以工业互联网“新基建”为契机突破工业软件“卡脖子”难题

作者:未知

   近期,工业软件“断供”现象成为了社会热点话题。从华为被“断供”仿真软件Ansys,到哈工大、哈工程等高校被“断供”科学计算软件Matlab,工业软件“卡脖子”问题备受各界瞩目。工业软件是什么?中国工业软件为什么没有发展起来?中国工业软件还能发展起来吗?如果能,该如何发展?我们结合自身的实践探索,谈谈关于以工业互联网“新基建”为契机,突破工业软件“卡脖子”难题的思考,与工业软件界行业专家们探讨。
   一、中国工业软件没有发展起来的重要原因
   工业软件是伴随高端工业内生成长而孵化出来的。中国是非内生的现代化国家,现代化进程“嫁接”在西方核心技术之上,长时间以来没有自主工业软件发展的内生需要,因此自主工业软件一直没有发展起来。
   工业革命经历了机械化、电气化、数字化、网络化四个阶段,以“CAX”為代表的工业软件是第三次工业革命即计算机技术与工业融合的核心产物。CAX包括CAD(Computer Aided Design,即计算机辅助设计)、CAE(Computer Aided Engineering,即计算机辅助工程)、CAM(Computer Aided Manufacturing,即计算机辅助制造)等。通俗地说,CAD是替代手工绘图,CAE是替代物理实验,CAM是实现生产自动化。在第四次工业革命即互联网技术与工业融合的过程中,“CAX”将演变为“IAX”,即互联网“Internet”辅助设计(IAD)、工程(IAE)和制造(IAM)。
   工业软件是由正向内生发展的高端工业孵化出来的,中国不是一个内生的现代化国家,所以中国没有孵化出工业软件。世界知名的工业软件公司都是在计算机技术服务于高端工业的正向研发、内生发展过程中成长起来的。Nastran诞生于美国国家航空航天局(NASA),用于航空航天工业的结构分析;ANSYS公司诞生于美国西屋电气公司的太空核子实验室,用于计算机辅助火箭发动机的应力分析;达索系统诞生于法国达索航空,用于飞机、汽车的设计制造。中国完成机械化、电气化、数字化这三次工业革命的路径基本是跟随模仿西方发达国家,较少遇到正向研发的内生发展问题,工业发展是“嫁接”在西方核心技术基础上之上的,没有自主发展的内生需要。
   二、中国工业软件发展前景
   中国制造业的转型升级将催生对工业软件的大规模需求,将孵化出大批国产工业软件。在网络化与工业化融合的浪潮中,中国工业软件走“网络化带动数字化”的道路,有机会开辟新的赛道。
   有需求就会有供给。中国制造业正在大规模转型升级,从跟随模仿转向自主研发,实现关键核心技术的自主可控,由此必然带来对工业软件的大规模的市场需求,必然会孵化出大量的中国自主的工业软件。首先,“关键核心技术是买不来的”,工业高端领域所需要的核心工业软件技术,国外商业软件不会提供,必须要我们自主开发;其次,广大中小制造业企业的工业软件需求具有“小、散、专”的特征,需要低成本、本土化、定制化开发,国外大型商业软件公司无法满足的情况下,国内新兴工业软件企业更有能力提供本土化精准供给。
   互联网时代催生了新的需求、新的生产方式和新的商业模式。我们发展中国工业软件,不能照搬国外工业软件发展路径,不能“刻舟求剑”。我们需要用时代的技术,开发时代的产品,满足时代的需求。
   首先,互联网创造出新的供求关系,将催生巨大的增量市场。在需求端,互联网能够低成本、高效率地将大量中小企业对工业软件的“小、散、专”的需求汇集起来,以规模效应降低定制成本;在供给端,互联网能够同样低成本、高效率地找到能够满足中小企业“小、散、专”需求的工程师,以规模效应提高定制产出。
   其次,互联网提供了新的软件供给形式。区别于传统大型软件的本地部署形式,互联网软件有IaaS(基础设施即服务)、PaaS(平台即服务)和SaaS(软件即服务)等多个层次。与本地部署的传统大型软件相比,互联网软件的多层解耦和多层复用特性,一方面使得软件最终使用价格得以大幅降低,另一方面使得软件开发能够形成大规模社会化协同。
   新技术一定会带来新的解决方案。正是因为材料技术和仿真技术的进步,让马斯克的猎鹰-9重型火箭能够采用新型的非破坏性的机械弹簧替代传统的具有破坏性的爆炸螺栓来实现火箭推进器分离,使得一级火箭推进器的完整回收成为可能,从而使发射成本直接降低了60%。
   互联网技术与工业的融合,给中国工业软件的发展提供了开辟新赛道的机会。与前三次工业革命的追赶路径不同,互联网驱动的第四次工业革命过程中,中国并不落后,甚至有机会领先。我们需要用“网络化带动数字化、市场化带动国产化”,以新时代的新需求,驱动和培育新供给,实现技术的跨越式发展。中国在消费互联网领域,已经诞生出世界级的互联网企业。依靠中国拥有的全球最丰富的、最完善的工业体系和最多数量的工业企业,以及最大规模的工程师群体,中国一定能够孵化出世界级的工业互联网软件企业。
   三、云道智造“工业PaaS平台+工业APP”模式的探索
   云道智造专注于开发自主可控的IAE(互联网辅助工程)平台,致力于实现计算机仿真技术的普惠应用。
   云道智造力主打造“工业苹果/安卓”系统,以此实现“普惠仿真”的目标。“工业苹果/安卓”以一个统一的强大的开放不开源的仿真引擎作为底层平台(仿真操作系统),支持面向各种工业仿真应用场景的仿真APP开发和运行。
   “工业苹果/安卓”借鉴了移动互联网时代手机的成功模式,是典型的互联网时代的产品。首先,在软件架构上,摒弃了传统商业软件“封闭大系统”的模式,采用“操作系统+应用软件”的分层解耦模式,使主要依赖基础理论的“数学层”、依赖软件开发的“软件层”和依赖工业应用场景知识的“物理层”解耦分离,在技术上支持各个层面的分层协同开发;其次,在商业模式上,放弃了“桌面操作系统时代”单纯的卖软件模式,而是创造多层次商业协作机制和平台,使数学层的求解器、物理层的专业场景化应用(APP)都能够实现大规模社会化交易和复用,调动起全社会各个层面的技术创新能力,用“众创、众包、共享”的生态化模式发展互联网时代的工业软件。    各行各业的工业APP将集中在“仿真APP商店”(www.simapps.com)中呈现。对于工业企业用户来说,不用理解仿真操作系统和仿真APP的开发过程,甚至不需要安装任何仿真软件,只需要直接登陆“仿真APP商店”,就可以找到自己需要的仿真计算工具,既可以在云平台上完成计算,也可以编译下载到本地长期重复使用。如果没有直接找到适用的APP,可以联络类似APP开发者或者平台,进行APP定制开发。
   仿真APP具有明显的互联网产品特征。第一,软件云化,支持云开发、云计算、云存储;第二,无代码化开发,APP开发者不需要懂得编程;第三,小而专,不同于传统单机版工业软件“大而全”;第四,专用性强,融合了特定专业、特定产品的研发设计知识;第五,便于传播,可通过PC、手机等多种渠道分享传播。
   物理世界中的每一个工业品,每一个零部件,都可以并且一定会有一个与之准确对应的仿真APP/数字孪生体。这个仿真APP不仅可以辅助产品研发,不断优化产品设计,还能给用户提供产品使用场景的仿真分析,更便于用户科学合理地使用产品。
   基于上述平台,仿真APP使用者、开发者、平台建设者将协力创造全新的工业仿真生态体系。仿真APP使得包括中小企业在内的广大制造业企业能够高效、便捷地利用计算机仿真技术提高设计、制造和运行维护水平,创造仿真技术的“蓝海市场”。市场需求将带动起大批专业仿真工程师开发专业仿真APP,创造无穷的数字孪生体。
   云道智造则始终聚焦于底层仿真操作系统的打磨、完善和丰富。云道智造所努力追求的,就是用互联网时代的技术,开发互联网时代的产品(互联网的仿真操作系统+仿真APP),满足互联网时代的需求(大量工业企业“小、散、专”的需求),从而创造新的赛道,用“网络化带动数字化、市场化带动国产化”,实现中国工业软件自主、自强发展。
   四、关于中国工业软件行业发展的一些建议
   要把握好互联网时代中国工业软件跨越式发展的历史机遇,除了选择正确的技术路线外,在政策方面需要做好“需求侧牵引”“供给侧结构性改革”等。
   第一,要做好需求侧牵引。中国工业进入高水平发展阶段,工业软件被“断供”的范围会越来越大。我们必须坚定工业软件的自主化道路,由企业创造大量需求,国家持续支持“补短板”工程,以体制优势孵化工业软件企业。国家对工业软件“补短板”的支持,需要吸取高铁领域的成功经验,集中资源和力量扶持核心企业,突破关键核心技术,避免力量分散而被各个击破。同时,在以服务中小企业为核心的“工业互联网”“新基建”中,要重点支持国产工业软件企业,用“新基建”带动“新市场”,实现中国自主工业软件企业的市场化培育和成长。
   第二,要坚持供给侧结构性改革。首先,在教育科研方面,要改革高校和科研机构的研发导向,以“补短板”为核心目标,将核心的研发资源投入到“真实”的战场之中;要推动“新工科”建设,培养更多能够将数字化、网络化、智能化技术应用于工程实践的专业人才。其次,在产业生态发展方面,要通過工业互联网新基建,搭建更加灵活、包容、开放的供给侧协作体系,走“群众路线”,释放中国的“工程师红利”,发挥工业软件作为工业知识和经验“凝结器”的作用,将科研人员和工程师的知识和经验软件化、产品化、市场化,直接面向工业企业解决实际问题,创造产业价值。
   第三,要坚持国家继续投入。工业软件需要长期、持续的研发投入,其产业特性决定了它不能走完全市场化道路,而需要国家资金持续投入。国外的工业软件在诞生、成长、发展过程中,一直都在获得政府的持续扶持。同时,工业软件的开发不依赖于重资产设备,只依赖于一流的人才,因此工业软件企业必须采取灵活的市场化组织形式,给予一流人才充足、自由的市场化激励。全球几乎所有软件公司,都是民营的市场化企业。因此,国家“输血”、民营企业“造血”形式,是工业软件企业发展的关键路径。
   五、工业软件行业从业者要坚定信心,保持开放
   面对中国制造业转型升级带来的大量市场需求,面对互联网与工业融合带来的全新生产方式和商业模式,我们要做好中国的工业软件,在根本上,必须坚定文化自信、制度自信,坚定对外开放。
   发展自主工业软件,我们必须坚定文化自信。中国过去在科技革命领域的落后,并不是文化或科学素养的落后,而是因为整体发展水平较低,没有高端技术发展壮大的土壤。以工业仿真软件为例,中国科学家冯康曾于1964年独立于西方创立了数值求解偏微分方程的有限元方法,形成了标准算法形态,编制了通用计算程序,并及时解决了刘家峡水坝应力分析问题,只是由于缺乏大规模高端工业的支撑,这个技术没有被广泛应用而发展成大型工业软件。目前,中国工业已进入高质量发展阶段,正在形成养育自主高端技术的土壤,再加上互联网技术能够充分发挥中华文化“大一统”优势,释放各领域创新动能,中国一定能够实现新技术的大规模协同共创共享。
   发展自主工业软件,我们必须坚定制度自信。中国的社会主义制度,一方面能够“集中力量办大事”,另一方面能够充分依靠群众、发动群众、服务群众。中国的“民主集中制”高度适合于工业互联网模式的发展。国家能够集中力量以“补短板”的决心长期支持工业软件的自主化突破,能够筑牢工业软件的底层技术基础;通过工业互联网“新基建”调动起最大规模的全社会协同共创共享,能够孵化出海量的工业APP。我们既坚持“让市场在资源配置中发挥决定性作用”,又坚持“更好地发挥政府引导作用”,中国一定能够走出一条工业软件自主化突破的特色道路。
   发展自主工业软件,我们必须坚持对外开放。闭门造车无法形成真正具有竞争力的技术和产品。我们要用中国庞大的增量市场和“一带一路”国际市场,尽可能多地吸收全球先进技术和高端人才,用全世界的技术、人才和市场都为我们的发展服务。同时,以市场倒逼技术,不断强化我们自身的研发能力、产品能力和市场能力,在市场竞争中打磨出强大的中国工业软件企业,力争在第四次工业革命中领先世界。
   (作者为国家数字化设计与制造创新中心北京中心主任、北京云道智造科技有限公司创始人)
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