講工業軟件，必須先講軟件。《軟件工程通史》對軟件發展作出了以10年為周期的若幹階段界定。由此可見，數學知識軟件化曆史與計算機曆史同步發展。基本彙編語言是軟件的早期形態
，大約200個彙編/宏彙編語言軟件被開發，其中100個用於軍事/國防，75個用於科學。

軟件一詞於1956年在美國被正式提出
，是指計算機程序及說明程序的各種文檔。現階段
，軟件發展存在以下五大趨勢：

一是計算技術重心轉向網絡化，互聯網成為軟件開發、部署和運行的平台
；二是軟件服務化趨勢逐步以應用和軟件產品為中心轉移到以客戶服務為中心；三是智能化趨勢逐步由物理傳感器狀態感知分析向人類意識思維方向轉變； 四是操作係統
、數據庫、中間件和應用軟件等相互融合
，向一體化平台發展； 五是大量創新技術、業態模式推動人類社會
、國民經濟各行業、數字經濟市場快速發展。

工業軟件發展曆程

第三次工業革命誕生了電子數字計算機和軟件
，從這個意義上而言，電子數字計算機、軟件、工業軟件均為工業產品。然而實際上
，電子數字計算機和軟件的出現逐步將人類知識轉化為軟件，也稱為人類知識軟件化，如圖1所示。

圖 1 人類知識軟件化趨勢

高級編程語言為人類數百年形成的工業知識和技術能力插上軟件的翅膀，工業技術軟件化開始了萬裏長征第一步，工業技術（知識）融入計算機軟件。PatrickJ.Hanratty1957年在GE工作時開發了一個由編製數控程序的CAM係統——PRONTO，據今在用的3D機械CAD/CAM係統中仍存在70％可追溯的原始代碼。

由此可見，第一款CAD/CAM軟件就是用於製造業數控編程。軟件化知識意味著模塊化、係列化、標準化、共享化、數字化知識，給予人類知識全新的屬性和力量，讓工業界基於知識加速進行產品創新。在產品創新中，將已經軟件化的知識不斷優化、重組和二次創新。

第二代工業軟件成型及應用於1960-1979年，誕生了商用工業軟件。隨著CRT單色顯示器能顯示曲線，繪圖機能繪製曲線，出現了計算機輔助繪圖軟件（CAD）。然而，初期軟件程序員必須熟練使用彙編指令
，編程過程耗時費力。高級語言出現，簡化了編程過程，形成實用的軟件功能。

此外，商用軟件進入快速增長期

，工業技術軟件化自身發展在一定程度加速了基礎知識軟件化、軟件知識工業化發展的腳步。例如
，CAX軟件研發不僅需要與工業需求相匹配
，還需具備平麵幾何、立體幾何、曲線曲麵計算、算法與恰當的圖形顯示表達等方麵知識。因此，該時期CAD屬於輔助設計軟件。

圖2 工業發展和工業軟件進程

從第一款CAD軟件研發後，一係列CAD軟件紛紛麵世。工業技術軟件化偉大進程在CAD軟件與技術發展脈絡中可見一斑，如圖2所示。計算機輔助工程（CAE）ruanjianyeshizaidalianggongyexuqiuxiachuxiandechanwu。diyitaotongyongxingyouxianyuanfenxiruanjianshiweilemanzuhangtianhangkonggongyeduijiegoufenxidexuqiu，meiguoguojiahangkonghangtianju（NASA）阿波羅登月計劃目的是實現載人登月飛行和對月球的實地考察
，為載人行星飛行和探測進行技術準備。因此，誕生了NASTRAN和I-DEAS（集成化機械設計與工程分析係統）軟件。

開發CAE軟件是為了利用計算機輔助技術
，求解航天
、航空工程中複雜產品的結構強度、剛度、屈曲穩定性
、動力響應
、熱傳導
、三維多體接觸等問題，後續發展為解決大繞度、大應變、粘彈性、蠕變、流體、電磁等複雜非線性問題，及對嵌入式係統軟件進行代碼驗證、模型驗證
、硬件在環綜合驗證等係統仿真問題。

通過上述軟件發展過程可見，第一個CAD軟件是為了滿足數控加工需求


，第一個CAEruanjianshiweilemanzuhangtianhangkongfuzachanpinxuqiu。gongyejishuruanjianhuawanquanshiyougongyedeneishengxuqiuqianyinhequdongdeyichanggongyelingyuyanfayushengchangongjudeweidabiange，weiyanzhiyuchuangxingongyipintigongleyizhongxinnengli。youcikejian，gongyexuqiuqianyinshigongyeruanjiankaifadedongli
，gongyeruanjiandehexinshichangqijileidechanpinshejizhishi
、工藝知識和生產製造知識。

計算機出現後，可將多年積累、反複驗證後的工業知識轉化為工業軟件，將人的知識轉化為機器知識。世界工業軟件發展的最佳案例就是Francis Bernard開發的CATIA，奠定了世界工業軟件排名第一的輝煌。

工業技術軟件化，工業知識技能至關重要
，數學方法、軟件工程思想應用也必不可少。例如，世界上第一枚二極管、三級管和集成電路都來自於貝爾實驗室，第一台數字計算機
、軟件概念、人工智能概念均為美國創造。因此，必須清醒認識到：工業創新才是中國工業軟件的核心
，缺乏工業和製造業創新就無法產生自主研發的工業軟件。

從亞當·斯密《國富論》看現代工業體係分工

亞當·斯密《國富論》中的分工理論係統闡述了勞動分工對提高勞動生產率和增進國民財富的巨大作用。回顧計算機發展曆程
，1946年世界第一台電子數字計算機ENIAC隻有硬件，沒有軟件和操作係統，後來研發出軟件，發展至今一直沿用馮·諾依曼體係架構。

1. 硬件架構分工

1965年前
，每台計算機操作係統均為IBM360係列，標誌著計算機工業化開始。1981年出現個人PC計算機
，配置8088 CPU和存儲器，外設包括CRT、鍵盤、軟盤和打印機。隨著計算機性能要求不斷提高，數學處理器8087協處理器（Co-Processor）產生。由於在開發CAD時發現，確少8087協處理器將無法支撐大規模CAD計算，因此形成了8088CPU和8087協處理器分工，如圖3所示。

圖3 支持CAD的PC架構計算機

常規顯示器
、鍵盤、磁盤機和打印機已無法滿足CAD軟件使用，必須添加新外設，例如繪圖機、光筆
、TABLE‐LAT（光學版，那時沒有鼠標）等。然而，外設增多將導致8088CPU處理能力下降。為此，需要在計算機外加一個8089通道處理器，專門處理外部設備數據輸入輸出。此外，當時8088、8087
、8089這3個芯片構成了控製
、數學計算和外圍設備處理的核心計算機。

2. 軟件體係分工

回顧計算機軟件發展曆程

，1956年才有軟件和操作係統。直到1965年前
，每台計算機僅存在一個操作係統
，相互不統一也不共享。之後，陸續出現了數據庫、彙編語言、應用軟件等通用軟件
，如圖4所示。

圖4 計算機軟件體係分工

從通用軟件發展到專用軟件
，存在多種操作係統，例如嵌入式
、分布式、實時操作係統
、網絡操作係統等
；數據庫包含關係型、層次型、實時數據庫
、分布式數據庫等
；編程語言包括彙編語言
、FORTRAN、BASIC
、COBOL、C+等；

應用軟件從信息管理發展到研發設計、生產控製、嵌入式軟件等。本文倡導工業軟件新生態

，將專業軟件發展為通用軟件
，麵向航空、汽車、造船等不同行業。例如CATIA、西門子
、PTC或AUTODESK，可同時應用於航空
、汽車
、造船、建築等行業，如圖5所示。

圖5 全球工業通用軟件

本文以CATIA為例
，該軟件結構設計功能強大，複雜曲麵功能優秀，從點到曲線curve
、線架wireframe
、曲麵surface，最後重構實體。因此，在全球航空工業、汽車複雜外形設計領域廣泛使用。

國內最早大規模用CATIA的是中國航空工業集團第一飛機設計研究院
，CATIA V5就是近20年在國內使用過程中優化成熟的產物。CATIA V5剛發布時共包括200多個模塊，經過第一飛機設計研究院團隊分析後，確定真正適用於飛機設計的不到60個
，缺乏飛機設計專用功能模塊
，因此花費高額資金購買了兩個CATIA開發包權限。

2000-2002年，在新飛豹設計中第一飛機設計研究院基於開發包開發了幾十個CATIA航空專用模塊，加上購買的近60個通用模塊，共有上百個模塊。目前，通過研製新飛豹、空警2000、ARJ21、運20等係列飛機型號
，已積累幾百個基於CATIA平台自主開發的模塊。雖然，各大飛機設計廠商均采用CATIA架構
，但第一飛機設計研究院的CAITA與波音、洛馬、空客和法國達索係統公司的CATIA完全不一樣。

由此可見，如此複雜龐大架構的CATIA
，航空工業隻能用到一小部分，其中近300個模塊可供汽車行業使用的不到30個
，大量中小企業可用模塊更少。並且，中小企業在資金、高級人才短缺的情況下，根本難以組織團隊實現自主開發。

中國工業軟件新賽道

全(quan)世(shi)界(jie)工(gong)業(ye)軟(ruan)件(jian)龍(long)頭(tou)企(qi)業(ye)基(ji)本(ben)選(xuan)擇(ze)通(tong)用(yong)工(gong)業(ye)軟(ruan)件(jian)發(fa)展(zhan)路(lu)線(xian)，從(cong)人(ren)類(lei)分(fen)工(gong)到(dao)計(ji)算(suan)機(ji)架(jia)構(gou)分(fen)工(gong)，再(zai)到(dao)係(xi)統(tong)軟(ruan)件(jian)分(fen)工(gong)。中(zhong)國(guo)的(de)工(gong)業(ye)軟(ruan)件(jian)企(qi)業(ye)可(ke)針(zhen)對(dui)較(jiao)為(wei)完(wan)整(zheng)的(de)工(gong)業(ye)體(ti)係(xi)行(xing)業(ye)，例(li)如(ru)家(jia)具(ju)、箱包
、服裝


、家電和汽車等，開發專用設計、仿真

、工藝和製造軟件，集中優勢研發，與現有成熟工業軟件相互結合
，如圖6所示。

圖6 構建中國工業軟件新賽道專用工業軟件

工業軟件是必由之路，但中國90%以(yi)上(shang)中(zhong)小(xiao)企(qi)業(ye)無(wu)法(fa)負(fu)擔(dan)大(da)型(xing)工(gong)業(ye)軟(ruan)件(jian)費(fei)用(yong)。因(yin)此(ci)，中(zhong)國(guo)工(gong)業(ye)軟(ruan)件(jian)發(fa)展(zhan)之(zhi)路(lu)應(ying)向(xiang)行(xing)業(ye)專(zhuan)用(yong)工(gong)業(ye)軟(ruan)件(jian)方(fang)向(xiang)發(fa)展(zhan)。專(zhuan)用(yong)工(gong)業(ye)軟(ruan)件(jian)相(xiang)較(jiao)於(yu)通(tong)用(yong)工(gong)業(ye)軟(ruan)件(jian)更(geng)經(jing)濟(ji)、簡單、好用
，占用的計算
、網絡資源相對較少，對中小企業優勢更大。

中國工業軟件發展的十點思考

1.工業知識原創是核心

工業知識的核心為原始創新。國產的“卡脖子”工業軟件應從數學計算方法和工業技術物理現象領域入手
，對該問題認識的高度和目標決定了解決工業軟件“卡脖子”研究的突破方向，關鍵在於CAE、CAD技術研究積累

，兩者間存在先CAE後CAD的內在物理關係。

工業品設計力學原理從應用數學有限元分析起步，轉化為計算機輔助設計的技術。由於工業品設計的核心是技術物理參數、常數，因此無法存在一套通用軟件解決中國所欠缺的工業軟件問題

，需按照工業分類研發出多類別國產工業軟件。

2.知識產權保護是生命線

工業軟件實際上是工業設計、研(yan)製(zhi)方(fang)案(an)的(de)計(ji)算(suan)仿(fang)真(zhen)工(gong)具(ju)
，清(qing)晰(xi)地(di)定(ding)義(yi)所(suo)謂(wei)的(de)工(gong)業(ye)軟(ruan)件(jian)為(wei)工(gong)業(ye)設(she)計(ji)方(fang)案(an)仿(fang)真(zhen)計(ji)算(suan)工(gong)具(ju)。但(dan)在(zai)如(ru)今(jin)知(zhi)識(shi)大(da)爆(bao)炸(zha)時(shi)代(dai)
，也(ye)是(shi)知(zhi)識(shi)快(kuai)速(su)傳(chuan)播(bo)時(shi)代(dai)，迫(po)切(qie)需(xu)要(yao)加(jia)強(qiang)中(zhong)國(guo)知(zhi)識(shi)產(chan)權(quan)保(bao)護(hu)工(gong)作(zuo)。

然而，部分地方政府對工業軟件知識產權保護仍落實不到位
，以致於國內一些知識網站還出現了盜版工業軟件的銷售廣告；許多企業缺乏尊重知識產權的意識；部bu分fen工gong業ye軟ruan件jian公gong司si口kou頭tou上shang號hao召zhao保bao護hu知zhi識shi產chan權quan，幕mu後hou卻que千qian方fang百bai計ji破po解jie好hao用yong的de工gong業ye軟ruan件jian，供gong自zi己ji參can考kao借jie鑒jian。因yin此ci，若ruo不bu下xia決jue心xin做zuo好hao知zhi識shi產chan權quan保bao護hu工gong作zuo，就jiu難nan以yi真zhen正zheng實shi現xian中zhong國guo自zi主zhu工gong業ye軟ruan件jian研yan發fa。

3. 工業軟件難點是複雜產品

工業軟件過去40多年來，在大型複雜產品大規模應用中培養了一大批熟練掌握三維設計的工程技術人員；逐步完善、改善應用
，形成了目前國際三維設計標準；大規模複雜產品在設計、反複迭代以及應用中，持續發現軟件問題並升級換代，形成了現在大量的成熟工業軟件。例如，大型轎車可安裝彩電、冰箱、空kong調tiao等deng家jia電dian。但dan是shi，不bu能neng因yin工gong業ye軟ruan件jian能neng設she計ji家jia電dian，就jiu推tui而er廣guang之zhi到dao處chu宣xuan傳chuan其qi可ke設she計ji汽qi車che，因yin為wei家jia電dian隻zhi是shi汽qi車che中zhong的de一yi個ge設she備bei
，複fu雜za度du完wan全quan不bu對dui等deng。同tong理li，當dang能neng設she計ji汽qi車che時shi就jiu宣xuan傳chuan軟ruan件jian可ke設she計ji飛fei機ji
，也ye是shi不bu合he理li的de，因yin為wei汽qi車che設she計ji牽qian涉she約yue40多個專業門類
，而飛機設計牽涉至少200多個專業門類。

此外
，工業軟件的複雜產品應用是考題，也是難題，隻有通過應用，才有可能進行推廣。因此，無論是開發、算法

、軟件架構還是大規模應用
，核心都是複雜產品。當複雜產品做好了
，大規模推廣就容易了。

4.以前工業軟件上雲是必然趨勢

以前
，中小企業工業軟件使用率低的原因主要有以下3點：

①缺乏資金。部分工業軟件價格高達數十萬元，甚至數百萬元。

②缺乏技術。工業軟件應用需要掌握較深的理論知識和應用經驗
，中小企業缺乏工業軟件相關技術
，應用軟件難度較大。

③缺que乏fa人ren才cai。中zhong小xiao企qi業ye科ke技ji人ren員yuan相xiang對dui較jiao少shao

，還hai要yao身shen兼jian數shu職zhi
，分fen工gong也ye不bu夠gou明ming確que，而er工gong業ye軟ruan件jian的de深shen度du應ying用yong必bi須xu要yao聚ju焦jiao
，因yin此ci對dui於yu中zhong小xiao企qi業ye的de工gong程cheng師shi而er言yan通tong常chang難nan以yi做zuo到dao。

在雲時代，工業軟件上雲可實現按需使用、ancishoufei，dafudujiangdilezijinchengben。danshishihoufaxian，gongyeruanjianshangyunhouquewurenwenjin。yunshidai
，fuwukeyikaifanghua，keyiyouquanshehuijishuzhuanjiatigongfuwu，meigerendoukenengshifuwutigongzheheshouyizhe。

過去，在軟件開發商處購買產
，如果開發服務人員的專業與購買方專業類似
，就能夠便於提供行業化

、知識化等專業性服務
，而一旦專業差距較大，就隻能提供常規軟件應用服務。

服務開放化後，企業總能以最低成本找到對公司特別了解的服務者，他們提供的服務可能相較於軟件公司更專業
、jingzhun。gongyeruanjianyuzhongxiaoqiyeqinmijiechudefangan，jibushigongyeruanjianfangdishenduanweishenzhongxiaoqiye，yebushizhongxiaoqiyedianqijiaojiangaopangongyeruanjian。ershitongguogongyeyunkaipiyigexinshikong
，zhongxiaoqiye、工業軟件和社會化服務者三方相互結合，形成工業軟件雲生態。

5. 工業APP不能解決所有問題

工業APP將工業產品及工業過程的知識和技術顯性化、模型化
、軟件化後，形成模塊化軟件，本質是工業知識和技術軟件化。傳統工業軟件是生產工具的數字化，工業APP則是知識
、技術和能力的數字化，是機器可執行、使用的知識。中國製造業企業可從聚集企業核心知識入手，有序實施研發技術體係和工業互聯網平台建設，逐步轉變為以工業APP創新帶動產品
、技術創新的新型工業生態。

麵對大型複雜產品，尤其是飛機、航母和潛艇等不可分解的複雜產品時，工業APP能夠解決複雜產品分解出的絕大部分零件、組件、部件，甚至子係統初步設計、詳細設計、仿真計算

、工藝和生產製造、裝配以及試驗。但需要指出的是，依靠工業APP模塊不可能完全解決全飛機的設計、仿真、工藝和製造問題，仍需大型工業軟件架構的平台與工業APP的體係架構支持。

6. 工業軟件應堅持長期主義

當前
，從常見的工業軟件CATIA、西門子PLM、PRO/E、ANSYS等發展曆史可見，達索
、麥道、西屋、NASA等公司是世界著名工業軟件的技術源頭。工業軟件需從長期、複fu雜za的de航hang空kong航hang天tian工gong程cheng中zhong提ti煉lian共gong性xing技ji術shu。該gai技ji術shu來lai源yuan的de特te殊shu性xing是shi中zhong國guo啟qi動dong自zi主zhu工gong業ye軟ruan件jian的de重zhong要yao借jie鑒jian，由you於yu中zhong國guo在zai第di一yi次ci到dao第di三san次ci工gong業ye革ge命ming中zhong均jun未wei把ba握wo機ji會hui，創chuang新xin能neng力li不bu足zu，大da量liang工gong業ye技ji術shu設she計ji能neng力li較jiao差cha，工gong業ye軟ruan件jian研yan製zhi能neng力li和he水shui平ping較jiao低di。因yin此ci
，工gong業ye軟ruan件jian研yan發fa應ying堅jian持chi長chang期qi主zhu義yi


，通tong過guo多duo年nian努nu力li才cai能neng有you所suo突tu破po。

7. 開源軟件版權問題

俄烏衝突在西方社會引發了一係列針對俄羅斯的製裁，包括著名的Oracle、SAP、Apple、Google等國際科技巨頭暫停對俄羅斯的服務或產品
，GitHub等部分開源軟件及社區也停止了服務。2019年Github就曾表示過受製裁國家的用戶將無法訪問許多GitHub服fu務wu，尤you其qi是shi私si有you代dai碼ma庫ku，但dan開kai發fa者zhe仍reng然ran可ke貢gong獻xian並bing使shi用yong公gong共gong代dai碼ma庫ku。如ru果guo用yong戶hu的de私si有you代dai碼ma庫ku受shou到dao限xian製zhi，可ke選xuan擇ze公gong開kai此ci代dai碼ma庫ku以yi維wei持chi訪fang問wen。據ju悉xi
，目mu前qian已yi有you軟ruan件jian開kai發fa者zhe在zai社she交jiao網wang站zhan上shang發fa帖tie討tao論lun是shi否fou禁jin止zhi俄e國guo程cheng序xu員yuan使shi用yong他ta們men的de代dai碼ma。

kaifangxinghebaorongxingbenshikaiyuanwenhuadejishi
，kaiyuanshequyeshiyiquanqiufangwenhecanyuweimuersheji。dancongmuqianshijiqingkuanglaikan，kaiyuanqishibingbuziyou，kejiyebingfeiwuguojie。

8. 統籌自主發展與進口

gongyeruanjianshiguojishengtai
，bushizhongguoshengtai。zhongguoshiquanqiujingjizhongyaodeyibufen，yincizhongguogongyeruanjianqiyeyaozouchuguomen，jiaqiangshijiejiaoliu，tuozhanguojishichang。yinci

，jianyizhongguogongyeruanjianqiyebujinyaozaiguoneifazhan，yeyaozouchuguomen。dangran，bukezhifoudeshi，gaijinkoudegongyeruanjianrengranxuyaojinkou。

9. 統籌計劃研發與市場競爭

2020年後據公開信息可見
，工業軟件上市公司數量逐漸增多，中控技術、中望軟件、概倫電子等公司陸續登陸資本市場。遠算科技、安世亞太、數碼大方、華天軟件、芯華章等公司相繼取得融資。法國達索係統、西門子、EDF、SAP等國外軟件巨頭逐步加深與中國企業合作
，力圖在中國數字化轉型中站穩腳跟。國務院各部委和各地方政府也部署了各類工業軟件開發、攻關的眾多項目和投資。然而，如何避免低層次重複開發投資，依然是一個亟待解決的重大問題。

10.資本和投資忌運動式

renmenyijingqingxidirenshidaogongyeruanjianshitishenggongyezhizaoshuipingbukehuoquedeyibufen。jinnianlai，zhongguoduigongyeruanjianzhongshichengdubuduantisheng，banbuleyixiliezhengceqianglizhichigongyeruanjianfazhan，zhengtitouzihuanjingxianghao。raner
，congquanqiushichangeryan，gehuanjie、領(ling)域(yu)工(gong)業(ye)軟(ruan)件(jian)市(shi)場(chang)幾(ji)乎(hu)由(you)國(guo)際(ji)巨(ju)頭(tou)瓜(gua)分(fen)，中(zhong)國(guo)工(gong)業(ye)軟(ruan)件(jian)企(qi)業(ye)仍(reng)處(chu)於(yu)發(fa)展(zhan)階(jie)段(duan)，要(yao)在(zai)工(gong)業(ye)軟(ruan)件(jian)領(ling)域(yu)建(jian)立(li)和(he)保(bao)持(chi)競(jing)爭(zheng)壁(bi)壘(lei)，就(jiu)要(yao)緊(jin)貼(tie)客(ke)戶(hu)需(xu)求(qiu)，跟(gen)緊(jin)工(gong)業(ye)發(fa)展(zhan)現(xian)狀(zhuang)。

目前，中國工業軟件市場類似於20世紀90年代國際市場的戰國時代，高端工業軟件遙不可及，低端工業軟件的重複研發遍地開花。因此

，投資應慎重選擇，切忌運動式。

結語

全球化是必然趨勢，中國工業軟件發展是為了打造人類命運共同體的“全球生態體係”。中國工業軟件要解決的問題不是取代所有進口軟件

，而是要解決“卡脖子”的(de)工(gong)業(ye)軟(ruan)件(jian)問(wen)題(ti)。因(yin)此(ci)，工(gong)業(ye)軟(ruan)件(jian)必(bi)須(xu)杜(du)絕(jue)低(di)層(ceng)次(ci)重(zhong)複(fu)
，應(ying)麵(mian)向(xiang)國(guo)際(ji)，不(bu)斷(duan)進(jin)行(xing)科(ke)學(xue)探(tan)索(suo)和(he)製(zhi)造(zao)業(ye)創(chuang)新(xin)
，建(jian)立(li)完(wan)整(zheng)的(de)可(ke)持(chi)續(xu)發(fa)展(zhan)概(gai)念(nian)，尋(xun)找(zhao)到(dao)一(yi)條(tiao)符(fu)合(he)中(zhong)國(guo)工(gong)業(ye)軟(ruan)件(jian)自(zi)身(shen)發(fa)展(zhan)的(de)道(dao)路(lu)。