面向市场,国产工业软件突围之路
责任编辑:麦田     时间:2023-11-27     来源:原创
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分类: 观点评述
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导读:近日,仿真秀专栏作者毕邵洋以“卡脖子的国产工业软件,现状如何?路又在何方”为题,讨论了自主工业软件的发展途径,其观点颇为中肯,现将其文字内容稍加整理,以飨读者

一、工业软件“卡脖子”形势依然紧迫

2018年,央媒《科技日报》发表系列文章,列出了制约我国工业发展的35项“卡脖子”技术。最近一位视频up主 科工洞洞拐 总结这张卡脖子清单,调研发现其中24项技术已经突破。而在列表中,“核心工业软件”还属于勉强能国产的橙色状态,“航空设计软件”更是完全离不开进口的红色状态。

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根据2020年发布的《中国工业软件产业白皮书》,CAD、CAE、EDA等研发设计类工业软件,国产化率仅为约5%。从普通学生、工程师的亲身体验来说,大多数公司和课题组的机械设计工作仍然离不开SolidWorks、CATIA、Creo等国外三维设计软件;仿真课题离不开ANSYS、达索系统、Altair、Comsol等外国公司的仿真软件。

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二、工业软件领域政策持续向好

关于工业软件的话题,近几年已有许多讨论。和许多其他“卡脖子”技术领域类似,在工业软件行业,发达国家的倾销才是真正的制裁;而如今发达国家的制裁,其实是对中国这一行业最大的扶持。
中国工业软件行业几乎与世界同时起步。冯康先生1965年在解决三峡大坝的建设问题时,独立于西方提出了有限元法的思想;大连理工大学、中航工业飞机强度研究所等单位,更是早在上世纪70年代就推出了JIFEX、HAJIF等结构分析软件。中国过去在工业软件方面一直没能发展起来,并非由于美国对我们的技术封锁。恰恰相反,在改革开放后的很长一段时间里,以美国为首的发达国家并未在工业软件方面对中国作过多的限制。无论是广大学生“免费”学习使用,还是各类制造业企业购买国外工业软件的授权,发达国家基本都不设门槛。
对于工业软件来说,它的用户群体远不如Office广泛,使用难度也要高得多,用户掌握一款软件后就更不容易迁移到其他软件上去。国外先进的工业软件在其本土与先进工业企业合作完成研发后,销售到海外市场的边际成本几乎为零,再加上一段时期内我国“造不如买”的观念、优先突破下游产值更高的产品的战略等等因素叠加,在本世纪最初十几年,自主工业软件公司一直是在阴影中艰难生存。曾有统计显示,ANSYS公司2016年的研发投入强度约为20亿人民币,相当于本世纪初三个五年计划对CAD/CAE等核心工业软件总投入的十倍。位于产业链上游的研发设计类工业软件,并没有分享到中国的制造业由弱到强,成为制造大国的红利。
2023年11月12日,一代计算力学泰斗、大连理工大学钟万勰院士逝世。笔者清晰记得,2016年,在纪念钱令希先生诞辰100周年的活动中,钟院士作了《钱令希先生的治学之道》讲座。在讲座上,钟院士讲起在上世纪末,某国外高端工业软件模块对中国禁运,影响国家重大工程项目的实施。大连理工大学组织许多教授放下手上的研究工作,专注攻克该功能。当中国在这方面的技术有所突破、登上报纸的第二天,发达国家就解除了这一软件模块对中国的禁运。后来相关单位在对比后,选择了国外的软件。这个故事就是那个年代中国工业软件研发者的鲜明写照。

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幸运的是,在美国对中国实行技术制裁的背景下,今天有越来越多的工程师们继承了前辈的衣钵。美国的制裁引起了国内对工业软件领域的广泛关注,在资本的支持、政府和相关下游用户的关照下,大量自主工业软件公司得以快速成长。在国家“十四五”规划中,明确强调了要针对关键基础软件补短板,“研发推广计算机辅助设计、仿真、计算等工具软件,大力发展关键工业控制软件,加快高附加值的运营维护和经营管理软件产业化部署。”

三、工业软件是国家科技实力的体现

其实,工业软件的“卡脖子”问题,和其他高端装备的卡脖子不太一样。像光刻机这样的芯片加工设备,美国禁运我们就是买不到。美国不允许台积电为华为代工,我们就是无法生产。但对于CAD\CAE这些研发设计类工业软件来说,除非美国与中国完全脱钩,不给任何人发放ANSYS等软件的安装包,否则在很多通用仿真软件上是做不到真正限制中国的。即使是被“禁用”MATLAB的哈工大,同学们也只是需要在发表论文的时候改用其他开源软件,或带上其他单位的作者即可。更何况,如OpenRadioss、OpenFOAM、Code_Aster等优秀的工业级开源CAE\CFD软件也有很多。在大多数通用的研发设计类工业软件功能上,美国的制裁并不会让我们完全无法获取到相关软件和功能。我们要发展自主工业软件,不仅仅是为了解决卡脖子问题。真正的核心问题是:工业软件是一个国家科技“软实力”的积累和体现。

无论是CAD、CAE软件,还是流程管理类工业软件,都是与下游工业企业相伴而生,共同成长的。用户单位对工业软件的深度应用,积累的经验内化为企业的研发能力,完成的算例变成软件的验证案例,与上下游供应商共同使用的文件格式形成一款软件的生态。当企业面临当前工业软件无法解决的新问题,无论是自己基于某款工业软件做二次开发,还是和软件公司合作,最后的成果都变成了国外工业软件的积累。

如果把工业软件比作一棵大树,那么基于国外工业软件完成的仿真分析、积累的企业研发能力,就像是在大树上结的果子。虽然果实长在自家的院子里,但这棵大树本身却扎根在别人家的土地上。我们的制造业企业付费购买工业软件,向国外工业软件公司提的研发需求,都是在为别人的大树浇水。中国的花园里看似枝繁叶茂,硕果累累,但实际上我们自家的“树苗”——自主工业软件公司却没有得到阳光雨露的滋润,只能躲在角落,看着别人家的大树茁壮成长,逐渐绿荫遮天。在海外软件倾销的阴影下,我们培养出来的工业软件研发人才无法获得高薪,无处可去,只能转行或流向海外。长期来看,这样才真正会让中国持续损失创新能力。
工业软件要追求自主化的真正目的不是为了解决“卡脖子”问题,而是要种出我们自己的“树”。让工业界下游创新应用的“水”能够浇灌到我们自己的土壤里,让高校和研究机构提出的新理论、新模型能够落地在我们中国自主的软件平台上,让我们的原始创新、理论创新成果有所依托、有所积累。我们国家有那么多的基础学科,每年大量科研经费投入产出的论文和创新成果,不应该一直躺在SCI索引数据库中。只有让这些新理论、新方法变成一线工程师实际可用的工业软件产品并得到应用,才能打通学术界到工业界的闭环,也才能真正实现从中国制造到中国创造的转型升级。

四、 持续创新是工业软件的生命力

一些CAE从业者会认为,过去的几年乃至十几年里,CAE技术的发展是非常缓慢、乃至几乎停滞的。这给了中国自主软件追赶国际先进水平的时间和机遇。的确,许多经典的CAE数值算法,如有限单元法、有限体积法、边界元法等等,大多提出于上世纪,目前的理论已经趋于完善。但在笔者看来,国际工业软件巨头公司每年高额的研发投入绝不是无的放矢。如ANSYS、达索系统、Altair等这些工业软件大厂,最近几年从最易感知的软件GUI易用性到底层算法,从改良式的CAE新理论新模型到颠覆式创新的革命性算法、AI应用,都有着巨大的进步。
以2023年的更新为例,SIMULIA Abaqus提供了新的用于模拟心肌组织的Holzapfel-Ogden各向异性超弹性模型、纤维增强复合材料新的均质化建模技术、增强的隐式迭代耦合算法等等;ANSYS改进了包括接触、单元、求解器、多场耦合等许多方面的功能,还补充了两个新的技术展示案例;LS-DYNA基于人工智能技术发展了一套深度材料网络(DMN)算法用于多尺度分析RVE建模、也在联合ANSA等前处理软件和BMW等终端用户,将等几何分析(IGA)方法推向实用;Altair公司近年来一直在大幅改进革命性的无网格分析软件simsolid,刚刚结束的2023新产品发布会上,也展示了基于几何深度学习技术的Physics AI仿真预测工具…… 上述这些只是几家公司软件更新内容的冰山一角。

从软件更新内容的角度看,如果将自主工业软件与海外优秀的工业软件巨头相比较,就如同一场龟兔赛跑。在赛跑中,兔子拥有多年的先发优势,跑得比乌龟更快,而且居然没有打盹。在这样的竞争中,乌龟要如何才能获胜?

五、 工业软件要面向市场求发展

自主工业软件,不是造原子弹,不是一锤子买卖做出来就行。它需要不断迭代,需要得到市场和用户的反馈。所以做自主工业软件,不是埋头科研攻关、不是报奖项,不能只给评审专家和投资人看PPT。想要真正做出活的、有持续发展迭代潜力和竞争力的自主工业软件,就一定要面向用户、面向市场。
还是以笔者熟悉的CAE软件为例。做出一款聚焦某一特定算法的CAE软件的第一版本可能需要的时间并不太长,但这只是万里长征的第一步。接下来,有没有用户真正愿意付费使用你的软件,你能不能以软件目前现有的功能去支撑用户单位的产品研发工作,这才是最重要的。有人愿意为你的产品付费,有人使用你的软件,对软件提出批评、意见和期望,才能够转起商业的飞轮,产品才有持续迭代的动力。
可能目前我们的自主工业软件还远不能完全替代进口软件的功能,但可以从简单的需求入手,从一个小切口开始,与用户一起努力。在用户的鞭策下不断解决遇到的bug,让已有的功能更可靠、更完善、更易用,也一点点补充更多的算法、更多的功能。之所以说工业软件是“时间的孩子”,就在于这些迭代完善的路,要一步一步踏踏实实地走。

我们实事求是,不打鸡血,不好高骛远。不要幻想和宣传一鸣惊人、弯道超车的故事,不必夸下自主软件已实现了进口软件80%功能这种海口;也无需妄自菲薄,说我们在这方面和发达国家有30年差距。先把基础的功能做好,把能替代的功能落地让用户使用起来,逐渐向上攀登,相信这条路一定可以越走越顺,越走越好。路虽远,行则将至;事虽难,做则可成。

(作者:毕邵洋)


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