石化工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱型產(chǎn)業(yè)，經(jīng)濟(jì)總量大、產(chǎn)業(yè)鏈條長(zhǎng)、關(guān)聯(lián)覆蓋廣。當(dāng)前，加快發(fā)展自主可控的石化工業(yè)軟件具有重大戰(zhàn)略意義，已迫在眉睫：一是保障石化產(chǎn)業(yè)鏈自主可控的重大舉措；二是推進(jìn)石化工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的戰(zhàn)略需求；三是實(shí)現(xiàn)石化科技高水平自立自強(qiáng)的必然選擇。

工業(yè)軟件是工業(yè)技術(shù)長(zhǎng)期積累、沉淀并在應(yīng)用中迭代升級(jí)的軟件化產(chǎn)物，是工業(yè)化成熟度的體現(xiàn)。工業(yè)軟件已經(jīng)成為支撐現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系發(fā)展和創(chuàng)新的工業(yè)之魂。工業(yè)軟件正從產(chǎn)品、技術(shù)、業(yè)務(wù)形態(tài)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式等多維度重塑工業(yè)體系，現(xiàn)代工業(yè)正從“以裝備為核心的工業(yè)”向“以軟件定義的工業(yè)”轉(zhuǎn)變。

石化工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱型產(chǎn)業(yè)，經(jīng)濟(jì)總量大、產(chǎn)業(yè)鏈條長(zhǎng)、關(guān)聯(lián)覆蓋廣。當(dāng)前，加快發(fā)展自主可控的石化工業(yè)軟件具有重大戰(zhàn)略意義，已迫在眉睫：

? 一是保障石化產(chǎn)業(yè)鏈自主可控的重大舉措。全球新冠病毒疫情加速了產(chǎn)業(yè)鏈深度重構(gòu)，市場(chǎng)供需兩側(cè)不確定因素增加，產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全穩(wěn)定是構(gòu)建新發(fā)展格局的基礎(chǔ)。當(dāng)前，我國(guó)石化研發(fā)設(shè)計(jì)類軟件高度依賴國(guó)外，歐美產(chǎn)品占據(jù)價(jià)值鏈高地，形成產(chǎn)業(yè)化壟斷，存在“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn)，制約著產(chǎn)業(yè)未來(lái)的發(fā)展。

?二是推進(jìn)石化工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的戰(zhàn)略需求。經(jīng)過(guò)數(shù)十年發(fā)展，我國(guó)已躋身世界石化大國(guó)行列，煉油和乙烯產(chǎn)能均位居世界第一位，但與實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)下的高質(zhì)量發(fā)展要求相比，在原始創(chuàng)新能力、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、綠色安全水平等方面仍存在一定差距，面臨高端化、綠色化、智能化發(fā)展需求。石化工業(yè)軟件將成為優(yōu)化石化工業(yè)生產(chǎn)與管理流程、變革生產(chǎn)方式與生產(chǎn)關(guān)系、提升全要素生產(chǎn)率、促進(jìn)先進(jìn)石化工業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)化及溢出的直接動(dòng)力和重要支撐。

?三是實(shí)現(xiàn)石化科技高水平自立自強(qiáng)的必然選擇。2021年10月21日，***總書記考察調(diào)研勝利油田時(shí)強(qiáng)調(diào)：“石油能源建設(shè)對(duì)我們國(guó)家意義重大，中國(guó)作為制造業(yè)大國(guó)，要發(fā)展實(shí)體經(jīng)濟(jì)，能源的飯碗必須端在自己手里?！崩^續(xù)依靠引進(jìn)別國(guó)技術(shù)謀求發(fā)展已經(jīng)行不通了，迫切需要發(fā)展核心工業(yè)軟件，特別是研發(fā)設(shè)計(jì)類軟件，提升正向研發(fā)設(shè)計(jì)能力、自主創(chuàng)新能力，掌握發(fā)展主動(dòng)權(quán)。

本文首先介紹了石化工業(yè)軟件概況以及石化研發(fā)設(shè)計(jì)類軟件存在的“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn)，分析了我國(guó)石化工業(yè)軟件發(fā)展存在的問(wèn)題，然后闡述了國(guó)際上石化工業(yè)軟件的三大發(fā)展趨勢(shì)，總結(jié)了艾斯本和劍維兩家公司的發(fā)展歷程，最后提出了對(duì)新時(shí)期我國(guó)石化工業(yè)軟件發(fā)展路徑的三點(diǎn)思考。

石化工業(yè)軟件概況及存在的問(wèn)題

（一）石化工業(yè)軟件概況

本文研究的工業(yè)軟件聚焦在石油化工（簡(jiǎn)稱石化）行業(yè)，包括煉油、石化、化纖等，不包含油氣勘探開發(fā)、地質(zhì)工程、鉆井工程等上游業(yè)務(wù)的專業(yè)軟件。

據(jù)估計(jì)，我國(guó)石化行業(yè)工業(yè)軟件市場(chǎng)規(guī)模約占國(guó)內(nèi)工業(yè)軟件市場(chǎng)規(guī)模的10%，包括上百種軟件，可以從兩個(gè)維度來(lái)刻畫，如圖1所示。橫向是業(yè)務(wù)維度，包括工藝研發(fā)、工程設(shè)計(jì)、工程建設(shè)、生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)等，覆蓋石油化工核心業(yè)務(wù)范圍；縱向是 ISA95 關(guān)于企業(yè)信息系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的架構(gòu)分層維度，從下往上包括過(guò)程控制層（PCS）、生產(chǎn)執(zhí)行層（MES）以及經(jīng)營(yíng)管理層（ERP）等。

圖1石化工業(yè)軟件全景圖

王子宗等將石化工業(yè)軟件分為五大類，即基礎(chǔ)及研發(fā)設(shè)計(jì)類、生產(chǎn)管控類、供應(yīng)鏈物流管理類、資產(chǎn)管理類和經(jīng)營(yíng)管理類，研究分析了國(guó)產(chǎn)石化工業(yè)軟件的市場(chǎng)和成熟度情況，編制了國(guó)產(chǎn)石化工業(yè)軟件成熟度圖譜、供應(yīng)商圖譜、短板清單等。文獻(xiàn)進(jìn)一步研究分析了石化工程設(shè)計(jì)軟件、流程模擬軟件、資產(chǎn)績(jī)效管理軟件的技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用情況。

（二）我國(guó)石化工業(yè)軟件發(fā)展存在的問(wèn)題

當(dāng)前，我國(guó)石化工業(yè)軟件高度依賴國(guó)外，一是生產(chǎn)控制類軟件，如安全儀表系統(tǒng)、先進(jìn)過(guò)程控制、在線實(shí)時(shí)優(yōu)化、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)等軟件，存量的高端市場(chǎng)國(guó)外產(chǎn)品占80%以上，一旦受到外方攻擊、斷供或不授權(quán)使用，石化工業(yè)生產(chǎn)將面臨重大安全隱患和停產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。二是基礎(chǔ)及研發(fā)設(shè)計(jì)類軟件，如物性數(shù)據(jù)庫(kù)、流程模擬、工藝設(shè)計(jì)、三維工廠設(shè)計(jì)等軟件，歐美產(chǎn)品占據(jù)價(jià)值鏈高地，產(chǎn)品占比90%以上，存在嚴(yán)重的“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn)，制約了產(chǎn)業(yè)未來(lái)的發(fā)展。

造成我國(guó)石化工業(yè)軟件薄弱的核心原因，與我國(guó)工業(yè)軟件整體發(fā)展問(wèn)題有共性之處，如對(duì)工業(yè)軟件的戰(zhàn)略性認(rèn)識(shí)不足、創(chuàng)新環(huán)境和市場(chǎng)機(jī)制有待完善、技術(shù)成果轉(zhuǎn)化體系不健全、工業(yè)軟件人才匱乏等。同時(shí)，作為細(xì)分領(lǐng)域，石化工業(yè)軟件發(fā)展中也存在一些特有的問(wèn)題。

1.缺乏對(duì)基礎(chǔ)研發(fā)設(shè)計(jì)軟件的布局

當(dāng)前，石化基礎(chǔ)性和研發(fā)設(shè)計(jì)類軟件仍然是最薄弱環(huán)節(jié)。此類軟件研發(fā)難度大、周期長(zhǎng)，需要持續(xù)投入。軟件企業(yè)一般會(huì)選擇避開對(duì)這些基礎(chǔ)性軟件的投入。

2.國(guó)外供應(yīng)商構(gòu)筑起三大壁壘

三大壁壘包括：技術(shù)積累形成“累積效應(yīng)”壁壘；平臺(tái)化構(gòu)成“生態(tài)效應(yīng)”壁壘；軟硬捆綁、轉(zhuǎn)換成本巨大構(gòu)成“鎖定效應(yīng)”壁壘。

3.我國(guó)石化工業(yè)軟件企業(yè)處于產(chǎn)業(yè)鏈低端

國(guó)內(nèi)石化工業(yè)軟件企業(yè)的規(guī)模普遍小而散，在資金投入、人力儲(chǔ)備和技術(shù)積累方面都不足，多采用項(xiàng)目定制開發(fā)，還沒(méi)有形成統(tǒng)一的軟件架構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

4.企業(yè)用戶不愿意使用國(guó)產(chǎn)軟件

軟件具有贏家通吃的特征，由于國(guó)產(chǎn)軟件在功能、性能和成熟度等方面與國(guó)外產(chǎn)品還有一定差距，企業(yè)用戶不愿意承擔(dān)相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)，新研發(fā)的國(guó)產(chǎn)石化工業(yè)軟件難以獲得工程應(yīng)用和市場(chǎng)機(jī)會(huì)。

石化工業(yè)軟件發(fā)展趨勢(shì)

（一）軟硬一體化

工業(yè)軟件的演進(jìn)就是“大魚吃小魚”的過(guò)程。從20世紀(jì)90年代以來(lái)，收購(gòu)和兼并成為國(guó)際 自動(dòng)化企業(yè)擴(kuò)張和數(shù)字化轉(zhuǎn)型的一個(gè)重要手段。進(jìn)入21世紀(jì)以后，工業(yè)軟件的重要性日益凸顯，工業(yè)軟件成為自動(dòng)化巨頭下半場(chǎng)爭(zhēng)奪戰(zhàn)的關(guān)鍵。西門子、施耐德電氣、愛(ài)默生、霍尼韋爾、?？怂箍档裙I(yè)硬件巨頭，紛紛加快并購(gòu)優(yōu)質(zhì)工 業(yè)軟件企業(yè)，與自身的工業(yè)自動(dòng)化、工業(yè)測(cè)量等拳頭產(chǎn)品形成軟硬一體的解決方案。市場(chǎng)占有率靠前的商業(yè)流程模擬軟件全部被工業(yè)動(dòng)化頭部企業(yè)收購(gòu)，詳見表 1。

表1 國(guó)際工業(yè)自動(dòng)化企業(yè)收購(gòu)流程模擬軟件情況

收購(gòu)和兼并不外乎幾個(gè)目的：一是為了市場(chǎng)的本地化，間接提高市場(chǎng)占有率；二是為了規(guī)模的快速擴(kuò)張，形成協(xié)同效應(yīng)；三是為了盡快充實(shí)自己的產(chǎn)品線，獲得上游或下游的更多控制權(quán)，減少產(chǎn)品從研發(fā)到上市的時(shí)間；四是通過(guò)收購(gòu)和資產(chǎn)剝離向“軟實(shí)力”發(fā)展，如 GE 和西門子向工業(yè)軟件企業(yè)轉(zhuǎn)型。

（二）集成化

德國(guó)工業(yè) 4.0提出了端到端、縱向和橫向三個(gè)維度的集成。通過(guò)分析國(guó)際流程工業(yè)自動(dòng)化企業(yè)收購(gòu)兼并案例，可以清晰地看出其普遍圍繞三項(xiàng)集成，打造一體化的整體軟件解決方案這一趨勢(shì)，這也是國(guó)際工業(yè)企業(yè)完善其工業(yè)軟件產(chǎn)品線的基本邏輯所在。

1.工程數(shù)據(jù)生命周期管理端到端集成

基于各自軟件產(chǎn)品的互補(bǔ)性，國(guó)際領(lǐng)先的供應(yīng)商，如艾斯本與?？怂箍?、西門子與本特利、達(dá)索系統(tǒng)與 ABB、劍維與騰訊等結(jié)成戰(zhàn)略聯(lián)盟，面向流程工業(yè)提出了“一體化工程”解決方案。該方案從單學(xué)科的專業(yè)軟件產(chǎn)品發(fā)展到多領(lǐng)域整合、多專業(yè)協(xié)同、多業(yè)務(wù)流程銜接的軟件生態(tài)體系；提供從概念設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、工程采購(gòu)、施工到數(shù)字化交付的一體化工程解決方案，實(shí)現(xiàn)工程數(shù)據(jù)生命周期管理端到端集成；徹底打通工廠生命周期的數(shù)據(jù)流，為工廠的運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供準(zhǔn)確、完整的數(shù)據(jù)底座，從而提高設(shè)計(jì)效率、降低風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)資本項(xiàng)目的投資回報(bào)最大化。

一體化工程設(shè)計(jì)由兩大部分組成：統(tǒng)一的生命周期仿真平臺(tái)（一個(gè)模型）和一體化工程設(shè)計(jì)（一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)）。二者共同構(gòu)成強(qiáng)大的工藝模型與數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠在一個(gè)平臺(tái)上對(duì)一維、二維和三維的數(shù)據(jù)流進(jìn)行雙向同步。穩(wěn)態(tài)及動(dòng)態(tài)同步工藝模型與工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的雙向整合，使過(guò)程能夠無(wú)縫銜接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的直接傳遞。

2.計(jì)劃調(diào)度與過(guò)程控制的縱向集成

計(jì)劃調(diào)度與過(guò)程控制的縱向集成是指通過(guò)煉化一體化價(jià)值鏈表征及全廠多單元?jiǎng)討B(tài)優(yōu)化技術(shù)，將物料和質(zhì)量平衡模型與動(dòng)態(tài)的 APC 模型結(jié)合起來(lái)，構(gòu)建計(jì)劃調(diào)度、經(jīng)濟(jì)目標(biāo)與過(guò)程控制縱向集成，實(shí)現(xiàn)面向煉化產(chǎn)品價(jià)值鏈的多單元?jiǎng)討B(tài)優(yōu)化，如柴油產(chǎn)品價(jià)值鏈、芳烴和汽油產(chǎn)品價(jià)值鏈等，真正做到優(yōu)化目標(biāo)從上到下、從全局到局部的層層分解和動(dòng)態(tài)控制。

例如：艾斯本的通用動(dòng)態(tài)優(yōu)化技術(shù)（GDOT）將計(jì)劃的基本模型與 APC 經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ拖嘟Y(jié)合，同時(shí)保留了模型的一致性，通過(guò)使計(jì)劃/調(diào)度目標(biāo)與實(shí)際運(yùn)營(yíng)保持一致，縮小計(jì)劃與實(shí)際之間的差距；KBC 公司的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)優(yōu)化（D-RTO）解決方案對(duì)流程模擬平臺(tái) Petro-SIM、先進(jìn)控制（PACE）、供應(yīng)鏈調(diào)度軟件（VM-SCS），以及雪佛龍公司的分布式遞歸 LP 軟件（PETRO）進(jìn)行集成，提供集成化的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)優(yōu)化；劍維公司的實(shí)時(shí)優(yōu)化解決方案集成了實(shí)時(shí)優(yōu)化平臺(tái)（ROMeo）、先進(jìn)控制（SIMSCI APC）以及供應(yīng)鏈管理套件（Spiral Suite）；霍尼韋爾的工廠級(jí)優(yōu)化解決方案包括全廠優(yōu)化（Honeywell Forge Plant-Wide Optimizer）、先進(jìn)控制（Forge APC）以及動(dòng)態(tài)優(yōu)化執(zhí)行器（Profit Executive）等。

3.供應(yīng)鏈管理橫向集成

供應(yīng)鏈管理橫向集成是指通過(guò)一體化的企業(yè)級(jí)供應(yīng)鏈管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)覆蓋原油采購(gòu)、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)調(diào)度、分銷網(wǎng)絡(luò)等供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)的橫向集成。該集成支持各部門的協(xié)同工作，不同角色的用戶均可訪問(wèn)并參與相應(yīng)的決策制定。例如艾斯本的供應(yīng)鏈管理套件（Aspen Unified for Refinery Planning and Scheduling）、KBC的供應(yīng)鏈管理套件（Visual MESA Supply Chain Scheduling，VM-SCS）、劍維的供應(yīng)鏈管理套件（Spiral Suite）、霍尼韋爾的供應(yīng)鏈與生產(chǎn)管理軟件（Symphosite）等。

（三）平臺(tái)化

任何單一軟件工具的品牌都不再重要，平臺(tái)成為一種頂層戰(zhàn)略。現(xiàn)在企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)不是單一產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)，而是平臺(tái)的競(jìng)爭(zhēng)、產(chǎn)品鏈的競(jìng)爭(zhēng)、生態(tài)圈的競(jìng)爭(zhēng)。這里的平臺(tái)包括2層含義：一是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。傳統(tǒng)工業(yè)軟件通過(guò)解耦與重構(gòu)，向SaaS化、微服務(wù)化發(fā)展，軟件開發(fā)向低代碼化發(fā)展，銷售模式向訂閱化發(fā)展。二是軟件產(chǎn)品平臺(tái)化、組件化。例如，多學(xué)科商業(yè)CAD軟件差不多需要用到70個(gè)組件，最核心的組件有幾何建模內(nèi)核（主要有西門子 Parasolid，達(dá)索 ACIS/CGM）、2D/3D約束求解器（主要有西門子 DCM）、圖形組件（主要有TECH SOFT 3D）、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（主要有達(dá)索與Tech Soft 3D）。CAE 軟件還需要網(wǎng)格剖分器的組件（主要有 Distene 的MeshGems）。達(dá)索系統(tǒng)、西門子、歐特克、PTC等公司既是CAD/CAE平臺(tái)型軟件供應(yīng)商，也是CAD/CAE商業(yè)組件供應(yīng)商。

化工流程模擬軟件同樣向平臺(tái)化發(fā)展。化工流程模擬軟件應(yīng)用于工藝設(shè)計(jì)、虛擬開車、操作員培訓(xùn)、生產(chǎn)優(yōu)化等工廠全生命周期。經(jīng)過(guò)40多年發(fā)展，領(lǐng)先供應(yīng)商的產(chǎn)品已經(jīng)集成穩(wěn)態(tài)模擬與動(dòng)態(tài)模擬、集成煉油模擬與化工模擬，主要包括5大功能模塊，即工藝規(guī)范、過(guò)程結(jié)構(gòu)（流程圖）、優(yōu)化求解器、過(guò)程單元模型和化工物性，如圖2（a所示，并通過(guò)CAPE- OPEN軟件接口標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)了通用流程模擬軟件平臺(tái)與單元模型、熱力學(xué)模型組件間的互操作。未來(lái)，化工流程模擬平臺(tái)軟件的5大模塊將進(jìn)一步融合生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、資產(chǎn)生命周期數(shù)據(jù)，進(jìn)一步集成第三方求解器、優(yōu)化器、大數(shù)據(jù)模型、專用反應(yīng)器模型、物性數(shù)據(jù)庫(kù)等，為打造石化工藝數(shù)字孿生提供平臺(tái)化支撐，如圖 2（b）所示。

圖2通用流程模擬軟件平臺(tái)組成及發(fā)展趨勢(shì)

國(guó)際工業(yè)軟件發(fā)展案例及啟示

（一）典型企業(yè)發(fā)展案例

1.艾斯本公司

艾斯本公司軟件產(chǎn)品組合經(jīng)歷了三大發(fā)展階段。研發(fā)階段（1976—1981年）：為了應(yīng)對(duì)20世紀(jì)70年代的石油危機(jī)，1976年美國(guó)能源部聯(lián)合50家化工企業(yè)，投資600萬(wàn)美元，支持MIT的化學(xué)工程組用于研究過(guò)程工業(yè)的新技術(shù)，項(xiàng)目名稱叫ASPEN (Advanced System for Process Engineering)。

初創(chuàng)階段（1981—1994年）：1980年ASPEN 項(xiàng)目完成；1981年開發(fā)隊(duì)伍在風(fēng)險(xiǎn)投資公司支持下成立艾斯本公司（AspenTech）；1982年發(fā)布了第一款產(chǎn)品 Aspen Plus；1984年發(fā)布第一款煉油廠計(jì)劃軟件 Aspen PIMS；1986年發(fā)布第一款可投入商業(yè)應(yīng)用的模型預(yù)測(cè)控制軟件ApsenDMCplus；1994年在納斯達(dá)克上市。

并購(gòu)發(fā)展階段：從 1996 年起，艾斯本收購(gòu)了超過(guò) 25 個(gè)領(lǐng)域中最優(yōu)秀的公司，打造了涵蓋績(jī)效工程、制造與供應(yīng)鏈、資產(chǎn)績(jī)效管理三大類軟件的產(chǎn)品線，廣泛應(yīng)用于能源、化工、制藥、工程設(shè)計(jì)以及其他采用化學(xué)工藝生產(chǎn)產(chǎn)品的行業(yè)，如圖 3 所示。這與艾斯本從流程模擬、優(yōu)化到人工智能的業(yè)務(wù)發(fā)展邏輯保持同步。2021年 10月，艾默生以 60億美元現(xiàn)金獲得艾斯本55%的多數(shù)股權(quán)，并將旗下 OSI 公司的電力軟件和地質(zhì)建模軟件業(yè)務(wù)并入艾斯本業(yè)務(wù)中。

圖3 艾斯本軟件產(chǎn)品組合演變

2.劍維公司

劍維（Aveva）成立于1964年，是與本特利、鷹圖齊名的工程設(shè)計(jì)公司，為造船和海洋工程、石油和天然氣、造紙、電力、化工和制藥等工業(yè)領(lǐng)域提供全生命周期解決方案及服務(wù)。

施耐德于2014年收購(gòu)英維斯（Invesys），2017 年反向收購(gòu)劍維，并將英維斯的業(yè)務(wù)與劍維整合。原來(lái)英維斯的軟件，包括用于化工流程模擬的 PRO/II、用于換熱設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的HEXTRAN、用于動(dòng)態(tài)過(guò)程模擬的 DYNSIM、用于在線實(shí)時(shí)優(yōu)化的ROMeo等，現(xiàn)在都集成在劍維品牌下，形成了工程設(shè)計(jì)集成平臺(tái)AVEVA E3D、IE&D、流程模擬平臺(tái)軟件、資產(chǎn)績(jī)效管理套件，提供從工程設(shè)計(jì)、工程建設(shè)、數(shù)字化交付到生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)全生命周期的解決方案，如圖 4 所示。

圖4 劍維工廠全生命周期軟件解決方案

（二）國(guó)外工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展啟示

1.國(guó)家的戰(zhàn)略重視和經(jīng)費(fèi)扶持

世界產(chǎn)業(yè)格局正在發(fā)生深刻變化，圍繞技術(shù)路線主導(dǎo)權(quán)、價(jià)值鏈分工、產(chǎn)業(yè)生態(tài)的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，在關(guān)鍵工業(yè)產(chǎn)業(yè)和領(lǐng)域，早已超出了企業(yè)、產(chǎn)業(yè)之爭(zhēng)，變成了國(guó)家之爭(zhēng)。無(wú)論出身科研機(jī)構(gòu)或制造業(yè)企業(yè)，歐美工業(yè)軟件巨頭的共同特點(diǎn)是背后始終有政府戰(zhàn)略和經(jīng)費(fèi)扶持的影子。近年來(lái)，美國(guó)將“把握最先進(jìn)的制造業(yè)中心軟件”視為確保本國(guó)制造業(yè)“繼續(xù)掌控全球工業(yè)布局主導(dǎo)權(quán)”的必要條件。為了維護(hù)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)地位，國(guó)外廠商對(duì)外出售固化了上一代甚至上幾代技術(shù)和數(shù)據(jù)的工業(yè)軟件，采取禁售或者禁運(yùn)高端模塊等手段進(jìn)行技術(shù)保護(hù)。從產(chǎn)業(yè)安全、大型工業(yè)系統(tǒng)尤其是流程型生產(chǎn)系統(tǒng)功能安全、信息安全來(lái)看，發(fā)展自主工業(yè)軟件技術(shù)、產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)具有重大意義。

2.完善的產(chǎn)學(xué)研用合作機(jī)制

石化工業(yè)軟件研發(fā)涉及化工熱力學(xué)、傳遞過(guò)程、單元操作、化學(xué)反應(yīng)工程、化工系統(tǒng)工程、應(yīng)用數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)與軟件等眾多學(xué)科的交叉融合，唯有多類創(chuàng)新主體的共同參與才能促 進(jìn)石化工業(yè)軟件的技術(shù)進(jìn)步與產(chǎn)品創(chuàng)新。很多流程模擬軟件最早源自大學(xué)，例如AspenPlus 源自MIT, Spyro 最初源自Mario Dente教授提出的動(dòng)力學(xué)和數(shù)學(xué)模型，gPROMS 源自英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院，國(guó)內(nèi)的“化工之星”源自青島科技大學(xué)等。這是自然科學(xué)原理的一種自發(fā)性外溢，之后需要很好的成果轉(zhuǎn)化機(jī)制和市場(chǎng)生態(tài)環(huán)境，才能促進(jìn)軟件不斷迭代完善，成為一款成熟的商業(yè)化軟件產(chǎn)品。

3. 自主研發(fā)與收購(gòu)并重

工業(yè)軟件研發(fā)周期長(zhǎng)、投入成本高。據(jù)估計(jì)，一款大型工業(yè)軟件的研發(fā)周期需要3—5年的時(shí)間，要被市場(chǎng)認(rèn)可則需要10年左右。例如，西門子2001—2019年收購(gòu)了23家工業(yè)軟件公司，平均成立時(shí)間為23.6年。因而，除了自主研發(fā)外，收購(gòu)兼并是軟件行業(yè)版圖巨變的助推器，成為國(guó)際自動(dòng)化企業(yè)擴(kuò)張和數(shù)字化轉(zhuǎn)型的一個(gè)重要手段。國(guó)際工業(yè)軟件巨頭通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間研發(fā)和并購(gòu)，形成了龐大的產(chǎn)品鏈，甚至生態(tài)圈，構(gòu)建了以強(qiáng)打弱、以長(zhǎng)打短的競(jìng)爭(zhēng)戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)。

我國(guó)石化工業(yè)軟件發(fā)展路徑思考

關(guān)于工業(yè)軟件發(fā)展路徑，近年來(lái)文獻(xiàn)進(jìn)行了廣泛討論，其中也有細(xì)分行業(yè)軟件發(fā)展的研究，如鋼鐵行業(yè)、建材行業(yè)等。以下重點(diǎn)從體制機(jī)制、軟件頂層架構(gòu)和基礎(chǔ)共性技術(shù)三個(gè)方面進(jìn)行分析。

（一）創(chuàng)新聯(lián)合體機(jī)制

當(dāng)前是發(fā)展國(guó)產(chǎn)石化工業(yè)軟件的最好時(shí)機(jī)，但如何發(fā)揮國(guó)內(nèi)石化市場(chǎng)規(guī)模巨大、應(yīng)用場(chǎng)景豐富和工程數(shù)據(jù)積累的優(yōu)勢(shì)，如何把分散在高校、科研單位、軟件開發(fā)企業(yè)、裝備制造企業(yè)、工程設(shè)計(jì)公司、石化生產(chǎn)企業(yè)等不同組織中的技術(shù)資源、模型和數(shù)據(jù)資源、人力資源等整合起來(lái)，發(fā)揮新型舉國(guó)體制優(yōu)勢(shì)，是一項(xiàng)值得深入研究的課題。

截至2022年底，國(guó)家級(jí)的制造業(yè)創(chuàng)新中心總數(shù)已達(dá)到26個(gè)。比照制造業(yè)創(chuàng)新中心管理模式，以石化央企為主體，設(shè)立國(guó)家級(jí)石化工業(yè)軟件創(chuàng)新中心（具有獨(dú)立實(shí)體法人資格），構(gòu)建產(chǎn)學(xué)研用創(chuàng)新生態(tài)，不失為一種可行路徑。只有解決了體制機(jī)制問(wèn)題，人才、資金、知識(shí)產(chǎn)權(quán)等激勵(lì)機(jī)制才會(huì)迎刃而解。

（二）軟件架構(gòu)頂層設(shè)計(jì)

以石化工程數(shù)據(jù)生命周期管理為例，該軟件涉及流程模擬軟件、二維P&ID軟件和三維CAD軟件的集成、多學(xué)科數(shù)據(jù)的共享和交換。國(guó)際領(lǐng)先供應(yīng)商已經(jīng)建立起一系列基于平臺(tái)化的支撐，覆蓋全業(yè)務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和交換的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)體系。而從國(guó)內(nèi)石化行業(yè)多年自研軟件發(fā)展看，此類軟件由于缺乏統(tǒng)一開發(fā)平臺(tái)、標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，不能有效對(duì)數(shù)據(jù)、功能和業(yè)務(wù)流程進(jìn)行整合，多是圍繞單點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行研發(fā)，軟件功能單一，技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力與適應(yīng)性不足，軟件研發(fā)不斷回到起點(diǎn)。

云架構(gòu)、人工智能、低代碼開發(fā)等都是軟件發(fā)展的新動(dòng)力，但想要將這一類技術(shù)在石化工業(yè)軟件發(fā)展中的作用充分發(fā)揮出來(lái)，基于石化業(yè)務(wù)邏輯、兼容行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的頂層軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)便成為關(guān)鍵。

（三）基礎(chǔ)共性技術(shù)突破

石化工業(yè)軟件與鋼鐵、建材等流程制造的工業(yè)軟件，以及離散制造的工業(yè)軟件，在底層核心技術(shù)堆棧方面有不少通用共性。例如CAD/CAE軟件的三維建模引擎、幾何約束求解器、計(jì)劃優(yōu)化軟件的線性規(guī)劃求解器、先進(jìn)過(guò)程控制軟件的多變量預(yù)測(cè)模型控制算法等都是工業(yè)軟件基礎(chǔ)共性技術(shù)。實(shí)現(xiàn)共性技術(shù)突破需要統(tǒng)籌國(guó)家資源，包括開源資源，統(tǒng)一規(guī)劃，從而推進(jìn)跨行業(yè)融合。

總之，石化工業(yè)軟件發(fā)展是一個(gè)不斷投入、持續(xù)迭代的漫長(zhǎng)過(guò)程。集中攻關(guān)以便在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)個(gè)別軟件0-1的突破，并非不可逾越，但要形成一個(gè)完整的石化工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系，則需要一個(gè)漫長(zhǎng)的資源整合過(guò)程。