来源 | 数字工业知识中心、航空制造网、空天大视野

中国工业软件该如何突围？

在今年中兴事件后，国人都知道芯片是一项最重要的核心技术。但是，至今很少有人知道，尽管中兴每年进口六七十亿美元的芯片，但如果美国禁用只有数百万美元的电子工程设计软件，那么，上百亿的芯片也不过是一堆高级硅土。

当智能制造和工业4.0的目标越来约聚焦在数字化设计、数字化工厂和数字化运营服务的时候，“数字建模和仿真”再次成为一切数字化工业背后最为闪耀的明星。最为重要的制造领域的三个软件工具，CAD（计算机辅助设计）、CAE（计算机辅助工程）和CAM（计算机辅制造），成为中国信息化最熟悉、然而看上去却是现在最为薄弱的领域。在这三种软件中，含金量最高而我国最为薄弱的当推CAE软件。

作为制造业的“皇冠”，如今的航空航天产业早已迈进数字化设计阶段，人们手工制图的阶段已不复存在，目前已经对这类设计软件高度依赖。因为飞机的设计极为复杂，各种结构件和标准件之间的配合需要十分精密，如果仍采用手工设计，在图纸到实物的转化中，过度依赖操作工人的理解、经验和技能水平，这将会消耗大量人力物力，而航空航天业的发展却面临着激烈的国际竞争。只有不断研发出更好性能、更低价格和更快的研发时间，才能在激烈的竞争中保持优势地位。

据国外资料表明，在产品的研发过程中正确使用CAE软件，可以大大减少设计过程中产生重大变化的概率，有数据表明甚至降低了15倍；缩短了产品研发时间的60%；降低产品使用中的故障率83%；产品的成本也有所下降。

航空航天发展对CAE软件的需求

随着人类对航空航天飞行器的要求不断提高，为了満足航空航天飞行器提高性能、降低成本和减少研发时间的要求，将要求采用能力更强、计算更便捷的CAE软件。下面按飞行器的飞行速度和飞行高度，从低到高依次来介绍这些飞行器对CAE软件需求。

1.常规飞机的需求

一般来说，飞机的设计可分为概念设计、初步设计和详细设计三个阶段。在概念设计阶段，要求CAE软件能提供有一定淮度而快 方便计算各种飞机构型，在巡航飞行状态的能力。在初步设计阶段，要求CAE软件能具有提供所选飞机构型的适中准度的仿真能力，具有能进行性能确认和优化的能力，并能自动生成变化的构型和自动生成数据库的能力。在详细设计阶段要求进一步解决飞机设计中存在的复杂的设计问题。这就对CAE软件采用的物理模型和计算的准度提出了更高的要求。

图1 CFD软件在常规飞机设计中的应用

2.高超声速飞行器的需求

目前世界各国发展的高超声速飞行器，主要有两大类。一类是以火箭发动机为动力的高超声速飞行器，如高超声速助推滑翔导弹和航天飞机等；另一类飞行器是以吸气式发动机为动力的高超声速飞行器，如高超声速巡航导弹、高超声速飞机和空天飞机等。前一类飞行器对CAE软件的要求，是提供设计气动防热和稳定控制的仿真。后一类飞行器对CAE软件的要求，除了包括类似于前一类飞行器的要求外，还要提供吸气式发动机的仿真能力。

高超声速飞行器的设计过程，已经不同于常规飞机。首先高超声速飞行器己经不能像飞机那样，将飞行器的机体和发动机分开来单独设计，而必须将机体与发动机进行一体化设计。

图３ 高超声速飞行器要求采用新的设计方法

3.航天飞行器的需求

航天飞行器是飞行器中经历的环境最为复杂的飞行器。它们不仅承受比常规飞机和高超声速飞机更高的速度、温度和压力和这些参数的极端变化，而且它们还承受太空中的严酷的辐射环境，因此，它们对CAE软件的要求最高。载人的飞行器，为了提可靠性和安全性，其要求比无人飞行器的要求更高。目前，美国等航天强国，对于近地轨道和探索月球的飞行器，已日趋成熟，而其进一步发展的目标，将是提高性能、降低成本和扩大应用。但对于目的地是火星的飞行器，总体上仍处于探索阶段。

一般来说，航天飞行器可分为运载器和航天器两大类。运载器目前主要采用火箭发动机，未来也可能发展出新的动力系统。对于火箭发动机来说，急需开发全仿真软件，以大规模减少地面试验的次数而大大降低开发成本。美国的SpaceX公司开发的火箭发动机仿真软件，在降低火箭研制成本中起了明显的作用。

图３ 美国SpaceX公司应用了火箭发动机CFD仿真软件

在最近几年，伴随着数字化、网络化和智能化的深入发展，中国制造正在向智能制造迅速转型。中国制造业缺少核心的工业软件，将是一柄达摩克利斯之剑，长悬于中国制造之顶。没有自主核心工业软件的支撑，中国制造强国和航空航天强国之梦仍难变成现实。

工业软件有多重要

作为短板的危害就有多大

工业软件的本质是工业品。它从来都是工业的结晶，而非IT的产物。工业软件是工业化长期积累的工业知识与诀窍的结晶，是工业化进程的不可缺少的伴生物。而在中国，很多时候，它却被简单地认为更多是IT软件属性，跟其他管理软件、甚至互联网一起发展。这是一个天大的误判。

而且，这个误判对制造业的发展而言，是一个致命的误伤。如今西门子、GE、施耐德等工业巨头都在拼命并购软件，打造软硬一体化的公司。仅就代码行数而言，世界上最大的软件公司，不是微软，不是 SAP，而是制造业的翘楚、全球最大的军火商洛克希德马丁公司。

时至今日，每一件工业品，几乎都是工业软件的结晶，每一台装备，离开了软件都不能运行。但是，每一种国外工业软件里面究竟有什么，却是谁也说不清。这是一个失控的数字世界。貌似强大的“中国制造”，恰恰就是站立在失控的工业软件的数字世界之颠。

当许多人都在沉迷工业互联网、人工智能、大数据来推动制造业转型升级的时候，没有人意识到这些概念如果脱光了一层一层衣服，最内核的就是工业软件。

从现状分析

看我国工业软件的突围之路

如果说，以前软件只是硬件的附属物，那么，现在的软件已反客为主，成为了机器的大脑和神经，主宰了机器世界的运行逻辑。

没有工业软件，智能制造就是空想。智能制造涉及硬件、软件、网络、计算等多种技术和制造技术的融合，而工业软件是其中最为关键的技术。无论是硬件、网络、计算等技术和制造工艺融合，都离不开软件定义、编码和封装。

没有自主可控的工业软件，智能制造就无从谈起。而工业软件涉及工业制造、企业管理的各个方面，存储、处理大量数据，一旦泄密，后果不堪设想。

早在2011年，法国达索公司旗下的机械设计软件——SolidWorks，就被爆料存在安全“后门”，将个人计算机上的信息泄露给他人。

虽然Solidworks予以否认，但因为这款软件在中国应用非常广泛，事关重大。国家相关部门随即通知各军工企业停止使用该软件，以防资料被窃取而导致可能的泄密事件。工信部也下发通知，要求加强工业控制系统信息安全管理。

我们不能将国家的信息安全寄希望于外国软件的商业道德与自律，加快研发自主可控软件，是保证中国信息安全的重要手段。

首先是高端人才的问题，但凡软件可以写到符合工业软件级别的，都是编程能力很不错的，基本都被互联网，金融等行业吸引走了，留下来的都是靠情怀，而情怀能在现实面前支持多久，谁也不好说。

其次，工业软件本质是工业产品，是需要时间去结晶的，个人、公司、社会、客户，谁都等不起这个时间。没有时间的工业软件就是会有各种bug，这些bug又经常是高风险，而高风险换来的不一定是高回报。

最后工业软件，本质上还是不能脱离行业，而国内的工业还没有走到标准化和高质量的阶段，大量的工业软件要为这些不是标准化的东西去买单。另外，这些工业行业的从业人员，很多也没有对工业软件有足够的重视程度，目光所及，看到的是设备，看不到的是工业软件。

说了那么多劣势，其实我们也有自己的优势：

首先在于场景，类似移动互联网，中国制造的生态和产业链丰富，有足够多的场景去需要工业软件，德国或者美国的工业软件都是航天或者汽车领域催生出来的。中国的工业软件也许会走一条不一样的路，比如选择的一些基本的物流或者核电等行业，也是大量需要工业软件的。

大量的应用场景带来的是理论方法的创新，最新的多领域物理统一建模理论方法，与技术所创造的知识自动化技术体系，正在使得工业软件生成方式发生改变。而经过十一五、十二五的一些前期工作，中国在这方面已经慢慢有所建树。

如果可以深入持续的开展工业知识（模型）的表达与互联研究，建立模型重用、在新工科教育中强化工业软件的基础作用、制定相关产业联动政策鼓励工业界采用国产替代技术等，未来还是有所期待的。

最后是体制，工业软件需要从上层标准的建立，来确定底层的开发设计逻辑。“所以很多人建议把工业软件的发展放到航空、航天、兵工、船舶等行业同等重要的地位，发挥我们举国体制优越性，破解工业软件受制于人的局面。