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2021-05-31  来自: 瞭望 浏览次数:368


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智能 制造:工业软件之忧

1991 年,海湾战争爆发前,美国情报部门获悉,伊拉克从法国购买了一种用于防空系统的新型电脑打印机,准备通过约旦首都安曼偷运到巴格达。美国在安曼的特工人员立即行动,把一套带有病毒的同类芯片换装到这种电脑打印机里,从而通过打印机使病毒侵入到了伊拉克军事指挥中心的主机。

据称,微机芯片是美国马里兰州米德堡 国1家 安1全 局设计的,病毒名为 AFgl 。当美国领导的多国部队发动“沙漠风暴”行动空袭伊拉克时,美 军1用 无线遥控装置 激1活 了隐藏的病毒,攻击伊拉克的指挥控制网络系统,使其完全失效,整个伊军只能任人宰割。

这则被引用在清华大学出版的计算机网络教科书中的故事,至今已过去 28 年了。令人不寒而栗的是,“目前,我国 80% 90% 高1端 进口 工业设备 都面临着类似风险。”走向智能研究院执行院长赵敏在接受《瞭望》新闻周刊记者采访中表示,这仅仅是我国工业软件发展困局中工业控制领域隐患的“冰山一角”。

而在工业设计软件方面,头顶则高悬着一把随时可以落下的达摩克利斯之剑。国内某工业软件研发公司负责人向记者透露, “如果西门子公司现在对中国民用核工业领域禁用 NX 软件(西门子出品的产品工程解决方案),将是一场灾难:所有用 NX 软件设计的模型、生产制造过程的管理,都将被中断,整个产业将受到巨大的影响,甚至无法正常运转。”

类似事件事实上已经发生。在 2018 4 月中兴事件中,随着芯片禁运,美国电子 CAD 软件公司 Cadence ,同时对中兴进行了软件禁运。 Cadence 公司的 EDA 软件专门用于设计芯片和多层电路板。在中国科协智能制造学会联合体智能制造研究所副所长林雪萍看来,“ EDA 被停用,芯片就无法被按需设计、正常使用,不过是一堆硅土。”

工业软件是指在工业领域里进行研发设计、业务管理、生产调度和过程控制的相关软件与系统。在软件行业中,工业软件只占很小的比例,却是 工业制造 的大脑和神经,堪称工业领域的 皇1冠 ”,其中 高1端 软件更是“ 皇1冠 ”上的“明珠”。在近年来几次“卡脖子”事件中,工业软件和芯片是同时击中 中国制造 的“软”“硬”两把利剑。但芯片万众瞩目,相反工业软件作为“制造强国” 短板却未引起社会各方足够重视。

尤其令人担忧的是,我国工业软件市场长期被欧美软件巨头严重垄断,国产工业软件较 国1际 高水平落后达 30 年。尽管我国工业软件起步不晚,甚至一度“百花齐放”紧随世界 一1流 ,但由于我国某些主管部门和绝大多数 工业企业 “重硬轻软”忽视软件化建设,关键工艺流程和技术数据“空心化”,再加上 国1家 863 ”计划支持政策的中断,致使我国自主工业软件市场占有率,从上世纪 90 年代中后期的 25% 急剧萎缩到目前不足 5%, 关键领域甚至全军覆没。

“中国制造‘大而不强’,突出的表现之一就是工业软件弱小和受制于人。没有强大的工业软件,就没有强大的工业制造。我国要实现‘制造强国’, 必1须 拥有自主可控的工业软件。”赵敏告诉记者,今天,我们可以说中国是 全1球 第1一 制造大国,拥有 41 个工业大类、 207 个中类、 666 个小类,是世界上门类 齐1全 的工业体系。“但如果没有作为大脑和灵魂的工业软件的强健支撑, 中国制造业 再庞大的规模和体量都不过是‘行尸走肉’。”

早春岁月

新中国成立 70 周年前夕, 80 岁的北京机械 工业自动化 研究所(以下简称“北自所”)首席专家蒋明炜,收到了 中1共 中1央 国1务院1 中1央 军委颁发的“庆祝中华人民共和国成立 70 周年纪念章”。这份荣誉就是为了褒奖中国工业软件上世纪 80 年代那段开创奋进的峥嵘岁月。

1978 年, 机械工业 部批准 沈阳 鼓风机厂从意大利引进大型鼓风机的设计技术,并从 IBM 94 万美元的价格引进 370/138 大型机,同时引进了 IBM MRPII 软件 COPICS 。作为技术归口单位的机械部北自所,参与了整个项目的考察、 培训 和消化。

北自所参与该项目总工程师当时从 IBM 带回来 COPICS 的八本 黑1皮书 ,在中国工业软件界著称为“黑八本”。接受记者采访中,蒋明炜回忆说:“这是中国工业软件开创的源头和先声,对它的消化、吸收和创新,拉开了中国工业软件发展的序幕,从中培养出了一批 知1名 的工业工程管理专家,包括他们的学生,成为我国工业软件领域的中坚力量。”

随后,北自所又参与了沈阳 第1一 机床 厂从前西德引进的 INTEPS 工业软件的调研和实施。在此基础上, 1982 年蒋明炜北自所团队承担了四川宁江机床厂计算机辅助企业管理信息系统项目。经过四年的创新实践,各个系统陆续成功运行。 1987 年,这个自主研发的工业软件项目通过机械部验收鉴定,获得了机械部科技进步一等奖, 国1家 科委科技进步二等奖。

所有这些,大大鼓舞了中国工业软件开创者们的自主意识和创新精神。特别是 1986 国1家 863 ”计划将支持国产工业软件发展列入 自动化 领域的 CIM S (计算机 / 现代集成制造系统)主题,引发了当时我国工业企业、工业自动化研究机构和理工科院校对工业软件研究研发的高潮。

上世纪 90 年代中期,乘着 社会主义 市场经济体制开创的春潮,类似“北利玛,南启明”“两大三小(两大为开思、利玛,三小为金航联、经纬、并捷)”等等一众本土工业软件开发企业蓬勃而起,国内仅 ERP 软件公司就超过 1000 家。

蒋明炜介绍说,当时,在市场上国产工业软件与国外产品相比并不差,加上国外产品引进有汉化和适应中国国情的问题,有些方面国产工业软件的优势还比较明显。 “因为我们起步不晚,而且吃透的‘黑八本’也是 国1际 工业软件发展理念的重要源头之一,实现了不少结合我国实际需要的功能优化和创新。”

据赵敏统计研究,上世纪 90 年代中后期,国产工业软件平均市场占有率在 25% 左右,其中个别专项领域曾达到 45% 左右。

败走 “麦城”

正是基于这种信心,蒋明炜等国内专家针对当时中国市场中工业软件现状,提出 “国外软件三分之一可用,三分之一修改后可用,三分之一不可用”的观点。这个观点遭到了几乎所有外国软件供应商和代理商的强烈谴责,当时一度每次外商赞助的产品发布会、研讨会,都将类似蒋明炜这样的中国观点批判为“闭关守旧的代表”……

与此同时,国外工业软件企业开始运用各种手段加大力度 “围剿”中国本土软件。其中,有两种手段,尤为隐蔽和阴损。

一是釜底抽薪。通过捐赠和赞助,诱导我国大学科研院所在教学和科研中捆绑国外公司 知1名 软件,主要讲授国外软件的使用操作,弱化软件研发的基础性教育,导致大学科研院所在工业软件理论、算法、程序设计与实现等研发方面的能力逐步退化,甚至失去了造血能力。

例如,现在许多高校有限元理论与技术的课程,纷纷捆绑了某国外 CAE 仿真软件,变成了“有限元理论与××软件”。授课老师只对有限元理论稍加介绍,大量课时则在教授某个国外 CAE 软件的操作方法,结课时学生只需利用该 CAE 软件完成一个设计即可。

美国某工业软件公司曾一次向某国内 顶1尖 大学捐赠 500 PRO/E 及相关产品,其精仪系、机械系、工业工程系、汽车系等多个院系的课程都采用该公司的软件产品作为教学平台。该大学的基础工业训练中心,则使用由某欧洲软件公司提供的工业软件套装,这家公司还提供了教材、讲义、培训文档、官方课程等 全1方位 支持服务。

二是欲擒故纵。国外工业软件倾销中国,甚至故意放任盗版行为,看似是中国知识产权保护不力,实则为国外厂商消灭中国工业软件的一种非法倾销策略:一方面,利用盗版形成倾销式市场挤压,迫使国产工业软件厂商失去生存和成长空间,将其扼杀在摇篮中;另一方面,用盗版形成的低价,诱惑国内工业企业几乎零成本地先用起来,在爱不释手中将其研发、生产如毒瘾般锁定在国外工业软件中,而后采取打击盗版收正规软件版权费和年服务费的形式,获取高额利润。

例如,上海某汽车研发中心多年来所使用的国外 CAD/CAM/CAE 软件,只有两套属于正版,其他数百套都是盗版。该中心没有想到的是,这些软件在使用过程中已经通过后门定时自动将盗版使用情况信息发送到国外厂商手中。而国外厂商也一直等到该中心达到 300 多套的大规模使用后,才发起专利侵权诉讼,不但一次罚款 1900 万元,而且迫使该中心的研发设计牢牢锁定在国外软件中。

尤其是 2001 年中国加入 WTO 后,加上某些主管部门和大型工业企业长期形成“重硬轻软”“迷信洋货”思维,随着大规模 高1端 设备进口,国外工业软件捆绑式进入中国市场,原本就缺乏资金和政策支持的中国本土工业软件企业,路越走越窄,纷纷败下阵来。

曾经获得联合国资助的北自所 CAD 研究中心,在上世纪 80-90 年代一直是我国 国1家 CAD 国产软件研发和认证中心。 1998 年随着机械工业部撤销和北自所改制为企业,没有了事业经费支持的北自所 CAD 研究中心,因为无法在两年之内成为利润中心而被迫解散。谈到此处,蒋明炜倍感遗憾。

本世纪前十年,中国国产工业软件持续败走 “麦城”,所占市场比重急剧萎缩到不足 5% 2013 年科技部“ 863 CIMS 项目终止,此后 国1家 部委再也没有持续性资金支持过国产自主工业软件研发。

“起个大早,赶了个晚集。”赵敏感慨地说,“工业软件是改革开放以后, 唯1一 一个与国外同行不断拉大差距的工业技术领域。”

与此形成鲜明对照的是,前瞻产业研究院数据显示, 2016 全1球 工业软件市场达到 3531 亿美元,中国工业软件市场规模达到 1235 亿美元,约占 全1球 市场的 35% 2018 年中国工业软件市场规模进一步提高到 1622 亿美元。

强国 “短板”

“软件是软件,工业软件是工业软件。工业软件的 第1一 属性不是 IT ,工业软件‘姓工’。”

多年来,针对国内 “重硬轻软”的政策和行业风气,曾在美国工业软件公司从业十多年的赵敏一直在强调,工业软件是典型的 高1端 工业品,研制开发工作是一门工业知识、工作经验和技术诀窍( Know-How )之集大成的 专1业 学问。“没有工业知识,没有 制造业 经验,只学过计算机软件的工程师,是设计不出 先1进 的工业软件的。”

例如, 全1球 CAE 厂商 ANSYS ,每年研发投入达 3 亿美元左右,超过 20 亿元 人民币 。因为只有天量的投入,才能保证 CAE 所需要的巨量实践经验与隐性知识和判断得以持续优化和迭代。

目前, 全1球 工业界有一个共识:人类社会发展的阶段可以跨越,但是工业化的发展过程特别是技术积累的阶段是不可跨越的。从这个意义上讲,没有经历完整的工业化进程,就没有工业技术的深厚积累;没有工业技术积累和大手笔的研发投入,就无法开发出 优1秀 的工业软件;没有 优1秀 的工业软件,就无法开发出 优1秀 的工业品。

在赵敏看来,工业软件包含了千千万万人的无数的技术发明和经验积累,并被实践证明有效,而且经过了千千万万人的反复研发与优化,功能不断迭代进化,任何个人和小团体的知识都无法与其抗衡。更重要的是,这个进化过程是需要花时间来渐进式积累的,不可一蹴而就。

因此,本世纪前十年中国自主工业软件行业的大规模溃败,对当前我国实现制造强国战略和 高1质量 发展形成了影响深远的制约。

工业软件包含研发设计类( CAD CAE PLM 等)、生产调度和过程控制类( MES SCADA 等)、业务管理类( ERP SCM HRM 等)三大领域,其中研发设计类 核心和关键。然而,目前国外工业软件巨头几乎完全垄断了我国工业软件市场。

根据走向智能研究院的研究评估,在核心工业软件领域中的 CAD 研发设计类软件市场,法国达索、德国西门子、美国 PTC 以及美国 Autodesk 公司在我国市场占有率达 90% 以上,国内数码大方、中望软件、山大华天等只占不到 10% 的市场; CAE 仿真软件市场领域,美国 ANSYS ALTAIR NASTRAN 等公司占据了 95% 以上的市场份额。

在生产管理类工业软件领域,德国 SAP 与美国 ORACEL 公司占有 高1端 市场的 90% 以上,用友、金蝶等国内软件企业只能占据中低端市场的 80% 左右。 2017 年德国 SAP 公司营收达 235 亿欧元,国内软件 龙1头企1业 用友网络仅为 63 亿元人民币。

我国生产控制软件领域也主要被西门子、施耐德、 GE 、罗克韦尔等国外巨头占据,宝信、石化盈科等国内软件企业只在电力、钢铁冶金和石化等细分行业争得一席之地。

多位业内专家均表示,我国在计算机辅助设计 CAD 、仿真软件 CAE 、辅助制造 CAM 、电子设计自动化 EDA 等核心工业软件领域,至少落后国外高水平 30 年。

采访中,记者了解到,其实何止芯片设计生产的工业软件领域,模具、钣金、 数控机床 、机械制造、 机器人 、汽车、激光、兵器、航空、航天等各个工业领域,企业用于设计、加工、分析的工业软件,几乎都是欧美软件,许多此类关键领域国产工业软件几近全军覆没,仅在一些项目申报、教育等 国1家 财政支持领域才偶尔露脸。

问题更严重的是,国产工业软件的内核,也基本是由国外授权。目前,国内仅有一家工业软件企业具有几何建模引擎的知识产权。几何建模引擎已经成为我国工业软件 “难以逾越的一道坎”。而国外 先1进 工业软件不可能对我国客户开放源代码,“照猫画虎”的可能性很低。

“从这一点看,工业软件是中国与西方技术差距 的一个行业,甚至材料工业的差距都没有这么大。”业内专家普遍表示,工业技术软件的差距,正是我们与西方制造强国重要的差距,属于真正意义上的强国“短板”。

“空心化”之痛

工业软件是工业和信息产业的结合体,但其中重要、核心、底层的支撑是工业数据知识库,其汇集了工业生产过程中关键技术、流程、知识、工艺及数据。也缘于此,国外工业软件巨头的工业数据知识库来自几十年甚至上 百1年 的工业生产技术 / 知识的积累,不可能对外出售。

然而,令人遗憾的是,新中国成立 70 年来,从一穷二白成长为 全1球 第1一 制造大国,期间所积累起来的海量关键工艺流程和工业技术数据的信息,都因为中国工业软件的能力孱弱而无法利用,以致大量毁损、流失乃至被窃取而“空心化”。

一方面,过去 30 年来直接引进的“拿来主义”模式,一度成为我国工业发展的主旋律,工业企业习惯于购买和应用国外巨头的工业软件,对自主可控工业软件的重要性缺乏理解和认识,不会主动积累基础工艺研发和实验数据,不会主动布局工业技术的软件化建设,不会主动培育和孵化工业软件企业。

有业内人士反映,某些大型国有企业下属的一些 专1业 信息化 公司,很少从事自主创新的信息化产品研发,反而大量代销国外工业软件产品,与国外厂商利益捆绑。为求快速、便捷地获取利润,故意打压排斥国产工业软件。

另一方面, 70 年来,我国工业化进程中产生的许多核心技术、知识经验和数据,大量散落在各个企业,闭锁在技术人员头脑中,随着企业的变迁、人员的流动而不断耗散和流失。与此同时,我国工业企业广泛应用国外软件,相关宝贵的基础数据、应用数据和核心数据,或明或暗,源源不断地被国外工业软件巨头所收集、占有乃至窃取。

1998 年,法国达索公司推出了全新系统 CATIAV5 ,一开始并未被市场接受。当时我国某新型战斗机的开发团队,以敢吃螃蟹的勇气大胆使用了并不成熟的 CATIAV5 ,前后提出了 900 多个问题改进建议,大大提升了该软件的成熟度。

近两年,某大型家电企业新建互联工厂,用户可以个性化定制产品,然后直接下单自动化生产。但该工厂的后台核心系统,来自德国西门子和 SAP 国1际 软件巨头。因工程技术和工程数据闭锁在西门子、 SAP 的系统中,后续技术改进也 必1须 依赖它们进行二次开发,该企业的大量数据和经验持续为国外软件的优化“添砖加瓦”。

“现代信息通讯技术和制造技术深度融合是智能制造的关键所在,而工业软件是其中 关键的技术。”让赵敏和林雪萍担忧的是,现在被高度重视的智能制造、 工业互联网 ,其实内核的是工业软件。智能制造和“工业 4.0 ”正越来越聚焦于数字化设计、数字化工厂和数字化运营服务。数字建模和仿真、 CAD 计算机辅助设计和 CAE 计算机辅助仿真等核心工业软件,已成为数字化工业背后不可或缺的支柱。

比如当前 火1爆 的自动驾驶技术,自动驾驶汽车通过各种外置内置 传感器 ,把感知到的行驶环境的物理信息转换成为计算机处理的数据,经过内置 人工智能 算法软件的快速处理,作出正确的驾驶决策,再通过软件给车内的各种控制器发出正确的动作指令,所有这些的工作基础完全依赖于嵌入式工业软件。

目前,我国众多工业品,从民机到战机,从 高铁 到船舶,从手机到汽车,甚至服装鞋帽,其研发和生产都广泛使用工业软件。据 工信部 统计,截至 2018 9 月,我国企业数字化研发设计工具普及率和关键工序 数控 化比例分别达到 67.8% 48.5%

数据 “空心化”导致我国工业软件控制权为国外厂商所主导,如果西方 国1家 对我国 全1面 实施工业软件禁运,我国工业研发和生产将严重遇阻。

采访中,有业内人士特别指出,在 CAD CAE 领域,目前西门子、达索、 PTC Autodesk Ansys 等公司在细分市场的份额接近 100% ,其中西门子和达索虽然是欧洲公司,但其 CAD 所属的产品生命周期管理研发部门都设在美国,所以严格地来讲,所有 CAD/CAE 软件的授权都是美国的。

他特别从 国1家 安1全 角度强调,目前国外工业软件的 license (许可证)授权已经从传统的硬件加密,转变成网络 云端 加密。“即使实现完全意义上的物理断网,这些软件预留的后门,都需要每 180 天连接服务器一次才能继续使用。这才是真正的 安1全 隐患。”

绝地反击

10 17 日,国内 领1先 的工业软件龙头厂商——广州中望龙腾软件股份有限公司 ( 以下简称“中望软件” ) 宣布完成第二轮 1.4 亿元融资。这是继 2018 年底 第1一 轮融资 8000 万元之后,国内研发设计类工业软件领域迄今为止规模 、估值高的融资案例。

业界对此的 第1一 反应是, “顶级投资机构的持续支持,表明了 资本市场 对中望的自主 CAD/CAE/CAM 核心技术及前景的高度认可。”这也意味着,国产工业软件的发展潜力正在得到市场的积极响应。

5 8 日, 国1务院 常务会议明确提出,集成电路和软件产业是支撑经济社会发展的战略性、基础性和先导性产业,要求有关部门抓紧研究完善促进集成电路和软件产业发展的支持政策。

蒋明炜等业内专家希望,借此机会打个国产工业软件的 “翻身仗”。采访中,不少自主工业软件企业从全新的角度向记者表示了“绝地反击”的信心。

云道 智造 总经理屈凯峰认为: “为什么我国工业软件一直没有做起来,可能有很多原因,比如政策、人才、资金、技术等等,但我觉得根本的问题就是市场需求没起来。”在他看来,随着我国经济已由高速增长阶段转向 高1质量 发展阶段,尤其是外部势力持续加大倒逼力量,中国制造由量向质的跃迁,必然会开创出国产工业软件研发的春天。

例如, STK 是由美国 Analytical Graphics 公司开发的一款在航天领域处于 领1先 地位的商业分析软件,支持航天任务的全过程,包括设计、测试、发射、运行和任务应用。目前 STK 高版本是 11.0 ,美国从 7.0 开始对中国禁运,国内可购买到的高商业版本是 STK6.0 。正是因为这种封锁,我国航天领域自主研发的工业软件已经到相当高的技术水平,目前已升级到很高版本,适用性强,在该领域 全1球 竞争中占有一席之地。

值得欣慰的是,由于我国加大知识产权保护力度,加上当前严峻的 国1际 市场风险,国内越来越多的大型国企和 军1工 企业,在市场和 安1全 压力面前,开始主动使用和扶持国产自主工业软件。

采访中,记者获悉,某大型企业因使用盗版软件被国外厂商发律师函。如果按外方合规要求,需要支付 40 套单价 400 万元总计 1.6 亿元的软件使用费,而且一些特殊设备的机密信息还可能会外泄。对比之下,这家企业基于 安1全 和价格因素,选择类似国产工业软件企业产品,不但基本满足需要,报价只有 80 万元,而且版权属于购买者所有,并可随时按照需要新添功能。这都是国外厂商不可能给出的条件。

目前,尽管困难重重,但一批咬牙坚持下来的国内工业软件企业开始展现出勃勃生机。比如,中望软件在 CAD/CAM 方面已经取得了良好的市场业绩,亚控科技在组态软件方面国内市场 第1一 ,通力公司在 PLM 领域已展现出了较强的系统集成能力,索为系统、安世亚太、云道智造等在研发平台软件方面成效显著。

即便在竞争激烈的 ERP MES 行业,北自所、兰光创新在 军1工 、机械制造领域,上海上扬软件在 半导体 、太阳能光伏领域,深圳昱辰在服装等时尚业,面对洋品牌的激烈竞争,这些公司凭借 专1业 产品、 优1质 服务,毫不畏惧,攻城略地,逐渐成为了各自领域的隐性 冠1军

采访后,赵敏告诉记者,发展支持国产自主工业软件并非关起门来搞保护,而是坚持开放市场环境下强筋健骨。 “实现工业软件的自主可控并不是要排斥国外工业软件,而是打破现在国产工业软件占比不到 5% 的极不平衡的局面,实现国产和国外工业软件的携手平衡发展。”










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