无先发优势，有后发劣势

当前众多单领域、单学科关键设计研发工具90%以上为国外掌控，各个软件工具在国外工业创新实践迭代中历经几十年积累，具备了先天的先发优势。而我国的自主可控数字化设计技术体系基本上只有后发劣势。

1、强于详细设计、弱于概念设计和系统设计

虽然产品的设计流程是从概念到物理自顶向下的展开的，但技术手段和工具发展是自底向上发展的，数控技术先于CAD技术、CAE技术先于CAD，详细设计技术先于系统设计技术等等。目前成熟的数字化设计与验证技术与工具体系只能支撑部分大回路设计验证。德国工业4.0强调需要建立基于模型的系统工程技术体系，实现全系统早期多回路设计验证。

系统设计与验证技术是中国数字化设计技术创新发展技术突破口。

2、单学科设计工具及其集成难以完备实现多学科融合

从工程角度，智能产品、装备和制造系统是多专业交联集成的复杂系统。产品研发过程中涉及机、电、液、热、控等多个不同学科，各学科之间相互耦合影响，需要多学科的集成。现有的设计研发软件工具缺乏全局观，以传统的软件编制工艺“分科而制”，目前基于单学科软件工具的多学科融合实际是多专业工具软件的信息集成，由于需要专业地部署集成众多学科软件工具实现多学科集成，增加了软件成本，也严重影响了设计师桌面快捷应用。

从科学角度，智能产品系统的每个物理学科均可以表征为在同一状态空间下的数学方程系统，从而完整反映系统的耦合性。传统多学科集成以相关异构单学科建模工具软件+计算流程的信息集成，人为地将完整的数学系统割裂成若干子系统，弱化系统耦合，不能完整地刻画系统的行为，因此基于信息集成的多学科集成具有不完备性。

3、具有CPS特征的智能产品研发需要高效、可靠的软硬件协同

从信息物理融合的角度，智能产品设计交付物不再像传统产品只有图纸，还有越来越多的与产品行为密切关联的运行时软件（嵌入式软件）。由于缺乏软件工程师和多专业物理工程师有效协同技术工具手段，导致嵌入式软件开发、测试、验证自动化程度低、周期长、成本高，因此软件与物理专业高效协同的技术手段是智能产品开发的技术瓶颈。

运行时类软件与系统特性与行为密切相关，具有多学科融合、软硬件高度契合、个性强、涉及面广、技术难度大等特点。目前此类软件研制生产主要依赖人工编写，研发效率低、置信度低、可维护性差，面临生产效率和质量的双重矛盾。以多学科全系统行为建模仿真分析以及模型驱动的代码自动生成技术实现“知识可重用、系统易重构”是提高此类软件置信度、研发效率和可维护性的有效技术途径。

抛开我们在各个单学科领域方向与国外软件几十年技术代差不谈，仅仅在研发方向和模式上，如果我们试图以传统的软件开发模式，在各个单学科领域方向孤立研制，可以说自主可控数字化设计技术体系机会寥寥。

国际风向变，软自生成

其实，国际上软件研发技术的趋势和模式，已经开始变化和转型。

任何工业设计研发活动都离不开两个空间：几何空间和状态空间。

在几何空间，计算机辅助设计（CAD）自上世纪六十年代初以来，发展了计算机辅助几何设计技术CAGD，为产品结构设计提供了卓越的空间设计工具。事实上直到上世纪80年代初出现非均匀有理B样条技术NURBS之前，CAGD缺乏统一的标准技术体系，严重的影响了CAD技术在工业界的普及推广，NURBS“横扫六合、总齐八荒”，将CAD技术推进了大规模应用创新的时代。

但是，在状态空间，迄今为止，针对产品系统行为、功能及性能，围绕状态空间建模、分析及仿真活动，由于缺乏统一的知识模型表达标准，形成了纷繁的单学科领域仿真软件工具，致使建模与仿真（M&S）远未及CAGD，在工业界达到普及深入标准化的应用推广。

任何复杂工业品的开发，都是基于统一模型表达的跨领域模型以端到端的方式构建全系统模型，实现多专业、多学科的流程协同与无缝集成的实践活动。多领域物理统一建模技术研究正在不断推动知识自动化技术体系的发展，通过系统模型的数学自动映射，实现基于数学的模型集成，建立更具完备性的系统行为模型；通过对数学系统的自动分析和推理，结合基础数学算法，实现全系统功能样机的仿真分析；实现模型驱动的计算代码自动生成技术，提升嵌入式软件开发流程（模型在环、软件在环、硬件在环和快速控制原型）的自动化水平，为软件与物理工程师有效协同提供技术支撑。

随着复杂产品系统智能化（嵌入式应用软件）趋势的快速发展，相应的数字化研发方法和技术体系已成为制约因素。

国际传统CADCAE自动化技术厂商纷纷并购系统建模及软件自动化技术，着力打造设计分析仿真优化及软件自动生成一体化技术。

多学科复杂产品研发技术创新一直是国际上的研究热点。

2004年以来传统的自动化技术巨头西门子公司先后收购了三维CAD公司UGS、2015年收购了工业系统测试技术公司LMS、电子设计自动化公司Mentor等，开启了全面的工业软件与服务的战略转型。

2016以国际著名CAE公司ANSYS收购模型驱动的软件生成系统SCADA为典型。

面向CPS的智能产品系统建模与仿真技术体系主要由两部分组成：模型驱动的建模仿真与代码生成软件系统（Matlib、LabView、SCADA、Dymola、SimulationX、AVL.Cruse、…..）+实时计算设备（DSPACE、NI、RT-LAB、……）。国外相关软件与硬件厂商以形成类似Wintel联盟，几乎掌控了复杂系统产品的高端开发技术体系和手段，以汽车电控领域为例，欧洲汽车研发咨询商AVL，以其汽车系统设计分析软件+实时计算设备DSPACE全面垄断了中国汽车电控正向设计研发技术体系，特别需要说明的是DSPACE在10年前已对中国军工领域全面禁运。