工業知識軟件化的能力，而目前絕大部分技術人才僅能滿足其中之一，復合型人才嚴重缺失。當前院校工業軟件人才培養計劃中，國外知名工業軟件使用相關課程安排較多，工業軟件理論、算法、程序設計與實現等相關課程安排少，難以培養出具有自主創新能力的研發型人才。同時，工業軟件深度依賴于工業領域知識的長期積累，人才培養還需與工業界接力融合，這樣才能培養出理解工業機理和模型、具備研究工業軟件核心底層求解器與算法能力的創新型人才，最終達到將工業知識轉化為工業軟件創新成果的目標。
（3）我國工業軟件產業生態和價值鏈仍不完善，市場成熟度較低，企業競爭力不強。我國工業軟件的發展雖然取得了長足進步，但其長期承受來自自身發展困境和國外主流軟件沖擊的雙重壓力，工業軟件研發工程量大、投入資金多、投入風險高、投資回報周期長，經營成本相對較高，這些都導致工業軟件產業規模無法壯大。同時，工業軟件企業在有限政策和資金的扶持下，大多沿襲傳統封閉作坊式的運作模式，沒有精力去追求高技術附加值的增值服務。從我國工業軟件國產化率及其在中國市場的占有率可以看出，我國工業軟件企業整體實力不強，產品多集中于門檻較低的低端領域，無法取代國外主流工業軟件在我國市場的主流地位。同時，我國工業軟件在兼容性、穩定性、性能、功能等方面相較國外產品，成熟度較低、競爭力不強，持續服務的水平和能力無法保障，從而導致市場對國內工業軟件產品的認可程度較低，企業一直處于產業鏈及價值鏈的中低端。并且，工業軟件產業發展程度與工業化發展程度不匹配，反映出我國工業軟件未能很好地滿足制造業數字化轉型需求，工業軟件與制造業企業需求錯位，表明工業軟件在個性化定制及二次開發方面的經驗積累不足，也從側面反映出國產工業軟件并沒有真正深入到工業領域業務與特定場景。
2 “十四五”規劃中工業軟件相關政策解析
我國“十四五”規劃和軟件“十四五”規劃包含工業軟件發展相關任務部署和重點舉措，本文重點從發展目標、發展方向和重點工作等方面展開分析。
2.1 對工業軟件的總體考慮
在“十四五”規劃和軟件“十四五”規劃中，對工業軟件的總體考慮可分為以下3點：
（1）突出產業基礎能力建設對實體經濟的支撐引領作用。“十四五”規劃指出“加快補齊基礎零部件及元器件、基礎軟件、基礎材料、基礎工藝和產業技術基礎等瓶頸短板。依托行業龍頭企業，加大重要產品和關鍵核心技術攻關力度，加快工程化產業化突破。”此處指明了包括工業軟件在內的基礎軟件和核心技術對實現產業化突破的重要作用。軟件“十四五”規劃指出“開展工業機理模型、微服務、工業軟件、工業 APP 等研發部署”，“拓展軟件在制造業各環節應用的廣度和深度”，突出了工業軟件是支撐制造業數字化轉型的關鍵所在。
（2）強調軟件、硬件、系統和人工智能的一體化研發對產業升級的正向作用。“十四五”規劃指出“聚焦高端芯片、操作系統、人工智能算法、傳感器等關鍵領域，加快推進基礎理論、基礎算法、裝備材料等研發突破與迭代應用。加強通用處理器、云計算系統和軟件核心技術一體化研發。”明確軟硬件和人工智能的研發應深入工業領域實際場景中，同時考慮研發技術本身的創新及其在工業領域中的創新應用。軟件“十四五”規劃指出“夯實開發環境、工具等產業鏈上游基礎軟件能力，提升工業軟件、應用軟件、平臺軟件、嵌入式軟件等產業鏈中游的軟件水平，增加產業鏈下游信息技術服務產品供給，提升軟件產業鏈現代化水平”，進一步強調了研發技術水平和能力對整體產業鏈升級的重要作用。
（3）指出開源對產用協同創新發展的促進作用。“十四五”規劃指出“支持數字技術開源社區等創新聯合體發展，完善開源知識產權和法律體系，鼓勵企業開放軟件源代碼、硬件設計和應用服務。”，描述了開源對產業發展的促進作用。軟件“十四五”規劃則表明“全球97%的軟件開發者和99%的企業使用開源軟件，基礎軟件、工業軟件、新興平臺軟件大多基于開源，開源軟件已成為軟件產業創新源泉和‘標準件庫’”，表明開源正在逐步重塑包括工業軟件在內的軟件發展模式。
2.2 指導思想和目標
“十四五”規劃和軟件“十四五”規劃均以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，深入貫徹中共十九大和十九屆二中、三中、四中、五中、六中全會精神，以推動高質量發展為主題，以深化供給側結構性改革為主線。“十四五”規劃強調，以創新驅動、高質量供給引領和創造新需求，提升供給體系的韌性和對國內需求的適配性。
軟件“十四五”規劃在軟件“十三五”規劃目標任務的基礎上，緊密結合軟件產業高質量發展需求，以破解當前我國軟件產業發展中暴露的關鍵問題為出發點和落腳點，明確指出強化國家軟件重大工程的引領作用，夯實產業發展基礎，持續培育數字化發展新動能，全面支撐制造強國、數字中國建設。“十四五”規劃提出關于工業軟件 2035 年的遠景目標包括：關鍵技術實現重大突破，進入創新型國家前列；基本實現新型工業化和信息化；提出與工業軟件相關的“十四五”時期經濟社會發展主要目標包括：產業基礎高級化、產業鏈現代化水平明顯提升。軟件“十四五”規劃則進一步提出了更加具象化的目標：一是產業基礎實現新提升，在軟件內核、開發框架等基礎組件供給取得突破，以企業為主體的協同創新體系基本完備；二是產業鏈達到新水平，產業鏈短板弱項得到有效解決，基礎軟件、工業軟件等關鍵軟件供給能力顯著提升，對制造業數字化轉型帶動作用凸顯；三是培育一批具備生態主導力和核心競爭力的骨干企業；四是產業發展取得新成效，產業結構更加優化，基礎軟件、工業軟件、嵌入式軟件等產品收入占比明顯提升。
2.3 重點任務與具體措施
為了實現各項目標，“十四五”規劃和軟件“十四五”規劃結合我國工業軟件發展現狀提出以下重點任務和具體措施。
（1）突破重要產品和關鍵核心技術，重點突破工業軟件。軟件“十四五”規劃提出，要研發推廣計算機輔助設計、仿真、計算等工具軟件，大力發展關鍵工業控制軟件，加快高附加值的運營維護和經營管理軟件產業化部署。
同時，面向數控機床、船舶重大技術裝備等重點領域需求，發展行業專用工業軟件，形成體系化服務能力。對于設計仿真系統軟件，要突破三維幾何建模引擎、約束求解引擎等關鍵技術，探索開放式工業軟件架構、系統級設計與仿真等技術路徑。具體措施包括：組織協調方面，在政策、市場、監管、保障等方面加強部門聯動，完善產業運行監測體系，推動重大政策、重點工程落地；財政支持方面，落實軟件企業稅收優惠政策，結合產業發展需求，充分發揮創業投資支持創新創業作用；人才培養方面，加快特色化示范性軟件學院建設，大力培養創新型復合型人才；安全保障方面，加強軟件源代碼檢測和安全漏洞的管理能力，開展工業信息安全防護能力貫標，鼓勵產業鏈開展工業控制系統的聯合攻關和集成應用。
（2）培養工業軟件復合型人才。軟件“十四五”規劃指出，要創新人才培養模式，大力培養創新型服務型人才，鼓勵院校與軟件企業深化校企合作，推進專業升級與數字化改造，培養高素質技術技能人才。制造業企業所需人才并非只懂信息技術（Information Technology，IT）或只懂工廠中操作技術（Operational Technology，OT）的人才，而是新時代“IT”加“OT”技術的復合型人才。因此，需大力吸納與培養懂工業技術的研發人員、真正能夠滿足企業需求的“IT” 加“OT”人才。具體措施包括：加強軟件國民基礎教育，深化新工科建設，加快特色化示范性軟件學院建設，鼓勵職業院校與軟件企業深化校企合作，推進專業升級與數字化改造，對接產業鏈、技術鏈，培養高素質技術技能人才。
（3）加強關鍵數字技術的創新應用能力，推進工業技術軟件化。軟件“十四五”規劃指出，通過加快綜合型、特色型、專業型工業互聯網平臺建設，開展工業機理模型、微服務、工業軟件、工業APP等研發部署，促進平臺間的數據互通、能力協同，不斷拓展工業軟件在制造業各環節應用的廣度和深度。具體措施包括：開展工業技術軟件化過程的理論和技術研究，突破知識工程、低代碼化等生態體系和生產關系優化的關鍵核心技術；組織開展工業技術軟件化培訓、試點示范遴選和供需對接工作；通過開展工業APP質量評測、優秀解決方案征集、工業 APP大賽等活動，推動行業通用、企業專用的工業APP發展。
（4）推動數字技術開源社區等創新聯合體發展，加快軟件迭代升級，促進產用協同創新。軟件“十四五”規劃指出，通過開放、平等、協作、共享的開源模式，加速軟件迭代升級，促進產用協同創新，推動產業生態完善，將開源覆蓋軟件開發的全域場景，構建新的軟件技術創新體系，從而引領新一代信息技術創新發展。具體措施包括：加強軟件源代碼檢測和安全漏洞管理能力，提升源代碼、組件使用的安全風險防控能力，鼓勵第三方服務機構，積極提升軟件安全咨詢、培訓、測試、認證等服務能力。
3 我國工業軟件未來發展路徑建議
基于“十四五”規劃和軟件“十四五”規劃對工業軟件的總體考慮、重點任務和具體措施，進一步明確工業軟件未來發展路徑，包括以下幾點：
（1）產學研聯合加快國產工業軟件重要產品和關鍵核心技術突破。工業軟件是集成工業知識、工業經驗和技術決策的高端工業品，而非僅僅是代碼和算法的堆砌。因此，只有將工業軟件企業、院校和制造業企業聚集在一起，產學研促進協同攻關，才能充分發揮各自優勢，集眾智、取所長，發揮院校天然的人才聚集優勢，融合制造業企業多年沉淀的工業知識、機理模型和歷史經驗以及軟件企業成熟的軟件架構、代碼和算法，設計出更加符合制造業特定應用場景的工業軟件，實現工業軟件關鍵技術突破，更好地適應工業制造需求。
（2）加強復合型人才培養，促進職業本科院校的推廣應用。明確職業技術教育在社會發展中的重要作用，為了滿足企業轉型升級對產業人才技術水平、基礎知識和學習能力的要求，應將職業教育水平提升至本科水平，因此職業本科院校的推廣勢在必行。職業本科院校通過傳授工業軟件理論、算法、程序設計與實現的相關知識，促進學生不斷學習工業軟件的底層求解器和算法，激發學生的研究熱情并提升其研究能力；教學與工業界的接力融合，使學生接觸到工業機理和模型，加快提升將工業知識軟件化的水平和能力。
（3）加強工業軟件研發企業與工業互聯網平臺企業有機協同，推動工業軟件集成商和服務商深度參與工業軟件生態建設。工業軟件創新型生態建設，不僅需要工業軟件研發廠商的探索，也需要工業互聯網企業和制造業企業的支持。比起傳統意義上的工業軟件研發廠商，工業互聯網平臺企業更擅長通過連接匯集設備數據，精準賦能制造業企業全生命周期管理，逐步涵蓋研發設計、生產制造、運維服務和運營管理全鏈條，同時對接各類行業軟件、硬件、通訊商，形成生態效應。因此，二者相互配合、互相協同，通過工業互聯網平臺帶動工業軟件研發企業，為企業提供可用、可信的平臺型工業軟件，并通過企業開發、應用的不斷更新迭代，可更加快速地實現產業生態真正落地。同時，工業軟件集成商和服務商作為同時掌握特定領域行業知識和工業軟件企業優質軟件產品的提供者，在整個工業軟件生態價值鏈增值傳遞的過程中具有獨特優勢。重視并促進工業軟件集成商和服務商將自身工程經驗和對特定應用對象技術要求的理解轉化為解決方案，并通過實踐將工業軟件企業提供的軟件產品價值進行個性化提升，這對工業軟件企業最終贏得制造業企業的滿意度及業界認可、推動并繁榮我國工業軟件生態發展，將起到不可替代的關鍵作用。
（4）降低工業軟件開發門檻，打造“軟件架構開源、工業技術閉源”的工業軟件新模式。我國工業軟件的破局發展，開源不失為一種新的思路。工業軟件的產業生態建設，可以吸收開源技術優勢，采用“半開源式”的商業模式。
一方面，對軟件架構開源能夠降低工業軟件研發門檻，節約制造業企業研發投入，成為新型工業技術、機理模型最好的試驗場；同時建立開發者社區，通過開發者的積極參與、反饋，融入新的工業技術，增加新的工業場景，加速工業產品的迭代，打磨出更加包容、更具傳播優勢的工業軟件，加速工業軟件自主創新和國產化進程。另一方面，對工業技術本身閉源，對制造業企業本身的技術、知識產權起到良好的保護作用，對于激發企業創造力、增強企業競爭力、提升軟件安全性具有重要作用。對于工業軟件的開源模式，一是要針對不同行業需求，分級分批開展相關工作，聚力推動建立行業共用的組件庫、模型庫、零部件庫等；二是要優先布局一批工業軟件行業亟須的核心技術開源項目，邊用邊迭代，縮短與國外同類技術的差距；三是要提升工業軟件開源項目在社會、校園的影響力，通過開源項目參與度和貢獻度，建設人才數據挖掘平臺，定點發現一批、培養一批工業軟件領域復合型人才。
4 結語
本文闡述了我國工業軟件發展取得的成就、當前面臨的問題，以及“十四五”規劃給工業軟件發展帶來的機遇，針對發展目標、發展方向和重點工作等方面對“十四五”規劃和軟件“十四五”規劃中的工業軟件相關政策進行解讀，最后從關鍵技術產學研攻關、復合型人才培養、生態建設創新協同、開源工業軟件新模式等角度給出了我國現階段工業軟件發展的工作建議，以找出適合我國工業軟件發展的有效模式，走中國特色的工業軟件發展道路。