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离开工业软件,“中国制造2025”只是空想
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离开工业软件,“中国制造2025”只是空想

2020-08-25 09:46:23 来源:控制工程网 点击:990

【大比特导读】中国制造“大而不强”,突出表现是研发能力不强,中国大量的代工厂,都没有自主的产品研发能力。中国智能制造“缺芯少魂”,芯是集成电路芯片,魂是工业软件,工业软件弱小、受制于人。

中国制造“大而不强”,突出表现是研发能力不强,中国大量的代工厂,都没有自主的产品研发能力。中国智能制造“缺芯少魂”,芯是集成电路芯片,魂是工业软件,工业软件弱小、受制于人。没有强大的工业软件,就没有现代的工业制造能力,我国要实现“智造强国”,必须拥有自主可控的工业软件

全新分类 重新命名

2018年在中科院组织的一次会议上,我曾经做过一个报告:智能制造的本质是什么?智能制造的本质就是软件化的工业基础,是软件定义的产品,软件定义的生产体系。传统的生产关系与结构难以支撑新的工业体系,这就会带动生产关系的重大变革,这种工业体系必然带来生产关系的优化与重构。

工业软件

正确理解工业软件并非易事,有很多内在与外在因素。在《铸魂:软件定义制造》一书中,我与走向智能研究院执行院长赵敏一起分析了工业软件如何分类的问题,为此我们也请教了中国工程院、中国科学院的诸多业内专家。到底该如何定义“工业软件”?按照行业进行分类、按照功能进行分类、还是按照产品全生命周期进行分类?都不太容易分的界限清晰。最后我们总结出了全新的定义方法,按照联合国工业门类进行分类,从工业视角分类工业软件,而非IT视角。当然,工业软件与IT软件有待深度融合是无可厚非的。

我们将工业软件分为:工研软件、工制软件、工管软件、工维软件、工量软件、工试软件、工标软件、工控软件、工链软件、工互软件、工应软件、工采软件、工材软件、功能软件、工安软件、工数软件、工智软件和其他类型工业软件18类。这是国际上首次以这种形式划分工业软件,形成以“工X软件”的方式命名,四字一词,简明扼要,便于理解,分类清晰,中国独创。这种软件分类方式我认为是比较科学的,不论是政府还是企业的项目立项、招投标,或者国际采购,就都可以按中国体系为标准了。

“猎鹰9号”引发的思考

关于工业软件的未来发展,我最近一直在思考、创新。以马斯克的“猎鹰9号“火箭为例,上世纪美国和前苏联发射火箭和卫星时,就一直在研究如此贵重的火箭是否可以回收?从1958年第一颗卫星发射成功至今,人们一直想攻克这个难题。一级火箭、二级火箭分离后不能使用,原因在于不是机械式分离(例如强力弹簧弹射分离),当时的技术只能是利用爆炸螺栓来分离一级、二级火箭,美国和前苏联都做了大量使用强力弹簧弹射分离的地面实验,但都以失败告终。所以,一直以来全世界的火箭发射都用爆炸螺栓进行火箭分离,这也是火箭发射成本居高不下的原因所在,因为一级火箭巨大无比,消耗成本也是巨大。

一级火箭最大,二级火箭越来越小,一级火箭里面是燃料箱,氧化剂箱和燃烧剂箱体,我们可以把火箭比喻成“薄皮大馅”,“薄皮”即火箭外壳、氧化剂箱和燃烧剂箱,“大馅”指的就是箱子里装的燃烧剂和氧化剂。埃隆·马斯克提出是否可以把火箭回收,降低消耗成本,最重要的就是一级火箭,因为一级火箭不仅最大,而且花钱最多、最难造。想要回收,首先要解决分离问题,先是强力弹簧机械式分离,然后是海面回收,雷达监测回收火箭的控制姿态,装有反推力火箭,反推力火箭把它慢慢回收。随着时代的发展,计算机的计算能力大幅提升,完全可以进行大规模的建模仿真分析和试验。马斯克的设计非常合理,用强力弹簧代替了火工,降低了发射火箭的成本,其创新核心即计算机的设计建模和仿真技术。

猎鹰-9重型火箭机械分离方式的助推器,没有做实物验证试验,其合理和可靠性保证,完全依靠仿真计算实现。工业软件的应用就是把人的知识和智能赋予软件,这已经是具备了新一代人-赛博-物理系统 “HCPS—Human-Cyber-Physical Systems”的基础了。未来智能制造一定是以赛博空间为中心的设计、仿真、制造、试验,同时,物理是基础。

我一直强调“复杂问题简单化”。世界上大多数人的思维方式是点状的,有一部分人是线性思维,已经进步了,还有一部分人是平面的思维,更进步了,有三维立体思维的人很少,如果具备四维的思维方式,在国际上已经是少数了。总的来说,四维的思考方式就是立体的空间再加上时间轴。举个例子:一个复杂的产品,比如说一架飞机,它是一个非常复杂的、立体的网状架构,其分解开来到零件,涉及到层层分解,各部分零件之间相互关联,牵一发,动全身,关联关系非常复杂。我经常讲的全局构型管理,第一步就是全三维数字化全局构型管理,基础就是三维模型。

工业软件的未来发展

工业软件的发展和国家文化有一定渊源。例如,法国的自由,在我们看来很散漫,但是自由文明让人类的创新意识可以充分发挥出来,达索公司和ESI就是最好的证明,前者在创新领域非常出众,后者专注工业领域软件模拟和仿真;而德国的严谨细致注重于生产线的运营管理落地,不能说创新能力弱,只是创新在落地的实践中传播,代表软件就是SAP公司的ERP软件;美国的创新能力主要在IT和AI领域。清华大学张钹院士认为,尽管在某些方面中国AI接近世界水平,但在技术创新方面,中国与世界差距很大。实际上,至今为止几乎所有的人工智能原创研究成果都来自于美国。

2013年我的一个报告中提到,中国落后的管理能力和先进的技术水平是一个巨大的矛盾体。中国5000年的文明史是农业文明,工业化时间不长,真正的工业化是改革开放后才有的,人们才开始解脱思想上的束缚。2019年徐匡迪院士在《揭开中国人工智能虚伪的面纱》的报告中讲的非常好:“在人工智能蓬勃发展的今天,我国的核心算法缺位,人工智能发展面临“卡脖子”窘境。中国制造正从“硬件组装厂”向“软件组装厂”蔓延,政产学研浮躁如故、积习难改。”我们需要一步一个脚印,用踏实苦干的精神把我们中国的制造业干出来!

我认为工业软件公司要发展,必须得面向一个专用领域,通用软件肯定干不过专业软件。专用的CAD/CAE,选定一个行业深耕几年,就可能成为国内佼佼者,深耕15年、20年,基本在行业内世界领先就没问题了。目前国内过百人的工业软件公司不多,大多也都是市场化能力比较强的,新冠疫情也给了我们一个警示,选择好方向,踏踏实实深耕一个业务领域,常年坚持不懈,未来一定会很好。

2019年1月4日,CATIA xDesign在达索系统公司的公有云平台上,通过浏览器网页就可以完成实体设计、曲面设计、装配设计,以及基本的CAE分析及优化。因此,无论是在计算机上,还是在各种移动终端上,无论何时何地,都可以通过浏览器网页进行CAD设计。而CATIA xDesign结合公有云平台上已有的各种各样的强大CATIA设计模块,能将简单的零部件设计和复杂的整机设计结合起来。

2020年4月15日,华天软件子公司华云三维科技有限公司研发的国内首款、完全自主可控的新一代基于云架构的三维CAD产品CrownCAD正式上线公测。CrownCAD是国内唯一的完全自主可控的三维云CAD产品,构建在自主的“三维几何建模引擎”和自主的“几何约束求解器”之上,打开网页就能进行产品三维设计。同时,CrownCAD适配国产芯片和国产操作系统,同时支持私有云部署,安全性得到有效保障,非常适合于自主可控要求高的中国制造企业。

中国的单位GDP能耗是世界平均值的2.6倍,是日本的6倍,美国的3.2倍。现在,以智能制造为突破口实现节能降耗、绿色发展,提高质量增加效益,是我们“十四五”的必须重点。大家算一算,能耗产生最多的在哪里?工业和制造业占比最大,农业占比最少。数字化转型可以有效帮助企业降低能耗,用设计和仿真减少大量的试制和试验,减少大量能耗和大量物料浪费,一定会带来重大突破。数据表明,按照每年造船交货的吨位数计算,中国、日本和韩国是世界上TOP 3的造船大国,中国的成本远远高于日本和韩国。所以,中国工业和制造业在节能降耗、体系优化方面,大有文章可做。

国家有关文件反复强调,“中国制造2025”落地在智能制造上,简单说就是五句话:创新驱动、提质增效、绿色发展,以两化深度融合为主线、以智能制造为突破口。但同时,也理应建立在一套自主、安全、可控、强大的工业软件体系基础之上。单靠市场的力量,这样的体系无从建立起来,本土初生的工业软件企业如同一株株幼苗,必然会面临全球强大的工业软件公司“碾压”,早晚将重蹈中国汽车工业的覆辙。对此,国家应高度重视,不惜代价支持中国工业软件体系发展,为中国制造2025强“芯”健“魂”。同时,我们看到很多本土的工业软件企业还很落后,但是,越落后就越迫切的需要提高质量增加效益,从而工业软件的应用空间就会越来越大。中国是一个制造业大国,虽然有些数据看起来还不乐观,但已经对我们向前发展产生了很大的影响。

小结:中国从整体上看没有完成工业化进程,现有的工业软件强国美国、德国、法国,甚至日本等,无一不是已经完成了工业化进程的工业强国,凡是工业化进程已经完成,而且工业化水平较高的国家,工业技术软件化都做的非常好。作为工业技术软件化的成果之一,其中有些国家孕育出了大量的工业软件,而没有完成工业化进程的国家,都没有能力开发出有影响力的、卓越的工业软件,无一例外。因此不难得出结论,没有完成工业化的国家不可能有工业软件,而完成了工业化的国家不一定有工业软件。中国没有完成工业化,但是中国有部分世界一流的工业企业,合理组织,一定能够开发出来。

 

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