研發(fā)設(shè)計(jì)工業(yè)軟件概述
研發(fā)設(shè)計(jì)工業(yè)軟件一般是指應(yīng)用于裝備產(chǎn)品研制的設(shè)計(jì)與仿真類工業(yè)軟件。在2010年以前，研發(fā)設(shè)計(jì)工業(yè)軟件主要指CAD和CAE軟件，提供產(chǎn)品零部件或具體專業(yè)的數(shù)字化設(shè)計(jì)分析，主要用于產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，包括二維/三維CAD軟件、有限元場(chǎng)分析軟件(場(chǎng)分析軟件，包括結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、流場(chǎng)、電磁場(chǎng)、多場(chǎng)耦合等仿真分析軟件，其求解方法包括有限元法、有限體積法、粒子法等，在此按照習(xí)慣統(tǒng)稱為有限元軟件)、機(jī)械/控制/流體/電氣等專業(yè)仿真軟件、集成/優(yōu)化等工具軟件，以及航天、航空、汽車、船舶等行業(yè)設(shè)計(jì)仿真軟件。近10年來，系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真軟件作為新一代數(shù)字化研發(fā)工業(yè)軟件逐漸被接受，提供整體產(chǎn)品系統(tǒng)級(jí)的正向設(shè)計(jì)與仿真驗(yàn)證，用于方案論證、方案設(shè)計(jì)等階段，包括需求分析管理、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)仿真等軟件。
常見的典型通用研發(fā)設(shè)計(jì)工業(yè)軟件如表1所示。
研發(fā)設(shè)計(jì)工業(yè)軟件已經(jīng)成為裝備產(chǎn)品正向創(chuàng)新研制必不可少的工具手段，是企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、提升創(chuàng)新能力、提高研發(fā)效率的核心支撐，是國(guó)家產(chǎn)業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力的體現(xiàn)之一。但研發(fā)設(shè)計(jì)軟件開發(fā)難度大、投入多、周期長(zhǎng)，目前我國(guó)市場(chǎng)上研發(fā)設(shè)計(jì)工業(yè)軟件95%以上為國(guó)外所壟斷，成為制約我國(guó)工業(yè)創(chuàng)新發(fā)展并影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)安全的短板瓶頸。
研發(fā)設(shè)計(jì)工業(yè)軟件技術(shù)瓶頸
二三維CAD、有限元CAE、專業(yè)仿真CAE、系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真等工業(yè)軟件，雖然用于裝備產(chǎn)品研制不同階段，具有不同的功能和特性，但是從表2來看，各類研發(fā)設(shè)計(jì)工業(yè)軟件在組成模塊和支撐技術(shù)上具有共性。
1、研發(fā)設(shè)計(jì)工業(yè)軟件主要組成模塊
研發(fā)設(shè)計(jì)工業(yè)軟件可以普遍劃分為可視化建模、計(jì)算求解、結(jié)果后處理三個(gè)主要功能模塊。
可視化建模模塊：二維CAD軟件為二維交互繪圖，三維CAD軟件為三維造型，通?；诘讓拥娜S造型引擎實(shí)現(xiàn);有限元CAE為網(wǎng)格劃分前處理，一般是基于三維造型引擎通過設(shè)置進(jìn)行自動(dòng)網(wǎng)格剖分;不同專業(yè)仿真軟件可視化建模，普遍通過拖拉拽方式建立專業(yè)拓?fù)淠Ｐ?，機(jī)械是三維多體動(dòng)力學(xué)模型，控制是控制框圖，液壓是液壓管路圖，電氣是電氣原理圖;系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真軟件是基于SysML、Modelica等統(tǒng)一建模規(guī)范通過拖拉拽方式建立系統(tǒng)的拓?fù)溥B接圖。
計(jì)算求解模塊：CAD軟件為三維造型計(jì)算和約束求解計(jì)算，有限元CAE軟件為PDE(偏微分方程)通過有限元離散之后大規(guī)模線性方程系統(tǒng)求解計(jì)算;專業(yè)仿真CAE是機(jī)械、控制、流體、電氣等不同專業(yè)機(jī)理數(shù)學(xué)模型方程的求解計(jì)算，每個(gè)專業(yè)具有特定的數(shù)學(xué)模型形式和專業(yè)的數(shù)值求解算法;系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真軟件求解主要在于系統(tǒng)仿真軟件，需要求解機(jī)電液控多專業(yè)耦合的方程系統(tǒng)。
結(jié)果后處理模塊：二維和三維CAD軟件是前后處理一體化;有限元CAE軟件主要是三維云圖顯示，一般基于三維造型或顯示引擎;專業(yè)仿真CAE軟件主要涉及曲線和動(dòng)畫，其中機(jī)械多體仿真是三維動(dòng)畫，也是基于三維造型或顯示引擎;系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真CAE軟件涉及曲線、動(dòng)畫、動(dòng)態(tài)組件等后處理形式。
2、研發(fā)設(shè)計(jì)工業(yè)軟件關(guān)鍵技術(shù)瓶頸
我國(guó)為什么缺乏通用的商品化研發(fā)設(shè)計(jì)工業(yè)軟件產(chǎn)品?要形成工業(yè)軟件商品化產(chǎn)品，需要全面突破所有關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，經(jīng)歷充分的工業(yè)應(yīng)用錘煉，并要有良好的工業(yè)軟件生態(tài)氛圍。研發(fā)設(shè)計(jì)工業(yè)軟件具有共性的關(guān)鍵技術(shù)，表2所列主要是底層求解技術(shù)，底層求解是工業(yè)軟件引擎，毫無(wú)疑問是關(guān)鍵支撐技術(shù)，也是我國(guó)自主工業(yè)軟件的主要瓶頸之一。除了底層求解之外，復(fù)雜工業(yè)軟件系統(tǒng)架構(gòu)、工業(yè)技術(shù)軟件化、大型復(fù)雜工程問題處理、工程化人機(jī)交互等也是決定能否形成商品化工業(yè)軟件的關(guān)鍵技術(shù)，也是我國(guó)工業(yè)軟件技術(shù)瓶頸所在。
復(fù)雜工業(yè)軟件系統(tǒng)架構(gòu)技術(shù)
CAD、CAE、系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真等復(fù)雜工業(yè)軟件通常是幾百萬(wàn)仍至幾千萬(wàn)行代碼、覆蓋各種工業(yè)場(chǎng)景、長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行的復(fù)雜工程系統(tǒng)，其架構(gòu)有如高層建筑框架，直接決定了系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性、適用性、擴(kuò)展性和可維護(hù)性。工業(yè)軟件的開發(fā)與應(yīng)用是一個(gè)長(zhǎng)期實(shí)踐迭代的過程，如果沒有好的系統(tǒng)架構(gòu)，難以成長(zhǎng)為一個(gè)好用的商業(yè)化軟件。國(guó)產(chǎn)自主軟件通常過于重視軟件功能的實(shí)現(xiàn)，不太重視軟件系統(tǒng)架構(gòu)，導(dǎo)致軟件擴(kuò)展和持續(xù)發(fā)展困難。通常需要若干具有軟件、業(yè)務(wù)、計(jì)算數(shù)學(xué)等綜合知識(shí)且經(jīng)驗(yàn)豐富的架構(gòu)師團(tuán)隊(duì)來完成和迭代改進(jìn)。
底層計(jì)算求解引擎技術(shù)
CAD的三維造型引擎、約束求解引擎，CAE的前后處理引擎、有限元計(jì)算引擎，專業(yè)仿真求解引擎，多領(lǐng)域系統(tǒng)模型編譯、仿真求解引擎等屬于工業(yè)軟件的底層計(jì)算求解引擎技術(shù)，底層引擎類似于汽車、飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)，是設(shè)計(jì)仿真工業(yè)軟件最核心的關(guān)鍵技術(shù)，求解策略、求解適應(yīng)性、求解精度直接決定工業(yè)軟件計(jì)算求解的能力與性能。底層計(jì)算求解引擎需要把設(shè)計(jì)與仿真問題化為數(shù)學(xué)問題然后通過數(shù)值計(jì)算的方式解決，這需要有深厚的專業(yè)積累、數(shù)學(xué)積累、軟件積累和工程積累。計(jì)算求解引擎需要數(shù)學(xué)科學(xué)支撐，但更多是一個(gè)需要反復(fù)迭代錘煉的工程產(chǎn)品，淺嘗輒止的研究無(wú)法做出好的計(jì)算求解引擎產(chǎn)品。
工業(yè)技術(shù)軟件化技術(shù)
工業(yè)軟件最終是把工業(yè)知識(shí)、業(yè)務(wù)流程、工業(yè)數(shù)據(jù)等工業(yè)技術(shù)積累通過軟件來實(shí)現(xiàn)以支撐高效研發(fā)，其核心是把知識(shí)、數(shù)據(jù)等轉(zhuǎn)化為盡可能統(tǒng)一的知識(shí)庫(kù)、模型庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)，把不同行業(yè)業(yè)務(wù)流程轉(zhuǎn)化為可配置、自動(dòng)化的軟件執(zhí)行過程，工業(yè)技術(shù)軟件化決定了工業(yè)積累的深度才能支撐工業(yè)軟件的強(qiáng)度。自主的工業(yè)知識(shí)、工業(yè)模型、工業(yè)數(shù)據(jù)才能支撐自主的工業(yè)軟件，否則空有軟件沒有內(nèi)容，軟件也難以產(chǎn)生價(jià)值。工業(yè)技術(shù)既是工業(yè)軟件的來源支撐，也是工業(yè)軟件的主要內(nèi)容，海量知識(shí)庫(kù)、模型庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)與自主工業(yè)軟件共存共進(jìn)，才是工業(yè)軟件發(fā)展的健康生態(tài)。
大型復(fù)雜工程問題處理技術(shù)
如汽車、衛(wèi)星、飛機(jī)、船舶等復(fù)雜裝備數(shù)字化研制，在研制后期隨著設(shè)備逐步集成會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)模型、仿真模型規(guī)模龐大，設(shè)計(jì)仿真計(jì)算量巨大，如CAD模型要支持幾十萬(wàn)個(gè)零部件裝配，有限元網(wǎng)絡(luò)剖分后要進(jìn)行幾千萬(wàn)乃至上億個(gè)離散方程的計(jì)算求解，系統(tǒng)仿真要處理幾十萬(wàn)至幾百萬(wàn)個(gè)混合方程系統(tǒng)的分析計(jì)算，而且各種工程場(chǎng)景會(huì)非常復(fù)雜。這種大規(guī)模系統(tǒng)、復(fù)雜流程場(chǎng)景導(dǎo)致的大型復(fù)雜工程問題的處理能力直接決定了工業(yè)軟件的可用性，也是決定了商品化工業(yè)軟件能力與好壞。大規(guī)模問題、非線性問題、剛性問題、仿真逼真度問題等都是比較常見的影響軟件性能的關(guān)鍵問題。
軟硬一體化技術(shù)
汽車、衛(wèi)星、飛機(jī)等工業(yè)系統(tǒng)普遍是機(jī)械、能源、電子、信息等信息物理融合系統(tǒng)(CPS)，其中機(jī)械、能源等物理子系統(tǒng)和信息、電子等信息子系統(tǒng)具有不同特性和存在方式，物理子系統(tǒng)物理特性強(qiáng)，可用機(jī)理模型表達(dá)，信息子系統(tǒng)控制特性強(qiáng)，通常是以軟件代碼形式存在，物理子系統(tǒng)和信息子系統(tǒng)具有耦合特性，需要實(shí)現(xiàn)兩者的一體化設(shè)計(jì)仿真。一方面，信息系統(tǒng)中軟件代碼越來越普遍、越來越復(fù)雜，需要采用模型驅(qū)動(dòng)的軟件代碼自動(dòng)生成置于信息系統(tǒng)硬件以保證開發(fā)效率和軟件可靠性;另一方面，物理與信息系統(tǒng)的耦合要求實(shí)現(xiàn)物理系統(tǒng)模型和信息系統(tǒng)硬件的一體化仿真驗(yàn)證。這種軟硬一體化技術(shù)隨著CPS和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將越來越關(guān)鍵和重要。
工程化人機(jī)交互技術(shù)
工業(yè)軟件是工業(yè)知識(shí)、流程、數(shù)據(jù)等工業(yè)技術(shù)的軟件化，這些內(nèi)容在工業(yè)軟件上會(huì)以工程化的人機(jī)交互形式呈現(xiàn)。國(guó)際上影響大、應(yīng)用廣的工業(yè)軟件，普遍具有極佳的人機(jī)交互體驗(yàn)，我國(guó)自主工業(yè)軟件在此方面重視度明顯不足。工業(yè)軟件的人機(jī)交互，不只是界面的設(shè)計(jì)和表現(xiàn)，它是工業(yè)技術(shù)的工程化呈現(xiàn)，是海量知識(shí)的邏輯組織和接口設(shè)計(jì)，是業(yè)務(wù)流程覆蓋性與軟件通用性的權(quán)衡，是綜合工程、軟件、美學(xué)、用戶心理等要素的系統(tǒng)梳理、系統(tǒng)組織與系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
自主研發(fā)設(shè)計(jì)工業(yè)軟件實(shí)踐
商品化工業(yè)軟件開發(fā)常規(guī)歷程
如前所述，要形成商品化的研發(fā)設(shè)計(jì)工業(yè)軟件產(chǎn)品，需要突破工業(yè)軟件所有關(guān)鍵技術(shù)，經(jīng)歷充分的工業(yè)應(yīng)用錘煉，并要有良好的工業(yè)軟件生態(tài)氛圍。為什么研發(fā)設(shè)計(jì)工業(yè)軟件開發(fā)難度大、投入多、周期長(zhǎng)?前述關(guān)鍵技術(shù)突破只是工業(yè)軟件研制的起點(diǎn)。一個(gè)工業(yè)軟件，一般需要經(jīng)歷產(chǎn)品開發(fā)、應(yīng)用驗(yàn)證、推廣應(yīng)用三個(gè)階段，才可能成為成熟的商品化軟件。
突破關(guān)鍵技術(shù)并形成功能完整、穩(wěn)定運(yùn)行的產(chǎn)品，最多只完成三分之一工作，這個(gè)過程一般需要5-10年;有了產(chǎn)品，需要經(jīng)歷充分的工業(yè)應(yīng)用錘煉，實(shí)用于各種工業(yè)場(chǎng)景，只有經(jīng)歷了工業(yè)應(yīng)用錘煉，才能稱之為真正的工業(yè)軟件，這個(gè)過程也需要5-10年;經(jīng)過實(shí)際工業(yè)應(yīng)用錘煉驗(yàn)證的工業(yè)軟件，具備了商品化軟件的條件，還需要全面的商品化運(yùn)營(yíng)推廣，才有可能成為廣泛應(yīng)用的商品化工業(yè)軟件，這個(gè)過程又要持續(xù)3-10年。
系統(tǒng)仿真工業(yè)軟件研制實(shí)踐
作者從事自主工業(yè)軟件開發(fā)和應(yīng)用近20年，主持了新一代系統(tǒng)仿真軟件的關(guān)鍵技術(shù)研究、原型系統(tǒng)開發(fā)、商品軟件研制以及重點(diǎn)行業(yè)應(yīng)用，經(jīng)歷了一個(gè)自主工業(yè)軟件發(fā)展的全過程，與團(tuán)隊(duì)一起探索出了一條中國(guó)自主工業(yè)軟件的發(fā)展道路。在此，結(jié)合前述的工業(yè)軟件關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，分享一下自主工業(yè)軟件實(shí)踐歷程。
作者團(tuán)隊(duì)早期在華中科技大學(xué)CAD國(guó)家工程中心，導(dǎo)師陳立平教授先前從事CAD約束求解引擎開發(fā)，1998年團(tuán)隊(duì)開始研究多體動(dòng)力學(xué)并仿照ADAMS和RecurDyn開發(fā)了原型。到2001年作者攻讀博士學(xué)位時(shí)，認(rèn)為傳統(tǒng)CAD和多體動(dòng)力學(xué)技術(shù)已經(jīng)非常成熟，產(chǎn)品已普及并完全占領(lǐng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，當(dāng)時(shí)正好發(fā)現(xiàn)了Modelica技術(shù)。該技術(shù)誕生于1997年，基于Modelica規(guī)范支持機(jī)、電、液、控等多領(lǐng)域統(tǒng)一建模，團(tuán)隊(duì)認(rèn)為這是未來的方向。
2001年，團(tuán)隊(duì)啟動(dòng)了Modelica多領(lǐng)域統(tǒng)一建模關(guān)鍵技術(shù)研究。陳立平教授約束求解引擎的大規(guī)模方程系統(tǒng)歸約求解技術(shù)、作者多體動(dòng)力學(xué)的微分-代數(shù)方程系統(tǒng)數(shù)值求解技術(shù)等工作奠定了前期基礎(chǔ)。團(tuán)隊(duì)研究分析了C#、Java等開源編譯器源碼，以及BLAS、LAPACK、MINPACK、SUNDIALS等基礎(chǔ)算法庫(kù)，花了3年時(shí)間研究各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
2004年，進(jìn)一步組織團(tuán)隊(duì)開發(fā)原型系統(tǒng)。原型系統(tǒng)包括可視化建模環(huán)境原型、Modelica編譯器和分析器原型、Modelica求解器和代碼生成器原型以及結(jié)果后處理器原型，在前述Modelica多領(lǐng)域統(tǒng)一建模關(guān)鍵技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，2006年推出了初步原型系統(tǒng)，走通典型案例建模仿真全流程，并參加了當(dāng)年Modelica國(guó)際會(huì)議，引起國(guó)際同行關(guān)注。
2006年，組建專業(yè)化團(tuán)隊(duì)，開始正式產(chǎn)品的研發(fā)。在原型系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，迭代進(jìn)行軟件系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，按照Modelica語(yǔ)義功能分步實(shí)現(xiàn)完善各模塊功能，并與對(duì)標(biāo)產(chǎn)品持續(xù)測(cè)試對(duì)比。2009年，成為支持Modelica多體模型庫(kù)的軟件，并在完成系統(tǒng)的測(cè)試之后，推出系統(tǒng)仿真軟件正式產(chǎn)品MWorks。
2009年，在推出正式穩(wěn)定版本之后，開始行業(yè)應(yīng)用之路。從中國(guó)商飛反推力系統(tǒng)仿真開始，此后圍繞民機(jī)液壓系統(tǒng)、起落架系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)等系統(tǒng)仿真和虛擬試驗(yàn)進(jìn)行了持續(xù)應(yīng)用迭代。2012年開始航天應(yīng)用，先后應(yīng)用于液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)仿真、運(yùn)載火箭仿真、嫦娥系列能源供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真、空間站全數(shù)字仿真、衛(wèi)星全系統(tǒng)仿真等應(yīng)用。工業(yè)應(yīng)用錘煉提升了工業(yè)軟件能力，如液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)仿真中遇到的強(qiáng)非線性問題，迫使MWorks大幅提升非線性求解能力，數(shù)字空間站全系統(tǒng)仿真大規(guī)模問題直接推動(dòng)MWorks求解能力從10萬(wàn)個(gè)方程系統(tǒng)提升到50萬(wàn)個(gè)方程系統(tǒng)。除航空、航天外，這10年期間，我們?cè)诤四堋⒋啊④囕v、工程機(jī)械等行業(yè)也開展了行業(yè)應(yīng)用探索示范。
新興工業(yè)軟件技術(shù)發(fā)展
當(dāng)前正處于第四次工業(yè)革命的深度發(fā)展階段，新一代工業(yè)軟件變革技術(shù)正在來臨。新興技術(shù)變革，一方面催生新一代全新工業(yè)軟件，另一方面將會(huì)使CAD、CAE等傳統(tǒng)軟件老樹開新枝。國(guó)外工業(yè)軟件巨頭已經(jīng)開始在這方面的布局，比如法國(guó)達(dá)索2006年收購(gòu)系統(tǒng)仿真軟件Dymola，推出以系統(tǒng)仿真為樞紐、整合CAD/CAE/PLM的全系統(tǒng)、全領(lǐng)域、全流程數(shù)字化研發(fā)平臺(tái)3D Experience。近幾年，達(dá)索、西門子、Altair、ESI等公司紛紛收購(gòu)大數(shù)據(jù)人工智能相關(guān)的產(chǎn)品技術(shù)。在這種技術(shù)趨勢(shì)下，國(guó)外工業(yè)軟件巨頭引導(dǎo)的工業(yè)軟件競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)不是單個(gè)工具軟件的比較，而是數(shù)字化研發(fā)平臺(tái)的競(jìng)爭(zhēng)和未來智能化研發(fā)設(shè)計(jì)工業(yè)軟件的競(jìng)爭(zhēng)。
新一代工業(yè)軟件變革關(guān)鍵技術(shù)主要包括：
基于模型的全系統(tǒng)統(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一仿真及軟件自動(dòng)生成技術(shù)：以系統(tǒng)工程、CPS為主要特征的新一代數(shù)字化技術(shù)變革，催生著兼容傳統(tǒng)工業(yè)軟件的新模式、新方法與新技術(shù)，以數(shù)字化模型為基礎(chǔ)，以統(tǒng)一框架、統(tǒng)一模型、統(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一仿真、系統(tǒng)優(yōu)化、嵌入式軟件自動(dòng)生成和統(tǒng)一的工業(yè)知識(shí)模型庫(kù)為目標(biāo)，即基于模型的全系統(tǒng)統(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一仿真及代碼自動(dòng)生成技術(shù)將是新興工業(yè)軟件的重要方向，也是當(dāng)前數(shù)字主線、數(shù)字孿生等熱門應(yīng)用的技術(shù)支撐。
面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)APP創(chuàng)建、運(yùn)行、聯(lián)合及生態(tài)技術(shù)：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是全球新一輪產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)，工業(yè)APP本質(zhì)是工業(yè)知識(shí)的軟件化，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)APP為工業(yè)知識(shí)軟件化提供了渠道，這是我國(guó)工業(yè)軟件利用互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢(shì)與新一輪產(chǎn)業(yè)機(jī)遇換道超車的另一個(gè)歷史機(jī)遇。工業(yè)APP以其微內(nèi)核、高內(nèi)聚、高專用的特征可以屏蔽傳統(tǒng)大型通用軟件的技術(shù)復(fù)雜性，特別是機(jī)理模型類工業(yè)軟件的通用性技術(shù)門檻，為我國(guó)工業(yè)軟件的后來居上提供了新的途徑。
機(jī)理模型、大數(shù)據(jù)、人工智能融合的新興工業(yè)軟件技術(shù)：德國(guó)西門子2015年推出工業(yè)云服務(wù)平臺(tái)MindSphere，法國(guó)ESI集團(tuán)2015年收購(gòu)大數(shù)據(jù)公司Mineset，法國(guó)達(dá)索、美國(guó)Altair等國(guó)際大公司紛紛布局大數(shù)據(jù)和人工智能，擬將機(jī)理模型與大數(shù)據(jù)相結(jié)合，推動(dòng)人工智能邁向工業(yè)智能，這將是下一輪工業(yè)軟件革命的重要方向。鑒于裝備產(chǎn)品運(yùn)行場(chǎng)景的復(fù)雜性和故障場(chǎng)景的偶然性，裝備產(chǎn)品運(yùn)行數(shù)據(jù)大而不全，在消費(fèi)領(lǐng)域大獲成功的“大數(shù)據(jù)+人工智能”模式，在工業(yè)領(lǐng)域必須輔以機(jī)理模型，即“機(jī)理模型+大數(shù)據(jù)+人工智能”才有可能催生工業(yè)智能，并成為下一代智能化工業(yè)軟件的基礎(chǔ)。
發(fā)展自主研發(fā)設(shè)計(jì)工業(yè)軟件已經(jīng)成為國(guó)家戰(zhàn)略，這是我國(guó)工業(yè)由大變強(qiáng)、從“制”到“智”的必然道路。目前大部分國(guó)產(chǎn)軟件與國(guó)外同類領(lǐng)先軟件差距較大，部分商品化工業(yè)軟件存在空白，前期國(guó)產(chǎn)工業(yè)軟件生態(tài)環(huán)境艱難。但自2019年以來積極因素越來越多，中國(guó)龐大的工業(yè)市場(chǎng)、一系列舉世矚目的重大工程項(xiàng)目以及正在啟動(dòng)的工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了世界最龐大的工業(yè)軟件需求市場(chǎng)。
我國(guó)自主研發(fā)設(shè)計(jì)工業(yè)軟件發(fā)展，目前面臨三個(gè)任務(wù)：一是現(xiàn)有但不強(qiáng)的三維CAD、有限元CAE等工業(yè)軟件如何加快發(fā)展，迎頭趕上;二是目前空白的傳統(tǒng)工業(yè)軟件如專業(yè)仿真CAE軟件等如何填補(bǔ)空白;三是如何抓住機(jī)遇發(fā)展新一代研發(fā)設(shè)計(jì)工業(yè)軟件。
現(xiàn)有的CAD和CAE軟件，在產(chǎn)品成熟度、市場(chǎng)占有率、研發(fā)投入都遠(yuǎn)不如國(guó)外軟件的情形下，即使有政策生態(tài)環(huán)境的支持，在功能和性能上硬拼會(huì)是一個(gè)非常艱難、非常長(zhǎng)期的事，更不用說國(guó)際工業(yè)軟件巨頭已經(jīng)將競(jìng)爭(zhēng)從單個(gè)工具拉到了數(shù)字化平臺(tái)層面，我國(guó)CAD、CAE軟件發(fā)展的出路在于傳統(tǒng)軟件與新興工業(yè)軟件技術(shù)結(jié)合的技術(shù)創(chuàng)新，以及傳統(tǒng)軟件和行業(yè)融合的應(yīng)用創(chuàng)新，創(chuàng)新是我國(guó)工業(yè)軟件發(fā)展的唯一出路。作者團(tuán)隊(duì)用系統(tǒng)仿真軟件在航空、航天等行業(yè)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械、控制、流體、電氣等專業(yè)的建模仿真，這為系統(tǒng)仿真軟件+專業(yè)模型庫(kù)替代專業(yè)仿真軟件提供了一條新的發(fā)展路線，也提供了發(fā)展新一代工業(yè)軟件反向輻射傳統(tǒng)工業(yè)軟件的希望。
因此，如何抓住機(jī)遇發(fā)展新一代研發(fā)設(shè)計(jì)工業(yè)軟件才是重中之重。在系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)與仿真、工業(yè)APP平臺(tái)、智能化工業(yè)軟件等新的賽道上，發(fā)展新一代研發(fā)設(shè)計(jì)工業(yè)軟件，一方面是抓住未來工業(yè)軟件競(jìng)爭(zhēng)的先手，另一方面在徹底掌握自主新興工業(yè)軟件之后，可以反向輻射覆蓋發(fā)展傳統(tǒng)工業(yè)軟件，彌補(bǔ)短板，同時(shí)也為CAD、CAE等已有基礎(chǔ)的傳統(tǒng)工業(yè)軟件的發(fā)展提供技術(shù)融合創(chuàng)新的支持。
周凡利 蘇州同元軟控信息技術(shù)有限公司總經(jīng)理
本文發(fā)表于《中國(guó)工業(yè)和信息化》雜志2020年3月刊總第21期
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