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大力发展设计软件 解决中国制造创新短板

分类: 工业工程设计来源:中国工业报作者:中国工业报发布时间:2018-08-09
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  “通过设计工具软件与芯片、新材料、航空发动机等重点产业紧密结合同步发展,可从源头上提升我国制造业自主创新能力,从根本上解决中国制造短板和卡脖子问题。”中国机械工程学会常务副理事长、国家制造强国建设战略咨询委员会委员张彦敏在2018国家制造强国建设专家论坛做主题演讲时表示。


  张彦敏说,2017年我国软件交易已超过5.5万亿人民币,软件行业增长率达13.9%。其中与制造业相关的占7成以上。对于制造业而言,软件设计包括工业嵌入式软件、设计工具软件、监测控制与管理软件,以及知识产权保护、内容软件、用户界面UI等。其中具有核心基础的、通过软件与制造硬件结合形成附加值的是设计工具软件,既包括传统的机械设计软件CAD、电子设计自动化软件EDA和各类仿真软件,也包括伴随着设计研发、生产制造和服务使用过程等产品全生命周期形成的海量知识库。


  中国缺芯是心中之痛 缺设计软件是心头之刺


  张彦敏认为,中兴事件暴露出来的表面看是芯片问题,但是其更加致命软肋是设计软件。在美国商务部宣布对中兴断供的时候,一家美国电子设计软件EDA公司发表声明,不再为中兴提供电子设计软件。在中兴2017年进口芯片百亿美元的规模中,虽说这家设计软件公司的产品只在百万美元左右,然而这种连采购额零头都不到的软件一旦断供,那些巨量进口的芯片也将无用武之地,因为没有电子设计自动化EDA,芯片是根本无法完成设计的。实际上在整个电子半导体行业,没有EDA软件的支撑,硬件上展现的摩尔定律奇迹根本无法持续。中国缺芯是看得见的痛;而设计软件的缺失,则是一根心头之刺,很痛却一般人往往看不到。


  设计软件被国外垄断后果致命


  张彦敏指出,我国每年设计软件市场采购规模120亿人民币。其中我国设计软件销售额是6亿人民币,绝大部分市场被美国、德国、法国的Ansys、欧特克、西门子、达索等公司垄断。国外设计软件垄断后果十分严重:一是安全性。软件都会有“后门”,而在产品设计与制造领域,基本是完全洞开的大门,大量使用国外设计软件,可能使国家安全受到威胁。二是依赖性。设计软件呈现数据自封闭的态势,并且与各种知识库连在一起。长期使用国外软件造成无法摆脱的工具与数据依赖性,将来更换系统和数据迁移都是几乎不可完成的任务。三是致命性。在国外软件中,并不完全清楚都有什么代码存在,也不知道特定情况下会有什么事情发生。这是容易完全失控的数字空间,而目前中国的工业体系正是建立在这个数字空间之上,这一隐患是致命的。另外我国企业花费巨额软件采购费用,只是授权限使用。国外的一些高端软件(如CATIA)是按6个月或者1年时间授权的,现在国外软件正在向“年度订阅”而不是一次性授权的方式转变。如同架在中国企业脖子上的一双手,随时可以掐紧。一旦不再授权,将对我国的制造业造成“毁灭性的”打击。


  国外高度重视研发设计仿真软件


  张彦敏说,美国最早发展CAE仿真软件是从美国航空航天局NASA开始。在国家资金的支持下,NASA开发了著名的有限元分析软件Nastran。1971年MSC公司改良了Nastran这个程序,成为美国仿真软件的商业化开端,并随后按照要求被公开源代码,进行行业扩散。在“再工业化”浪潮中,美国政府尤其重视建模仿真技术在制造业发展中的作用,再次明确了CAE产业的战略地位。2009年美国“竞争力委员会”白皮书《美国制造业——依靠建模和模拟保持全球领导地位》,将建模、模拟和分析的高性能计算,视为维系美国制造业竞争力战略的王牌。


  2010年发布《高性能计算与美国制造业圆桌会议报告》白皮书,指出高性能计算建模与模拟能够显著缩短设计周期等,加强竞争力。2011年美国推出高端制造合作伙伴计划AMP,重构先进制造发展理念,重点发展三大领域,都围绕数值模拟技术的软件工具和软件应用平台。2012年发布《国家先进制造战略计划》再次明确要重点发展数值模拟分析技术。


  在国家战略层面,美国确实是把科学计算和建模仿真作为服务于国家利益的关键技术,从未停止呐喊,从未停止投资。作为美国软件的国家摇篮,美国NASA从2014年起开始发布软件转化目录,以软件为载体,向工业界进行技术转化。该目录包含了15个技术领域,每两年更新一次,目前大约有2200多种技术软件正处于转化流程中。这个建立在大量实践基础上的务实创新,是一个巨大的孵化航母。从2009年起,NASA已经通过各种形式向工业界转化了5000多个软件项目,降低软件获取门槛。


  中国设计软件曾痛失良机


  张彦敏认为,我国国产CAD/CAE软件的开发,可以追溯到上世纪80年代。在国家支持下,以北航、清华为代表的一批高校和科研人员开始做相关的软件开发。国内第一代从事CAD软件开发出现了一批标志性人物,清华、浙大、北航、南航、西工大、华中、大工等一批高校先后开展CAD/CAE软件自主研发,取得了一些研究成果,曾经取得了百花齐放的大好局面。


  但随着当年863计算机集成制造系统CIMS在中国的推动,大量好用、易用、功能强大的国外设计软件进入市场,迅速占领了这个领域。由于我国软件的开发以大学为主体,以高校教师和学生为主力,缺乏商业化的市场推广和运营机制,随着时间流逝和人员变动,这些国产软件最终走向下坡路,只剩下少数设计软件厂商还在苦苦支撑。国产设计软件未能在最好的时间窗口完成公共品软件的商业转化,痛失与中国制造业共进共发展的良机。


  四点建议协同发展设计软件


  一是高度重视设计软件的战略地位,做好顶层设计,加强统筹协调。把发展设计软件作为重要的国家战略,彻底改变中国制造业重硬轻软的现状,软件应该从战略定位为“制造之重器”。由于发展设计软件涉及到产业、用户和高校等多个主体,而且需要从产业政策、舆论导向、资金扶持等各方面长期持续支持,建议设立“制造强国设计软件工作组”,制定设计软件发展路线图,统筹规划、协调发展。


  二是强化企业发展设计软件的主体地位。进入智能制造时代,软件能力是一个企业是否强大的核心标志。西门子最近十年通过近30次并购使其脱胎换骨,从一个纯设备供应商转型为数字时代的软件霸主,成为欧洲第二大软件商。波音公司有8000多种软件,其中有7000多种是波音自己开发的,设计软件成为波音公司核心竞争力。中国整个工业体系基本都是围绕设备和硬件建立起来,软件一直没有受到应有的重视。中国企业必须把发展设计软件作为转型升级的重要任务,“软硬兼施”才能成为世界级企业。


  三是建设国家设计软件的公共知识库共享平台。国外类似发动机尖端制造业,都有大量的叶片测试、材料测试等数据库,很好地支撑了高端制造业的发展。而中国相关数据不多,且分散在各企业和院校中。国家投资的基础科研数据,不能共享是一个普遍现象。工程数据的缺乏,大大限制了中国设计软件的发展。建议对国家投入经费的数据接口、知识模板、数据中心建立数据对外开放机制。对企业数据库、知识库建立协同共建共享机制。


  四是针对中国制造的短板和卡脖子问题,开展协同攻关,实现核心设计软件重点突破,促进从中国制造到中国创造的根本转变。设计软件是用出来的,只有用户的反复使用和反馈,设计软件才能真正发展。世界最著名的设计软件,法国达索PC机上的第一个版本,是在中国新飞豹战机研制过程中率先使用并成熟起来,后来连波音公司都到中国来学习使用。当年西飞为达索公司提供了大量的用户意见,成为该软件迅速发展起来的关键性因素。建议选择芯片、航空发动机、新材料等短板和卡脖子领域,推动设计软件公司、应用企业和高校紧密结合,协同发展。可以将专业设计软件公司为支持主体,同时积极吸引用户企业的参与使用和意见反馈,而高校等科研机构可以从底层算法、人才池等方面给予支持。

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