以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)“新基建”為契機(jī), 突破工業(yè)軟件“卡脖子”難題
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以下文章來自于 國家數(shù)字化設(shè)計與制造創(chuàng)新中心北京中心主任 北京云道智造科技有限公司創(chuàng)始人 屈凱峰
近期,工業(yè)軟件“斷供”現(xiàn)象成為了社會熱點話題。從華為被“斷供”仿真軟件Ansys,到哈工大、哈工程等高校被“斷供”科學(xué)計算軟件Matlab,工業(yè)軟件“卡脖子”問題備受各界矚目。工業(yè)軟件是什么?中國工業(yè)軟件為什么沒有發(fā)展起來?中國工業(yè)軟件還能發(fā)展起來嗎?如果能,該如何發(fā)展?我們結(jié)合自身的實踐探索,談?wù)勱P(guān)于以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)“新基建”為契機(jī),突破工業(yè)軟件“卡脖子”難題的思考,與工業(yè)軟件界行業(yè)專家們探討。
一、中國工業(yè)軟件為什么沒有發(fā)展起來?
工業(yè)軟件是伴隨高端工業(yè)內(nèi)生成長而孵化出來的。中國是非內(nèi)生的現(xiàn)代化國家,現(xiàn)代化進(jìn)程“嫁接”在西方核心技術(shù)之上,長時間以來沒有自主工業(yè)軟件發(fā)展的內(nèi)生需要,因此自主工業(yè)軟件一直沒有發(fā)展起來。
工業(yè)革命經(jīng)歷了機(jī)械化、電氣化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化四個階段,以“CAX”為代表的工業(yè)軟件是第三次工業(yè)革命即計算機(jī)技術(shù)與工業(yè)融合的核心產(chǎn)物。CAX包括CAD(Computer Aided Design,即計算機(jī)輔助設(shè)計)、CAE(Computer Aided Engineering,即計算機(jī)輔助工程)、CAM(Computer Aided Manufacturing,即計算機(jī)輔助制造)等。通俗地說,CAD是替代手工繪圖,CAE是替代物理實驗,CAM是實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。在第四次工業(yè)革命即互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與工業(yè)融合的過程中,“CAX”將演變?yōu)?ldquo;IAX”,即互聯(lián)網(wǎng)“Internet”輔助設(shè)計(IAD)、工程(IAE)和制造(IAM)。
工業(yè)軟件是由正向內(nèi)生發(fā)展的高端工業(yè)孵化出來的,中國不是一個內(nèi)生的現(xiàn)代化國家,所以中國沒有孵化出工業(yè)軟件。世界知名的工業(yè)軟件公司都是在計算機(jī)技術(shù)服務(wù)于高端工業(yè)的正向研發(fā)、內(nèi)生發(fā)展過程中成長起來的。Nastran誕生于美國國家航空航天局(NASA),用于航空航天工業(yè)的結(jié)構(gòu)分析;ANSYS公司誕生于美國西屋電氣公司的太空核子實驗室,用于計算機(jī)輔助火箭發(fā)動機(jī)的應(yīng)力分析;達(dá)索系統(tǒng)誕生于法國達(dá)索航空,用于飛機(jī)、汽車的設(shè)計制造。中國完成機(jī)械化、電氣化、數(shù)字化這三次工業(yè)革命的路徑基本是跟隨模仿西方發(fā)達(dá)國家,較少遇到正向研發(fā)的內(nèi)生發(fā)展問題,工業(yè)發(fā)展是“嫁接”在西方核心技術(shù)基礎(chǔ)上之上的,沒有自主發(fā)展的內(nèi)生需要。
二、中國工業(yè)軟件還能發(fā)展起來嗎?
中國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級將催生對工業(yè)軟件的大規(guī)模需求,將孵化出大批國產(chǎn)工業(yè)軟件。在網(wǎng)絡(luò)化與工業(yè)化融合的浪潮中,中國工業(yè)軟件走“網(wǎng)絡(luò)化帶動數(shù)字化”的道路,有機(jī)會開辟新的賽道。
有需求就會有供給。中國制造業(yè)正在大規(guī)模轉(zhuǎn)型升級,從跟隨模仿轉(zhuǎn)向自主研發(fā),實現(xiàn)關(guān)鍵核心技術(shù)的自主可控,由此必然帶來對工業(yè)軟件的大規(guī)模的市場需求,必然會孵化出大量的中國自主的工業(yè)軟件。首先,“關(guān)鍵核心技術(shù)是買不來的”,工業(yè)高端領(lǐng)域所需要的核心工業(yè)軟件技術(shù),國外商業(yè)軟件不會提供,必須要我們自主開發(fā);其次,廣大中小制造業(yè)企業(yè)的工業(yè)軟件需求具有“小、散、專”的特征,需要低成本、本土化、定制化開發(fā),國外大型商業(yè)軟件公司無法滿足,國內(nèi)新興工業(yè)軟件企業(yè)更有能力提供本土化精準(zhǔn)供給。
互聯(lián)網(wǎng)時代催生了新的需求、新的生產(chǎn)方式和新的商業(yè)模式。我們發(fā)展中國工業(yè)軟件,不能照搬國外工業(yè)軟件發(fā)展路徑,不能“刻舟求劍”。我們需要用時代的技術(shù),開發(fā)時代的產(chǎn)品,滿足時代的需求。
首先,互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)造出新的供求關(guān)系,將催生巨大的增量市場。在需求端,互聯(lián)網(wǎng)能夠低成本、高效率地將大量中小企業(yè)對工業(yè)軟件的“小、散、專”的需求匯集起來,以規(guī)模效應(yīng)降低定制成本;在供給端,互聯(lián)網(wǎng)能夠同樣低成本、高效率地找到能夠滿足中小企業(yè)“小、散、專”需求的工程師,以規(guī)模效應(yīng)提高定制產(chǎn)出。
其次,互聯(lián)網(wǎng)提供了新的軟件供給形式。區(qū)別于傳統(tǒng)大型軟件的本地部署形式,互聯(lián)網(wǎng)軟件有IaaS(基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù))、PaaS(平臺即服務(wù))和SaaS(軟件即服務(wù))等多個層次。與本地部署的傳統(tǒng)大型軟件相比,互聯(lián)網(wǎng)軟件的多層解耦和多層復(fù)用特性,一方面使得軟件最終使用價格得以大幅降低,另一方面使得軟件開發(fā)能夠形成大規(guī)模社會化協(xié)同。
新技術(shù)一定會帶來新的解決方案。正是因為材料技術(shù)和仿真技術(shù)的進(jìn)步,讓馬斯克的獵鷹-9重型火箭能夠采用新型的非破壞性的機(jī)械彈簧替代傳統(tǒng)的具有破壞性的爆炸螺栓來實現(xiàn)火箭推進(jìn)器分離,使得一級火箭推進(jìn)器的完整回收成為可能,從而使發(fā)射成本直接降低了60%。
互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與工業(yè)的融合,給中國工業(yè)軟件的發(fā)展提供了開辟新賽道的機(jī)會。與前三次工業(yè)革命的追趕路徑不同,互聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動的第四次工業(yè)革命過程中,中國并不落后,甚至有機(jī)會領(lǐng)先。我們需要用“網(wǎng)絡(luò)化帶動數(shù)字化、市場化帶動國產(chǎn)化”,以新時代的新需求,驅(qū)動和培育新供給,實現(xiàn)技術(shù)的跨越式發(fā)展。中國在消費互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域,已經(jīng)誕生出世界級的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)。依靠中國擁有的全球最豐富的、最完善的工業(yè)體系和最多數(shù)量的工業(yè)企業(yè),以及最大規(guī)模的工程師群體,中國一定能夠孵化出世界級的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)軟件企業(yè)。
三、云道智造“工業(yè)PaaS平臺+工業(yè)APP”模式的探索
云道智造專注于開發(fā)自主可控的IAE(互聯(lián)網(wǎng)輔助工程)平臺,致力于實現(xiàn)計算機(jī)仿真技術(shù)的普惠應(yīng)用。
云道智造力主打造“工業(yè)蘋果/安卓”系統(tǒng),以此實現(xiàn)“普惠仿真”的目標(biāo)。“工業(yè)蘋果/安卓”以一個統(tǒng)一的強(qiáng)大的開放不開源的仿真引擎作為底層平臺(仿真操作系統(tǒng)),支持面向各種工業(yè)仿真應(yīng)用場景的仿真APP開發(fā)和運行。
“工業(yè)蘋果/安卓”借鑒了移動互聯(lián)網(wǎng)時代手機(jī)的成功模式,是典型的互聯(lián)網(wǎng)時代的產(chǎn)品。首先,在軟件架構(gòu)上,摒棄了傳統(tǒng)商業(yè)軟件“封閉大系統(tǒng)”的模式,采用“操作系統(tǒng)+應(yīng)用軟件”的分層解耦模式,使主要依賴基礎(chǔ)理論的“數(shù)學(xué)層”、依賴軟件開發(fā)的“軟件層”和依賴工業(yè)應(yīng)用場景知識的“物理層”解耦分離,在技術(shù)上支持各個層面的分層協(xié)同開發(fā);其次,在商業(yè)模式上,放棄了“桌面操作系統(tǒng)時代”的單純的賣軟件模式,而是創(chuàng)造多層次商業(yè)協(xié)作機(jī)制和平臺,使數(shù)學(xué)層的求解器、物理層的專業(yè)場景化應(yīng)用(APP)都能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模社會化交易和復(fù)用,調(diào)動起全社會各個層面的技術(shù)創(chuàng)新能力,用“眾創(chuàng)、眾包、共享”的生態(tài)化模式發(fā)展互聯(lián)網(wǎng)時代的工業(yè)軟件。
各行各業(yè)的工業(yè)APP將集中在“仿真APP商店”(www.simapps.com)中呈現(xiàn)。對于工業(yè)企業(yè)用戶來說,不用理解仿真操作系統(tǒng)和仿真APP的開發(fā)過程,甚至不需要安裝任何仿真軟件,只需要直接登陸“仿真APP商店”,就可以找到自己需要的仿真計算工具,既可以在云平臺上完成計算,也可以編譯下載到本地長期重復(fù)使用。如果沒有直接找到適用的APP,可以聯(lián)絡(luò)類似APP開發(fā)者或者平臺,進(jìn)行APP定制開發(fā)。
仿真APP具有明顯的互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品特征。第一,軟件云化,支持云開發(fā)、云計算、云存儲;第二,無代碼化開發(fā),APP開發(fā)者不需要懂得編程;第三,小而專,不同于傳統(tǒng)單機(jī)版工業(yè)軟件“大而全”;第四,專用性強(qiáng),融合了特定專業(yè)、特定產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計知識;第五,便于傳播,可通過PC、手機(jī)等多種渠道分享轉(zhuǎn)播。
物理世界中的每一個工業(yè)品,每一個零部件,都可以并且一定會有一個與之準(zhǔn)確對應(yīng)的仿真APP/數(shù)字孿生體。這個仿真APP不僅可以輔助產(chǎn)品研發(fā),不斷優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計,還能給用戶提供產(chǎn)品使用場景的仿真分析,更便于用戶科學(xué)合理地使用產(chǎn)品。
基于上述平臺,仿真APP使用者、開發(fā)者、平臺建設(shè)者將協(xié)力創(chuàng)造全新的工業(yè)仿真生態(tài)體系。仿真APP使得包括中小企業(yè)在內(nèi)的廣大制造業(yè)企業(yè)能夠高效、便捷地利用計算機(jī)仿真技術(shù)提高設(shè)計、制造和運行維護(hù)水平,創(chuàng)造仿真技術(shù)的“藍(lán)海市場”。市場需求將帶動起大批專業(yè)仿真工程師開發(fā)專業(yè)仿真APP,創(chuàng)造無窮的數(shù)字孿生體。云道智造則始終聚焦于底層仿真操作系統(tǒng)的打磨、完善和豐富。
云道智造所努力追求的,就是用互聯(lián)網(wǎng)時代的技術(shù),開發(fā)互聯(lián)網(wǎng)時代的產(chǎn)品(互聯(lián)網(wǎng)的仿真操作系統(tǒng)+仿真APP),滿足互聯(lián)網(wǎng)時代的需求(大量工業(yè)企業(yè)“小、散、專”的需求),從而創(chuàng)造新的賽道,用“網(wǎng)絡(luò)化帶動數(shù)字化、市場化帶動國產(chǎn)化”,實現(xiàn)中國工業(yè)軟件自主、自強(qiáng)發(fā)展。
四、關(guān)于中國工業(yè)軟件行業(yè)發(fā)展的一些建議
要把握好互聯(lián)網(wǎng)時代中國工業(yè)軟件跨越式發(fā)展的歷史機(jī)遇,除了選擇正確的技術(shù)路線外,在政策方面需要做好“需求側(cè)牽引”、“供給側(cè)改革”和“軍民融合”。
第一,要做好需求側(cè)牽引。中國工業(yè)進(jìn)入高水平發(fā)展階段,工業(yè)軟件被“斷供”的范圍會越來越大。我們必須堅定工業(yè)軟件的自主化道路,由軍工企業(yè)創(chuàng)造大量需求,國家持續(xù)支持“補短板”工程,以體制優(yōu)勢孵化工業(yè)軟件企業(yè)。國家對工業(yè)軟件“補短板”的支持,需要吸取高鐵領(lǐng)域的成功經(jīng)驗,集中資源和力量扶持核心企業(yè),突破關(guān)鍵核心技術(shù),避免力量分散而被各個擊破。同時,在以服務(wù)中小企業(yè)為核心的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”“新基建”中,要重點支持國產(chǎn)工業(yè)軟件企業(yè),用“新基建”帶動“新市場”,實現(xiàn)中國自主工業(yè)軟件企業(yè)的市場化培育和成長。
第二,要堅持供給側(cè)改革。首先,在教育科研方面,要改革高校和科研機(jī)構(gòu)的研發(fā)導(dǎo)向,以“補短板”為核心目標(biāo),將核心的研發(fā)資源投入到“真實”的戰(zhàn)場之中;要推動“新工科”建設(shè),培養(yǎng)更多能夠?qū)?shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化技術(shù)應(yīng)用于工程實踐的專業(yè)人才。其次,在產(chǎn)業(yè)生態(tài)發(fā)展方面,要通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)新基建,搭建更加靈活、包容、開放的供給側(cè)協(xié)作體系,走“群眾路線”,釋放中國的“工程師紅利”,發(fā)揮工業(yè)軟件作為工業(yè)知識和經(jīng)驗“凝結(jié)器”的作用,將科研人員和工程師的知識和經(jīng)驗軟件化、產(chǎn)品化、市場化,直接面向工業(yè)企業(yè)解決實際問題,創(chuàng)造產(chǎn)業(yè)價值。
第三,要堅持軍民融合。工業(yè)軟件需要長期、持續(xù)的研發(fā)投入,其產(chǎn)業(yè)特性決定了它不能走完全市場化道路,而需要國家資金持續(xù)投入。國外的工業(yè)軟件在誕生、成長、發(fā)展過程中,一直都在獲得政府和軍工的持續(xù)扶持。同時,工業(yè)軟件的開發(fā)不依賴于重資產(chǎn)設(shè)備,只依賴于一流的人才,因此工業(yè)軟件企業(yè)必須采取靈活的市場化組織形式,給予一流人才充足、自由的市場化激勵。全球幾乎所有軟件公司,都是民營的市場化企業(yè)。因此,國家“輸血”、民營企業(yè)“造血”的“軍民融合”形式,是工業(yè)軟件企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵路徑。
五、工業(yè)軟件行業(yè)從業(yè)者要堅定信心,保持開放。
面對中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級帶來的大量市場需求,面對互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)融合帶來的全新生產(chǎn)方式和商業(yè)模式,我們要做好中國的工業(yè)軟件,在根本上,必須堅定文化自信、制度自信,堅定對外開放。
發(fā)展自主工業(yè)軟件,我們必須堅定文化自信。中國過去在科技革命領(lǐng)域的落后,并不是文化或科學(xué)素養(yǎng)的落后,而是因為整體發(fā)展水平較低,沒有高端技術(shù)發(fā)展壯大的土壤。以工業(yè)仿真軟件為例,中國科學(xué)家馮康曾于1964年獨立于西方創(chuàng)立了數(shù)值求解偏微分方程的有限元方法,形成了標(biāo)準(zhǔn)算法形態(tài),編制了通用計算程序,并及時解決了劉家峽水壩應(yīng)力分析問題,只是由于缺乏大規(guī)模高端工業(yè)的支撐,這個技術(shù)沒有被廣泛應(yīng)用而發(fā)展成大型工業(yè)軟件。目前,中國工業(yè)已進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展階段,正在形成養(yǎng)育自主高端技術(shù)的土壤,再加上互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠充分發(fā)揮中華文化“大一統(tǒng)”優(yōu)勢,釋放各領(lǐng)域創(chuàng)新動能,中國一定能夠?qū)崿F(xiàn)新技術(shù)的大規(guī)模協(xié)同共創(chuàng)共享。
發(fā)展自主工業(yè)軟件,我們必須堅定制度自信。中國的社會主義制度,一方面能夠“集中力量辦大事”,另一方面能夠充分依靠群眾、發(fā)動群眾、服務(wù)群眾。中國的“民主集中制”高度適合于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)模式的發(fā)展。國家能夠集中力量以“補短板”的決心長期支持工業(yè)軟件的自主化突破,能夠筑牢工業(yè)軟件的底層技術(shù)基礎(chǔ);通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)“新基建”調(diào)動起最大規(guī)模的全社會協(xié)同共創(chuàng)共享,能夠孵化出海量的工業(yè)APP。我們既堅持“讓市場在資源配置中發(fā)揮決定性作用”,又堅持“更好地發(fā)揮政府引導(dǎo)作用”,中國一定能夠走出一條工業(yè)軟件自主化突破的特色道路。
發(fā)展自主工業(yè)軟件,我們必須堅持對外開放。閉門造車無法形成真正具有競爭力的技術(shù)和產(chǎn)品。我們要用中國龐大的增量市場和“一帶一路”國際市場,盡可能多地吸收全球先進(jìn)技術(shù)和高端人才,用全世界的技術(shù)、人才和市場都為我們的發(fā)展服務(wù)。同時,以市場倒逼技術(shù),不斷強(qiáng)化我們自身的研發(fā)能力、產(chǎn)品能力和市場能力,在市場競爭中打磨出強(qiáng)大的中國工業(yè)軟件企業(yè),力爭在第四次工業(yè)革命中領(lǐng)先世界。
2020
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閆同柱陳威如曹仰鋒
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