核心工業(yè)軟件是工業(yè)制造與工程設(shè)計創(chuàng)新發(fā)展的支柱,是《中國制造2025》的制勝法寶,但近三十年來,國內(nèi)核心工業(yè)軟件市場逐步被國外軟件壟斷。打破國外壟斷,改變被動局面,發(fā)展自主化國產(chǎn)核心工業(yè)軟件已成上下共識。本文通過對造成國產(chǎn)核心工業(yè)軟件發(fā)展困境的原因進行了初步分析,在此基礎(chǔ)上思考了國產(chǎn)核心工業(yè)軟件發(fā)展的可行途徑,進而提出可操作的政策建議,望能為促進國產(chǎn)自主可控核心工業(yè)軟件發(fā)展發(fā)揮一定作用。
一 工業(yè)軟件分類及與IT軟件的差異
工業(yè)軟件有很多定義,也包括很多分類方法,各類軟件的基礎(chǔ)與開發(fā)難度有很大差異,造成發(fā)展不均衡。但無論怎樣定義與分類,都無法改變核心工業(yè)軟件的重要性及其落后程度。
一般將工業(yè)軟件劃分為研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)控制、服務(wù)保障與運營管理四大類,其中CAE、CAD、EDA等研發(fā)設(shè)計類軟件是工業(yè)軟件中地位極其重要的一類,可稱得上核心工業(yè)軟件,卻也是國內(nèi)最薄弱的一類。
核心工業(yè)軟件是科學(xué)計算軟件在工業(yè)產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用,是以科學(xué)計算為主緊密結(jié)合工業(yè)技術(shù)的軟件,本質(zhì)是科學(xué)計算。IT軟件是以信息技術(shù)為核心的軟件,二者是不同類別的軟件,絕無從屬關(guān)系,存在本質(zhì)差別。如果把IT軟件比作寫作文,那以CAD、CAE為代表的核心工業(yè)軟件就是做數(shù)學(xué)題。寫作文基本沒有會不會的問題,只有水平高低之分,有的人能寫小說、有的人能寫散文,能寫詩,大部分人只會寫流水賬。做數(shù)學(xué)題則不同,會就是會,不會的也就基本做不出來了,當(dāng)然,會做的人里面也有水平高低之分。
研發(fā)設(shè)計類工業(yè)軟件地位重要、基礎(chǔ)薄弱、國產(chǎn)化率低,并且開發(fā)難度大、開發(fā)周期長、落后程度高、資金需求大,是發(fā)展國產(chǎn)工業(yè)軟件首先要考慮的部分。目前有一些不正確的工業(yè)軟件定義在有意無意地邊緣化核心工業(yè)軟件,這種避重就輕的錯誤思維必將極大挫傷核心工業(yè)軟件的國產(chǎn)化進程,值得警惕。
二 發(fā)展國產(chǎn)核心工業(yè)軟件的難得機遇
發(fā)展國產(chǎn)核心工業(yè)軟件,現(xiàn)在可以說占盡了天時、地利、人和的絕佳時機,機會錯過恐怕很難再有突破。
在國內(nèi),核心工業(yè)軟件屢遭卡脖子,在需求側(cè),軍工企業(yè)更是被長期禁運,急切盼望成熟、穩(wěn)定、功能全面的國產(chǎn)核心工業(yè)軟件面世;國外核心工業(yè)軟件高居不下的價格也迫使用戶尋找穩(wěn)定可靠的低成本替代品;中小企業(yè)更是無法承受國外軟件高昂的價格。而在供給側(cè),開發(fā)者也無不傾己所能加快研發(fā),但無奈受限于資金、技術(shù)、人才、技術(shù)路線等,目前暫無多大起色。市場需求與研發(fā)出現(xiàn)巨大錯位,打破僵局已勢在必行。
在國外,近十多年來國外核心工業(yè)軟件技術(shù)發(fā)展緩慢,已經(jīng)進入了技術(shù)發(fā)展的平臺期,為保持業(yè)績而進行大規(guī)模并購,以橫向擴展彌補縱向發(fā)展緩慢所帶來的不足;在技術(shù)上,國外的核心工業(yè)軟件,特別是CAE軟件基本都是從上世紀六七十年代的代碼逐步積累到今天的,基本沒有做大的重構(gòu)與修改,甚至CAE求解器仍然采用Fortran77語言編寫的,這點可以從這些軟件子程序接口規(guī)范體現(xiàn)出來(Ansys用戶可以打開其安裝目錄下ansys\customize\user\ansys.F文件查看)。其圖形界面也基本上從上世紀90年代開始發(fā)展的,都有很長的歷史了。這都說明一個問題,國外老牌軟件的代碼有些“老”,軟件架構(gòu)、代碼結(jié)構(gòu)、界面樣式等都需要進行深度重構(gòu)與改進,以提高軟件性能和適應(yīng)用戶新的操作習(xí)慣。這也傳遞出一個信號,他們需要放緩發(fā)展進程,抽出時間重構(gòu)代碼。
國內(nèi)需求迫切、國外發(fā)展放緩,不能不說這是難得的發(fā)展機遇,但國內(nèi)核心工業(yè)軟件開發(fā)者卻仍未找到合適的發(fā)展路線,在迷茫中艱難探索。
三 造成國產(chǎn)工業(yè)軟件困境的原因分析
01 技術(shù)需求與機構(gòu)設(shè)置產(chǎn)生巨大錯位
以CAE軟件為例,據(jù)初步統(tǒng)計,CAE軟件的核心求解器涉及力學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)、航空宇航科學(xué)與技術(shù)、計算機科學(xué)技術(shù)等11個一級學(xué)科, 30多個二級學(xué)科,幾乎涵蓋全部力學(xué)二級學(xué)科,三級學(xué)科高達110多個;CAE軟件的前后處理器主要涉及計算機科學(xué)技術(shù)和數(shù)學(xué)兩個一級學(xué)科,6個二級學(xué)科,12個三級學(xué)科。由此可見,核心工業(yè)軟件特別是CAE軟件是一個涉及眾多學(xué)科的綜合體,從前后處理到求解器全面開發(fā),即使只開發(fā)結(jié)構(gòu)分析方面的功能恐怕至少上百人甚至數(shù)百人的開發(fā)團隊才能勝任,遠非一個研究室、教研室、實驗室、課題組或一個中小規(guī)模的開發(fā)公司能力所及。
國內(nèi)包括各級科研院所與高校等科研機構(gòu)基本按照學(xué)科分類部署研究室、教研室、實驗室等基層研究單位,并按對應(yīng)學(xué)科對成員進行考核,雖然也逐步建立了許多跨學(xué)科基層研究單位,但所跨學(xué)科數(shù)量也遠遠低于CAE軟件所涉及學(xué)科的數(shù)量。技術(shù)需求與機構(gòu)設(shè)置產(chǎn)生巨大錯位,是造成國產(chǎn)工業(yè)軟件發(fā)展困境的原因之一。
02 資金需求與投資方向產(chǎn)生巨大錯位
從技術(shù)上講,核心工業(yè)軟件可劃分為三個層面。第一個層面是科學(xué)研究層面,在這個層面上,國內(nèi)科研院所、高校等機構(gòu)的研究人員能夠緊跟國際前沿水平,可以說基本不存在不掌握核心技術(shù)的問題。第二個層面是科學(xué)計算層面,是把科學(xué)研究層面的方法、算法、模型等基礎(chǔ)技術(shù)通過計算機編程語言轉(zhuǎn)化為代碼,通過計算機分析運行解決各種工程、科研問題。這些科學(xué)計算代碼基本都是科研人員自行編寫的計算程序,多因項目進程影響只注重解決核心問題,很少考慮日后的擴展問題,還遠不能稱為軟件。但這些代碼都分散于各科研院所與高校,具有各自的知識產(chǎn)權(quán),沒有經(jīng)過技術(shù)(成果)轉(zhuǎn)化過程,形成不了發(fā)展國產(chǎn)工業(yè)軟件的合力。第三個層面是軟件工程層面,通過現(xiàn)代軟件工程的手段按軟件開發(fā)的規(guī)范將這些相關(guān)的代碼重構(gòu)、綜合、融合、改進,解決代碼適用的廣度、深度問題,提高代碼的計算效率、計算規(guī)模、計算精度以及軟件使用的易用性、方便性等一系列問題,將代碼性質(zhì)由程序上升到軟件。目前國產(chǎn)工業(yè)軟件最需要解決的就應(yīng)該是這個層面的問題,而國家資金卻基本都投入到了第二個層面中去。資金需求與投資方向產(chǎn)生巨大錯位,這是造成國產(chǎn)工業(yè)軟件發(fā)展困境的另一個原因。
03 發(fā)展模式的錯位
國內(nèi)科研體系的架構(gòu)下的科研成果有個極其鮮明的特性,那就是時間積累短,空間分布廣,發(fā)展模式類似于農(nóng)村建“平房”。而國外軟件則是城市中建“樓房”的發(fā)展模式,基本上是依靠單一的時間積累連續(xù)發(fā)展起來的,期間穿插著有限數(shù)量的商業(yè)并購進行橫向擴展。事實證明,再多的“平房”也很難形成高大堅固的“樓房”,這是造成國產(chǎn)工業(yè)軟件發(fā)展困境的又一原因。
04 研究成果積累的缺失
國家在近幾十年大力投入推動科學(xué)研究與科學(xué)計算發(fā)展過程中只注重了資金投入,基本沒有對產(chǎn)出的資源進行回收、積累,以至于在需要大力推動核心工業(yè)軟件自主化發(fā)展時,除了資金別無可投,比如研發(fā)核心工業(yè)軟件的基礎(chǔ)資源。這也是國產(chǎn)核心工業(yè)軟件自主化道路上需要克服解決的一大難題。
四 國產(chǎn)核心工業(yè)軟件發(fā)展的可行途徑思考
國內(nèi)核心工業(yè)軟件市場上國外產(chǎn)品的絕對壟斷地位決定了國產(chǎn)工業(yè)軟件一上場就要參與國際競爭,對國產(chǎn)自主化核心工業(yè)軟件在性能、功能、易用性等各方面提出了極高要求。因此,國外軟件發(fā)展過程中經(jīng)歷過的企業(yè)伴生、迭代發(fā)展的過程不可能被目前的市場接受,自我完善是國產(chǎn)軟件首先面臨的問題。
近十多年以來國外主流軟件縱向發(fā)展放緩,而工業(yè)、工程設(shè)計的需求并沒有太大提高,十多年前國際主流工業(yè)軟件的功能已基本滿足目前需求?;谶@樣一個基本事實,國產(chǎn)核心工業(yè)軟件發(fā)展的第一個目標定在十多年前國際主流核心工業(yè)軟件水平或者現(xiàn)有國際主流軟件前80%功能的水平便具有很強的現(xiàn)實意義。一是培養(yǎng)補課意識,端正心態(tài)認識差距;二是降低表面難度,增強了軟件開發(fā)的信心;三是可以避免急功近利、好高騖遠;四是這個定位的產(chǎn)品足以滿足絕大多數(shù)工業(yè)、工程設(shè)計需求;五是產(chǎn)品可以初步具備參與國際競爭的能力。
歷史經(jīng)驗表明,對于核心工業(yè)軟件的發(fā)展,走市場化道路是可行的路線,經(jīng)得起市場考驗的產(chǎn)品才有生命力。在國內(nèi)現(xiàn)有科研體制下,國有科研力量對核心工業(yè)軟件市場化發(fā)展的推動作用似乎只能來自于各種方式、形式的成果轉(zhuǎn)化。
如何理順科研人員與核心工業(yè)軟件研發(fā)人員以及科技成果與核心工業(yè)軟件產(chǎn)品之間的關(guān)系成為當(dāng)務(wù)之急,這就需要建立新型科技成果轉(zhuǎn)化機制,讓不同技術(shù)層次涉及的技術(shù)人員各司其職,以新型成果轉(zhuǎn)化機制為媒介,搞活核心工業(yè)軟件的技術(shù)市場。至此,國家回收核心工業(yè)軟件基礎(chǔ)成果(科學(xué)計算程序)的新型成果轉(zhuǎn)化機制便呼之欲出了,在這個新型機制下,國家對核心工業(yè)軟件的投資便不僅僅是資金投入,還有更為重要的資源(代碼)投入。
對開發(fā)核心工業(yè)軟件的技術(shù)路線而言,可有四種發(fā)展模式
01 常規(guī)模式
這是基本從零開始的滾雪球模式,目前核心工業(yè)軟件研發(fā)企業(yè)多采用這種模式,其資源基礎(chǔ)基本沒超過研發(fā)人員的自身積累,發(fā)展現(xiàn)狀表明效果并不理想。
02 操作系統(tǒng)模式
參照國產(chǎn)操作系統(tǒng)的發(fā)展方式,以開源資源為基礎(chǔ),通過消化吸收開源資源,構(gòu)建自主軟件產(chǎn)品。
03 航母模式
中國航母的發(fā)展“瓦良格”功不可沒,國內(nèi)有大量“平房”資源,即是發(fā)展國產(chǎn)核心工業(yè)軟件的“瓦良格”。
04 高鐵模式
中國高鐵是以購買核心技術(shù)為主發(fā)展起來的,這也是國產(chǎn)核心工業(yè)軟件可行的發(fā)展路線之一。
從以上四種發(fā)展模式看,國產(chǎn)核心工業(yè)軟件發(fā)展的關(guān)鍵聚焦在了資源之上,基礎(chǔ)資源是保障核心工業(yè)軟件發(fā)展的絕對重要因素,因此,如何利用好現(xiàn)有但分散的(平房)資源,快速奠定核心工業(yè)軟件基礎(chǔ),在短期內(nèi)將差距縮短到二十年之內(nèi)是需要首先考慮的問題。
五 發(fā)展核心工業(yè)軟件的政策與立項建議
為促進國產(chǎn)核心工業(yè)軟件快速有序補課發(fā)展,避免出現(xiàn)推而不前的狀況,從技術(shù)層面提出了一些可操作的政策與立項建議。
1、制定長遠規(guī)劃
核心工業(yè)軟件沒有至少十年的長遠規(guī)劃要想趕上國外水平基本不現(xiàn)實。
2、制定可實現(xiàn)目標
瞄準世紀初國外主流軟件水平、能力、功能,踏實補課,第一個目標是世紀初國外主流軟件水平,力爭在三到五年內(nèi)將差距縮短到二十年以內(nèi),滿足用戶需求的80-90%。
3、篩選種子對象
區(qū)分產(chǎn)品研發(fā)型、項目服務(wù)型、銷售咨詢型核心工業(yè)軟件相關(guān)企業(yè),重點扶持以產(chǎn)品研發(fā)為主攻方向的企業(yè)。調(diào)研收集相關(guān)企業(yè)的發(fā)展規(guī)劃、產(chǎn)品規(guī)劃,以及產(chǎn)品持續(xù)升級維護的策略與計劃、市場推廣模式等重要信息,篩選有前途、有能力、可扶持的種子企業(yè)。
4、重點精準投入
以研發(fā)設(shè)計類軟件為重點方向,以軟件工程化研發(fā)為重點對象,重點投入扶持種子企業(yè)。
5、優(yōu)先扶持傳統(tǒng)工業(yè)軟件開發(fā)
國產(chǎn)工業(yè)軟件的突破口在于補足基礎(chǔ)課,傳統(tǒng)工業(yè)軟件是基礎(chǔ),沒有這個基礎(chǔ)其它新鮮花樣、噱頭拯救不了國產(chǎn)核心工業(yè)軟件。
6、試點探索科研院所與高校開展核心工業(yè)軟件商業(yè)開發(fā)的可行途徑
既能發(fā)揮科研院所與高校的技術(shù)基礎(chǔ)優(yōu)勢,又能使產(chǎn)品經(jīng)過市場錘煉更加成熟與穩(wěn)定,同時獲得市場效益促進產(chǎn)品的持續(xù)發(fā)展與升級維護,早日與國撥項目資金斷臍,獨立發(fā)展。
以CAE軟件為例的共用技術(shù)立項建議
梳理國際主流核心工業(yè)軟件的詳盡功能,分層次建立軟件功能模塊的詳細目錄清單,作為以后立項指標設(shè)定的參考依據(jù)。責(zé)成相關(guān)科研與開發(fā)單位按該目錄清單上報其程序、軟件的具體詳細功能,并附相關(guān)考核算例,徹底摸清國內(nèi)外核心工業(yè)軟件能力的底數(shù),找準差距,有針對性地設(shè)立項目創(chuàng)舊補課,勿在短期內(nèi)輕言創(chuàng)新。
建立核心工業(yè)軟件系統(tǒng)、全面的考核算例庫。針對國際主流核心工業(yè)軟件詳盡目錄清單,設(shè)計或搜集各功能模塊的分析計算實例,形成系統(tǒng)、全面的考核算例庫,除按專業(yè)功能進行分類外,還要劃分為功能驗證型和性能測試型兩大類??己怂憷龓炜勺鳛轫椖苛㈨椗c結(jié)題時輔助專家評審的一個客觀依據(jù),也是軟件開發(fā)的功能參照??己怂憷龓鞈?yīng)保持隨時動態(tài)更新。
制定軟件的輸入、輸出文件格式規(guī)范,形成國內(nèi)統(tǒng)一標準。前后處理器與核心求解器之間以數(shù)據(jù)文件的方式傳遞數(shù)據(jù),各種數(shù)據(jù)需要以一定的方式、格式保存在文件中,便于讀寫。為減少開發(fā)者共有工作量、方便數(shù)據(jù)交流、便于驗收考核、促進國內(nèi)軟件快速發(fā)展,制定統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式標準勢在必行。
開發(fā)統(tǒng)一的規(guī)范文件的讀寫模塊及其與國際主流軟件的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊,為選擇采用國產(chǎn)核心工業(yè)軟件的工業(yè)、工程用戶提供遷移既往數(shù)據(jù)提供解決方案,消除后顧之憂。
前后處理核心模塊開發(fā)。CAE軟件前后處理涉及幾何建模、網(wǎng)格生成、數(shù)據(jù)可視化等三大通用核心技術(shù)模塊,目前這三大模塊仍是國產(chǎn)CAE軟件發(fā)展道路上的攔路虎,急需突破。通過對核心工業(yè)軟件開發(fā)中共性技術(shù)設(shè)立專項,集中國內(nèi)核心力量重點突破,項目結(jié)題后回收相關(guān)代碼通過驗收,并在業(yè)內(nèi)共享使用。
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