以工業(yè)互聯網“新基建”為契機， 突破工業(yè)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(chuàng)新中心北京中心主任 北京云道智造科技有限公司創(chuàng)始人 屈凱峰     

           近期，工業(yè)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(yè)軟件“卡脖子”問題備受各界矚目。工業(yè)軟件是什么？中國工業(yè)軟件為什么沒有發(fā)展起來？中國工業(yè)軟件還能發(fā)展起來嗎？如果能，該如何發(fā)展？我們結合自身的實踐探索，談談關于以工業(yè)互聯網“新基建”為契機，突破工業(yè)軟件“卡脖子”難題的思考，與工業(yè)軟件界行業(yè)專家們探討。

一、中國工業(yè)軟件為什么沒有發(fā)展起來？

工業(yè)軟件是伴隨高端工業(yè)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(yè)軟件發(fā)展的內生需要，因此自主工業(yè)軟件一直沒有發(fā)展起來。

工業(yè)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(yè)軟件是第三次工業(yè)革命即計算機技術與工業(yè)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(yè)革命即互聯網技術與工業(yè)融合的過程中，“CAX”將演變?yōu)?ldquo;IAX”，即互聯網“Internet”輔助設計（IAD）、工程（IAE）和制造（IAM）。

工業(yè)軟件是由正向內生發(fā)展的高端工業(yè)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(yè)軟件。世界知名的工業(yè)軟件公司都是在計算機技術服務于高端工業(yè)的正向研發(fā)、內生發(fā)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(yè)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(fā)動機的應力分析；達索系統(tǒng)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(yè)革命的路徑基本是跟隨模仿西方發(fā)達國家，較少遇到正向研發(fā)的內生發(fā)展問題，工業(yè)發(fā)展是“嫁接”在西方核心技術基礎上之上的，沒有自主發(fā)展的內生需要。

二、中國工業(yè)軟件還能發(fā)展起來嗎？

中國制造業(yè)的轉型升級將催生對工業(yè)軟件的大規(guī)模需求，將孵化出大批國產工業(yè)軟件。在網絡化與工業(yè)化融合的浪潮中，中國工業(yè)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(yè)正在大規(guī)模轉型升級，從跟隨模仿轉向自主研發(fā)，實現關鍵核心技術的自主可控，由此必然帶來對工業(yè)軟件的大規(guī)模的市場需求，必然會孵化出大量的中國自主的工業(yè)軟件。首先，“關鍵核心技術是買不來的”，工業(yè)高端領域所需要的核心工業(yè)軟件技術，國外商業(yè)軟件不會提供，必須要我們自主開發(fā)；其次，廣大中小制造業(yè)企業(yè)的工業(yè)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(fā)，國外大型商業(yè)軟件公司無法滿足，國內新興工業(yè)軟件企業(yè)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(yè)模式。我們發(fā)展中國工業(yè)軟件，不能照搬國外工業(yè)軟件發(fā)展路徑，不能“刻舟求劍”。我們需要用時代的技術，開發(fā)時代的產品，滿足時代的需求。

首先，互聯網創(chuàng)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(yè)對工業(yè)軟件的“小、散、專”的需求匯集起來，以規(guī)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(yè)“小、散、專”需求的工程師，以規(guī)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(qū)別于傳統(tǒng)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(tǒng)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(fā)能夠形成大規(guī)模社會化協(xié)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(tǒng)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(fā)射成本直接降低了60%。

互聯網技術與工業(yè)的融合，給中國工業(yè)軟件的發(fā)展提供了開辟新賽道的機會。與前三次工業(yè)革命的追趕路徑不同，互聯網驅動的第四次工業(yè)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(fā)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(yè)。依靠中國擁有的全球最豐富的、最完善的工業(yè)體系和最多數量的工業(yè)企業(yè)，以及最大規(guī)模的工程師群體，中國一定能夠孵化出世界級的工業(yè)互聯網軟件企業(yè)。

三、云道智造“工業(yè)PaaS平臺+工業(yè)APP”模式的探索

云道智造專注于開發(fā)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(yè)蘋果/安卓”系統(tǒng)，以此實現“普惠仿真”的目標。“工業(yè)蘋果/安卓”以一個統(tǒng)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(tǒng)），支持面向各種工業(yè)仿真應用場景的仿真APP開發(fā)和運行。

“工業(yè)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(tǒng)商業(yè)軟件“封閉大系統(tǒng)”的模式，采用“操作系統(tǒng)+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(fā)的“軟件層”和依賴工業(yè)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(xié)同開發(fā)；其次，在商業(yè)模式上，放棄了“桌面操作系統(tǒng)時代”的單純的賣軟件模式，而是創(chuàng)造多層次商業(yè)協(xié)作機制和平臺，使數學層的求解器、物理層的專業(yè)場景化應用（APP）都能夠實現大規(guī)模社會化交易和復用，調動起全社會各個層面的技術創(chuàng)新能力，用“眾創(chuàng)、眾包、共享”的生態(tài)化模式發(fā)展互聯網時代的工業(yè)軟件。

各行各業(yè)的工業(yè)APP將集中在“仿真APP商店”（www.simapps.com）中呈現。對于工業(yè)企業(yè)用戶來說，不用理解仿真操作系統(tǒng)和仿真APP的開發(fā)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(fā)者或者平臺，進行APP定制開發(fā)。

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(fā)、云計算、云存儲；第二，無代碼化開發(fā)，APP開發(fā)者不需要懂得編程；第三，小而專，不同于傳統(tǒng)單機版工業(yè)軟件“大而全”；第四，專用性強，融合了特定專業(yè)、特定產品的研發(fā)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(yè)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(fā)，不斷優(yōu)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(fā)者、平臺建設者將協(xié)力創(chuàng)造全新的工業(yè)仿真生態(tài)體系。仿真APP使得包括中小企業(yè)在內的廣大制造業(yè)企業(yè)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(chuàng)造仿真技術的“藍海市場”。市場需求將帶動起大批專業(yè)仿真工程師開發(fā)專業(yè)仿真APP，創(chuàng)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(tǒng)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(fā)互聯網時代的產品（互聯網的仿真操作系統(tǒng)+仿真APP），滿足互聯網時代的需求（大量工業(yè)企業(yè)“小、散、專”的需求），從而創(chuàng)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(yè)軟件自主、自強發(fā)展。

四、關于中國工業(yè)軟件行業(yè)發(fā)展的一些建議

要把握好互聯網時代中國工業(yè)軟件跨越式發(fā)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(yè)進入高水平發(fā)展階段，工業(yè)軟件被“斷供”的范圍會越來越大。我們必須堅定工業(yè)軟件的自主化道路，由軍工企業(yè)創(chuàng)造大量需求，國家持續(xù)支持“補短板”工程，以體制優(yōu)勢孵化工業(yè)軟件企業(yè)。國家對工業(yè)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(yè)，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(yè)為核心的“工業(yè)互聯網”“新基建”中，要重點支持國產工業(yè)軟件企業(yè)，用“新基建”帶動“新市場”，實現中國自主工業(yè)軟件企業(yè)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(fā)導向，以“補短板”為核心目標，將核心的研發(fā)資源投入到“真實”的戰(zhàn)場之中；要推動“新工科”建設，培養(yǎng)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(yè)人才。其次，在產業(yè)生態(tài)發(fā)展方面，要通過工業(yè)互聯網新基建，搭建更加靈活、包容、開放的供給側協(xié)作體系，走“群眾路線”，釋放中國的“工程師紅利”，發(fā)揮工業(yè)軟件作為工業(yè)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(yè)企業(yè)解決實際問題，創(chuàng)造產業(yè)價值。

第三，要堅持軍民融合。工業(yè)軟件需要長期、持續(xù)的研發(fā)投入，其產業(yè)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(xù)投入。國外的工業(yè)軟件在誕生、成長、發(fā)展過程中，一直都在獲得政府和軍工的持續(xù)扶持。同時，工業(yè)軟件的開發(fā)不依賴于重資產設備，只依賴于一流的人才，因此工業(yè)軟件企業(yè)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(yè)。因此，國家“輸血”、民營企業(yè)“造血”的“軍民融合”形式，是工業(yè)軟件企業(yè)發(fā)展的關鍵路徑。

五、工業(yè)軟件行業(yè)從業(yè)者要堅定信心，保持開放。

面對中國制造業(yè)轉型升級帶來的大量市場需求，面對互聯網與工業(yè)融合帶來的全新生產方式和商業(yè)模式，我們要做好中國的工業(yè)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(fā)展自主工業(yè)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(yǎng)的落后，而是因為整體發(fā)展水平較低，沒有高端技術發(fā)展壯大的土壤。以工業(yè)仿真軟件為例，中國科學家馮康曾于1964年獨立于西方創(chuàng)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(tài)，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(guī)模高端工業(yè)的支撐，這個技術沒有被廣泛應用而發(fā)展成大型工業(yè)軟件。目前，中國工業(yè)已進入高質量發(fā)展階段，正在形成養(yǎng)育自主高端技術的土壤，再加上互聯網技術能夠充分發(fā)揮中華文化“大一統(tǒng)”優(yōu)勢，釋放各領域創(chuàng)新動能，中國一定能夠實現新技術的大規(guī)模協(xié)同共創(chuàng)共享。

發(fā)展自主工業(yè)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(fā)動群眾、服務群眾。中國的“民主集中制”高度適合于工業(yè)互聯網模式的發(fā)展。國家能夠集中力量以“補短板”的決心長期支持工業(yè)軟件的自主化突破，能夠筑牢工業(yè)軟件的底層技術基礎；通過工業(yè)互聯網“新基建”調動起最大規(guī)模的全社會協(xié)同共創(chuàng)共享，能夠孵化出海量的工業(yè)APP。我們既堅持“讓市場在資源配置中發(fā)揮決定性作用”，又堅持“更好地發(fā)揮政府引導作用”，中國一定能夠走出一條工業(yè)軟件自主化突破的特色道路。

發(fā)展自主工業(yè)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(fā)展服務。同時，以市場倒逼技術，不斷強化我們自身的研發(fā)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(yè)軟件企業(yè)，力爭在第四次工業(yè)革命中領先世界。