核心工業(yè)軟件是工業(yè)制造與工程設計創(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)展困境的原因進行了初步分析，在此基礎上思考了國產(chǎn)核心工業(yè)軟件發(fā)展的可行途徑，進而提出可操作的政策建議，望能為促進國產(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)設計、生產(chǎn)控制、服務保障與運營管理四大類，其中CAE、CAD、EDA等研發(fā)設計類軟件是工業(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)軟件是科學計算軟件在工業(yè)產(chǎn)品研發(fā)設計領(lǐng)域的應用，是以科學計算為主緊密結(jié)合工業(yè)技術(shù)的軟件，本質(zhì)是科學計算。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)學題則不同，會就是會，不會的也就基本做不出來了，當然，會做的人里面也有水平高低之分。
研發(fā)設計類工業(yè)軟件地位重要、基礎薄弱、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，這種避重就輕的錯誤思維必將極大挫傷核心工業(yè)軟件的國產(chǎn)化進程，值得警惕。
二 發(fā)展國產(chǎn)核心工業(yè)軟件的難得機遇
發(fā)展國產(chǎn)核心工業(yè)軟件，現(xiàn)在可以說占盡了天時、地利、人和的絕佳時機，機會錯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，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)進入了技術(shù)發(fā)展的平臺期，為保持業(yè)績而進行大規(guī)模并購，以橫向擴展彌補縱向發(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90年代開始發(fā)展的，都有很長的歷史了。這都說明一個問題，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行深度重構(gòu)與改進，以提高軟件性能和適應用戶新的操作習慣。這也傳遞出一個信號，他們需要放緩發(fā)展進程，抽出時間重構(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)需求與機構(gòu)設置產(chǎn)生巨大錯位
以CAE軟件為例，據(jù)初步統(tǒng)計，CAE軟件的核心求解器涉及力學、物理學、數(shù)學、航空宇航科學與技術(shù)、計算機科學技術(shù)等11個一級學科， 30多個二級學科，幾乎涵蓋全部力學二級學科，三級學科高達110多個;CAE軟件的前后處理器主要涉及計算機科學技術(shù)和數(shù)學兩個一級學科，6個二級學科，12個三級學科。由此可見，核心工業(yè)軟件特別是CAE軟件是一個涉及眾多學科的綜合體，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)團隊才能勝任，遠非一個研究室、教研室、實驗室、課題組或一個中小規(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構(gòu)基本按照學科分類部署研究室、教研室、實驗室等基層研究單位，并按對應學科對成員進行考核，雖然也逐步建立了許多跨學科基層研究單位，但所跨學科數(shù)量也遠遠低于CAE軟件所涉及學科的數(shù)量。技術(shù)需求與機構(gòu)設置產(chǎn)生巨大錯位，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)生巨大錯位
從技術(shù)上講，核心工業(yè)軟件可劃分為三個層面。第一個層面是科學研究層面，在這個層面上，國內(nèi)科研院所、高校等機構(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。第二個層面是科學計算層面，是把科學研究層面的方法、算法、模型等基礎技術(shù)通過計算機編程語言轉(zhuǎn)化為代碼，通過計算機分析運行解決各種工程、科研問題。這些科學計算代碼基本都是科研人員自行編寫的計算程序，多因項目進程影響只注重解決核心問題，很少考慮日后的擴展問題，還遠不能稱為軟件。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，解決代碼適用的廣度、深度問題，提高代碼的計算效率、計算規(guī)模、計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該是這個層面的問題，而國家資金卻基本都投入到了第二個層面中去。資金需求與投資方向產(chǎn)生巨大錯位，這是造成國產(chǎn)工業(yè)軟件發(fā)展困境的另一個原因。
03 發(fā)展模式的錯位
國內(nèi)科研體系的架構(gòu)下的科研成果有個極其鮮明的特性，那就是時間積累短，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)并購進行橫向擴展。事實證明，再多的“平房”也很難形成高大堅固的“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研究與科學計算發(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，除了資金別無可投，比如研發(fā)核心工業(yè)軟件的基礎資源。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)、工程設計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。基于這樣一個基本事實，國產(chǎn)核心工業(yè)軟件發(fā)展的第一個目標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的現(xiàn)實意義。一是培養(yǎng)補課意識，端正心態(tài)認識差距;二是降低表面難度，增強了軟件開發(fā)的信心;三是可以避免急功近利、好高騖遠;四是這個定位的產(chǎn)品足以滿足絕大多數(shù)工業(yè)、工程設計需求;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)系成為當務之急，這就需要建立新型科技成果轉(zhuǎn)化機制，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)軟件基礎成果(科學計算程序)的新型成果轉(zhuǎn)化機制便呼之欲出了，在這個新型機制下，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，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，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)軟件的政策與立項建議
為促進國產(chǎn)核心工業(yè)軟件快速有序補課發(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建議。
1、制定長遠規(guī)劃
核心工業(yè)軟件沒有至少十年的長遠規(guī)劃要想趕上國外水平基本不現(xiàn)實。
2、制定可實現(xiàn)目標
瞄準世紀初國外主流軟件水平、能力、功能，踏實補課，第一個目標是世紀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、項目服務型、銷售咨詢型核心工業(yè)軟件相關(guān)企業(yè)，重點扶持以產(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)升級維護的策略與計劃、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、重點精準投入
以研發(fā)設計類軟件為重點方向，以軟件工程化研發(fā)為重點對象，重點投入扶持種子企業(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足基礎課，傳統(tǒng)工業(yè)軟件是基礎，沒有這個基礎其它新鮮花樣、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，同時獲得市場效益促進產(chǎn)品的持續(xù)發(fā)展與升級維護，早日與國撥項目資金斷臍，獨立發(fā)展。
以CAE軟件為例的共用技術(shù)立項建議
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目錄清單，作為以后立項指標設定的參考依據(jù)。責成相關(guān)科研與開發(fā)單位按該目錄清單上報其程序、軟件的具體詳細功能，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)，找準差距，有針對性地設立項目創(chuàng)舊補課，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，設計或搜集各功能模塊的分析計算實例，形成系統(tǒng)、全面的考核算例庫，除按專業(yè)功能進行分類外，還要劃分為功能驗證型和性能測試型兩大類?？己怂憷龓炜勺鳛轫椖苛㈨椗c結(jié)題時輔助專家評審的一個客觀依據(jù)，也是軟件開發(fā)的功能參照?？己怂憷龓鞈３蛛S時動態(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)一標準。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、便于驗收考核、促進國內(nèi)軟件快速發(fā)展，制定統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式標準勢在必行。
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)設立專項，集中國內(nèi)核心力量重點突破，項目結(jié)題后回收相關(guān)代碼通過驗收，并在業(yè)內(nèi)共享使用。
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