核心工業(yè)軟件是工業(yè)制造與工程設(shè)計(jì)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(jìn)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(jìn)而提出可操作的政策建議，望能為促進(jìn)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(jì)、生產(chǎn)控制、服務(wù)保障與運(yùn)營管理四大類，其中CAE、CAD、EDA等研發(fā)設(shè)計(jì)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(jì)算軟件在工業(yè)產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用，是以科學(xué)計(jì)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(jì)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(jì)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(cuò)誤思維必將極大挫傷核心工業(yè)軟件的國產(chǎn)化進(jìn)程，值得警惕。
二 發(fā)展國產(chǎn)核心工業(yè)軟件的難得機(jī)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(shí)、地利、人和的絕佳時(shí)機(jī)，機(jī)會錯(cuò)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(yùn)，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(jià)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(jià)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(cuò)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(jìn)入了技術(shù)發(fā)展的平臺期，為保持業(yè)績而進(jìn)行大規(guī)模并購，以橫向擴(kuò)展彌補(bǔ)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(jì)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(diǎn)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(jì)90年代開始發(fā)展的，都有很長的歷史了。這都說明一個(gè)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(jìn)行深度重構(gòu)與改進(jìn)，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(gè)信號，他們需要放緩發(fā)展進(jìn)程，抽出時(shí)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(jī)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(jī)構(gòu)設(shè)置產(chǎn)生巨大錯(cuò)位
以CAE軟件為例，據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，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(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)等11個(gè)一級學(xué)科， 30多個(gè)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(dá)110多個(gè);CAE軟件的前后處理器主要涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)和數(shù)學(xué)兩個(gè)一級學(xué)科，6個(gè)二級學(xué)科，12個(gè)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(gè)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(tuán)隊(duì)才能勝任，遠(yuǎn)非一個(gè)研究室、教研室、實(shí)驗(yàn)室、課題組或一個(gè)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(jī)構(gòu)基本按照學(xué)科分類部署研究室、教研室、實(shí)驗(yàn)室等基層研究單位，并按對應(yīng)學(xué)科對成員進(jìn)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(yuǎn)遠(yuǎn)低于CAE軟件所涉及學(xué)科的數(shù)量。技術(shù)需求與機(jī)構(gòu)設(shè)置產(chǎn)生巨大錯(cuò)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(cuò)位
從技術(shù)上講，核心工業(yè)軟件可劃分為三個(gè)層面。第一個(gè)層面是科學(xué)研究層面，在這個(gè)層面上，國內(nèi)科研院所、高校等機(jī)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(gè)層面是科學(xué)計(jì)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(jì)算機(jī)編程語言轉(zhuǎn)化為代碼，通過計(jì)算機(jī)分析運(yùn)行解決各種工程、科研問題。這些科學(xué)計(jì)算代碼基本都是科研人員自行編寫的計(jì)算程序，多因項(xiàng)目進(jìn)程影響只注重解決核心問題，很少考慮日后的擴(kuò)展問題，還遠(yuǎn)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(gè)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(jìn)，解決代碼適用的廣度、深度問題，提高代碼的計(jì)算效率、計(jì)算規(guī)模、計(jì)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(gè)層面的問題，而國家資金卻基本都投入到了第二個(gè)層面中去。資金需求與投資方向產(chǎn)生巨大錯(cuò)位，這是造成國產(chǎn)工業(yè)軟件發(fā)展困境的另一個(gè)原因。
03 發(fā)展模式的錯(cuò)位
國內(nèi)科研體系的架構(gòu)下的科研成果有個(gè)極其鮮明的特性，那就是時(shí)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(shí)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(jìn)行橫向擴(kuò)展。事實(shí)證明，再多的“平房”也很難形成高大堅(jiān)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(jì)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(jìn)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(shí)，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(jì)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(gè)基本事實(shí)，國產(chǎn)核心工業(yè)軟件發(fā)展的第一個(gè)目標(biāo)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(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。一是培養(yǎng)補(bǔ)課意識，端正心態(tài)認(rèn)識差距;二是降低表面難度，增強(qiáng)了軟件開發(fā)的信心;三是可以避免急功近利、好高騖遠(yuǎn);四是這個(gè)定位的產(chǎn)品足以滿足絕大多數(shù)工業(yè)、工程設(shè)計(jì)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(yàn)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(yàn)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(jī)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(jī)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(jì)算程序)的新型成果轉(zhuǎn)化機(jī)制便呼之欲出了，在這個(gè)新型機(jī)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(xiàng)建議
為促進(jìn)國產(chǎn)核心工業(yè)軟件快速有序補(bǔ)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(xiàng)建議。
1、制定長遠(yuǎn)規(guī)劃
核心工業(yè)軟件沒有至少十年的長遠(yuǎn)規(guī)劃要想趕上國外水平基本不現(xiàn)實(shí)。
2、制定可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)
瞄準(zhǔn)世紀(jì)初國外主流軟件水平、能力、功能，踏實(shí)補(bǔ)課，第一個(gè)目標(biāo)是世紀(jì)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(xiàng)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(diǎn)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(hù)的策略與計(jì)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(diǎn)精準(zhǔn)投入
以研發(fā)設(shè)計(jì)類軟件為重點(diǎn)方向，以軟件工程化研發(fā)為重點(diǎn)對象，重點(diǎn)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(bǔ)足基礎(chǔ)課，傳統(tǒng)工業(yè)軟件是基礎(chǔ)，沒有這個(gè)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(diǎn)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(shí)獲得市場效益促進(jìn)產(chǎn)品的持續(xù)發(fā)展與升級維護(hù)，早日與國撥項(xiàng)目資金斷臍，獨(dú)立發(fā)展。
以CAE軟件為例的共用技術(shù)立項(xiàng)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(xì)目錄清單，作為以后立項(xiàng)指標(biāo)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(bào)其程序、軟件的具體詳細(xì)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(zhǔn)差距，有針對性地設(shè)立項(xiàng)目創(chuàng)舊補(bǔ)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(jì)或搜集各功能模塊的分析計(jì)算實(shí)例，形成系統(tǒng)、全面的考核算例庫，除按專業(yè)功能進(jìn)行分類外，還要?jiǎng)澐譃楣δ茯?yàn)證型和性能測試型兩大類?？己怂憷龓炜勺鳛轫?xiàng)目立項(xiàng)與結(jié)題時(shí)輔助專家評審的一個(gè)客觀依據(jù)，也是軟件開發(fā)的功能參照。考核算例庫應(yīng)保持隨時(shí)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(biāo)準(zhǔn)。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(yàn)收考核、促進(jìn)國內(nèi)軟件快速發(fā)展，制定統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)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(xiàng)，集中國內(nèi)核心力量重點(diǎn)突破，項(xiàng)目結(jié)題后回收相關(guān)代碼通過驗(yàn)收，并在業(yè)內(nèi)共享使用。
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