“缺芯少魂”是制約我國邁向制造強國的重要瓶頸，其中，工業軟件不以實物形式存在，卻是工業企業運營的“大腦”，是支撐現代產業體系發展和創新的隱形“國之重器”，可謂“工業之魂”。目前我國工業軟件的創新和應用與制造業大國地位不相匹配，與制造強國的要求差距更大，不但成為我國獲得產業發展主動權的掣肘，也對產業信息安全造成了威脅。“累積效應”“鎖定效應”和“生態效應”是我國工業軟件產業發展面臨的三大壁壘，建議以加強技術創新和積累為基礎、以重大應用工程為牽引和以全球化平臺建設為依托，逐步破除三大壁壘并推動我國工業軟件產業創新發展與應用。
一、工業軟件缺乏難成制造強國
(一)工業軟件發展與制造強國要求差距明顯
工業軟件發展和應用水平與制造大國地位不符。隨著我國制造業向信息化和數字化轉型的加速，我國工業軟件市場規模呈加速擴張態勢，2011年到2016年，增速保持在15%～17.5%左右，高于全球工業軟件5%～6%增長水平。但從全球市場占比和自給率看，工業軟件的發展與應用水平與我國制造大國的地位不匹配，離制造強國差距更大。2016年，我國工業軟件市場規模為1247.3億元，其中非嵌入式軟件為461.4億元(《賽迪顧問中國工業軟件發展白皮書2017》)，僅占全球市場份額的5.5%，與中國制造占世界20%的份額不匹配。
自主工業軟件自給率低。從細分市場自給率看，2016年我國研發設計類軟件市場為103.5億元，80%被國外公司主導，其中達索系統和西門子PLM市場占有率分別19.05%和10.73%;生產控制類軟件市場為164.6億元，60%市場份額被西門子、霍尼韋爾、GE等跨國企業占據;信息管理類軟件市場規模為193.3億元，主要由浪潮、用友、金蝶等國內企業主導，Oracle、SAP等國外企業市場占有率在15%左右。同時，一些高端產業領域的專用工業軟件幾乎全部被國外公司壟斷，如國內集成電路設計公司的設計工作基本全部依靠Synopsys、Cadence、Mentor三家美國公司提供的芯片設計的電子自動化軟件(EDA);90%的航空企業采用達索系統公司提供的飛機設計軟件。從軟件產品類型上看，技術含量較高的研發設計類軟件市場絕大多數被國外企業占領，而我國企業在開發門檻較低的信息資源類軟件方面市場占有率較高。
(二)自主工業軟件缺失暗藏產業安全風險
工業軟件是以計算機及信息技術應用為特征的第三次工業革命中工業技術體系不斷演化和專業化分工的產物，已經滲透和廣泛應用于幾乎所有工業領域的研發設計、生產控制、組裝測試、售后運維、遠程服務等環節，進行數據的收集、分析和決策，已成為現代產業體系之“魂”。過度依賴國外工業軟件，失去的不僅是軟件市場，更存在喪失產業發展主動權和影響產業信息安全的風險。
一是存在制造業被低端鎖定，失去產業發展主動權的風險。一方面，工業軟件是工業技術和信息技術融合的載體，是工業知識、行業技術和管理經驗的代碼化表達，過度依賴國外工業軟件，意味著產業活動只能沿著國外的知識體系、技術路線、設計思想和管理經驗進行，不利于我國工業技術的創新和積累，中國制造業也將只剩制造的“軀殼”，被鎖定在“微笑曲線”低端。另一方面，工業軟件，特別是研發設計類軟件凝結了最先進的研發設計理念、知識、方法和工具，國外企業不可能出售含有最新創新成果的工業軟件，可售的工業軟件里固化的往往是上一代甚至上幾代的技術和數據，甚至還存在禁售或高端模塊“禁運”等現象，阻礙我國企業創新進程。例如波音公司787型飛機研制過程中，使用了8000多種軟件，只有不到1000種是商業軟件，其他僅為波音公司自用，是波音公司核心競爭力所在。目前我國80%的研發設計類軟件依賴國外，相當于80%的產品開發和創新能力由國外控制，長此以往將存在創新空心化風險。
二是存在產業信息安全風險。工業軟件的使用過程中將產生大量的工業數據和商業信息，一旦丟失或被濫用將使企業蒙受嚴重經濟損失，甚至導致產業癱瘓，危及國家產業安全。例如，2011年達索系統公司的Solidworks軟件被曝存在泄露計算機信息的后門，達索系統公司的研發設計類軟件被我國航空航天、汽車等行業廣泛應用，盡管公司說明合法授權軟件不存在未經客戶許可提供機密客戶數據的機制，但也為由軟件應用帶來的產業信息安全提出了警示。
二、三大壁壘阻礙工業軟件創新發展
2017年，德國墨卡托研究院對中國面向工業4.0的工業機器人、工業軟件和3D打印等三大技術發展情況進行了評估，認為工業軟件與國外技術差距最大，追趕和進步速度最慢。我們研究認為工業軟件產業自身特點決定了產業在技術、市場、應用等上存在強大的“累積效應”“鎖定效應”和“生態效應”，對于工業軟件后來者而言沒有任何后發優勢。
(一)工業基礎薄弱難以突破“累積效應”壁壘
回溯歷史可以看到，目前全球知名工業軟件企業的成立與發展基本與工業信息化的進程同步，經過幾十年的不斷沉淀積累、升級和更新，已經發展到了相當高的水平和層次，提高了后來者追趕的知識門檻，形成“累積效應”壁壘，成為我國工業軟件在短期內實現成熟度、穩定性和可用性提高難以逾越的鴻溝。一是工業軟件核心技術依賴國外。如國外廠商掌握CAE和CAD核心幾何內核，我國企業主要基于國外產品進行二次開發或定制化開發，同時，部分工業軟件的核心算法尚未掌握，如CAD的幾何內核算法和CAE有限次元算法，國內軟件企業需通過授權經營或整體購買的方式進行使用。二是工業知識和技術基礎薄弱。工業技術軟件化是工業知識、工藝經驗、技術訣竅、制造知識和方法的顯性化、數字化和系統化的過程，其成熟度直接代表了一個國家工業化能力和水平。我國大部分制造業處于跟跑階段或價值鏈中低端，對背后的設計原理和工業機理了解不夠深入，關鍵基礎材料、核心基礎零部件、先進基礎工藝、產業技術基礎等方面的知識和技術積累不足，缺乏可封裝入軟件的先進工業知識和技術。再如，EDA工具的開發是可靠的算法和工藝的結合，我國最先進的工藝產線均為引進，更不具備深亞微米級別的工藝能力，所以在EDA軟件中與工藝結合的工具開發上短期不可能取得突破。另外，既懂信息技術又懂工業技術，還擁有一定管理知識的復合型人才積累不足，也是影響工業軟件創新能力提升的重要原因。
(二)轉換成本巨大構成“鎖定效應”壁壘
巨大的轉換成本帶來的“鎖定效應”使軟件用戶在軟件選擇時存在路徑依賴，成為我國工業軟件產業化道路上的重要障礙。目前，我國部分軟件企業已經具備為國內工業企業用戶提供軟件配套和解決方案的能力，但是在市場推廣上存在較大障礙。究其原因，除了用戶對國外品牌的信賴之外，更重要的在于巨大的轉換成本，使得國產軟件難以對企業已用軟件進行替代。企業更換軟件系統是昂貴和費時的系統工程，需要企業研發組織體系、組織管理模式、業務流程等方面的變革，同時，軟件操作和使用的員工需要進行培訓和適應;另外，還要考慮到國產軟件與已有國外軟件之間的兼容問題。
(三)平臺化構成“生態效應”壁壘
平臺之爭已經成為智能制造時代競爭的制高點，國內外制造業和IT業的領導者均在自身已有優勢基礎上，通過并購或研發等方式加速布局工業平臺，如GE的Predix平臺、西門子的Mindsphere平臺、SAP的HANA平臺等，平臺通過提供覆蓋研發設計、工藝仿真、原型測試、生產制造、遠程服務等各環節的工業軟件構建智能制造產業生態。最典型的為西門子公司，自2005年以來陸續并購UGS、INNOTEC、CAMSTAR、Tesis等10余家軟件公司，同時集成SAP軟件和Oracle數據庫，從不同角度補齊了制造全流程的軟件支撐能力，并實現無縫對接，構建排他、封閉和壟斷的生態系統，率先成為全球唯一一家智能制造軟硬件整合解決方案提供商。相比而言，我國工業軟件企業以開發研發設計、生產控制、信息資源等單環節軟件為主，貫穿整個制造業過程的生態化部署較少，為用戶提供整體解決方案的能力弱。
三、順應經濟全球化和制造業智能化態勢，精準施策破除三大壁壘
(一)補足工業2.0和3.0時代的技術和人才短板，破除“累積效應”壁壘
盡管工業軟件以信息技術為基礎，但也離不開工業知識和技術的支撐。我國工業技術創新能力已經取得巨大的提升，但在“壓縮式”工業化發展模式下，工業知識和行業關鍵共性技術等基礎仍不牢，需補工業2.0和3.0時代的短板。建議國家相關科技計劃繼續對工業軟件的開發與創新給予持續專門支持。在內容上，加強對算法等基礎技術支持;同時加強對關鍵基礎材料、核心基礎零部件、先進基礎工藝、產業技術基礎等工業基礎知識和技術的支持力度，支持匯集技術規范，操作規范，國家標準、經驗公式、模型算法等軟件核心內容及解決工具的行業知識庫、模型庫和算法庫的建設;在成果形式上，重視項目產出的知識和技術成果的軟件化，加強成果的擴散和應用;在項目組織上，探索以國內企業牽頭，國內外相關企業和機構共同參與的模式。
(二)以重大工程或項目為牽引，降低“鎖定效應”壁壘
工業軟件，尤其是高端研發設計與生產過程控制軟件是以領先用戶需求為驅動的創新，需要依托于行業應用，若脫離了具體的行業需求與環境，應用效果有限。建議以新一輪產業革命智能化和綠色化發展為契機，在航空航天、軌道交通裝備、高檔數控機床與機器人、集成電路等重點領域，以智能制造示范工程或重大科技項目為牽引，由領先的制造業企業牽頭，聯合國內外創新資源，開發一批高端工業軟件并開展示范應用，降低用戶的“鎖定效應”壁壘。
(三)以全球化平臺建設為依托，發揮“生態效應”優勢
面向我國制造業轉型升級需求，支持國內外有實力的制造業企業和IT企業獨立或合作建立全球化的工業互聯網平臺，吸納國內外傳統工業軟件和新型工業APP企業進入平臺，加快與國際對接的相關平臺和軟件標準的制(修)定，發揮“生態效應”共生共享的優勢，推動我國工業軟件產業的發展及在制造業的集成應用。
注：工業軟件包括非嵌入式軟件和嵌入式軟件。本文主要針對非嵌入式軟件進行研究，主要包括研發設計、生產調度與過程控制和資源管理等三類軟件。
本文是智庫專項“產業融合中的科技創新重大問題研究”、戰略研究專項“促進科技與經濟融通發展重大問題研究”階段性研究成果。