工业软件面临的困境分析

      工业软件在当前的发展状况并不尽如人意，在科技和应用两方面都存在诸多问题，这些问题形成的原因包括政策也包括我们的产业结构模式。

        工业软件面临的发展困境

　　1. 制造业对国外工业软件形成长期依赖，关键工艺流程和工业技术数据缺乏长期研发积累，制造业在一些领域呈现技术空心化。我国飞机、船舶、冶金、化工、生物医药、电子信息制造等重点制造领域长期以来习惯用国外工业软件，对于背后的设计原理了解不够，而且缺乏基础工艺研发数据的长期积累，导致基础技术原理数据积累存在明显差距。国外根本不可能出售含有最新创新成果数据的工业软件，能出售的工业软件里面固化的数据往往是上一代甚至上几代的数据。

　　2. 软件业和制造业融合程度不高，大型制造企业缺乏主动布局，纯软件企业向工业软件企业转型难度大。纯软件企业进入工业软件领域存在天然专业技术屏障，工业软件不同于普通网络应用软件，是工业流程和技术的程序化封装，背后需要工业流程和庞大技术数据作支撑，这绝非纯软件公司单独所能为。目前国内大型制造企业缺乏对智能制造时代工业软件重要性的深度理解和认识，习惯于购买和应用国外企业的工业软件，不会主动布局加强对企业关键核心工艺流程、工艺和技术的软件化封装，来提高工艺数据应用的便捷性和工业核心技术输出的安全保障。

　　3、国内工业软件市场被国外企业垄断，国产工业软件发展严重滞后，产业生态基础还很薄弱。重点工业领域关键核心技术被国外企业掌握，关键核心工业辅助设计、工艺流程控制、模拟测试等软件几乎都是清一色的国外企业软件。工业软件研发需要生态系统作支撑，然而目前我国工业操作系统、工业软件开发平台等重要国产工业基础软件是全产业链缺失，这也直接导致了运行于国产工业操作系统的国产工业控制应用软件几乎是空白。

　　4、工业软件国内标准缺失，综合集成应用程度不高，工业软件作用发挥有限。近几年来，西门子、通用电气等大型制造企业都纷纷加大了工业技术和软件技术融合力度，通过大力收购软件企业，强化企业在智能工业时代的核心竞争力。目前国内工业软件市场的事实标准都是由国外大型制造企业主导着，国外企业在标准上互掐，导致国内市场同时采用国外企业产品时，不同厂商产品程序兼容和互联互通存在很大问题。由于我国在重点制造业领域的国产智能产品体系化程度不高，大部分情况都处于主动需求与对方产品互联，因此只能被动遵守对方产品标准。

　　5、工业软件对制造业模式的变革创新作用尚未发挥，制造业微笑曲线受制于工业软件短板。由于国内工业软件应用还普遍处在研发设计、工业控制等若干单项应用环节，贯穿整个制造业研发设计、流程控制等全环节的综合集成应用还较少，不同厂商工业软件程序兼容存在较大问题，工业软件综合集成效应尚未显现。

　　工业软件发展落后原因

　　从文化层面看，我们长于“道、理”，短于“术、器”，“君子动口不动手”，热衷于新理念、新概念的玄究，所谓“玄而又玄，妙不可言”，轻视“术、器”的恒力打造，导致工作母机在内的高端生产工具普遍落后，工业软件更是如此。

　　改革开放前40年中国从农业化向工业化转型的过程中，以“逆向工程”为主的技术发展方式导致我国工业软件自主发展缺乏足够的内在源动力。最要命的是，中国工业往往“视集成为创新”，加剧了基础、关键核心技术的空心化、中国一轮又一轮地引进、推广“XX化”，往往是拿来装配主义，而在核心的根基上鲜有作为，最终导致相关基础工具软件几乎被国外垄断，受制于人，国内相关技术研发力量严重萎缩，自主可控工业软件举步维艰。真要进行“创新引领”，首先要摒弃误国害民的“集成创新”。

　　现有的设计研发软件工具，往往缺乏全局观，以传统的软件编制工艺“分科而制”，这种基于单学科软件工具的多学科融合，实际上是在集成多专业工具软件的信息。这就大大增加了软件成本，也严重影响了设计师桌面快捷应用。

　　系统设计与验证技术，既是是中国数字化设计技术的短板，也是一个重要的突破口。中国设计行业，一向是强于详细设计，而弱于概念设计和系统设计。虽然产品的设计流程是从概念到物理自顶向下的展开的，但技术手段和工具发展是自底向上发展的，数控技术先于CAD技术、CAE技术先于CAD，详细设计技术先于系统设计技术等等。目前成熟的数字化设计与验证技术与工具体系只能支撑部分大回路设计验证。德国工业4.0强调需要建立基于模型的系统工程技术体系，就是实现全系统早期多回路设计验证。

　　1. 数字工具的两大空间

　　工业设计工具的研发活动，一直存在于两个空间：几何空间和状态空间。计算机辅助设计CAD自上世纪六十年代初以来，围绕几何空间设计活动，发展了计算机辅助几何设计技术CAGD，为产品结构设计提供了卓越的工具。事实上直到上世纪80年代初出现革命性的技术NURBS之前，CAD的发展一直缺乏统一的标准技术体系，严重的影响了CAD技术在工业界的普及推广。NURBS“横扫六合、总齐八荒”，将CAD技术推进了大规模应用创新的时代。这也形成了非常深的壁垒，国外在这方面的优势非常明显。

　　然而，针对产品的状态空间，各种建模、分析及仿真活动，由于缺乏统一的知识模型表达标准，进展不够迅速。这就形成了纷繁的单学科领域仿真软件工具，致使建模与仿真(M&S)进展远远不及几何空间的发展，在工业界尚未达到普及深入标准化。

　　当前，多领域物理统一建模语言Modelic成为热点。基于统一模型规范Modelica的全系统建模、分析、仿真优化及软件自动生成技术，已成为产品设计研发技术的重要创新方向，是继计算机辅助几何设计CAGD之后，数字化设计支撑技术的重要分支。

　　欧美发达国家正籍此构筑新的技术壁垒，对此，中国必须有所为。

　　2. 全新的壁垒与垄断

　　国际传统CAD\CAE\自动化技术厂商纷纷并购系统建模及软件自动化技术，着力打造设计分析仿真优化及软件自动生成一体化技术。2006年6月国际产品全生命软件巨头法国达索系统公司认定“Modelica是未来工业知识的表达标准”，并宣布了“基于modelica的嵌入式开放战略”，以此全面打造工业系统解决方案。

　　2011年美国国防部高级项目预研局DARPA提出统一模型标准(包括modelica)，采用基于模型的系统工程方法，在一个技术体系下快速研发、部署海陆空天运载器，效率提高5倍，实现“构造及正确”。2012年12月，西门子收购了比利时LMS 软件仿真公司，其包含的AMESim软件，支持Modelica。在2016以国际著名CAE公司ANSYS收购模型驱动的软件生成系统SCADA为典型。还有大量的收购行动不计其数。

　　系统建模与仿真技术体系主要由一软一硬两方面组成。软的是模型驱动的建模仿真与代码生成软件系统，包括美国大名鼎鼎的数学软件之一的MatLab、美国NI的LabView、SCADA、Dymola、SimulationX、AVL、Cruse等，而实时计算设备则包括DSPACE、NI、RT-LAB。

　　这些国外相关软件与硬件厂商以形成类似Wintel联盟，几乎掌控了复杂系统产品的高端开发技术体系和手段。以汽车电控领域为例，来自奥地利的汽车研发咨询商AVL李斯特公司，这是是全球著名的发动机设计开发、测试及专业CAE软件供应商。其汽车系统设计分析软件和实时计算设备DSPACE，软硬双煞，几乎全面垄断了中国汽车电控正向设计研发技术体系。

       随着国家对工业软件的重视，现阶段工业软件的发展有望进入新的发展阶段，企业应该把握好发展的时机，实现工业软件的整体进步。