近一年來，隨著中美貿(mào)易戰(zhàn)的開啟，特別是“中興事件”的爆發(fā)，引發(fā)了國人對自主核心技術(shù)的廣泛焦慮和深入思考。微信公眾號《知識自動化》近一年來發(fā)表了關(guān)于中國工業(yè)軟件發(fā)展的歷史回顧與思考的系列文章，引起了強烈反響。作為從事數(shù)字化設(shè)計技術(shù)研究、開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化推廣長達(dá)26年的一線從業(yè)者更是感慨萬千，謹(jǐn)以此文向關(guān)注和堅守中國工業(yè)軟件的同仁表示敬意。
軟件是工業(yè)知識的載體
軟件是智能的載體。工業(yè)先進(jìn)軟件是工業(yè)乃至社會發(fā)展水平的重要標(biāo)志，是未來智能工業(yè)的重要基礎(chǔ)支撐，是不能受制于人的關(guān)鍵核心技術(shù)。
工業(yè)軟件不同于IT軟件，是工業(yè)知識創(chuàng)新長期積累、積淀并在應(yīng)用中迭代進(jìn)化的工具產(chǎn)物，正如趙敏先生在《為工業(yè)軟件正名》鮮明指出“工業(yè)軟件是一個典型的高端工業(yè)品，它首先是由工業(yè)技術(shù)構(gòu)成的。研制工業(yè)軟件是一門集工業(yè)知識與“Know-how”大成于一身的專業(yè)學(xué)問。沒有工業(yè)知識，沒有制造業(yè)經(jīng)驗，只學(xué)過計算機(jī)軟件的工程師，是設(shè)計不出先進(jìn)的工業(yè)軟件的”。
工業(yè)軟件是工業(yè)創(chuàng)新實踐的技術(shù)溢出，是先進(jìn)生產(chǎn)力的關(guān)鍵要素，只要工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新不息，工業(yè)軟件創(chuàng)生不止。林雪萍、趙敏先生在《工業(yè)軟件黎明靜悄悄|工業(yè)軟件史》對中國工業(yè)軟件歷史給出了“親歷的全景式”回望，徹腹的“哀其不幸、怒其不爭”讓人噓唏不已。趙翰林、林雪萍先生在《仿真軟件史就是大魚吃小魚的歷史|工業(yè)軟件史》總結(jié)了國際工業(yè)軟件技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展，生動地描繪了國際工業(yè)軟件“繁衍不斷、生生不息”的蓬勃生態(tài)，雖然“大魚吃小魚”，但“池子里總有魚”。
工業(yè)軟件按照運行場景為兩大類研發(fā)與管理工具類(off-line)和系統(tǒng)運行時類(on-line)。這兩類軟件，缺乏跨領(lǐng)域、全系統(tǒng)建模及軟件自動化工具，因此研制生產(chǎn)主要依賴人工編寫，研發(fā)效率低、可維護(hù)性差，生產(chǎn)效率和質(zhì)量都是困難重重。
隨著復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)智能化(嵌入式應(yīng)用軟件)趨勢的快速發(fā)展，相應(yīng)的數(shù)字化設(shè)計方法和技術(shù)體系已成為制約因素。
中國工業(yè)軟件為何落后?
從文化層面看，我們長于“道、理”，短于“術(shù)、器”，“君子動口不動手”，熱衷于新理念、新概念的玄究，所謂“玄而又玄，妙不可言”，輕視“術(shù)、器”的恒力打造，導(dǎo)致工作母機(jī)在內(nèi)的高端生產(chǎn)工具普遍落后，工業(yè)軟件更是如此。
改革開放前40年中國從農(nóng)業(yè)化向工業(yè)化轉(zhuǎn)型的過程中，以“逆向工程”為主的技術(shù)發(fā)展方式導(dǎo)致我國工業(yè)軟件自主發(fā)展缺乏足夠的內(nèi)在源動力。最要命的是，中國工業(yè)往往“視集成為創(chuàng)新”，加劇了基礎(chǔ)、關(guān)鍵核心技術(shù)的空心化、中國一輪又一輪地引進(jìn)、推廣“XX化”，往往是拿來裝配主義，而在核心的根基上鮮有作為，最終導(dǎo)致相關(guān)基礎(chǔ)工具軟件幾乎被國外壟斷，受制于人，國內(nèi)相關(guān)技術(shù)研發(fā)力量嚴(yán)重萎縮，自主可控工業(yè)軟件舉步維艱。真要進(jìn)行“創(chuàng)新引領(lǐng)”，首先要摒棄誤國害民的“集成創(chuàng)新”。
現(xiàn)有的設(shè)計研發(fā)軟件工具，往往缺乏全局觀，以傳統(tǒng)的軟件編制工藝“分科而制”，這種基于單學(xué)科軟件工具的多學(xué)科融合，實際上是在集成多專業(yè)工具軟件的信息。這就大大增加了軟件成本，也嚴(yán)重影響了設(shè)計師桌面快捷應(yīng)用。
系統(tǒng)設(shè)計與驗證技術(shù)，既是是中國數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的短板，也是一個重要的突破口。中國設(shè)計行業(yè)，一向是強于詳細(xì)設(shè)計，而弱于概念設(shè)計和系統(tǒng)設(shè)計。雖然產(chǎn)品的設(shè)計流程是從概念到物理自頂向下的展開的，但技術(shù)手段和工具發(fā)展是自底向上發(fā)展的，數(shù)控技術(shù)先于CAD技術(shù)、CAE技術(shù)先于CAD，詳細(xì)設(shè)計技術(shù)先于系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)等等。目前成熟的數(shù)字化設(shè)計與驗證技術(shù)與工具體系只能支撐部分大回路設(shè)計驗證。德國工業(yè)4.0強調(diào)需要建立基于模型的系統(tǒng)工程技術(shù)體系，就是實現(xiàn)全系統(tǒng)早期多回路設(shè)計驗證。
數(shù)字工具的兩大空間
工業(yè)設(shè)計工具的研發(fā)活動，一直存在于兩個空間：幾何空間和狀態(tài)空間。計算機(jī)輔助設(shè)計CAD自上世紀(jì)六十年代初以來，圍繞幾何空間設(shè)計活動，發(fā)展了計算機(jī)輔助幾何設(shè)計技術(shù)CAGD，為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了卓越的工具。事實上直到上世紀(jì)80年代初出現(xiàn)革命性的技術(shù)NURBS之前，CAD的發(fā)展一直缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)體系，嚴(yán)重的影響了CAD技術(shù)在工業(yè)界的普及推廣。NURBS“橫掃六合、總齊八荒”，將CAD技術(shù)推進(jìn)了大規(guī)模應(yīng)用創(chuàng)新的時代。這也形成了非常深的壁壘，國外在這方面的優(yōu)勢非常明顯。
然而，針對產(chǎn)品的狀態(tài)空間，各種建模、分析及仿真活動，由于缺乏統(tǒng)一的知識模型表達(dá)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)展不夠迅速。這就形成了紛繁的單學(xué)科領(lǐng)域仿真軟件工具，致使建模與仿真(M&S)進(jìn)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及幾何空間的發(fā)展，在工業(yè)界尚未達(dá)到普及深入標(biāo)準(zhǔn)化。
圖1 CAD的兩大空間
當(dāng)前，多領(lǐng)域物理統(tǒng)一建模語言Modelic成為熱點?；诮y(tǒng)一模型規(guī)范Modelica的全系統(tǒng)建模、分析、仿真優(yōu)化及軟件自動生成技術(shù)，已成為產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)技術(shù)的重要創(chuàng)新方向，是繼計算機(jī)輔助幾何設(shè)計CAGD之后，數(shù)字化設(shè)計支撐技術(shù)的重要分支。
歐美發(fā)達(dá)國家正籍此構(gòu)筑新的技術(shù)壁壘，對此，中國必須有所為。
全新的壁壘與壟斷
國際傳統(tǒng)CAD\CAE\自動化技術(shù)廠商紛紛并購系統(tǒng)建模及軟件自動化技術(shù)，著力打造設(shè)計分析仿真優(yōu)化及軟件自動生成一體化技術(shù)。2006年6月國際產(chǎn)品全生命軟件巨頭法國達(dá)索系統(tǒng)公司認(rèn)定“Modelica是未來工業(yè)知識的表達(dá)標(biāo)準(zhǔn)”，并宣布了“基于modelica的嵌入式開放戰(zhàn)略”，以此全面打造工業(yè)系統(tǒng)解決方案。
2011年美國國防部高級項目預(yù)研局DARPA提出統(tǒng)一模型標(biāo)準(zhǔn)(包括modelica)，采用基于模型的系統(tǒng)工程方法，在一個技術(shù)體系下快速研發(fā)、部署海陸空天運載器，效率提高5倍，實現(xiàn)“構(gòu)造及正確”。2012年12月，西門子收購了比利時LMS 軟件仿真公司，其包含的AMESim軟件，支持Modelica。在2016以國際著名CAE公司ANSYS收購模型驅(qū)動的軟件生成系統(tǒng)SCADA為典型。
還有大量的收購行動不計其數(shù)。
表1 Modelica大事件
系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)體系主要由一軟一硬兩方面組成。軟的是模型驅(qū)動的建模仿真與代碼生成軟件系統(tǒng)，包括美國大名鼎鼎的數(shù)學(xué)軟件之一的MatLab、美國NI的LabView、SCADA、Dymola、SimulationX、AVL、Cruse等，而實時計算設(shè)備則包括DSPACE、NI、RT-LAB。
這些國外相關(guān)軟件與硬件廠商以形成類似Wintel聯(lián)盟，幾乎掌控了復(fù)雜系統(tǒng)產(chǎn)品的高端開發(fā)技術(shù)體系和手段。以汽車電控領(lǐng)域為例，來自奧地利的汽車研發(fā)咨詢商AVL李斯特公司，這是是全球著名的發(fā)動機(jī)設(shè)計開發(fā)、測試及專業(yè)CAE軟件供應(yīng)商。其汽車系統(tǒng)設(shè)計分析軟件和實時計算設(shè)備DSPACE，軟硬雙煞，幾乎全面壟斷了中國汽車電控正向設(shè)計研發(fā)技術(shù)體系。特別需要說明的是DSPACE在10年前已對中國軍工領(lǐng)域全面禁運。
中國機(jī)遇
基于統(tǒng)一模型規(guī)范的全系統(tǒng)建模、分析、仿真優(yōu)化及軟件自動生成技術(shù)是國際智能系統(tǒng)與產(chǎn)品研發(fā)技術(shù)的重要創(chuàng)新方向。
十一五以來，中國科技界已經(jīng)及時地布局開展了多領(lǐng)域物理統(tǒng)一建模語言Modelica基礎(chǔ)理論和共性技術(shù)研究。一些研究成果在航空航天等領(lǐng)域的重點型號工程，如中國空間站全系統(tǒng)功能樣機(jī)、嫦娥5號電總體設(shè)計及仿真、航天液體動力系統(tǒng)、大型民用飛機(jī)著陸及飛控系統(tǒng)仿真等，得到初步驗證。
目前商業(yè)領(lǐng)域的“分科而制”單領(lǐng)域建模分析軟件工具90%以上為國外掌控，其發(fā)展積淀長達(dá)數(shù)十年。如果中國以傳統(tǒng)方式追趕，可以說在工業(yè)應(yīng)用軟件機(jī)會寥寥。 而多領(lǐng)域物理統(tǒng)一建模理論方法，與技術(shù)所創(chuàng)造的知識自動化技術(shù)體系，正在使得工業(yè)軟件生成方式發(fā)生改變。而經(jīng)過十一五、十二五的一些前期工作，中國已經(jīng)突破了國際多領(lǐng)域物理統(tǒng)一建模的核心技術(shù)。
這是中國自主可控的高端分析建模技術(shù)和工業(yè)應(yīng)用軟件創(chuàng)新發(fā)展的一次難得機(jī)遇。如果可以深入持續(xù)的開展工業(yè)知識(模型)的表達(dá)與互聯(lián)研究，建立模型重用、在新工科教育中強化工業(yè)軟件的基礎(chǔ)作用、制定相關(guān)產(chǎn)業(yè)聯(lián)動政策鼓勵工業(yè)界采用國產(chǎn)替代技術(shù)等，那么掌握新一代數(shù)字化設(shè)計支撐體系，值得期待。
（轉(zhuǎn)載）
