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2010产品创新数字化峰会征文:自主CAE软件产业的正奇之道

2010/11/11    来源:e-works    作者:陆仲绩      
关键字:CAE  软件产业  PITAC  
现今的科学计算已经成为科学技术发展中具有战略重要性的研究手段,与传统的理论研究和实验室实验一起构成了现代科学技术和工程设计中互相补充、互相关联的研究方法,被国际上称为21世纪科学研究的三大“支柱”,CAE软件产业以其“计算科学”的核心价值已经成为不容置疑的战略新兴产业。在美国总统信息技术咨询委员会(PITAC)2005年6月提交的《计算科学:确保美国竞争力》报告中,就再次将其提升到国家核心科技竞争力的高度,“计算科学采用先进的计算能力理解和求解复杂问题, 已经成为美国科技领导地位、经济竞争力和国家安全的关键,计算科学是21世纪最重要的技术领域之一”。

0.前言

    现今的科学计算已经成为科学技术发展中具有战略重要性的研究手段,与传统的理论研究和实验室实验一起构成了现代科学技术和工程设计中互相补充、互相关联的研究方法,被国际上称为21世纪科学研究的三大“支柱”,CAE软件产业以其“计算科学”的核心价值已经成为不容置疑的战略新兴产业。在美国总统信息技术咨询委员会(PITAC)2005年6月提交的《计算科学:确保美国竞争力》报告中,就再次将其提升到国家核心科技竞争力的高度,“计算科学采用先进的计算能力理解和求解复杂问题, 已经成为美国科技领导地位、经济竞争力和国家安全的关键,计算科学是21世纪最重要的技术领域之一”。

   2007年下半年,中国科学院向国务院呈送《关于发展事关国家竞争力和国家安全战略的CAE软件产业的建议》的报告:CAE软件技术可对工程结构与产品的性能及其生产加工过程,进行分析、模拟、预测、评价和优化,是所谓“虚拟制造”、“数字化制造”的核心技术,对于我国制造业和国民经济的繁荣发展具有举足轻重的作用。

    发展和建设自主CAE软件产业无疑是当前值得人们去思考和探索的话题。现仅围绕以下三个问题作一交流:在商业软件普遍流行的今天,有无必要?靠一家之长成功开发商业CAE软件系统,是否可行?个人或小团体在软件产业建设中的作用和大局意识,如何监督?

1.发展自主CAE软件产业刻不容缓

    国外主流CAE软件以其人性化交互使用界面、规范方便的软件接口、成熟可靠的求解算法,已经垄断了国内的CAE市场多年,并不断推出新的版本和理念保证市场的占有量。是否有必要建设自主CAE软件系统的讨论已经有多年。特别在众多教学实践中,目前确实没有比国外主流软件更方便更流行的教学工具了。独步天下,无疑就是自然的垄断。垄断是把双刃剑,在市场经济的商战中,是赢得财富的工具;在国际政治的较量中,可以是实行威胁利诱的手段。CAE软件系统作为某些国防科技和前沿科学研究领域唯一可行的模拟仿真工具,其自主权是不可替代的。仅以公开发表可得到的文章为例,看看有无必要:

    航空发动机:中国航空动力机械研究所把其看成是航空发动机研发的瓶颈,认为能否成功设计出好的飞机发动机,直言软件因素至少占到一半,最先进的“软装备”不可能买到,想要拥有核心竞争力,软件就得同步走。开发工程分析软件需建立物理模型,完善模型需巨大投入。而我国企业不具备此实力,“现在也有一些小公司搞这类软件,但他们更多的是‘倒卖’,在国外产品上稍微加点东西,本质上技术进步不大。”。

    舰船海洋工程:在舰船研究设计中应用CAE技术是很普遍的应用,也普遍使用商业软件进行整舰水下爆炸冲击计算。虽然在市场上有许多商业软件都宣称可以提供“水下爆炸”模拟仿真的功能,然而真正可以实用到实船设计的水下爆炸CAE软件是严格控制出口到中国的软件,即使到美国访问的中国学者,也被严格限制接触该软件。该软件出口到其他美国同盟国家也必须经过美国国会批准。

    大型飞机设计:近年启动的大型飞机研制重大科技专项中,对于高端的、真正应用于飞机设计的软件,国外公司都严格保密,我们无法买到,能得到的是版本低、进度低、限制CPU使用量级的,难以满足推广使用,更重要的是,没有软件源代码极大地约束了我国大型飞机的整体设计和制造业的长远发展。

    核电站:要有自己的软件,才能有平等的地位:来自核工院的深有体会“有些软件我们愿意出高价,美国人也不卖给你。而对于欧洲有些国家,因为有自己相同的软件,不要钱就可以免费得到”。我们应该在国家层面关注自主CAE产业建设。不能体现出自己的实力,就没有你的地位。只要自身能力增强,就会得到竞争者的尊重和认真对待。

    超级计算机:目前国内众多大规模计算机系统都处于“机器用不满或缺少大规模应用”的状态,虽然利用超算中心资源的可以缓解部分中小企业“买不起”的尴尬,但使用160核以上的仅仅占到1%,“大机器,小应用”已经成为困扰大规模计算的重要课题。我们需要的是能够充分发挥大规模计算资源的应用软件,而国外商业软件除了价格垄断以外,一些技术含量高些的模块根本就不卖。结果导致高性能计算机的效率大大降低,也根本没有发挥和体现高性能计算机(超级计算机)的功能和价值,就像高速路上挤满了自行车,极大地浪费了宝贵的资源。

    正是有了自主开发的软件系统,在航空、航天及重大工程项目中,发挥了不可替代的重要作用,打破了国外在CAE软件行业的垄断和对中国的封锁,使国外软件由有限制的高价租用逐步转为放开销售。我们所取得的成就完全要靠各自的艰辛努力方才守住各一方的“领地”,得不到相应所需的技术和服务,其影响的是整个国家的竞争能力,谁知其艰辛和责任,发展自主CAE软件产业有必要吗!其实发展通用可持续发展的软件集成系统更应是社会公共责任和产业结构中不可或缺的那部分。

2.开发CAE软件系统必是社会工程

    30多年来,中国的知识分子中从不缺乏“M.S.C”的精英组合,也不缺乏类似"Swanson"的工程科学家人才,没有实现商业上的成功和形成自主产业的雏形,有其众多的因素。当然现在的创业环境比起过去确实有翻天覆地的变化,但新形势下的竞争有了新的规则。如果说30年前的软件可以靠单项技术杀出一条生路,那么现在的软件可就得是海陆空全方位立体作战系统了,更加激烈残酷。靠一家之长成功开发商业CAE软件系统,也是困难的。以最基本的商业软件开发要求而论,就需要逾越几道难翻越的坎:

    软件系统的质量标准认定 “一流企业做标准、二流企业做品牌、三流企业做产品”,MSC依托被美国联邦航空管理局认证为领取飞行器适航证指定的唯一验证软件而独步江湖多年就是一明显例证。成熟的软件企业以开发生产、系统集成、应用服务和其他相应技术服务为主要任务,并取得相应的软件开发资质等级认证。计算机信息系统集成资质等级评定是通向市场的依据和标准,而个体因难以达到较高资质等级而在市场竞争中失去份额;目前主流CAE软件系统大都集成和开发有数十个专业应用分析程序,在众多领域经历了验证和分析的来回反复修正。在国家层面发展自主CAE软件系统,可以将以往积累的大量成果和经验作为软件开发的基础,也可以在基础研究中“有的放矢”可以投入,但作为个体是无法胜任多领域作战的这个重任。

    通用软件的综合系统工程 主流CAE软件的成功推广,很大程度在于具有便捷的用户交互界面和集成软件功能的开发平台。便捷的用户交互界面需要日新月异的实体图象处理技术作为依托;集成软件功能的开发平台则更多注重多目标多学科的网络化系统管理。国外成功的主流软件往往借助资本的力量,通过收购、兼并、组合等手段达到占有市场的目标,国内软件开发如依托别人软件平台进行的努力,可以取得一时的成功,但要成为自主经营的系统的努力,从来就没有成功的先例,反而造成人员加速流失的后果。

    自主CAE软件系统应以有别于国外成熟流行的技术作为蓝本,而把具有自主领先的应用技术作为构建开放、技术密集型软件系统的核心技术平台。在更高的层面(国家层面)、更新的理论方法和更贴近国家先进制造业背景作为自主CAE软件工程建设的雏形,全面吸收、吸引最广泛的自主技术,构建面向国民经济、重大工程的应用软件系统,以企业、工程之所用来评判软件模块的效益和作用,以企业、工程之所需来指导理论研究的方向和目标。

3.软件产业建设中的个体自律不容忽视

    虽说自主CAE软件产业已经具备国家重大专项所需的条件,但对于所涉及的范围之广并不亚于任何其他新兴产业,其挑战不仅在于共性技术上要有整合,“麻雀虽小,五脏俱全”,小有小的长处,可以“摸着石头过河”,况且时间跨度短,投入资金少,风险可以控制,推广价值会更大。但作为典型的政府引导、支持的项目建设,政策扶植是国家层面宏观调控的作为,执行项目的个体人员的价值观则是最不容忽视的,其自律、其能力,有必要在社会和行业层面予以监察和监督:

    不作同质低层次竞争: 软件产业建设是国家和自身发展内在的需要,要站在服务、服从国家战略需要的层面有所突破。不能停留在“软件代理”或“咨询服务”的层面,要看到这些工作已经是完全市场化的赢利性服务,要取得实质性的新突破、新发展,需抛弃旧观念、旧经验,树立新理念,希望总是在前面的。自主CAE软件产业至今没有形成有市场影响的程度。有难度是必然的,首先要在理念上要有新的认识和提高,不要担心别人都比我强,不愿意与我合作。合作的人越强,效果和作用就会更大,也许就某一学科或领域研究而言,他们已经站在了该领域的顶峰;但软件产业是多学科多领域的综合系统,要帮助他们解决尚没有精力去完成的工作,要成为他们所需要的助手,在实现他人利益最大化的同时实现了自身的价值。时代在变,政策扶植和政府管理背景、现有国资企业“存量”的公共资源配置,以及知识产权保护的“认可”权威等等都是无可比拟的优势,是产业建设的内在机遇。

    制度建设有待完善: 制度建设是项根本性、稳定性和长期性的工作。建设目标体现了意图、任务的战略思想,也制衡了各方利益和维持了工作秩序,以及规范了个体的随意行为。制度的强制性用以规范程序规则和办事流程;制度的适度性则规范了岗位责任制,实现权、责、利相一致的评估与考核。要从制度建设层面强化职责、利益和权利的相互制约和和谐发展,有些表现出来的无序状态不能简单说党员干部不讲党性、普通群众不讲诚信,而应该从建立有矩可循的制度化、常态化建设究其原因。不能场上黑哨,场下假球,这样一来就没有希望了。要有切切实实的制度保障才能发挥好整体的组织协调作用,让干成事的人有所成就感,让干砸事时的人以后吸取经验训,才能保障创新体系的顺利落实。加强制度建设是自身发展的需要,是产业建设的组织保障。

    行业中清廉专业的口碑: 要在行业中起到引领、整合的作用,其自身的清廉、专业的形象和口碑很重要。任何发生的失误或误解,都会给平台造成很大的伤害。每个项目都要经得起质疑(技术的先进性和扶植对象的知识自主性,以及成果可积累和可持续发展),每项活动都要公开公平公正(软件采购、群体活动)。项目、成果鉴定中的弄虚作假,是学术和道德上的腐败现象。要把每个项目都作为创品牌(经得起时间的考验)、可持续发展的机遇,也就是要站在建设应用技术创新体系的历史时期来谋划项目的成败。保持清廉专业的口碑事关重大,是产业建设的政治基础。

    在知识经济时代,自主软件系统的成功依然有赖于公平竞争的市场游戏规则,只有公平诚信的组织策划和真实解决工程需求的技术成果才是形成软件产业建设的基础。切不要把承担项目作为个体“实用、功利”的机会,而贻误国家产业建设大局、丧失产业发展机遇,所以道德自律尤其显得重要。

4.结束语

    在自主CAE领域中,已经涌现出许多具有领先技术、占有领先地位的应用和行业,中国的CAE软件产业是以国家建设的自身需求为发展背景,以突破“禁运”、“垄断”等限制的明确自身利益的国家需求,给予了自主软件产业以更大发展空间和可以做实做强的机遇。产业机构调整的“整体利益”应该以体现人们知识资本的“个体价值”为基础,要有给技术人才体现价值和企业实现需求的通道。一个社会要有充分的理由和机会,让人们都能展示其才能和需要的舞台,有值得人们为之奋斗的目标!

    “凡战者,以正合,以奇胜”,发展自主CAE软件产业或许就是这个道理。面对现阶段自主CAE软件与国外主流软件的全方位差距,摆正位置,端正态度,出奇不意,才能以己之长,攻彼之短,赢得一席之地。“正”就是堂堂正正。推动产业结构调整,符合国家战略布局规划是正;建立新兴战略产业,实现CAE软件产业自主发展是正;讲究从业道德自律,恪守民族自强不息传统是正。“正”“奇”相辅相成,有基础才能有发展,有创新才会有机会。制订一个正确的产业规划,树立一个健康的责任感,自主CAE软件产业能够做好。

 

责任编辑:许小倩
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