好文！我国工业软件发展现状深度解析

工业软件，是工业知识创新长期积累、积淀并在应用中迭代进化的工具产物。作为先进生产力的关键要素，只要工业技术创新不息，工业软件创生不止。

破“集成创新”，立工业软件

软件是智能的载体，是智能 会最重要的基础要素。运行于智能产品、工业装备与系统全生命周期活动中的先进软件是工业乃至 会发展水平的重要标志，是未来智能工业的重要基础支撑，是不能受制于人的关键核心技术。

工业软件不同于IT软件，是工业知识创新长期积累、积淀并在应用中迭代进化的工具产物，正如赵敏先生在《为工业软件正名》鲜明指出“工业软件是一个典型的高端工业品，它首先是由工业技术构成的！研制工业软件是一门集工业知识与“Know-how”大成于一身的专业学问。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，是设计不出先进的工业软件的！”。

工业软件是工业创新实践的技术溢出，是先进生产力的关键要素，只要工业技术创新不息，工业软件创生不止。林雪萍先生在《工业软件黎明静悄悄|“失落的三十年”工业软件》对中国工业软件历史给出了“亲历的全景式”回望，彻腹的“哀其不幸、怒其不争”让人嘘唏不已。赵翰林、林雪萍先生在《仿真软件史就是大鱼吃小鱼的历史|工业软件史》总结了国际工业软件技术与产业发展，生动地描绘了国际工业软件“繁衍不断、生生不息”的蓬勃生态，虽然“大鱼吃小鱼”，但“池子里总有鱼”。

工业软件按照运行场景为两大类：

1、研发与管理工具类（off-line）

智能产品、装备与系统的研发、管理、维护活动中需要运用大量的软件工具，如CAD、CAE、CAM、PLM、ERP、MES、MRO等，形成产品全生命周期工具软件体系。工具软件通常具有一定的领域、行业、专业的通用性，作为工程师的辅助工具支撑智能装备与系统研发（off-line），已形成较完整的技术体系，在工业界得到广泛应用，此类技术国内有一定基础。

2、系统运行时类（on-line）

智能产品、装备与系统是典型的多学科集成的信息物理融合系统（CPS），其中嵌入越来越多的运行时类软件，此类软件是连接Cyber和Physical的重要设备，已成为智能产品重要的组成部分（on-line）。

在现有的产品全生命周期工具软件体系中缺乏跨领域、全系统建模及软件自动化工具，此类软件研制生产主要依赖人工编写，研发效率低、可信度低、可维护性差，面临生产效率和质量的双重矛盾。

随着复杂产品系统智能化（嵌入式应用软件）趋势的快速发展，相应的数字化设计方法和技术体系已成为制约因素。

以个人长期实践经验来看，导致中国工业软件落后的原因是多方面的：

1、 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，导致工业母机在内的高端生产工具普遍落后，工业软件更是如此。

2、 从历史发展层面看，改革开放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。

3、 视集成为创新，加剧了基础、关键核心技术的空心化，我们一轮又一轮地引进、推广“XX化”的“道、理”，而在“术、器”方面鲜有作为，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。

不破不立。以创新引领发展，建设创新型国家，首先要摒弃“集成创新”，重视工业软件！

无先发优势，有后发劣势

当前众多单领域、单学科关键设计研发工具90%以上为国外掌控，各个软件工具在国外工业创新实践迭代中历经几十年积累，具备了先天的先发优势。而我国的自主可控数字化设计技术体系基本上只有后发劣势。

1、强于详细设计、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，实现全系统早期多回路设计验证。

系统设计与验证技术是中国数字化设计技术创新发展技术突破口。

2、单学科设计工具及其集成难以完备实现多学科融合

从工程角度，智能产品、装备和制造系统是多专业交联集成的复杂系统。产品研发过程中涉及机、电、液、热、控等多个不同学科，各学科之间相互耦合影响，需要多学科的集成。现有的设计研发软件工具缺乏全局观，以传统的软件编制工艺“分科而制”，目前基于单学科软件工具的多学科融合实际是多专业工具软件的信息集成，由于需要专业地部署集成众多学科软件工具实现多学科集成，增加了软件成本，也严重影响了设计师桌面快捷应用。

从科学角度，智能产品系统的每个物理学科均可以表征为在同一状态空间下的数学方程系统，从而完整反映系统的耦合性。传统多学科集成以相关异构单学科建模工具软件+计算流程的信息集成，人为地将完整的数学系统割裂成若干子系统，弱化系统耦合，不能完整地刻画系统的行为，因此基于信息集成的多学科集成具有不完备性。

3、具有CPS特征的智能产品研发需要高效、可靠的软硬件协同

从信息物理融合的角度，智能产品设计交付物不再像传统产品只有图纸，还有越来越多的与产品行为密切关联的运行时软件（嵌入式软件）。由于缺乏软件工程师和多专业物理工程师有效协同技术工具手段，导致嵌入式软件开发、测试、验证自动化程度低、周期长、成本高，因此软件与物理专业高效协同的技术手段是智能产品开发的技术瓶颈。

运行时类软件与系统特性与行为密切相关，具有多学科融合、软硬件高度契合、个性强、涉及面广、技术难度大等特点。目前此类软件研制生产主要依赖人工编写，研发效率低、置信度低、可维护性差，面临生产效率和质量的双重矛盾。以多学科全系统行为建模仿真分析以及模型驱动的代码自动生成技术实现“知识可重用、系统易重构”是提高此类软件置信度、研发效率和可维护性的有效技术途径。

抛开我们在各个单学科领域方向与国外软件几十年技术代差不谈，仅仅在研发方向和模式上，如果我们试图以传统的软件开发模式，在各个单学科领域方向孤立研制，可以说自主可控数字化设计技术体系机会寥寥。

知识自动化，一画可两得

1、思想理念的创新

工业软件是工业技术工具，应当用工业（物理的）方式而非IT算法方式去创造；工业思想方法即机理、本构、模块化、端到端集成及画图等等；工业软件的应用者也是工业品的创造者，新的创新辅助设计技术应当支撑设计师在设计物理系统的同时，同步创成相关的计算分析程序；新一代工业软件应当具有模型可复用、系统易重构的技术特征，以适应复杂多变的工业个性化需求。

2、原理与技术创新

为了完备地实现多学科融合，须建立统御各单学科原理的工程物理系统原理。

工程物理系统集成是以组件端口连接集组而成，端口连接的作用机理可归纳为能量流、物质流、信息流，“三流合一”是工程物理系统的基本原理。

对于集中参数多学科集成系统，可以建立基于模型的数学自动演绎体系，以端到端的模式实现系统数学体系的自动建立，进而自动生成系统计算程序，形成知识自动化技术体系。如此，基于统一模型的知识自动化技术体系以工业的、物理的方式（绘制系统构型）实现了“画出系统构型，生成计算程序，体验系统性能”的工业软件创造与应用的新模式，以“一画两得”支撑“两化融合”，画出原理模型，即可自动生成代码，编出软件程序。

所幸有布局，技术已验证

十一五以来，科技部863先进制造领域及时把握了国际数字化设计领域技术创新发展趋势，及时布局开展了多领域物理统一建模语言Modelica基础理论和共性技术研究，在基础理论方法及使能技术方面取得较全面的突破，形成的研究成果在航空航天等领域的重点型 工程，如中国空间站全系统功能样机、嫦娥5 电总体设计及仿真、航天液体动力系统、大型民用飞机着陆及飞控系统仿真等，得到初步验证。