工业技术软件化白皮书（2020） 中国工业技术软件化产业联盟2021年6月 工业技术软件化系列成果物 I 编写说明新工业革命箭在弦上，工业转型升级蓄势待发，数字化潮流势不可挡，新动能注入源源不断。今天，中国工业的高速发展，既要基于传统的土地、矿产、人力等物质化生产要素，也要基于现代的工业技术、数据、模型等知识化生产要素，更要基于新型的工业软件、工业互联网平台、工业APP等数字化生产要素。而这些数字化生产要素的形成，是由60多年前发端的“工业技术软件化”所形成的结果。从传统经济到知识经济是一次巨大的跨越，而从知识经济提升到信息经济，再跃迁到数字经济，是以知识增加和创新 作为社会发展的重要要素，以工业技术软件化作为工业的使能技术，故而让经济获得了全新发展动能。本白皮书定义：工业技术软件化是一种充分利用软件技术，实现工业技术（知识）的持续积累、系统转化、集智应用、泛在部署的培育和发展过程，其成果是产出工业软件，推动工业进步。工业技术软件化，酝酿于二战期间对国防（军事）技术的强烈需求，发端于1957年第一个CAD软件诞生，兴盛于上个世纪80年代工业软件的爆发。在我们所熟悉的多种术语概念中，如制造业信息化、企业信息化、企业软件化、两化融合、工业4.0、智能制造、工业互联网、数字化转型等，都隐藏着 它的身影贯穿其中的是工业技术软件化大趋势，使能赋能的是各种形态的工业软件。中国工业技术软件化产业联盟 II 在2016年，国内企业根据国内外工业与信息化的发展趋势，提出了推动工业技术软件化的建议，该建议得到了工业和信息化部的肯定。作为一个中国独创的术语，展现在了国人的面前。经过深入研究，本白皮书认为，工业技术软件化揭示了工业技术、数字化技术、信息化技术、智能技术等发展融合的内涵，符合新型工业化的总体趋势，是一场延续了几十年的客观存在的历史与现代的工业活动。自第三次工业革命以来，工业技术软件化一直是工业化进程中一个先导的、主要的、基础性的组成部分。在工业技术软件化进程中，才会诞生工业软件、工业APP、工业互联网平台、工业大数据、工业智能、数字孪生等工业“软装备”结果。 工业技术软件化又是工业化进程中一项隐性的、难度量的、无法一蹴而就的重要工作。因此在识别、规划、管理上有较大难度。在工业和信息化部指导下，在2018年成立了“工业技术软件化联盟（工业APP联盟）”，以协会组织的方式来专门研究、实践、推动工业技术软件化在中国的发展。同年，工业和信息化部办公厅印发了工业互联网APP培育工程实施方案（2018-2020年）文件，提出百万工业APP培育工程，推动工业技术软件化在中国的发展进程。在工业和信息化部信发司的指导下，联盟组织专家力量，协调盟属团队，调研走访企业，汇总多方需求，进行深入研究，编写本白皮书。 本白皮书共有七部分内容。第一部分描述白皮书的目的和中国工业技术软件化产业联盟 III 适用范围；第二部分介绍工业技术软件化的概念和内涵；第三部分工业技术软件化的意义和价值；第四部分介绍工业技术软件化发展态势；第五部分描述了工业技术软件化的实现路径；第六部分论述工业技术软件化生态建设；第七部分展示了工业技术软件化的若干实践案例。本白皮书的编写受到社会各界专家、企业及科研单位的关注和大力支持，在此特别感谢工业和信息化部信息技术发展司对白皮书的悉心指导，特别感谢杨学山（原工信部副部长）、肖华（原工信部规划司司长）、高新民、刘永才院士、李伯虎院士、宁振波、赵敏、郭朝晖、王健、王湘念、王安耕、董景辰、舒孟炯、夏梁盛、高星海、孙践知、师艳平、朱铎先、王 国新、宫琳、刘江平、刘晶、耿建光、侯俊杰、郎燕、薄冉、李士才、杨超英、杨大明、陈长生、刘锋、黄志荣、李乐飞、彭塞金等专家对白皮书架构把控、观点提炼和内容补充所做的贡献；在白皮书编写过程中，陈立辉、王蕴辉、李义章、杨春晖、阎丽娟等联盟领导和专家在白皮书成稿过程中也提出了许多建设性意见，在此一并致谢。（专家排名不分先后）工业技术软件化是发展我国自主工业软件的新路径和新动力，是制造业强国的必由之路，是工业化与信息化融合的重要抓手，打通两化融合最后一公里的有效手段，需要结合新时代、新需求和新技术不断的进化更新。本白皮书的制定仅仅是开始，为两化领域的从业者描述清楚“工业技术软件化”是什 么和为什么，以及过程和路径等基本框架，其中还有很多未及中国工业技术软件化产业联盟 IV 深入研究、清晰阐述和完整论述之处，期待能够得到各方面的意见与建议，不断更新和完善本白皮书，在持续深入研究的基础上适时修订和发布新版报告，共同把工作做扎实，做深入，做持久。 中国工业技术软件化产业联盟 V 指导单位工业和信息化部信息技术发展业司组织单位中国工业技术软件化产业联盟编写单位（排名不分先后）工业和信息化部电子第五研究所北京索为系统技术股份有限公司中国科技自动化产业联盟走向智能研究院 上海优也信息科技有限公司航空工业飞机强度研究所合肥市太泽透平技术有限公司华为技术有限公司北京亚控科技发展有限公司编写人员何强赵翰林黄焱王振华刘锋杨晓明刘建卞孟春李书玮杜晶孙桂花韩邢健田宇潇王韬王贵虎涂珍兰张莉敏刘馨林军陈平 中国工业技术软件化产业联盟 VI 目录第一章前言.1一、目的.1二、适用范围.1第二章工业技术软件化的概念与内涵.3一、工业技术软件化概念的发端.3二、工业技术软件化概念的提出.8三、如何定义工业技术软件化.9四、工业技术软件化的参与方.13第三章工业技术软件化的意义与价值.15 一、工业与信息化发展的一条隐性主线.15二、生产要素迭代，工业转型升级.16三、集智应用，极大地增强人和机器的能力.18四、开辟了自主工业软件发展的新路径.20第四章工业技术软件化发展态势.22一、国内外工业技术软件化发展.22二、我国工业技术软件化发展现状.30第五章工业技术软件化实现路径.38一、工业技术软件化方法论. 38二、工业技术软件化完整逻辑.40 三、工业技术软件化过程解析.43中国工业技术软件化产业联盟 VII 四、软件化技术实现路径. 49第六章工业技术软件化生态建设.57一、工业技术软件化生态模型.57二、利用工业技术人员红利. 58三、推动成功应用.60四、利用新技术.62第七章工业技术软件化实践. 64一、低代码化开发实践. 64二、产品化分发应用实践. 65三、外包开发定制化应用实践.68 四、自研自用定制化应用实践.72五、基于工业互联网泛化应用实践.72 中国工业技术软件化产业联盟 1 第一章前言一、目的工业技术软件化，是以软件形式封装、承载、应用、迭代更新工业技术和知识的发展过程，是工业技术与信息技术融合的重要体现。推动工业技术软件化是实现我国制造业从大变强的重要路径，是促进信息技术与工业融合创新的有力抓手，是推动我国工业转型升级、加快转变经济发展方式的重要举措，有助于提升工业软件的市场空间和应用价值。本白皮书的主要目的是厘清“工业技术软件化”是什么（第 2节），为什么要提出这一概念，有什么意义与价值（第3节），提出这一概念的背景和态势、顺应了什么样的发展趋势（第4节）、以及用何种技术路径如何实现“工业技术软件化”（第5节），并结合实际案例向读者展示工业技术软件化的不同应用模式和生态建设（第6节）。本白皮书还通过应用实践案例向读者展示真实的、结合不同实际情况实现工业技术软件化的过程（第7节），最后对工业技术软件化的未来做出了探索性的展望和预测。二、适用范围本白皮书适用于致力于实现中国制造转型升级相关组织机构，包括但不限于政府部门、制造业产业、信息技术企业（特 别是工业软件企业）、工业互联网平台企业、高校、以及社会化工业技术与IT技术人才，和大家一起分享工业技术软件化中国工业技术软件化产业联盟 2 的最新进展，并和各位一同推动我国工业技术软件化的实现、发展和壮大，进而推动中国制造业转型升级。 中国工业技术软件化产业联盟 3 第二章工业技术软件化的概念与内涵长期以来，工业软件已经成为中国工业发展的瓶颈和制约因素，发展工业软件、补齐短板，改变中国工业对国外工业软件高度依赖现状，成为发展的重中之重。工业技术软件化提供了我国工业软件发展的新路径与新动力。一、工业技术软件化概念的发端工业技术软件化的起点，从属于“人类知识软件化”总趋势。人类知识软件化，包含了复杂的过程和内容，带动了各行各业知识的软件化。工业技术软件化是其中与工业知识有关、 紧紧围绕工业发展的一个主干。在这个主干上，伴随着传统架构工业软件（交互式、嵌入式）实用化、工业装备/过程孪生化、传统架构工业软件云化、工业APP实用化等过程，同时伴随着“软件技术工业化”（GUI交互技术、软件工程、架构等）的发展路径。另外，数字、物理、化学知识的软件化（如分子动力学分析软件）也在蓬勃发展，其发展成果，亦以基础知识的模式，不断形成诸如图形引擎、几何约束、网格划分、求解算法等方式，融入了各种类型的工业软件成果中，助推了工业技术软件化的发展。彼时，尽管并没有“工业技术软件化”这个术语，但是已经有了这种客观存在的具体技术行动与行动结果，并形成了一 种综合了知识工程、软件工程及其它基础科学成果来开发工业软件的技术发展趋势。如图2-1所示。中国工业技术软件化产业联盟 4 图2-1人类知识软件化大趋势探讨人类知识软件化，应该从电脑软件的发展史开始。在美国人卡珀斯琼斯（Capers Jones）撰写的软件工程通史书中，对软件发展做了以十年为一个阶段的若干阶段的界定。本白皮书从中摘取的几个阶段作为参考：19401949：二战及战后计算机的使用；19501959：数字计算机和软件开始崛起；19601969：商用计算机和商用软件的兴起；19701979：计算机和软件开始创造财富等。琼斯对软件发展阶段的界定只是一个大致划分。本白皮书借助该划分来分阶段简述人类知识软件化总体发展趋势，重点聚焦于其中的探讨工业技术软件化的发展过程和相关的知识 领域。计算机本身是计算的工具，因此，数学知识软件化的历史几乎与计算机的历史一样长。在二战时期的19401949年间，中国工业技术软件化产业联盟 5 军方率先将计算机用于战争中，用数学的知识来进行弹道计算、报文的加密和解密、后勤支援等，很多国家都开始开发计算机和软件程序，基本的汇编语言是软件的早期形态。以美国为例，该阶段开发了大约200个汇编/宏汇编语言软件，其中100个是用于军事/国防目的，75个用于科学目的。在软件发展中，国防（军事）用途的软件一直占有重要的地位，延续至今。而在这十年中，工业软件基本为零，高级语言尚未问世。第一代工业软件大概成型于19501959年间，是用机器汇编语言编写的，机器语言是内置在计算机电路中的指令，由0和1组成。此时可以看作是人类知识的比特化（数字化）的发端。1952年，美国人格雷斯霍珀（Grace Hopper）博士在 斯佩里兰德公司兼任系统工程师时，她率先研制出世界上第一个编译程序A-O，能够将类似英语的符号代码转换成计算机能够识别的机器指令，几年后，她又开发出FlowMatic语言，后来该语言被COBOL所吸收。此后，FORTRAN等高级编程语言陆续问世。有了高级编程语言，工业+技术+软件，各项要素都已具备，工业技术软件化迈出了万里长征的第一步，工业技术（知识）终于“化”入了计算机软件：最早的工业软件PRONTO诞生了，一个编制数控程序的CAM系统，由“CAD/CAM之父”Patrick J. Hanratty博士于1957年在GE工作开发，据说当今所有在用的3D机械CAD/CAM系统中有70的历史可以 追溯到Hanratty博士当年的原始代码。由此可见，世界上第一中国工业技术软件化产业联盟 6 款CAD/CAM软件，就是用于制造业数控编程的。“工业技术软件化”的宏大历史进程由此发端。软件化的知识，意味着是体系化、标准化、共享化、智能化的知识，软件赋予了人类知识全新的属性和能量，让工业界基于知识的产品创新得以加速进行。在不断的产品创新中，已经软件化的知识也在不断优化、重组和创新。第二代工业软件大约成型和应用于19601979年间。很多今天在用或曾经流行过的商用工业软件在这二十年里诞生了。当硬件不断发展增强时，软件工具就会随之增强，以便充分发挥电脑计算效率。这二十年的早期，汇编语言很不好用，程序员在使用过程中必须记住很多汇编指令，编程过程耗时费 力。在中后期，高级语言让编程变得得心应手，工业技术（知识）大举进入软件，形成了实用的软件功能。很多商用软件进入了快速增长期。值得指出的是，工业技术软件化自身的发展，也加速了“基础知识软件化”“软件知识工业化”的发展脚步，例如，CAX软件的研发，不仅需要与工业的需求相匹配，还始终需要平面几何、立体几何、曲线曲面的计算、算法与恰当的图形显示表达等多方面的知识，由此，而发展出了CAD的底层技术，图形引擎（图形内核）、几何约束等技术，以及现在流行的云计算技术。从第一款CAD软件研发出来之后，一系列的CAD软件 纷纷面世。工业技术软件化的伟大进程，在CAD软件与技术中国工业技术软件化产业联盟 7 发展脉络中可见一斑。如图2-2所示。 图2-2 CAD软件与技术发展脉络1非常类似的是，计算机辅助工程CAE（Computer AidedEngineering）软件，也是在大量工业需求的驱动下诞生的。世界上第一套通用型的有限元分析软件就是为了满足航天航空工业对结构分析的迫切需求而诞生的，美国宇航局（NASA）在1966年开始启动了一个开发CAE软件的计划，并将该计划命名为“NASA STRuctural ANalysis Program”，此即为NASTRAN软件名称的由来。CAE软件诞生伊始，就要面对如何利用计算机辅助技术来求解航天/航空工程中复杂产品的结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触等问题，后来又陆续 发展出了解决大绕度、大应变、粘弹性、蠕变、流体、电磁等复杂非线性问题，以及解决对嵌入式系统的软件进行代码验证、模型验证、硬件在环综合验证等系统仿真问题。这些需要CAE 1来源 8 求解的问题，无一不是工业界的棘手问题。上述CAX软件发展过程可见，世界上第一个CAD软件是为了满足数控加工需求而诞生的，第一个CAE软件是为了满足航天航空复杂产品需求而诞生的。工业技术软件化，完全是由工业的内生需求而牵引和驱动了一场工业领域研发与生产工具的伟大变革，为工业品的研制与创新，提供了一种新型能力。二、工业技术软件化概念的提出工业技术软件化大趋势默默存在发展了几十年，因为被掩盖在很多更为显见的科技潮流中而一直未被识别出来。在我们所熟悉的多种术语概念中，如制造业信息化、企业信息化、企 业软件化、两化融合、工业4.0、智能制造、工业互联网、数字化转型等，都隐藏着它的身影贯穿其中的是工业技术软件化大趋势，使能赋能的是各种形态的工业软件。索为公司在2016年的一份报告中，最早提出了“工业技术软件化”术语和概念。提出工业技术软件化术语最初的动因，是为了解决如何沉淀、积累、转化和高效利用工业技术（知识）。作为中国人独创的一个术语，工业技术软件化的提出，贴合了两化融合的时代背景，顺应了发展自主工业软件、中国制造业产业升级等的重大需求，融合了工业互联网、知识工程、软件工程、工业大数据、人工智能等先进技术的发展成果，凝聚了行业共识，迅速得到了业内专家和相关领导的认可。如图 0-3所示。中国工业技术软件化产业联盟 9 2016年索为公司提出“工业技术软件化概念”；2016年中国科协年会上强调“工业技术的软件化，是中国制造业走向强国的必由之路”。 图2-3工业技术软件化概念在中国发展历程2016年12月28日，工业和信息化部印发软件和信息技术服务业发展规划（20162020年），围绕“深入推进应用创新和融合发展”的重点任务，实施“工业技术软件化推进工程”。2017年12月15日，中国工业技术软件化产业联盟成立，“工业技术软件化”从此走上了生态化发展道路。三、如何定义工业技术软件化工业技术软件化凝聚了业界对推动中国制造业转型升级的共识，提供了工业领域与信息化领域全面融合的粘合力，是 中国工业技术软件化产业联盟 10 两化融合的重要抓手。尤其是在数字经济时代，人工智能等新技术背景下，将工业技术（知识）软件化，让工业技术（知识）“化入”成为软件，成为机器可以识别和处理的应用程序，已经形成发展工业软件的一条新赛道和新动力，开启了由人使用知识向机器使用知识进军的新篇章。本白皮书对工业技术软件化给出如下定义：工业技术软件化是一个长期发展过程。作为一个工业与信 息化领域的大趋势，工业技术软件化默默存在发展了几十年，因为被掩盖在很多更为显见的科技潮流中而一直未被识别出来，直到该趋势被中国人发现。工业技术软件化是一种动态技术过程。在长期、持续的知识复用中，工业技术（知识）是不断被发现、积累、应用与创新的（如新模型、新算法等），用来描述、组织、表达工业技术（知识）并转化为软件的技术在不断变化（如新建模语言、新建模方式、组件化技术、微服务和容器技术等）。工业技术软件化是一种长期的技术与市场培育过程。这个培育过程涉及到诸多领域的技术与市场因素，必须按照技术与市场的发展规律而有所作为，无法期待一蹴而就。 明确了工业技术软件化是一个过程，还需要澄清该过程的结果：工业技术软件化的结果是多种形态的工业软件，主要包 工业技术软件化是一种充分利用软件技术，实现工业技术（知识）的持续积累、系统转化、集智应用、泛在部署的培育和发展过程，其成果是产出工业软件，推动工业进步。 中国工业技术软件化产业联盟 11 括：商业化工业软件、自用软件、定制软件、工业APP以及工业软件平台等。工业技术软件化由以下三方面内容构成：（一）积累工业技术（知识）是基础知识工程工业技术软件化是要将工业技术转化形成多种形态的工业软件，首先得有工业技术和知识，这是工业技术的基础。工业技术在生命周期不同业务环节表现为：需求、方案、设计、仿真、工艺、试验、生产计划、控制、监控、数据采集、资源管理、问题反馈、MRO、回收等环节相应的工业机理、工业技术和知识、管理技术、工程技术、工程经验与最佳实践，以及各种工业大数据和模型。 工业领域的知识按照其属性可以分为隐性知识、显性知识以及工业大数据三大类，软件的本质就是一种“逻辑”，因此，工业技术软件化并不对那些讲不清楚、缺乏逻辑各种经验和直观判断等隐性知识进行软件化。要将工业技术和知识转化为不同形态的工业软件，还必须针对这三种类型工业知识进行分别采用显性化、内化与大数据分析等方法，分析、归纳、总结后转化为可描述有逻辑的工业技术（知识）。可以用于软件化的工业技术（知识）包括以下几类：各种基本原理、工业机理、数学表达式、经验公式；业务逻辑（包括产品设计逻辑、CAD建模逻辑、CAE仿真分析逻辑、制造过程逻辑、运行使用逻辑、经营管理逻辑 等业务逻辑）；中国工业技术软件化产业联盟 12 数据对象模型、数据交换逻辑；行业/专业知识；数据建模模型（经过机器学习和验证的设备健康预测模型、大数据算法模型、人工智能算法模型、优化算法模型等）；人机交互知识等。（二）软件化过程和技术是关键软件工程工业技术人员如何能够将自身所掌握的工业技术（知识）转化成为软件，软件化过程和相关的技术是其中的关键。将那些能说清楚，具有清晰逻辑的工业技术（知识），通过结构化描述、模型化表达、软件化等过程，形成多种形态的工业软件，投入工程中开展广泛应用。这些不同形态的工业软 件在应用中所产生的数据，与产品生命周期采集的各种运行数据一起，作为工业大数据，通过数据建模、分析，形成可信的数据驱动模型，用于定性判断和趋势发现，形成新的知识。每一个过程中都有相应的技术和工具支撑该过程，尤其是一些新技术的应用，如低代码化技术，为工业技术人员将工业技术转化为软件提供新的实现路径。（三）构建工业软件生态是目标生态建设虽然工业技术软件化概念提出的最初动因是要降低复杂工具软件使用门槛，解决高端装备研制过程中的知识积累和应用问题，随着时间的推移和各种新技术的发展，工业技术软件化被赋予了更多的期望，发展工业软件生态，开辟我国自主工 业软件发展新路径和新动力，是当前阶段的主要目标。我国发中国工业技术软件化产业联盟 13 展过程中的工业技术人员红利，以及新技术不断应用，为通过工业技术软件化实现工业软件生态发展提供了有效保障。工业技术软件化倡导以工业技术人员为主导，多种主体共同参与，低代码化和组件化技术，有助于让工业技术人员低成本地实现软件开发，大数据与AI等新技术的应用，以及工业互联网平台的发展，为这个生态的形成提供了加速器，而市场应用才是这个生态发展的决定因素。工业技术软件化倡导将个人所掌握的工业技术（知识）通过软件化解耦，用于更广范围的重用，实现个人价值体现，而由工业技术人员完成的工业应用程序，将更加符合工业使用需求，将有助于破解我国工业软件在“市场应用”的魔咒。 四、工业技术软件化的参与方参与工业技术软件化过程，给出工业软件结果，并且主导了工业技术软件化进程的参与方有以下几种：过去几十年，开发工业软件的从业人员一直以工业界、IT界软件人士为主，其中工业界一直牢牢占据着工业软件的技术高地。例如，从代码行数看，军火工业商洛克希德马丁公司已经超过微软成为世界最大的软件公司。由工业巨头主动推动工业技术软件化进程的大趋势至今没有改变。据统计，中国目前的IT人员约有600万，多数为通信、广播和互联网从业人员，与应用软件有关的人数约占三分之一；工业技术人员超过4500万，庞大的工业技术人员数量，有可 能成为中国工业软件实现快速发展的基础。中国工业技术软件化产业联盟 14 在工业大数据和人工智能兴起的背景下，数据科学家已经参与到工业软件的开发中，数据科学家可以从工业大数据中挖掘未被发现的规律来进行数学建模，并与软件技术结合，形成一种数据驱动的工业应用程序或软件，使得他们成为参与工业技术软件化的开发主体之一。作为一种技术预测，未来参与工业技术软件化的开发主体还可能是某种智能体，即高度智能化的机器或软件可以学会写工业软件。在西方工业强国，工业软件的发展基本上以市场行为为主，政府虽有介入，但是主要由企业自己决定工业软件的开发方向、开发种类和资金投入，因此西方工业强国的工业技术软件化参 与方相对简明。中国情况有所不同，自上个世纪80年代以来，在工业软件的开发上，多是由政府进行宏观顶层设计并投入资金推动软件进步。因此工业技术软件化的参与方就比较多，各级政府、科研院所、高校、学会、协会等，都可以作为工业技术软件化的参与方。 中国工业技术软件化产业联盟 15 第三章工业技术软件化的意义与价值工业技术软件化概念的提出顺应了两化融合的时代背景以及发展自主工业软件、中国制造业产业升级等需求，融合了工业互联网、人工智能等先进信息技术的发展成果。因此，工业技术软件化是建设制造强国、网络强国和数字中国的重要支撑，是推动工业和工业软件产业高质量发展重要基石。一、工业与信息化发展的一条隐性主线自第三次工业革命以来，工业技术软件化一直是工业化进程中一个先导的、主要的、基础性的组成部分。同时，工业技术软件化又是工业化进程中一项隐性的、难度量的、无法一蹴 而就的重要工作。工业技术软件化的意义在于，几十年来，业界所熟悉的多种工业与信息化术语概念中，如制造业信息化、企业信息化、企业软件化、两化融合、工业4.0、智能制造、工业互联网、数字化转型等，都隐藏着它的身影贯穿其中的是工业技术软件化大趋势，使能赋能的是各种形态的工业软件。工业技术软件化，在实施上是一个具有先导性、基础性和长期的发展和培育过程，在认识上是一个隐性的、难以度量的事物。总体上，它反映了一种人类工业活动发展规律，而且是一种必须放在人类发展的历史长河中，从生产要素迭代升级、机器构成不断创新的视角下，才能看清其意义和活动过程的规 律，才能认识其过程的结果，才能探索其对工业发展的重大影响。因此，对工业技术软件化的判断、研究和发展都存在一定中国工业技术软件化产业联盟 16 的复杂度和技术难度。幸运的是，我们已经揭示了这个发展规律，已经开始了有关工作部署，加速对工业技术软件化的因势利导与加油助推。本报告认为：60年前出现了工业技术软件化趋势，50年前的第三次工业革命加速了工业技术软件化的进程，在今天蓬勃兴起的第四次工业革命中，也必将以工业技术软件化作为大趋势来顺应和推动新工业革命的发展。工业技术软件化作为一种新工业革命的趋势和过程，无论对其承认、关注与否，它都是一种客观存在。工业技术软件化的结果，是各种形态的工业软件（传统架构工业软件、自用软件、定制软件、工业互联网平台、工业 APP等），无论对其开发、应用与否，它们都是一种客观存在。以上两种客观存在，已经以两化融合为主线，以新生产要素和“新组合”创新的方式，悄悄改变了工业发展的进程和工业品的形态。如果不正视这两种客观存在，不牢牢地把握工业技术软件化的大趋势，我们有可能错过这难得一遇的利用后发优势实现工业软件追赶的宝贵机会。二、生产要素迭代，工业转型升级1990年，查尔斯萨维奇在第五代管理书中将企业管理模式的发展划分为五个阶段，每一代管理都有新增的生产力要素，与原有生产要素叠加在一起，形成更大、更强劲的新生 产力。萨维奇将知识作为一种新型生产要素纳入了生产和扩大中国工业技术软件化产业联盟 17 再生产的范畴，揭示了自1990年以来的知识经济的蓬勃发展的原因，提出了以知识网络为特征第五代的管理。进入本世纪，随着人类知识软件化、工业技术软件化的不断深入发展，数字化、软件化的知识开始作为新型生产要素发挥更大的作用。2020年4月9日，中共中央国务院关于构建更加完善的要素市场化配置体制机制的意见将“数据”作为一种新型生产要素写入文件中，与土地、劳动力、资本、技术等传统要素并列。数据本身并不产生价值，其创造价值的模式是被软件处理和应用软件具有处理和生成数据的能力通过输入大量数据、按照人类预设的模型和算法快速正确计算，然后输出大量数据，并且让数据在系统内实现且保持自 动流动。在软件定义和使能下，形成了高度密集的数字化知识、大数据和自组织的新模式，开始打破严格等级制/科层制和固化的组织边界，以新一代管理模式，形成新工业能力。表3-1简要说明了企业管理模式与生产要素的发展与变革。表3-1企业管理模式与生产要素的发展与变革管理模式第一代第二、三、四代第五代新一代 历史时代工业时代早期工业时代晚期知识化工业时代智能化工业时代生产要素人力资本知识（含技术）知识+软件+数据组织类型所有权制严格等级制知识网络动态组织/自组织概念性原则劳动分工、自身利益、按任务付酬管理分工、所有权与管理权分离、思考与行动分离、自动化对等的联网、集成的过程、对话式工作、人类时间与计时、虚拟企业与动态协作工业技术/软件化、软件定义制造，知识与数据高度密集、数据承载知识自动流动 中国工业技术软件化产业联盟 18 从西方工业强国发展经验来看，当一个国家的硬件设施发展到一定水平之后，企与企、国与国之间，比拼的就不再仅仅是土地、人力、电力、钢铁和水泥等传统生产要素，而越来越多比拼的是新生产要素：第五代管理中的“知识（含技术）”，以及在此基础上发展起来的新一代管理中的“知识+软件+数据”。在2020年12月24日国务院新闻办公室新闻发布会上，工业和信息化部规划司司长卢山说，工业基础的“四基”，指关键基础材料、基础零部件（元器件）、先进基础工艺以及产业技术基础。在“十四五”期间，又增加工业基础软件，成为“五基”，作为产业基础的五大能力。 这是一个里程碑，表明工业软件作为一种发展工业的基础能力，从此纳入了工业与信息化部重点部署、推动和建设的工作计划。基础能力，基本上与生产要素形成了“等同价值”关系新生产要素形成新基础能力，新基础能力支撑新工业发展。三、集智应用，极大地增强人和机器的能力以交互式软件为例，当大量的工业技术（知识）、基础科研知识、图形交互知识、个人使用知识等多种多类型的知识同时交汇到软件中时，当上述的多种技术综合作用时，给使用软件的人创造了一个特殊的人机交互场景，“集智应用”的效果就充分显现了出来：用鼠标点击菜单，使用者就可以与过去几 百年里所有的科学、技术、制造、管理等各种先贤实现对话，中国工业技术软件化产业联盟 19 把他们的智力成果、智慧结晶都集成化地展现出来，让使用者在软件内相对完整的知识体系的加持下，自身功力增长千倍万倍，用得心应手的工具，做出更优更好的创新型产品。无论是交互式还是嵌入式工业软件，它们都按照程序员的精心设计，基于人类千百年来在数学、物理、化学、生物等领域的知识精粹，基于农业、工业、服务业三大产业的知识传承，基于陆、海、空、天、电五域中的各种制品的专业知识，以及在人群中流传的个人常识、经验、技巧和诀窍等，来以巧妙的公式、精准的算法、最优的迭代过程，在计算机操作系统的协调下，让CPU中的门电路进行每秒几十亿、上百亿次的极速“开/关”，然后在显示设备上给出可视化的计算结果，或者 同时把根据计算结果得出的最佳控制指令，输入到机器设备的控制器中去，精准地操作机器设备的运行。这些以算法、推理规则及有关数据设定好的程序，是对人的思考过程的模仿、增强与超越式呈现，是对大自然客观规律在数字世界的精准刻画、优化迭代和孪生式复现。因此软件程序在芯片中的解释与执行过程，就如同人的大脑意识在神经元突触的作用下进行思考的过程，只不过是用电脑中的芯片代替了人脑中的神经元，芯片以更大的数据量，更快的速度，更高的维度，更复杂的约束条件，更逼真的场景，进行了计算。可以说，通过工业技术（机理/模型/公式/规则）、算法技术、数据技术、图形技术、代码技术、算力之间的相互借力增力，工 业软件以自身不断迭代的创新，为工业提供了更新更好、功能中国工业技术软件化产业联盟 20 越来越强大的创新工具。四、开辟了自主工业软件发展的新路径目前，工业软件已经成为制约我国制造业转型升级的短板。工业技术软件化为发展自主工业开辟了以工程技术体系为基础的新路径，将工业软件创新引入工业技术创新的主干道，为自主工业软件发展开辟了新路径。我国有完善的工业体系和庞大的工业技术群体，为工业软件提供了海量的工业技术（知识）来源，这将是我国发展工业软件的天然优势。然而，传统的工业软件开发方式，对开发人员的软件技术要求较高，因此将大量熟知工业技术但是不掌握软件技术的工业技术人员拦在了工业软件开发的门外。 在工业技术软化的发展过程中，工业互联网平台已经成为了一种发展工业的新型的基础建设设施（“新基建”）。基于工业互联网平台运行的工业APP，已经成为了一种基于微服务结构的新型的工业软件。同时，各种基于局域网的传统架构的工业软件，也正在快速云化，向着云架构的工业软件迈进。在国务院发布的深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见提出，到2020年，要培育30万个以上的工业APP即工业应用程序。到2025年，实现百万工业APP培育以及百万企业上云。开发工业APP与开发工业软件一样，首先遇到的问题就是开发人员稀缺的问题。如何能够让全国几千万工业技术人员 都能够加入到工业APP的开发行列，是一个具有全局性的战中国工业技术软件化产业联盟 21 略问题。目前，市场上已经出现了低代码开发工业APP的软件开发环境，让不懂软件开发技术的工业技术人员可以通过“拖、拉、拽”的方式来开发工业APP。低代码化的软件实现方式，以及新兴的工业APP这种简化的工业软件形式，极大地简化了工业技术人员开发工业软件的条件，通过广泛重用某些工业技术（知识）来体现自身价值。工业技术软件化进程为每一个人提供了更大范围体现自身价值的广阔空间，从而激发了数量庞大的工业技术人员发展工业软件的积极性，快速喷涌形成一批工业软件。这将成为我国发展工业软件的新契机和新路径。 中国工业技术软件化产业联盟 22 第四章工业技术软件化发展态势一、国内外工业技术软件化发展（一）工业技术软件化发展路径工业技术软件化伴随着工业技术和IT技术的发展而不断发展进化，其发展技术路线也随着新的IT技术和工业互联网的出现而发生变化。如图4-1描述了工业技术软件化在工业技术和IT技术发展过程中的路径。 图4-1工业技术软件化发展路径早期随着工业技术的发展，由工业企业主导开发完成了很多的工业软件和自研软件，随着信息技术的发展，组件化技术、微服务技术、云技术以及工业互联网的出现，工业技术软件化出现了工业APP的发展路径，同时传统的工业软件也开始出现APP化趋势；随着人们对工业软件生态的认识加深，传统意义的工业APP工具软件将逐步消失，取而代之的是工业软件平台。 中国工业技术软件化产业联盟 23 由此可以梳理出两条主要的发展进化路径，一种发展进化路径基于工业企业自我应用需要，从开发自研软件出发，不断由简单到复杂，经过不断的系统化抽象后形成商用工业软件，在云技术与微服务技术支持下，进一步实现工业软件云化和工业软件APP化，发展成工业软件平台。另一种发展进化路径是在信息技术背景下，工业技术通过软件化形成各种工业APP，然后由工业APP系统化进化成工业软件或者APP化的工业软件，进而发展成工业软件平台。工业软件的系统性和技术成熟度以及产品化程度相对较高，自研软件和工业APP在完整性、成熟度、系统性、产品化程度和通用性都会存在一定的进化空间。通过由简单到复杂 的组合和系统化的进化，工业APP和自研软件可以逐渐发展形成工业软件，成为商用货架产品。工业APP作为工业软件的一种新形态，是工业软件发展的新趋势，在今后的一段时期内，工业软件将逐渐呈现出APP化的特性，实现可解耦、可组合、可配置。随着工业互联网平台的发展以及“平台+APP”应用模式的逐渐深入，平台、软件、工业APP将逐渐融合形成平台化软件，社会化的开发者可以利用平台提供的技术内核与接口标准，在平台体系框架内开发各自的应用，实现平台即软件、平台即应用、软件即平台。（二）工业企业主导工业技术软件化西方发达工业国家的工业软件从一开始就走的是工业技 术软件化的路径，几乎所有的工业软件都是起源于工业企业，中国工业技术软件化产业联盟 24 对长期积淀的成熟工业技术与知识，利用信息技术手段转化为软件，并进一步推动商业化应用的过程。例如UG来自麦道飞机公司，CATIA来自达索飞机公司，MSC公司的Nastran和Easy5分别来自NASA和波音，ESI起源于工程咨询公司，最初的汽车碰撞变形仿真软件来自德国大众。图4-2列举了部分世界知名的工业软件最初发展的源头，这些知名工业软件都是依托工业企业，或直接从工业企业发展而来的。 图4-2工业软件来自工业机构2表4-1工业巨头开发/支持的工业软件软件名称开发/支持公司CADAM美国洛克希德公司CALMA美国通用电气公司CV美国波音公司 2根据David E.Weisberg的工程设计革命内容整理中国工业技术软件化产业联盟 25 软件名称开发/支持公司I-DEAS美国NASAUG美国麦道公司CATIA法国达索公司SURF德国大众汽车公司PDGS美国福特汽车公司EUCLID法国雷诺公司ANSYS西屋电气太空核子实验室如今，大型工业机构依然是开发工业软件的主力。NASA从2014年起发布“软件转化目录”，将企业的工业技术（知识）转化为自研的工业软件，再转化为商品货架软件，目前有 2200多种软件处于转化流程中。图4-3汇总了从2014年以来的工业软件转化数据。NASA在2019年公布了2020年的技术开发规划，共包含17大类、75小类、359个技术领域，其中有80个技术领域是专门用来开发工业软件的。 中国工业技术软件化产业联盟 26 图4-3 NASA转化的数千种工业软件工业软件不只是来源于工业企业、工业机构的工业技术软件化转化，其后续发展也离不开工业技术持续不断的转化。SAP、CATIA、NX、ANSYS等知名工业软件，之所以能够发展得如此之好，离不开全世界的工业企业用户在持续不断地给他们提出工程问题并提供解决问题的工程实践和解决方案；软件商通过研发投入，使用不断更新的信息技术将这些工程实践和解决方案软件化，后持续不断地更新软件功能。这种良性的、滚动式的工业技术软件化转化生态推动了工业软件的持续发展。（三）专业技术知识（通过软件化）民主化 2019年10月，Gartner公布的2020年需要研