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工業軟件是製造業數字化轉型的核心支撐，幾乎涉及現代化工廠的方方面面。然而，由於起步較晚，我國工業軟件市場基本被國外品牌占據，進口工業軟件又與硬件深度捆綁，核心技術受製於人，使相關技術發展面臨嚴峻挑戰。
針對企業在研發生產過程中使用工業軟件所遭遇的實際問題，近年來，粵港澳大灣區國家技術創新中心相關團隊聚焦工業軟件底層共性技術和嵌入式基礎軟件進行研發，成果已先後服務南方電網、中國石化、廣州數控等標杆企業。
國產工業軟件的突圍，是廣州製造業與生產性服務業深度融合發展的典型案例。本期《科技周刊》，我們前往這家位於廣州市黃埔區的國家級科創平台一探究竟。
製造業有了“國產腦” 不怕斷供 費用更低
談到iOS、安卓等手機操作系統，大家都十分熟悉。與之類似，在一所數字化工廠裏，也需要有一套工業操作系統作為承載所有工業軟件與裝備的數字“地基”。
在粵港澳大灣區國家技術創新中心直屬創新平台——工業軟件產業發展中心（以下簡稱“國創工軟”），嵌入式操作系統部門負責人柯賢富告訴記者：“過去，高端工業實時操作系統市場被國外巨頭壟斷，操作系統表面成熟，實則隱患重重：一是操作系統授權成本持續推高企業負擔，二是供應鏈高度集中，一旦遭遇斷供，整條生產線可能瞬間停擺。”
隨著國創工軟團隊的持續攻關，這一局面正在被改寫。
記者在實驗室內看到，一位研發工程師在機器人示教器界面上觸控操作，身旁一台搭載“國創嵌入式操作系統”的拓斯達機器人應聲啟動，機械臂精準拈起一枚細小元件，平穩完成翻轉、對位，動作連貫如行雲流水。這一幕，打破了記者對工業機器人“僵硬笨拙”的傳統印象，其背後，是一場正在發生的底層技術變革。
國創嵌入式操作系統場景應用（工業機器人）
“工業機器人、數控機床等高端裝備的核心是控製器。長期以來，我國工業控製器嚴重依賴進口軟硬件——不僅授權費用高昂、運維成本居高不下，還遭遇響應延遲、靈活性差等結構性短板。而我們自主研發的‘國創嵌入式操作系統’，正是從根上破解這些難題。”柯賢富介紹，該操作系統通過底層算法重構與內核深度優化，將以往毫秒級的運動控製周期精準提升至微秒級，實現工業機器人操作精度提升40%、控製器整體成本降低30%以上，幫助國產工業機器人、數控機床操作更快、更精準、更靈活。
操控能力的躍升，也助力國產工業機器人、數控機床能夠進入精密裝配、高端加工等嚴苛的工業場景，“以往這些場景幾乎都是進口產品的天下，而我們的嵌入式操作系統，正幫助企業實現‘高性能、低成本’的雙重躍升。”
“根技術”在手 推動“根生態”生長
值得一提的是，經過多年技術迭代，國創嵌入式操作系統已深度適配海思、瑞芯微、飛騰、龍芯、全誌、芯馳等國產主流芯片，兼容工業連接、工業運控、工業智能、工業圖形交互等十大工業中間件，構建起從芯片、操作系統到中間件的全棧國產化解決方案。
“操作系統是工業軟件的‘根’，我們不是在做一個孤立的產品，而是在構建一個安全、開放、智能的國產‘根’生態。”柯賢富介紹，目前，該系統已廣泛應用於機器人、高端裝備製造、能源電力、石油化工、醫療器械、軌道交通等關鍵基礎設施行業，服務客戶包括拓斯達、華數、廣州數控、南方電網、中國石化、廣州實驗室、佳都科技等標杆單位。
“隻有當底層‘根’技術掌握在自己手中，中國工業才能真正立於不敗之地。”柯賢富說，如今，國創嵌入式操作系統正以“高安全、高可靠、高性能”三大核心優勢和特性，深入工業控製、機器人、能源電力等關鍵場景，為工業裝備裝上供應鏈安全且自主可控的“智能中樞”，成為支撐我國工業數智化轉型的新一代智能數字化底座。
搭載國創嵌入式操作系統的機器人在指令下啟動。
軟件系統硬件打通 “天級”研發升級至“小時級”
“根”基築牢後，“枝繁葉茂”同樣重要，這些“枝葉”就包括CAD（輔助設計）、CAM（輔助製造）、CAE（仿真模擬）、CAPP（輔助工藝設計）等具體功能的“CAX”工業軟件。這些年，國創工軟團隊在CAX底層共性技術的研發上也取得了重要進展。
舉個例子——服務器如何設計才能更快、更好地散熱？汽車如何設計才能更好地降低風阻、風噪？通過大量計算，仿真模擬（CAE）軟件可以為工程師提供重要參考。
“以往，我國企業主要使用國外的CAE軟件，軟件也要在國外的操作系統和硬件底座上運行。若使用全棧國產化方案，性能隻有國外的1/5，大大影響企業生產效率。因此，從2022年起，我們便開啟了國產工業軟件的全棧性能垂直優化。”國創工軟垂直優化團隊研發負責人楊名冠表示，如今，隨著團隊對CAE軟件、中間件、操作系統、芯片硬件的縱向深度協同調優，國產軟件性能已超越國外同類仿真模擬軟件性能。
垂直優化解決方案可提供高速仿真模擬。
“我們的工業軟件垂直優化解決方案已成功應用於超聚變數字技術股份有限公司生產的服務器液冷散熱設計上，綜合仿真時長從以往的6小時降至1.2小時。”楊名冠告訴記者，散熱設計已成為決定服務器性能、可靠性與能耗的核心。
此前，超聚變公司采用國外軟硬件方案進行設計，面臨諸多困境：軟硬件初始投入達百萬元級；使用國外軟件進行一次複雜的液冷系統仿真需耗費約6小時，工程師每天最多隻能獲取一兩輪結果，設計迭代緩慢；版權費用每年遞增；面臨“斷供”風險；核心數據的安全性難以保障。
了解到企業痛點，國創工軟聯合國內主流工業軟件廠商、操作系統廠商及硬件供應商共同研發了全棧國產化的“電子散熱仿真垂直優化解決方案”，“我們讓研發流程從‘天級迭代’升級至‘小時級迭代’，工程師一天內可完成四五次完整的‘設計—仿真—分析’循環，大幅縮短了設計周期。”
“目前，我們還與數控、模具、汽車等龍頭企業開展深度合作，通過垂直優化，在顯示動力學、通用結構、流體等仿真場景效率提升了3~5倍，實現相關技術的自主可控和加速迭代。仿真模擬性能優化可以大幅縮短產品的整體研發和上市周期，不僅避免了國外軟件的高額授權費，全棧自主方案還消除了潛在供應鏈風險。”楊名冠介紹。
建立基礎資源庫 減少企業重複勞動
現代化工廠的生產除了大量使用工業軟件，也會產生大量工業數據，隨著人工智能技術的發展，這些數據正成為寶貴的資源。
國創工軟工業基礎資源庫負責人蘭雙泉介紹，工業軟件與工業數據如同生產線的兩端，軟件解決“怎麼設計”，數據則可以解決“如何更快地設計”。以往，缺乏高質量、標準化、可共享的工業基礎數據資源，一直是企業研發鏈條中的痛點。為此，團隊專門建立了“國創基礎資源庫”，緻力於補齊數據側的“短板”，為製造業數字化轉型築牢數據底座。
國創基礎資源庫建立了一套覆蓋產業鏈上下遊的規則體系。
“找模型、轉格式、重建模，過去，企業的工程師都在為這三件事反複‘折返跑’，而‘國創基礎資源庫’則建立了一套覆蓋產業鏈上下遊的規則體系——對上遊的元器件廠商、零部件製造商等供給方，以互惠機製引導數據開放；對製造企業、科研院所等需求方，提供‘即拿即用’的高質量模型數據。隨著供需兩端數據的高效打通，企業的生產研發效率悄然大幅提升。”蘭雙泉說。
“工業基礎數據庫本質上屬於公共基礎設施，必須具備高度公信力，堅持中立、無利益衝突的基本底線。”蘭雙泉介紹，利用該數據庫，企業可以用幾何相似性搜索，將數據檢索從“大海撈針”變為“分秒鎖定”；利用AI生成技術，元器件的建模已從“天級”壓縮至“分鍾級”，同時，數據庫還配套參數化選型、智能推薦等技術，精準匹配需求方的要求。蘭雙泉介紹，該資源庫已幫助相關企業在製造研發設計效率上提升了35%。
“我們堅持以解決製造業企業真實痛點為出發點，瞄準國際標杆，不斷提升工業軟件的競爭力，持續為製造業企業創造價值。”國創工軟中心主任全一介紹，團隊組建了一支300餘人的專業團隊，並孵化了泊滄數據與泊川軟件兩家產業化公司，為企業的數字化轉型保駕護航。
2026年3月4日廣州日報科技周刊版面
統籌編輯：梁倩薇、嵇沈玲
文/廣州日報全媒體記者：武威
圖/廣州日報全媒體記者：李波
廣州日報新花城編輯：趙婉彤
