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          技術頻道

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          在智能制造行業,發展國產自主工業軟件之路如此艱難

          時間:2021-05-12 17:04:55來源:賢集網

          導語:?軟件是軟件,工業軟件是工業軟件。工業軟件的第一屬性不是IT,工業軟件‘姓工’。

          1991年,海灣戰爭爆發前,美國情報部門獲悉,伊拉克從法國購買了一種用于防空系統的新型電腦打印機,準備通過約旦首都安曼偷運到巴格達。美國在安曼的特工人員立即行動,把一套帶有病毒的同類芯片換裝到這種電腦打印機里,從而通過打印機使病毒侵入到了伊拉克軍事指揮中心的主機。

          據稱,微機芯片是美國馬里蘭州米德堡國家安全局設計的,病毒名為AFgl。當美國領導的多國部隊發動“沙漠風暴”行動空襲伊拉克時,美軍用無線遙控裝置激活了隱藏的病毒,攻擊伊拉克的指揮控制網絡系統,使其完全失效,整個伊軍只能任人宰割。

          這則被引用在清華大學出版的計算機網絡教科書中的故事,至今已過去28年了。令人不寒而栗的是,“目前,我國80%90%的高端進口工業設備都面臨著類似風險!弊呦蛑悄苎芯吭簣绦性洪L趙敏在接受《瞭望》新聞周刊記者采訪中表示,這僅僅是我國工業軟件發展困局中工業控制領域隱患的“冰山一角”。

          而在工業設計軟件方面,頭頂則高懸著一把隨時可以落下的達摩克利斯之劍。國內某工業軟件研發公司負責人向記者透露,“如果西門子公司現在對中國民用核工業領域禁用NX軟件(西門子出品的產品工程解決方案),將是一場災難:所有用NX軟件設計的模型、生產制造過程的管理,都將被中斷,整個產業將受到巨大的影響,甚至無法正常運轉!

          類似事件事實上已經發生。在20184月中興事件中,隨著芯片禁運,美國電子CAD軟件公司Cadence,同時對中興進行了軟件禁運。Cadence公司的EDA軟件專門用于設計芯片和多層電路板。在中國科協智能制造學會聯合體智能制造研究所副所長林雪萍看來,“EDA被停用,芯片就無法被按需設計、正常使用,不過是一堆硅土!

          工業軟件是指在工業領域里進行研發設計、業務管理、生產調度和過程控制的相關軟件與系統。在軟件行業中,工業軟件只占很小的比例,卻是工業制造的大腦和神經,堪稱工業領域的“皇冠”,其中高端軟件更是“皇冠”上的“明珠”。在近年來幾次“卡脖子”事件中,工業軟件和芯片是同時擊中中國制造的“軟”“硬”兩把利劍。但芯片萬眾矚目,相反工業軟件作為“制造強國”最大短板卻未引起社會各方足夠重視。

          尤其令人擔憂的是,我國工業軟件市場長期被歐美軟件巨頭嚴重壟斷,國產工業軟件較國際最高水平落后達30年。盡管我國工業軟件起步不晚,甚至一度“百花齊放”緊隨世界一流,但由于我國某些主管部門和絕大多數工業企業“重硬輕軟”忽視軟件化建設,關鍵工藝流程和技術數據“空心化”,再加上國家“863”計劃支持政策的中斷,致使我國自主工業軟件市場占有率,從上世紀90年代中后期的25%急劇萎縮到目前不足5%,關鍵領域甚至全軍覆沒。

          “中國制造‘大而不強’,最突出的表現之一就是工業軟件弱小和受制于人。沒有強大的工業軟件,就沒有強大的工業制造。我國要實現‘制造強國’,必須擁有自主可控的工業軟件!壁w敏告訴記者,今天,我們可以說中國是全球第一制造大國,擁有41個工業大類、207個中類、666個小類,是世界上門類最齊全的工業體系!暗绻麤]有作為大腦和靈魂的工業軟件的強健支撐,中國制造業再龐大的規模和體量都不過是‘行尸走肉’!

          早春歲月

          新中國成立70周年前夕,80歲的北京機械工業自動化研究所(以下簡稱“北自所”)首席專家蔣明煒,收到了中共中央國務院中央軍委頒發的“慶祝中華人民共和國成立70周年紀念章”。這份榮譽就是為了褒獎中國工業軟件上世紀80年代那段開創奮進的崢嶸歲月。

          1978年,機械工業部批準沈陽鼓風機廠從意大利引進大型鼓風機的設計技術,并從IBM94萬美元的價格引進370/138大型機,同時引進了IBMMRPII軟件COPICS。作為技術歸口單位的機械部北自所,參與了整個項目的考察、培訓和消化。

          北自所參與該項目總工程師當時從IBM帶回來COPICS的八本黑皮書,在中國工業軟件界著稱為“黑八本”。接受記者采訪中,蔣明煒回憶說:“這是中國工業軟件開創的源頭和先聲,對它的消化、吸收和創新,拉開了中國工業軟件發展的序幕,從中培養出了一批知名的工業工程管理專家,包括他們的學生,成為我國工業軟件領域的中堅力量!

          隨后,北自所又參與了沈陽第一機床廠從前西德引進的INTEPS工業軟件的調研和實施。在此基礎上,1982年蔣明煒北自所團隊承擔了四川寧江機床廠計算機輔助企業管理信息系統項目。經過四年的創新實踐,各個系統陸續成功運行。1987年,這個自主研發的工業軟件項目通過機械部驗收鑒定,獲得了機械部科技進步一等獎,國家科委科技進步二等獎。

          所有這些,大大鼓舞了中國工業軟件開創者們的自主意識和創新精神。特別是1986年國家“863”計劃將支持國產工業軟件發展列入自動化領域的CIMS(計算機/現代集成制造系統)主題,引發了當時我國工業企業、工業自動化研究機構和理工科院校對工業軟件研究研發的高潮。

          上世紀90年代中期,乘著社會主義市場經濟體制開創的春潮,類似“北利瑪,南啟明”“兩大三。▋纱鬄殚_思、利瑪,三小為金航聯、經緯、并捷)”等等一眾本土工業軟件開發企業蓬勃而起,國內僅ERP軟件公司就超過1000家。

          蔣明煒介紹說,當時,在市場上國產工業軟件與國外產品相比并不差,加上國外產品引進有漢化和適應中國國情的問題,有些方面國產工業軟件的優勢還比較明顯。“因為我們起步不晚,而且吃透的‘黑八本’也是國際工業軟件發展理念的重要源頭之一,實現了不少結合我國實際需要的功能優化和創新!

          據趙敏統計研究,上世紀90年代中后期,國產工業軟件平均市場占有率在25%左右,其中個別專項領域曾達到45%左右。

          敗走“麥城”

          正是基于這種信心,蔣明煒等國內專家針對當時中國市場中工業軟件現狀,提出“國外軟件三分之一可用,三分之一修改后可用,三分之一不可用”的觀點。這個觀點遭到了幾乎所有外國軟件供應商和代理商的強烈譴責,當時一度每次外商贊助的產品發布會、研討會,都將類似蔣明煒這樣的中國觀點批判為“閉關守舊的代表”……

          與此同時,國外工業軟件企業開始運用各種手段加大力度“圍剿”中國本土軟件。其中,有兩種手段,尤為隱蔽和陰損。

          一是釜底抽薪。通過捐贈和贊助,誘導我國大學科研院所在教學和科研中捆綁國外公司知名軟件,主要講授國外軟件的使用操作,弱化軟件研發的基礎性教育,導致大學科研院所在工業軟件理論、算法、程序設計與實現等研發方面的能力逐步退化,甚至失去了造血能力。

          例如,現在許多高校有限元理論與技術的課程,紛紛捆綁了某國外CAE仿真軟件,變成了“有限元理論與××軟件”。授課老師只對有限元理論稍加介紹,大量課時則在教授某個國外CAE軟件的操作方法,結課時學生只需利用該CAE軟件完成一個設計即可。

          美國某工業軟件公司曾一次向某國內頂尖大學捐贈500PRO/E及相關產品,其精儀系、機械系、工業工程系、汽車系等多個院系的課程都采用該公司的軟件產品作為教學平臺。該大學的基礎工業訓練中心,則使用由某歐洲軟件公司提供的工業軟件套裝,這家公司還提供了教材、講義、培訓文檔、官方課程等全方位支持服務。

          二是欲擒故縱。國外工業軟件傾銷中國,甚至故意放任盜版行為,看似是中國知識產權保護不力,實則為國外廠商消滅中國工業軟件的一種非法傾銷策略:一方面,利用盜版形成傾銷式市場擠壓,迫使國產工業軟件廠商失去生存和成長空間,將其扼殺在搖籃中;另一方面,用盜版形成的低價,誘惑國內工業企業幾乎零成本地先用起來,在愛不釋手中將其研發、生產如毒癮般鎖定在國外工業軟件中,而后采取打擊盜版收正規軟件版權費和年服務費的形式,獲取高額利潤。

          例如,上海某汽車研發中心多年來所使用的國外CAD/CAM/CAE軟件,只有兩套屬于正版,其他數百套都是盜版。該中心沒有想到的是,這些軟件在使用過程中已經通過后門定時自動將盜版使用情況信息發送到國外廠商手中。而國外廠商也一直等到該中心達到300多套的大規模使用后,才發起專利侵權訴訟,不但一次罰款1900萬元,而且迫使該中心的研發設計牢牢鎖定在國外軟件中。

          尤其是2001年中國加入WTO后,加上某些主管部門和大型工業企業長期形成“重硬輕軟”“迷信洋貨”思維,隨著大規模高端設備進口,國外工業軟件捆綁式進入中國市場,原本就缺乏資金和政策支持的中國本土工業軟件企業,路越走越窄,紛紛敗下陣來。

          曾經獲得聯合國資助的北自所CAD研究中心,在上世紀80-90年代一直是我國國家級CAD國產軟件研發和認證中心。1998年隨著機械工業部撤銷和北自所改制為企業,沒有了事業經費支持的北自所CAD研究中心,因為無法在兩年之內成為利潤中心而被迫解散。談到此處,蔣明煒倍感遺憾。

          本世紀前十年,中國國產工業軟件持續敗走“麥城”,所占市場比重急劇萎縮到不足5%。2013年科技部“863CIMS項目終止,此后國家部委再也沒有持續性資金支持過國產自主工業軟件研發。

          “起個大早,趕了個晚集!壁w敏感慨地說,“工業軟件是改革開放以后,唯一一個與國外同行不斷拉大差距的工業技術領域!

          與此形成鮮明對照的是,前瞻產業研究院數據顯示,2016年全球工業軟件市場達到3531億美元,中國工業軟件市場規模達到1235億美元,約占全球市場的35%。2018年中國工業軟件市場規模進一步提高到1622億美元。

          強國“短板”

          “軟件是軟件,工業軟件是工業軟件。工業軟件的第一屬性不是IT,工業軟件‘姓工’!

          多年來,針對國內“重硬輕軟”的政策和行業風氣,曾在美國工業軟件公司從業十多年的趙敏一直在強調,工業軟件是典型的高端工業品,研制開發工作是一門工業知識、工作經驗和技術訣竅(Know-How)之集大成的專業學問!皼]有工業知識,沒有制造業經驗,只學過計算機軟件的工程師,是設計不出先進的工業軟件的!

          例如,全球最大的CAE廠商ANSYS,每年研發投入達3億美元左右,超過20億元人民幣。因為只有天量的投入,才能保證CAE所需要的巨量實踐經驗與隱性知識和判斷得以持續優化和迭代。

          目前,全球工業界有一個共識:人類社會發展的階段可以跨越,但是工業化的發展過程特別是技術積累的階段是不可跨越的。從這個意義上講,沒有經歷完整的工業化進程,就沒有工業技術的深厚積累;沒有工業技術積累和大手筆的研發投入,就無法開發出優秀的工業軟件;沒有優秀的工業軟件,就無法開發出優秀的工業品。

          在趙敏看來,工業軟件包含了千千萬萬人的無數的技術發明和經驗積累,并被實踐證明有效,而且經過了千千萬萬人的反復研發與優化,功能不斷迭代進化,任何個人和小團體的知識都無法與其抗衡。更重要的是,這個進化過程是需要花時間來漸進式積累的,不可一蹴而就。

          因此,本世紀前十年中國自主工業軟件行業的大規模潰敗,對當前我國實現制造強國戰略和高質量發展形成了影響深遠的制約。

          工業軟件包含研發設計類(CAD、CAE、PLM等)、生產調度和過程控制類(MES、SCADA等)、業務管理類(ERP、SCM、HRM等)三大領域,其中研發設計類最為核心和關鍵。然而,目前國外工業軟件巨頭幾乎完全壟斷了我國工業軟件市場。

          根據走向智能研究院的研究評估,在核心工業軟件領域中的CAD研發設計類軟件市場,法國達索、德國西門子、美國PTC以及美國Autodesk公司在我國市場占有率達90%以上,國內數碼大方、中望軟件、山大華天等只占不到10%的市場;CAE仿真軟件市場領域,美國ANSYS、ALTAIR、NASTRAN等公司占據了95%以上的市場份額。

          在生產管理類工業軟件領域,德國SAP與美國ORACEL公司占有高端市場的90%以上,用友、金蝶等國內軟件企業只能占據中低端市場的80%左右。2017年德國SAP公司營收達235億歐元,國內軟件龍頭企業用友網絡僅為63億元人民幣。

          我國生產控制軟件領域也主要被西門子、施耐德、GE、羅克韋爾等國外巨頭占據,寶信、石化盈科等國內軟件企業只在電力、鋼鐵冶金和石化等細分行業爭得一席之地。

          多位業內專家均表示,我國在計算機輔助設計CAD、仿真軟件CAE、輔助制造CAM、電子設計自動化EDA等核心工業軟件領域,至少落后國外最高水平30年。

          采訪中,記者了解到,其實何止芯片設計生產的工業軟件領域,模具、鈑金、數控機床、機械制造、機器人、汽車、激光、兵器、航空、航天等各個工業領域,企業用于設計、加工、分析的工業軟件,幾乎都是歐美軟件,許多此類關鍵領域國產工業軟件幾近全軍覆沒,僅在一些項目申報、教育等國家財政支持領域才偶爾露臉。

          問題更嚴重的是,國產工業軟件的內核,也基本是由國外授權。目前,國內僅有一家工業軟件企業具有幾何建模引擎的知識產權。幾何建模引擎已經成為我國工業軟件“難以逾越的一道坎”。而國外先進工業軟件不可能對我國客戶開放源代碼,“照貓畫虎”的可能性很低。

          “從這一點看,工業軟件是中國與西方技術差距最大的一個行業,甚至材料工業的差距都沒有這么大!睒I內專家普遍表示,工業技術軟件的差距,正是我們與西方制造強國最重要的差距,屬于真正意義上的強國“短板”。

          “空心化”之痛

          工業軟件是工業和信息產業的結合體,但其中最重要、最核心、最底層的支撐是工業數據知識庫,其匯集了工業生產過程中關鍵技術、流程、知識、工藝及數據。也緣于此,國外工業軟件巨頭的工業數據知識庫來自幾十年甚至上百年的工業生產技術/知識的積累,不可能對外出售。

          然而,令人遺憾的是,新中國成立70年來,從一窮二白成長為全球第一制造大國,期間所積累起來的海量關鍵工藝流程和工業技術數據的信息,都因為中國工業軟件的能力孱弱而無法利用,以致大量毀損、流失乃至被竊取而“空心化”。

          一方面,過去30年來直接引進的“拿來主義”模式,一度成為我國工業發展的主旋律,工業企業習慣于購買和應用國外巨頭的工業軟件,對自主可控工業軟件的重要性缺乏理解和認識,不會主動積累基礎工藝研發和實驗數據,不會主動布局工業技術的軟件化建設,不會主動培育和孵化工業軟件企業。

          有業內人士反映,某些大型國有企業下屬的一些專業信息化公司,很少從事自主創新的信息化產品研發,反而大量代銷國外工業軟件產品,與國外廠商利益捆綁。為求快速、便捷地獲取利潤,故意打壓排斥國產工業軟件。

          另一方面,70年來,我國工業化進程中產生的許多核心技術、知識經驗和數據,大量散落在各個企業,閉鎖在技術人員頭腦中,隨著企業的變遷、人員的流動而不斷耗散和流失。與此同時,我國工業企業廣泛應用國外軟件,相關寶貴的基礎數據、應用數據和核心數據,或明或暗,源源不斷地被國外工業軟件巨頭所收集、占有乃至竊取。

          1998年,法國達索公司推出了全新系統CATIAV5,一開始并未被市場接受。當時我國某新型戰斗機的開發團隊,以敢吃螃蟹的勇氣大膽使用了并不成熟的CATIAV5,前后提出了900多個問題改進建議,大大提升了該軟件的成熟度。

          近兩年,某大型家電企業新建互聯工廠,用戶可以個性化定制產品,然后直接下單自動化生產。但該工廠的后臺核心系統,來自德國西門子和SAP等國際軟件巨頭。因工程技術和工程數據閉鎖在西門子、SAP的系統中,后續技術改進也必須依賴它們進行二次開發,該企業的大量數據和經驗持續為國外軟件的優化“添磚加瓦”。

          “現代信息通訊技術和制造技術深度融合是智能制造的關鍵所在,而工業軟件是其中最為關鍵的技術!弊屭w敏和林雪萍擔憂的是,現在被高度重視的智能制造、工業互聯網,其實最內核的是工業軟件。智能制造和“工業4.0”正越來越聚焦于數字化設計、數字化工廠和數字化運營服務。數字建模和仿真、CAD計算機輔助設計和CAE計算機輔助仿真等核心工業軟件,已成為數字化工業背后不可或缺的支柱。

          比如當前最火爆的自動駕駛技術,自動駕駛汽車通過各種外置內置傳感器,把感知到的行駛環境的物理信息轉換成為計算機處理的數據,經過內置人工智能算法軟件的快速處理,作出正確的駕駛決策,再通過軟件給車內的各種控制器發出正確的動作指令,所有這些的工作基礎完全依賴于嵌入式工業軟件。

          目前,我國眾多工業品,從民機到戰機,從高鐵到船舶,從手機到汽車,甚至服裝鞋帽,其研發和生產都廣泛使用工業軟件。據工信部統計,截至20189月,我國企業數字化研發設計工具普及率和關鍵工序數控化比例分別達到67.8%48.5%。

          數據“空心化”導致我國工業軟件控制權為國外廠商所主導,如果西方國家對我國全面實施工業軟件禁運,我國工業研發和生產將嚴重遇阻。

          采訪中,有業內人士特別指出,在CAD、CAE領域,目前西門子、達索、PTC、AutodeskAnsys等公司在細分市場的份額接近100%,其中西門子和達索雖然是歐洲公司,但其CAD所屬的產品生命周期管理研發部門都設在美國,所以嚴格地來講,所有CAD/CAE軟件的授權都是美國的。

          他特別從國家安全角度強調,目前國外工業軟件的license(許可證)授權已經從傳統的硬件加密,轉變成網絡云端加密!凹词箤崿F完全意義上的物理斷網,這些軟件預留的后門,都需要每180天連接服務器一次才能繼續使用。這才是真正的安全隱患!

          絕地反擊

          58日,國務院常務會議明確提出,集成電路和軟件產業是支撐經濟社會發展的戰略性、基礎性和先導性產業,要求有關部門抓緊研究完善促進集成電路和軟件產業發展的支持政策。

          蔣明煒等業內專家希望,借此機會打個國產工業軟件的“翻身仗”。采訪中,不少自主工業軟件企業從全新的角度向記者表示了“絕地反擊”的信心。

          云道智造總經理屈凱峰認為:“為什么我國工業軟件一直沒有做起來,可能有很多原因,比如政策、人才、資金、技術等等,但我覺得最根本的問題就是市場需求沒起來!痹谒磥,隨著我國經濟已由高速增長階段轉向高質量發展階段,尤其是外部勢力持續加大倒逼力量,中國制造由量向質的躍遷,必然會開創出國產工業軟件研發的春天。

          例如,STK是由美國Analytical Graphics公司開發的一款在航天領域處于領先地位的商業分析軟件,支持航天任務的全過程,包括設計、測試、發射、運行和任務應用。目前STK最高版本是11.0,美國從7.0開始對中國禁運,國內可購買到的最高商業版本是STK6.0。正是因為這種封鎖,我國航天領域自主研發的工業軟件已經到相當高的技術水平,目前已升級到很高版本,適用性強,在該領域全球競爭中占有一席之地。

          值得欣慰的是,由于我國加大知識產權保護力度,加上當前嚴峻的國際市場風險,國內越來越多的大型國企和軍工企業,在市場和安全壓力面前,開始主動使用和扶持國產自主工業軟件。

          采訪中,記者獲悉,某大型企業因使用盜版軟件被國外廠商發律師函。如果按外方合規要求,需要支付40套單價400萬元總計1.6億元的軟件使用費,而且一些特殊設備的機密信息還可能會外泄。對比之下,這家企業基于安全和價格因素,選擇類似國產工業軟件企業產品,不但基本滿足需要,報價只有80萬元,而且版權屬于購買者所有,并可隨時按照需要新添功能。這都是國外廠商不可能給出的條件。

          目前,盡管困難重重,但一批咬牙堅持下來的國內工業軟件企業開始展現出勃勃生機。比如,中望軟件在CAD/CAM方面已經取得了良好的市場業績,亞控科技在組態軟件方面國內市場第一,通力公司在PLM領域已展現出了較強的系統集成能力,索為系統、安世亞太、云道智造等在研發平臺軟件方面成效顯著。

          標簽: 智能制造

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