序論：好文章的創(chuàng)作是一個不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]一篇數(shù)字化工業(yè)軟件發(fā)展策略研究范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來更深刻的閱讀感受。

一、前言

工業(yè)軟件的發(fā)展背景是依托工業(yè)生產(chǎn)需求，提高研發(fā)制造、生產(chǎn)管理方面的綜合效益；本質(zhì)上是對工業(yè)知識進行編碼，通過圖形工程將工業(yè)生產(chǎn)知識封裝在軟件中，為工業(yè)生產(chǎn)提供服務(wù)。在信息技術(shù)快速發(fā)展的當今時代，受工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)[1,2]、云計算[3]、人工智能[4]、智能制造[5]、大數(shù)據(jù)[6]等新興技術(shù)的影響，工業(yè)企業(yè)在成本控制[7,8]、效率提升[9]、跨企業(yè)/跨專業(yè)協(xié)作[10]等方面的需求顯著增加。相應(yīng)地，工業(yè)軟件不僅是工業(yè)企業(yè)運營的能力依托，也表現(xiàn)為支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展和創(chuàng)新的基礎(chǔ)工具。工業(yè)軟件可分為數(shù)字化設(shè)計（又稱研發(fā)設(shè)計）、生產(chǎn)制造、經(jīng)營管理、運維服務(wù)等主要類型，是現(xiàn)代化工業(yè)水平的集中體現(xiàn)、先進技術(shù)融合的產(chǎn)物，具有發(fā)展歷程久、研發(fā)成本高、成功經(jīng)驗難復(fù)制等特征。工業(yè)軟件處于工業(yè)制造的中游位置，連接著硬件設(shè)備、操作系統(tǒng)等上游產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)，航空、航天、航海、汽車等下游應(yīng)用領(lǐng)域，發(fā)揮著“樞紐”作用。值得指出的是，數(shù)字化設(shè)計類軟件在工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)中處于關(guān)鍵位置，是實現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)品制造的“第一步”，直接影響產(chǎn)品的后續(xù)流程[11]；主要分為計算機輔助設(shè)計（CAD）、計算機輔助工程（CAE）、計算機輔助制造（CAM）、電子設(shè)計自動化（EDA）、計算機輔助工藝過程（CAPP）、產(chǎn)品生命周期管理（PLM）等類別。然而，《中國工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)白皮書（2020）》指出，在2018年世界CAD、CAE軟件市場中，我國相應(yīng)市場規(guī)模占比僅為8.5%、9%；理性判斷，我國在數(shù)字化設(shè)計類工業(yè)軟件方向落后國際先進水平20~30年。近年來，科技領(lǐng)域的貿(mào)易壁壘有所增強，航空、航天、航海裝備研發(fā)所采用的高端數(shù)字化設(shè)計類工業(yè)軟件多數(shù)為國外引進，不利于自主創(chuàng)新發(fā)展進程[4]，潛在的“卡脖子”風(fēng)險不容忽視。本文著眼智能制造實際需求、多學(xué)科交叉及融合、產(chǎn)業(yè)安全發(fā)展，凝練數(shù)字化設(shè)計類工業(yè)軟件的的重要價值；進而梳理國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、剖析我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)、提煉領(lǐng)域重點突破方向，提出現(xiàn)階段數(shù)字化設(shè)計類工業(yè)軟件的發(fā)展建議，以期辨明一條適合我國數(shù)字化設(shè)計類工業(yè)軟件行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展路徑。

二、數(shù)字化設(shè)計類工業(yè)軟件價值分析

（一）產(chǎn)業(yè)安全與國家利益的基石

工業(yè)軟件是維持工業(yè)企業(yè)順暢運營的重要環(huán)節(jié)，也是我國制造業(yè)等產(chǎn)業(yè)受國外長臂管轄的“卡脖子”環(huán)節(jié)之一。近年來，出現(xiàn)了多起與工業(yè)軟件相關(guān)的技術(shù)制裁事件，波及了經(jīng)濟、金融、教育、交通等方面，如針對我國特定企業(yè)的CAE、EDA類軟件禁用事件，將多家中國實體列入出口管制清單事件、一些高校被禁止使用商業(yè)數(shù)學(xué)軟件MATLAB事件等。此外，為了保障工業(yè)信息安全，防止黑客入侵、病毒擴散、系統(tǒng)漏洞、密碼破譯等事故的發(fā)生，亟需提升工業(yè)軟件相關(guān)的產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈安全技術(shù)。盡快開展包括工業(yè)軟件在內(nèi)的關(guān)鍵核心技術(shù)攻堅，自主掌握工業(yè)軟件核心技術(shù)能力，才能更好維護產(chǎn)業(yè)安全和國家利益。

（二）制造業(yè)邁進工業(yè)4.0的動力

工業(yè)4.0作為以智能制造為主導(dǎo)的“第四次工業(yè)革命”生產(chǎn)方法[12]，本質(zhì)是通過信息物理系統(tǒng)構(gòu)建智能工廠，將各類工業(yè)軟件按需嵌入制造流程。CAD、CAE等復(fù)雜度高、綜合性強的數(shù)字化設(shè)計類工業(yè)軟件，事關(guān)制造業(yè)生產(chǎn)需要，對于制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型升級起著支撐作用。發(fā)展數(shù)字化設(shè)計類工業(yè)軟件，有利于我國工業(yè)核心技術(shù)領(lǐng)域的自主可控，從而創(chuàng)造穩(wěn)定可持續(xù)的工業(yè)發(fā)展環(huán)境；支持實現(xiàn)工業(yè)4.0帶來的諸多技術(shù)優(yōu)勢，如高效應(yīng)對工廠的實時信息變化、以數(shù)字化顯著提升監(jiān)測效率、應(yīng)用由高級電機控制的智能機器人等[13]。

（三）學(xué)科交叉與融合發(fā)展的載體

當前，我國科技領(lǐng)域發(fā)展面臨“瓶頸期”，打破困境的關(guān)鍵舉措之一是促進跨學(xué)科、多技術(shù)之間的融合，催生學(xué)科前沿的新發(fā)展形態(tài)。在研發(fā)數(shù)字化設(shè)計類工業(yè)軟件的過程中，需高度關(guān)注開發(fā)工具、算法、軟件工程、交互設(shè)計等方向的協(xié)同，據(jù)此弱化部分方向出現(xiàn)的“短板”效應(yīng)。例如，為了高質(zhì)量完成一款CAD軟件的自主研發(fā)，需要在企業(yè)層面培育、吸引上述提及領(lǐng)域的技術(shù)人才，在社會層面營造良好的科研和工程環(huán)境[14]。發(fā)展數(shù)字化設(shè)計類工業(yè)軟件，有利于促進計算機、機械工程等學(xué)科的協(xié)同發(fā)展與優(yōu)化布局，也就成為多學(xué)科交叉、多領(lǐng)域融合的良好載體。

三、國內(nèi)外工業(yè)軟件發(fā)展現(xiàn)狀

（一）國外工業(yè)軟件發(fā)展現(xiàn)狀

經(jīng)過多年發(fā)展，國外工業(yè)軟件在底層開發(fā)、界面操作、云端等方面較為成熟，形成了優(yōu)勢企業(yè)的技術(shù)壟斷格局（見圖1）。在上游，操作系統(tǒng)、開發(fā)工具、中間件主要由美國品牌主導(dǎo)。在中游，達索、歐特克等品牌在數(shù)字化設(shè)計類方向具有領(lǐng)先優(yōu)勢，西門子、霍尼韋爾等品牌在生產(chǎn)制造類方向處于行業(yè)龍頭地位，思愛普、甲骨文等品牌在經(jīng)營管理類方向占據(jù)主導(dǎo)位置。國外工業(yè)軟件企業(yè)及市場發(fā)展，呈現(xiàn)兩類主要特征：大型軟件企業(yè)持續(xù)開展并購，占據(jù)著絕大部分市場份額；中小型軟件企業(yè)發(fā)揮專業(yè)化、定制化特色，在細分市場方向占據(jù)優(yōu)勢。具體而言，大型企業(yè)依靠前期的技術(shù)和資本積累，制定了實際上的行業(yè)標準，以“多方并購”形式繼續(xù)提高市場份額，如達索公司基于CATIA產(chǎn)品開拓市場，隨后收購SolidWorks、Abaqus、Accelrys等軟件品牌；其他企業(yè)采取了“專精特新”發(fā)展道路，以專業(yè)化、定制化的軟件服務(wù)來靈活適應(yīng)市場需求。

（二）我國工業(yè)軟件發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)工業(yè)和信息化部發(fā)布的《軟件業(yè)經(jīng)濟運行情況》及相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計[15]，我國工業(yè)軟件市場規(guī)模逐步擴大，以運維服務(wù)類工業(yè)軟件的占比最高；2016—2021年工業(yè)軟件產(chǎn)品營收從1000億元增長至近2000億元，平均增速約為16%，明顯高于同期國際市場增速（約6%）。這表明，我國工業(yè)軟件市場在規(guī)模方面進入了世界前列。根據(jù)《中國工業(yè)軟件及服務(wù)企業(yè)名錄》及相關(guān)數(shù)據(jù)，有12個省份的工業(yè)軟件企業(yè)數(shù)量超過10家（見表1）。北京、上海、廣東、江蘇等省份的企業(yè)數(shù)量超過100家，分布相對密集，但其他省份的數(shù)量明顯偏少。工業(yè)軟件企業(yè)的地域分布失衡，必然導(dǎo)致專業(yè)人才分布的差異化，也就加劇了各省份在工業(yè)軟件發(fā)展方面的分化現(xiàn)象。在經(jīng)營管理類軟件方向，主要由金蝶、用友等國產(chǎn)品牌主導(dǎo)，中低端市場基本實現(xiàn)國產(chǎn)替代，高端市場的國產(chǎn)化率接近40%，整體進入穩(wěn)定發(fā)展期。在生產(chǎn)制造類軟件方向，主要由中控、寶信等國產(chǎn)品牌占據(jù)市場；因貼近國內(nèi)市場，分散控制系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)等軟件的國產(chǎn)化率超過50%，發(fā)展勢頭良好。在運維服務(wù)類軟件方向，華為、國電南瑞等國產(chǎn)品牌在市場上具有引領(lǐng)地位，發(fā)展前景廣闊。然而，國外品牌在我國數(shù)字化設(shè)計類工業(yè)軟件市場占據(jù)主導(dǎo)地位，結(jié)構(gòu)設(shè)計、仿真分析等功能軟件的對外依存度超過95%，固有的技術(shù)鴻溝難以在短期內(nèi)逾越。在CAD軟件方面，主要有數(shù)碼大方、中望、天河智造、浩辰等品牌；在CAE軟件方面，用于國防軍工領(lǐng)域的HAJIF軟件、云端CAE平臺Simright等是代表性的自主可控軟件；少數(shù)企業(yè)在CAD/CAM軟件產(chǎn)品中初步拓展了的結(jié)構(gòu)仿真分析功能。

四、我國數(shù)字化設(shè)計類工業(yè)軟件發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

（一）前期研發(fā)投入不足，難以縮短固有差距

隨著科技領(lǐng)域貿(mào)易壁壘的增強，較多依賴進口的高端工業(yè)軟件面臨“斷供”風(fēng)險，暴露出數(shù)字化設(shè)計類工業(yè)軟件應(yīng)用“受制于人”的隱患。應(yīng)當認識到，我國工業(yè)軟件行業(yè)為了實現(xiàn)自主創(chuàng)新發(fā)展，需要徹底放棄對進口軟件的“拿來主義”思想，努力實踐內(nèi)生發(fā)展之路；積極爭取中長期投入，吸引社會資源參與行業(yè)發(fā)展，彌補我國自20世紀以來對軟件研發(fā)投入不足的缺口。在數(shù)字化設(shè)計類工業(yè)軟件方面，為了穩(wěn)步縮短與國際領(lǐng)先企業(yè)近30年的發(fā)展差距，國內(nèi)工業(yè)軟件公司及研發(fā)團隊需要克服難度大、周期長、前期收益低等一系列突出問題。不可忽視的是，這類問題往往導(dǎo)致工業(yè)軟件企業(yè)難以下定研發(fā)投入信心，疊加市場競爭的短視效應(yīng)，明顯阻礙了數(shù)字化設(shè)計類工業(yè)軟件自主可控的發(fā)展進程。

（二）行業(yè)交流合作不深入，行業(yè)標準嚴重缺失

基于現(xiàn)階段我國工業(yè)軟件行業(yè)的發(fā)展環(huán)境，相關(guān)企業(yè)無法簡單復(fù)制“先自立門戶、再陸續(xù)收購”的發(fā)展路線。從數(shù)字化設(shè)計類工業(yè)軟件發(fā)展的整體角度看，需要聯(lián)合行業(yè)內(nèi)的優(yōu)勢企業(yè)以協(xié)調(diào)發(fā)展步驟/路徑，減弱“單打獨斗”的發(fā)展思想。然而，為了保護代碼等核心資產(chǎn)及潛在利益，相關(guān)企業(yè)之間鮮有交流合作；雖有管理部門、學(xué)術(shù)機構(gòu)組織過企業(yè)參與的研討交流，但距離預(yù)期目標相差甚遠。目前，我國數(shù)字化設(shè)計類工業(yè)軟件行業(yè)事實上的標準，多由國外大型工業(yè)軟件企業(yè)主導(dǎo)；但國外軟件企業(yè)之間也有激烈競爭，在行業(yè)標準層面并未統(tǒng)一。國內(nèi)用戶在使用不同企業(yè)的軟件產(chǎn)品時，程序/數(shù)據(jù)之間難以貫通，顯著增加了軟件使用的“壁壘”效應(yīng)。尚未統(tǒng)一的行業(yè)標準，不利于國內(nèi)相關(guān)企業(yè)發(fā)展研發(fā)、制造、運維一體化的軟件產(chǎn)品；尤其在重大裝備制造領(lǐng)域，直接制約了工業(yè)軟件作用的發(fā)揮。

（三）市場占比失衡，穩(wěn)定客戶難以聚集

從我國數(shù)字化設(shè)計類工業(yè)軟件的客戶類型分布可見，應(yīng)用市場集中在大型制造類企業(yè)。大型制造類企業(yè)為了提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低研發(fā)成本、控制生產(chǎn)成本，通常優(yōu)選使用成本低、技術(shù)成熟的進口軟件產(chǎn)品。這就導(dǎo)致國產(chǎn)數(shù)字化設(shè)計類工業(yè)軟件的客戶市場聚集在中小型制造類企業(yè)。中小型制造類企業(yè)從產(chǎn)品附加值、市場風(fēng)險等角度考慮，往往無法穩(wěn)定投入使用工業(yè)軟件所需的資金，也就無法構(gòu)建基于工業(yè)軟件的獨特產(chǎn)品優(yōu)勢，相應(yīng)的市場競爭力逐步弱化。大型制造類企業(yè)難以提供數(shù)字化設(shè)計類工業(yè)軟件的應(yīng)用合作機會，中小型制造類企業(yè)又較少依賴數(shù)字化設(shè)計類工業(yè)軟件。受各類因素的共同作用，企業(yè)自主研發(fā)數(shù)字化設(shè)計類工業(yè)軟件，往往缺失穩(wěn)定的客戶；既造成工業(yè)軟件企業(yè)生存困難的問題，還因用戶數(shù)據(jù)不足而難以持續(xù)優(yōu)化工業(yè)軟件，成為工業(yè)軟件行業(yè)發(fā)展受限的直接原因。

（四）底層核心技術(shù)缺失，自主研發(fā)能力不強

當前，多數(shù)的數(shù)字化設(shè)計類工業(yè)軟件底層核心技術(shù)由國外企業(yè)壟斷；國內(nèi)一些企業(yè)作為國外工業(yè)軟件產(chǎn)品的代理商，尚未具備獨立研發(fā)高端工業(yè)軟件產(chǎn)品的能力。相應(yīng)地，一些企業(yè)軟件產(chǎn)品的底層核心多為國外企業(yè)的算法與軟件內(nèi)核。工業(yè)輔助設(shè)計、仿真模擬測試等工業(yè)領(lǐng)域的核心技術(shù)，不可避免地受制于國外供應(yīng)。以數(shù)字化設(shè)計類工業(yè)軟件為代表的高端工業(yè)軟件，開展自主研發(fā)主要受限于兩方面：對于CAE等軟件，除編程技術(shù)要求外，涉及理學(xué)、工學(xué)中的多學(xué)科核心知識，對研發(fā)團隊的技術(shù)能力要求極高；功能全面且穩(wěn)定的底層開發(fā)平臺是開展工業(yè)軟件自主研發(fā)的前提，這是當前缺失的基礎(chǔ)性環(huán)節(jié)。（五）智能化成為發(fā)展潮流，擠壓后發(fā)企業(yè)的生存空間國外工業(yè)軟件優(yōu)勢企業(yè)積極轉(zhuǎn)向工業(yè)云服務(wù)、人工智能方向：在工業(yè)云服務(wù)的開發(fā)階段，軟件不再是獨立存在，而是整合各類基礎(chǔ)軟件并提供“軟件+服務(wù)”整體解決方案；人工智能技術(shù)通過大量學(xué)習(xí)特定領(lǐng)域的數(shù)據(jù)，進而實現(xiàn)結(jié)果預(yù)測，為工業(yè)軟件創(chuàng)新應(yīng)用提供了新思路。與此同時，我國正處于工業(yè)軟件協(xié)同應(yīng)用階段，尚未轉(zhuǎn)入工業(yè)云服務(wù)階段。在上述革新技術(shù)受到制造類企業(yè)青睞的情況下，國外工業(yè)軟件優(yōu)勢企業(yè)進一步搶占國內(nèi)工業(yè)軟件市場，對國內(nèi)軟件企業(yè)的整體性自主研發(fā)能力提出了更高要求；軟件客戶的使用黏性削弱，研發(fā)進度的上限則受時間積累和使用經(jīng)驗影響。此消彼長之下，國內(nèi)軟件企業(yè)的生存和發(fā)展面臨著更大壓力。

五、我國數(shù)字化設(shè)計類工業(yè)軟件的重點突破方向

（一）結(jié)構(gòu)CAD、CAE、優(yōu)化軟件無縫集成

CAD、CAE、結(jié)構(gòu)優(yōu)化分別針對結(jié)構(gòu)建模、結(jié)構(gòu)分析、尋找合適的材料分布問題而開發(fā)[16]，都基于有限元方法，通過求解結(jié)構(gòu)內(nèi)的數(shù)值響應(yīng)來分析結(jié)構(gòu)適應(yīng)性，從而判定結(jié)構(gòu)能否滿足性能需求。為了壓縮開發(fā)周期、提高經(jīng)濟效益，產(chǎn)品設(shè)計階段即涉及結(jié)構(gòu)幾何建模、數(shù)值分析、設(shè)計優(yōu)化等環(huán)節(jié)，這需要CAD、CAE、結(jié)構(gòu)優(yōu)化之間進行數(shù)據(jù)的無障礙傳遞，對數(shù)字化設(shè)計類工業(yè)軟件能力提出了新要求。然而，有限元方法存在模型逼近的精確度受限、創(chuàng)建模型消耗大量時間成本、場變量的連續(xù)性僅為低階、高階分析的節(jié)點數(shù)呈指數(shù)式增長等問題，加之CAD幾何模型與CAE分析模型的構(gòu)造機理不同、結(jié)構(gòu)的表征數(shù)據(jù)不兼容，導(dǎo)致CAD、CAE、結(jié)構(gòu)優(yōu)化之間出現(xiàn)數(shù)據(jù)交互繁瑣、幾何特征信息丟失等一系列應(yīng)用不足。拓撲優(yōu)化技術(shù)以結(jié)構(gòu)數(shù)值分析為基礎(chǔ)，基于優(yōu)化拓撲結(jié)果來實現(xiàn)結(jié)構(gòu)超輕量、高性能的設(shè)計目標[17~19]，因而有限元軟件集成拓撲優(yōu)化技術(shù)也是重要趨勢之一。例如，美國Altair公司從網(wǎng)格劃分、導(dǎo)入CAE、拓撲優(yōu)化、后處理等多個模塊著手，對每個獨立步驟分別進行集成操作，初步實現(xiàn)了上述功能。研究統(tǒng)一的CAD、CAE、結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，發(fā)展具有自主可控核心知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)數(shù)字化軟件（如等幾何拓撲優(yōu)化軟件），是突破當前主流的數(shù)字化設(shè)計類工業(yè)軟件生態(tài)的關(guān)鍵方向?；诘葞缀畏治龇椒╗20]（見圖2），通過非均勻有理B樣條曲線（NURBS）構(gòu)建基函數(shù)，確保結(jié)構(gòu)的CAD幾何、CAE分析模型具有一致性；打破相關(guān)數(shù)據(jù)的交互壁壘[21,22]，建立等幾何拓撲優(yōu)化的技術(shù)框架。

（二）幾何特征驅(qū)動的設(shè)計、分析、優(yōu)化一體化軟件

針對計算機底層的數(shù)值計算關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合以幾何特征驅(qū)動拓撲優(yōu)化的設(shè)計理念、共行幾何一體化優(yōu)化的設(shè)計理論、等幾何拓撲優(yōu)化與CAD直接交互技術(shù)，開發(fā)基于幾何特征驅(qū)動，設(shè)計、分析、優(yōu)化一體化的工業(yè)軟件。對于重大裝備的多類型復(fù)雜曲面構(gòu)件，應(yīng)用共形參數(shù)化建模與一體化優(yōu)化設(shè)計等理論及技術(shù)[23]，適應(yīng)高承載、低振動等性能需求。等幾何拓撲優(yōu)化用于二維/三維拉脹超材料研究[24]，以NURBS基函數(shù)構(gòu)造兼顧平滑度、連續(xù)性的密度分布函數(shù)，與CAD直接交互，消除幾何誤差，克服求解困難。發(fā)展的基于特征驅(qū)動的拓撲優(yōu)化方法[25]，將一組特定的工程特征通過相互運動或變形方式得到拓撲構(gòu)型；從CAD的設(shè)計理念出發(fā)，迭代選取與CAD特征模型相關(guān)的幾何變量，從設(shè)計源頭確保了工程結(jié)構(gòu)的特征屬性。

（三）多體、多態(tài)、多物理場耦合的仿真計算與分析

隨著計算處理、數(shù)據(jù)支持等支撐技術(shù)的提升，面向多體、多態(tài)、多尺度乃至多物理場等復(fù)雜耦合模擬分析的新型數(shù)字化設(shè)計類工業(yè)軟件逐步出現(xiàn)。實現(xiàn)多物理場耦合仿真的主要形式有：①通過公開的數(shù)據(jù)接口標準，串聯(lián)多個仿真軟件開展聯(lián)合仿真，如Dymola平臺軟件，可基于功能模型接口/功能模型單元來結(jié)合Simulink、AMESim等十余種建模工具，依據(jù)所屬系統(tǒng)分別進行模擬；②通過數(shù)個仿真模塊實現(xiàn)單系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真，如COMSOL不斷集成結(jié)構(gòu)、流體、熱、電磁等分析功能，形成了包含30多個附加模塊的多物理場仿真能力。發(fā)展上述耦合仿真功能工業(yè)軟件，本質(zhì)上需要深入開展基于多學(xué)科交叉理論的研究。分析不同系統(tǒng)之間相互作用的多物理場，提升描述上述現(xiàn)象的偏微分方程求解精度，削減主觀條件影響，使得仿真結(jié)果良好反映客觀規(guī)律。

（四）工業(yè)軟件云端化、用戶可定制化

基于云計算、物聯(lián)網(wǎng)形成的軟件即服務(wù)（SaaS）逐漸成為軟件企業(yè)的主流經(jīng)營模式[3]。SaaS是通過云服務(wù)向用戶提供軟件使用的新興方法，供應(yīng)商負責(zé)構(gòu)建企業(yè)信息化所需的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、軟硬件運營平臺，承擔(dān)預(yù)實施、后期維護等服務(wù)。企業(yè)無需建立機房、購買軟硬件，而是直接通過互聯(lián)網(wǎng)使用信息系統(tǒng)；結(jié)合自身需求，向SaaS供應(yīng)商租賃軟件服務(wù)，登錄網(wǎng)絡(luò)后即可在設(shè)備上使用相關(guān)工業(yè)軟件。工業(yè)軟件企業(yè)發(fā)展SaaS服務(wù)，要在保持優(yōu)勢領(lǐng)域持續(xù)領(lǐng)跑的前提下，按模塊、按精度合理拆分軟件到各個子程序，以滿足各類客戶的使用需求。目前，已有部分企業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)基于SaaS應(yīng)用展開，如國外的Predix工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺、從數(shù)字化到自動化的一體化解決方案等，國內(nèi)的美云智數(shù)工廠仿真軟件、船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計及生產(chǎn)管理一體專用化軟件平臺等。

（五）引入算法策略，支持計算機異構(gòu)并行

在設(shè)計優(yōu)化過程中，高精度結(jié)構(gòu)幾何表征模型的缺失，導(dǎo)致CAE分析精度偏低，帶來了后續(xù)優(yōu)化設(shè)計的收斂性差、不易尋求可行設(shè)計解等問題。引入模型降階、收斂加速等算法策略，針對性解決求解耗時、算法運行效率低下、計算架構(gòu)僵化、綜合使用成本過高等問題。發(fā)展適應(yīng)中央處理器/圖形處理器異構(gòu)并行架構(gòu)的等幾何拓撲優(yōu)化軟件，實現(xiàn)底層算力的靈活擴展和高效運用。

六、我國數(shù)字化設(shè)計類工業(yè)軟件發(fā)展建議

（一）梳理細分領(lǐng)域，精準制定行業(yè)扶持政策

針對數(shù)字化設(shè)計類工業(yè)軟件前期研發(fā)投入不足的實際問題，建議把握工業(yè)軟件的類型特征、研發(fā)周期、技術(shù)難易等行業(yè)要素，據(jù)此研究制定扶持政策；從高端人才引進、研發(fā)團隊壯大、企業(yè)運營順暢等維度，找準扶持政策的著力點，提高政策的實施成效；同步完善產(chǎn)業(yè)投資基金、協(xié)同研發(fā)平臺等配套服務(wù)體系建設(shè)。建議地方管理部門將工業(yè)軟件列為獨立的產(chǎn)業(yè)類別，發(fā)布區(qū)域性扶持政策，促進特色工業(yè)軟件、細分領(lǐng)域應(yīng)用等的布局與優(yōu)化。例如，與工業(yè)和信息化部推進的智能制造試點示范項目相配套，進一步規(guī)劃工業(yè)軟件核心技術(shù)、垂直行業(yè)應(yīng)用等具體發(fā)展內(nèi)容，實質(zhì)性改善國產(chǎn)工業(yè)軟件的研發(fā)與應(yīng)用環(huán)境。

（二）促進軟件企業(yè)優(yōu)勢互補，制定國內(nèi)統(tǒng)一標準

針對國內(nèi)工業(yè)軟件企業(yè)之間合作不深的問題，建議地方管理部門發(fā)揮牽頭組織作用，引導(dǎo)大型工業(yè)軟件研發(fā)企業(yè)在工業(yè)制造、基礎(chǔ)學(xué)科、軟件工程等方向開展意向交流，以定向扶持等形式引導(dǎo)跨企業(yè)的工業(yè)軟件技術(shù)合作。建議國內(nèi)工業(yè)軟件優(yōu)勢企業(yè)積極合作，率先開展四類工業(yè)軟件的產(chǎn)業(yè)體系標準建設(shè)。保證工業(yè)軟件產(chǎn)品數(shù)據(jù)格式的一致性，以互聯(lián)互通提高不同產(chǎn)品數(shù)據(jù)的兼容性，提高國產(chǎn)工業(yè)軟件綜合集成的應(yīng)用水平，緩解工業(yè)軟件企業(yè)的低層次競爭，驅(qū)動行業(yè)發(fā)展的高端高值化。

（三）給予定向扶持，拓展中小型企業(yè)客戶市場

針對國產(chǎn)數(shù)字化設(shè)計類工業(yè)軟件缺失穩(wěn)定客戶的問題，拓展工業(yè)軟件在中小型制造類企業(yè)的應(yīng)用規(guī)模是適宜的突破口。建議地方管理部門發(fā)布扶持政策，緩解中小型制造類企業(yè)應(yīng)用工業(yè)軟件資金匱乏的現(xiàn)狀，促成中小型制造類企業(yè)提升核心競爭力、工業(yè)軟件企業(yè)拓展市場規(guī)模的共贏局面。還可引導(dǎo)工業(yè)軟件企業(yè)提供區(qū)域性、細分行業(yè)性的優(yōu)惠應(yīng)用措施，策略性擴大客戶規(guī)模，為優(yōu)化工業(yè)軟件產(chǎn)品、把握新興市場需求確定基礎(chǔ)條件。積極營造中小型制造類企業(yè)增強國產(chǎn)工業(yè)軟件認知與應(yīng)用的社會氛圍，鼓勵企業(yè)用戶發(fā)掘工業(yè)軟件在成本控制、效率提升、質(zhì)量改進等方面的中長期收益；吸引中小型制造類企業(yè)主動增加工業(yè)軟件產(chǎn)品的應(yīng)用投入，為國產(chǎn)數(shù)字化設(shè)計類工業(yè)軟件的整體性提升創(chuàng)造條件。

（四）完善人才培育機制，聚集高端研發(fā)人才

針對數(shù)字化設(shè)計類工業(yè)軟件底層核心技術(shù)自主研發(fā)能力不強的問題，堅持技術(shù)發(fā)展的正向思維，積極培養(yǎng)并留住高技術(shù)人才，再由人才來筑牢行業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)。高質(zhì)量實施“新工科”建設(shè)等高校學(xué)科改革方案，批量培養(yǎng)兼具工業(yè)領(lǐng)域知識、信息技術(shù)知識的復(fù)合型人才。建議地方管理部門發(fā)布高層次人才專項政策、高校畢業(yè)生及專業(yè)技術(shù)人員當?shù)亓粲谜撸龠M高校培育軟件編程與多學(xué)科基礎(chǔ)能力兼?zhèn)涞娜瞬抨犖?，緩解工業(yè)軟件行業(yè)從業(yè)人員的待遇保障問題。鼓勵工業(yè)軟件企業(yè)制定股權(quán)分配、股票期權(quán)等激勵方案，激發(fā)專業(yè)技術(shù)團隊的積極性以形成長期主義思想。引導(dǎo)工業(yè)軟件企業(yè)加強行業(yè)自律、工業(yè)軟件研發(fā)人才合理有序流動，避免惡性競爭導(dǎo)致的行業(yè)人才流失、行業(yè)發(fā)展?jié)摿p耗。從培養(yǎng)人才到留住人才再到用好人才，以各環(huán)節(jié)的理性行動來支持國產(chǎn)工業(yè)軟件底層核心技術(shù)攻關(guān)。

（五）深化基礎(chǔ)研究，發(fā)揮國內(nèi)創(chuàng)新市場優(yōu)勢

針對國內(nèi)數(shù)字化設(shè)計類工業(yè)軟件企業(yè)受到相關(guān)國際企業(yè)智能化技術(shù)擠壓的問題，建議國內(nèi)企業(yè)從具備比較優(yōu)勢的產(chǎn)品方向著手，積極融入國內(nèi)市場的應(yīng)用生態(tài)體系。工業(yè)軟件企業(yè)應(yīng)追求“縱向”深入，建立自身優(yōu)勢領(lǐng)域的底層研究能力，再由工程實際應(yīng)用來完善工業(yè)軟件產(chǎn)品的成熟度；將工業(yè)軟件優(yōu)化算法與行業(yè)積累的管理規(guī)律相結(jié)合，發(fā)展本質(zhì)安全可靠、聚焦市場需求的工業(yè)軟件，據(jù)此打破國際工業(yè)軟件企業(yè)的“頭部效應(yīng)”、先發(fā)優(yōu)勢。相較國外數(shù)字化設(shè)計類工業(yè)軟件企業(yè)從大型軍民裝備應(yīng)用起步的發(fā)展路線，國內(nèi)企業(yè)應(yīng)探索出具有自主特色、以新興領(lǐng)域應(yīng)用為先的發(fā)展道路。發(fā)揮國內(nèi)市場的規(guī)模優(yōu)勢，積極探索與物流、電動汽車等優(yōu)勢行業(yè)的合作方式，提供優(yōu)質(zhì)的工業(yè)軟件定制化服務(wù)，支持客戶構(gòu)建產(chǎn)品市場競爭力；穩(wěn)步積累行業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗并形成特色技術(shù)優(yōu)勢，從而快速縮小工業(yè)軟件行業(yè)的后發(fā)劣勢。

參考文獻

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作者:高亮 李培根 黃培 楊震 高杰 單位:華中科技大學(xué)機械科學(xué)與工程學(xué)院 武漢制信科技有限公司