工业软件是制造业数字化转型的核心支撑，几乎涉及现代化工厂的方方面面。然而，由于起步较晚，我国工业软件市场基本被国外品牌占据，进口工业软件又与硬件深度捆绑，核心技术受制于人，使相关技术发展面临严峻挑战。
针对企业在研发生产过程中使用工业软件所遭遇的实际问题，近年来，粤港澳大湾区国家技术创新中心相关团队聚焦工业软件底层共性技术和嵌入式基础软件进行研发，成果已先后服务南方电网、中国石化、广州数控等标杆企业。
国产工业软件的突围，是广州制造业与生产性服务业深度融合发展的典型案例。本期《科技周刊》，我们前往这家位于广州市黄埔区的国家级科创平台一探究竟。
制造业有了“国产脑”不怕断供费用更低
谈到iOS、安卓等手机操作系统，大家都十分熟悉。与之类似，在一所数字化工厂里，也需要有一套工业操作系统作为承载所有工业软件与装备的数字“地基”。
在粤港澳大湾区国家技术创新中心直属创新平台——工业软件产业发展中心（以下简称“国创工软”），嵌入式操作系统部门负责人柯贤富告诉记者：“过去，高端工业实时操作系统市场被国外巨头垄断，操作系统表面成熟，实则隐患重重：一是操作系统授权成本持续推高企业负担，二是供应链高度集中，一旦遭遇断供，整条生产线可能瞬间停摆。”
随着国创工软团队的持续攻关，这一局面正在被改写。
记者在实验室内看到，一位研发工程师在机器人示教器界面上触控操作，身旁一台搭载“国创嵌入式操作系统”的拓斯达机器人应声启动，机械臂精准拈起一枚细小元件，平稳完成翻转、对位，动作连贯如行云流水。这一幕，打破了记者对工业机器人“僵硬笨拙”的传统印象，其背后，是一场正在发生的底层技术变革。
国创嵌入式操作系统场景应用（工业机器人）
“工业机器人、数控机床等高端装备的核心是控制器。长期以来，我国工业控制器严重依赖进口软硬件——不仅授权费用高昂、运维成本居高不下，还遭遇响应延迟、灵活性差等结构性短板。而我们自主研发的‘国创嵌入式操作系统’，正是从根上破解这些难题。”柯贤富介绍，该操作系统通过底层算法重构与内核深度优化，将以往毫秒级的运动控制周期精准提升至微秒级，实现工业机器人操作精度提升40%、控制器整体成本降低30%以上，帮助国产工业机器人、数控机床操作更快、更精准、更灵活。
操控能力的跃升，也助力国产工业机器人、数控机床能够进入精密装配、高端加工等严苛的工业场景，“以往这些场景几乎都是进口产品的天下，而我们的嵌入式操作系统，正帮助企业实现‘高性能、低成本’的双重跃升。”
“根技术”在手推动“根生态”生长
值得一提的是，经过多年技术迭代，国创嵌入式操作系统已深度适配海思、瑞芯微、飞腾、龙芯、全志、芯驰等国产主流芯片，兼容工业连接、工业运控、工业智能、工业图形交互等十大工业中间件，构建起从芯片、操作系统到中间件的全栈国产化解决方案。
“操作系统是工业软件的‘根’，我们不是在做一个孤立的产品，而是在构建一个安全、开放、智能的国产‘根’生态。”柯贤富介绍，目前，该系统已广泛应用于机器人、高端装备制造、能源电力、石油化工、医疗器械、轨道交通等关键基础设施行业，服务客户包括拓斯达、华数、广州数控、南方电网、中国石化、广州实验室、佳都科技等标杆单位。
“只有当底层‘根’技术掌握在自己手中，中国工业才能真正立于不败之地。”柯贤富说，如今，国创嵌入式操作系统正以“高安全、高可靠、高性能”三大核心优势和特性，深入工业控制、机器人、能源电力等关键场景，为工业装备装上供应链安全且自主可控的“智能中枢”，成为支撑我国工业数智化转型的新一代智能数字化底座。
搭载国创嵌入式操作系统的机器人在指令下启动。
软件系统硬件打通“天级”研发升级至“小时级”
“根”基筑牢后，“枝繁叶茂”同样重要，这些“枝叶”就包括CAD（辅助设计）、CAM（辅助制造）、CAE（仿真模拟）、CAPP（辅助工艺设计）等具体功能的“CAX”工业软件。这些年，国创工软团队在CAX底层共性技术的研发上也取得了重要进展。
举个例子——服务器如何设计才能更快、更好地散热？汽车如何设计才能更好地降低风阻、风噪？通过大量计算，仿真模拟（CAE）软件可以为工程师提供重要参考。
“以往，我国企业主要使用国外的CAE软件，软件也要在国外的操作系统和硬件底座上运行。若使用全栈国产化方案，性能只有国外的1/5，大大影响企业生产效率。因此，从2022年起，我们便开启了国产工业软件的全栈性能垂直优化。”国创工软垂直优化团队研发负责人杨名冠表示，如今，随着团队对CAE软件、中间件、操作系统、芯片硬件的纵向深度协同调优，国产软件性能已超越国外同类仿真模拟软件性能。
垂直优化解决方案可提供高速仿真模拟。
“我们的工业软件垂直优化解决方案已成功应用于超聚变数字技术股份有限公司生产的服务器液冷散热设计上，综合仿真时长从以往的6小时降至1.2小时。”杨名冠告诉记者，散热设计已成为决定服务器性能、可靠性与能耗的核心。
此前，超聚变公司采用国外软硬件方案进行设计，面临诸多困境：软硬件初始投入达百万元级；使用国外软件进行一次复杂的液冷系统仿真需耗费约6小时，工程师每天最多只能获取一两轮结果，设计迭代缓慢；版权费用每年递增；面临“断供”风险；核心数据的安全性难以保障。
了解到企业痛点，国创工软联合国内主流工业软件厂商、操作系统厂商及硬件供应商共同研发了全栈国产化的“电子散热仿真垂直优化解决方案”，“我们让研发流程从‘天级迭代’升级至‘小时级迭代’，工程师一天内可完成四五次完整的‘设计—仿真—分析’循环，大幅缩短了设计周期。”
“目前，我们还与数控、模具、汽车等龙头企业开展深度合作，通过垂直优化，在显示动力学、通用结构、流体等仿真场景效率提升了3~5倍，实现相关技术的自主可控和加速迭代。仿真模拟性能优化可以大幅缩短产品的整体研发和上市周期，不仅避免了国外软件的高额授权费，全栈自主方案还消除了潜在供应链风险。”杨名冠介绍。
建立基础资源库减少企业重复劳动
现代化工厂的生产除了大量使用工业软件，也会产生大量工业数据，随着人工智能技术的发展，这些数据正成为宝贵的资源。
国创工软工业基础资源库负责人兰双泉介绍，工业软件与工业数据如同生产线的两端，软件解决“怎么设计”，数据则可以解决“如何更快地设计”。以往，缺乏高质量、标准化、可共享的工业基础数据资源，一直是企业研发链条中的痛点。为此，团队专门建立了“国创基础资源库”，致力于补齐数据侧的“短板”，为制造业数字化转型筑牢数据底座。
国创基础资源库建立了一套覆盖产业链上下游的规则体系。
“找模型、转格式、重建模，过去，企业的工程师都在为这三件事反复‘折返跑’，而‘国创基础资源库’则建立了一套覆盖产业链上下游的规则体系——对上游的元器件厂商、零部件制造商等供给方，以互惠机制引导数据开放；对制造企业、科研院所等需求方，提供‘即拿即用’的高质量模型数据。随着供需两端数据的高效打通，企业的生产研发效率悄然大幅提升。”兰双泉说。
“工业基础数据库本质上属于公共基础设施，必须具备高度公信力，坚持中立、无利益冲突的基本底线。”兰双泉介绍，利用该数据库，企业可以用几何相似性搜索，将数据检索从“大海捞针”变为“分秒锁定”；利用AI生成技术，元器件的建模已从“天级”压缩至“分钟级”，同时，数据库还配套参数化选型、智能推荐等技术，精准匹配需求方的要求。兰双泉介绍，该资源库已帮助相关企业在制造研发设计效率上提升了35%。
“我们坚持以解决制造业企业真实痛点为出发点，瞄准国际标杆，不断提升工业软件的竞争力，持续为制造业企业创造价值。”国创工软中心主任全一介绍，团队组建了一支300余人的专业团队，并孵化了泊沧数据与泊川软件两家产业化公司，为企业的数字化转型保驾护航。
科技企业谈创新
广州工业数智技术出海又出圈
广州科技企业在工业物联网领域也取得了一系列重要成果。在广东省高质量发展大会上，树根科技相关负责人介绍，公司聚焦数智化技术，结合工业智能、工业互联网和智能机器人等领先的数智技术，围绕智能制造、智慧运营、智慧管理三个关键场景构建了核心能力和软硬一体的解决方案。
“目前，企业不断强化跨行业、跨领域的服务能力，足迹遍布上百个国家和地区，赢得了国际市场的广泛信任与高度认可；为装备制造、汽车整车、零部件、化工材料、消费品、现代服务等数十个行业超千家企业提供工业智能转型服务。”该负责人介绍，企业正为工业装备和制造设备构建“最聪明大脑”。
据介绍，公司自主研发的智能焊接机器人，通过具身智能技术克服了传统焊接机器人感知手段受限、作业僵化无法自主调整、不能积累老焊工经验等痛点，实现了高精度的全流程无人焊接，一次探伤合格率由90%提升至97%左右。目前，智能焊接机器人已完成了300多根重型起重机臂架的焊接。
此外，公司还构建“企业大脑”，集合生产与运营等众多智能体，重构企业组织管理方式。公司研发的售后智能体Agent（设备维修助手智能体）聚焦多语种、专业资料、故障推理三大挑战，解决通用大模型听不懂、看不明、答不准的问题，跨越语言、技能、数据鸿沟，让工程师更快定位故障根因，按步骤维修。其帮助故障诊断时长缩短50%，维修效率提升30%。
硬核工作室出品
统筹编辑：梁倩薇、嵇沈玲
文/广州日报全媒体记者：武威
图/广州日报全媒体记者：李波
