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发展自主工业软件筑制造业转型之基石

时间:2022-05-13 19:40:02 浏览次数:

2014年2月27日中央网络安全与信息化领导小组正式成立,习近平同志任组长,之后在第一次中央网络安全与信息化领导小组会议上,习近平同志强调“没有网络安全就没有国家安全,没有信息化就没有现代化”。可以肯定的是,随着信息化进程的加速发展,我国装备制造业等将迎来重大转型。

一、转型与新一轮工业革命

1992年美国就提出工业转型,近年奥巴马政府又提出再工业化战略,其中最典型的项目就是美国国防预研局(DARPA)发起的自适应运载器制造(AVM)计划。按照该计划,软件将自动生成制造工艺流程,可使军事装备系统的开发周期由10年左右降至2年,可谓是信息技术与制造技术的革命性结合。德国也提出“第四次工业革命”,即基于信息化的自动化生产,将信息技术和制造技术深度融合,使高度柔性的批量生产成为可能。无论是美国的“再工业化”还是德国的“第四次工业革命”,都离不开信息技术,离不开工业软件。

目前国内制造业使用的工业软件,可以说是被国外软件一统天下。过去15年仅CAD(计算机辅助设计)软件一项,国内制造业在采购国外CAD软件及软件升级所支付的费用超过了20亿美元。

我国的制造业长期严重依赖国外软件,花费巨资不说,也使我国的核心竞争力无从谈起。这种严重受制于人的情况使制造业安全、国防安全面临重大威胁。在以信息技术、GNC(导引导航控制)技术为基础的电子战中,如果没有完全自主的工业软件(包括基础元器件)为后盾,后果是难以预料的。

二、国际工业软件巨头的发展

在国外工业软件企业中,最具代表性的当属法国达索系统公司、德国西门子公司及美国的PTC公司。

达索系统公司是法国达索集团的子公司。达索飞机公司从1960年开始引进IBM计算机和使用数控加工机床。1967年着手用Bézier曲面建立飞机外形的数学模型。1970年用批处理方式全面展开幻影系列飞机的数字化设计。1974年为了扩大CAD应用规模,决定一面引进洛克希德飞机公司的CADAM系统,一面重点开发飞机吹风模型的三维造型和加工软件,以便大量缩短飞机模型的吹风试验周期。1975年以100万美元买下了CADAM源程序,学习CADAM的技术诀窍。1977年启动开发三维交互CAD软件CATIA。1978年CATIA投入使用。1981年为了拓宽应用领域,深化CATIA开发,组建达索系统公司。20世纪80年代IBM成为达索系统公司的用户并且在自己的工程和制造车间部署CATIA,之后CATIA进军航天领域。

达索系统公司于1997年收购机械设计解决方案的SolidWorks公司;1998年收购IBM 产品数据管理(PM)系统并且创建ENOVIA公司;1999年收购以色列智能解决方案有限公司;2000年收购美国DENEB公司形成今天的 DELMIA; 2005年先获得 Abaqus Inc.,并由此创建了SIMULIA品牌,后收购Virtool SA; 2006年先收购MatrixOne Inc.,并创建了ENOVIA品牌,后收购精于模型化和虚拟化软件设计的瑞典Dynasim AB公司以扩充产品线; 2007年收购3D互动产品文档制作的领导者Seemage; 2010年先收购Exalead Inc.,后收购IBM的PLM软件业务部门; 2011年收购Intercim LLC和Enguinity PLM; 2012年收购Netvibes,Gemcom; 2013年收购FE Design,Simpoe和Aprison。十多年的收购、兼并使达索系统公司成为全球工业软件领域的巨头之一。

德国西门子工业自动化业务部旗下机构Siemens Industry Software是全球领先的产品生命周期管理(PLM)软件与服务提供商,在全球拥有69500个客户,近670万装机量,总部位于美国德克萨斯州的普莱诺市。德国西门子公司于2007年5月10日宣布完成对UGS公司的收购,后者作为西门子自动化与驱动集团(Siemens A&D)的一个全球分支机构展开运作。而UGS则发源于1960年成立的McDonnell Douglas Automation公司。1976年该公司收购了Unigraphics CAD/CAE/CAM系统的开发商——United Computer公司,成立Unigraphics Group,进行 UG 软件系列的开发,并将其应用于飞机的设计与制造过程之中。1991年 Unigraphics Group被美国通用(GM)公司的子公司 EDS 公司收购,以 EDS UG 运作; 1998年EDS UG并购Intergraph公司的机械软件部,成立EDS的子公司UGS;2001年EDS公司收购SDRC 公司(由美国NASA的阿波罗登月计划催生的软件公司),将SDRC与UGS组成 Unigraphics PLM Solutions 事业部; 2003年Unigraphics PLM Solutions 事业部成为独立的 UGS 公司; 2007年UGS被西门子公司收购。

美国PTC公司成立于1985年,最初是由Computervision公司的几个工程师分家出来后组建的。PTC公司有产品生命周期管理 (PLM)、计算机辅助设计(CAD)、应用程序生命周期管理(ALM)、供应链管理(SCM)和服务生命周期管理(SLM)的解决方案。PTC于1988年发布了Pro/ENGINEER; 1995年PTC收购来自Evans和Sutherland的CDRS;1998年PTC收购Computervision,拥有了CADDS5软件; 1999年PTC收购了Ohio Design Automation,Pro/ENGINEER从而具备了领先的ECAD 协作解决方案; 1999年还收购了DIVISION Group和Auxilium,Inc.,提供复杂产品的虚拟现实技术; 2002年PTC发布Pro/ENGINEER Wildfire野火版,这是全球第一款完全支持 Web 服务的CAD系统; 2006年PTC收购了NC Graphics,这是高速精密加工领域的最佳 CAM 解决方案,从而完善了CAM功能; 2007年PTC收购了CoCreate,这是定位于航空、船舶等复杂装备设计和工厂设计的三维设计解决方案; 2010年10月PTC正式推出了Creo产品包。

从这三家IT公司的发展过程看,我们得到三点启示:一是这些公司多发源于工业公司,比如达索飞机公司、洛克希德·马丁、麦道等航空航天和防务公司,这是因为国防工业特别是航空航天工业是高技术含量、高附加值、高精加工产品的典型代表,兼具高新技术产业和先进制造业的典型特征;二是这些公司都是工业系统中业务最复杂的军工企业,军工企业是工业软件发展的强大驱动力,不仅有力的促进了工业软件的成熟,也对军工产品的研发、升级、换代起到关键作用;三是他们的发展史也是一个并购、收购史,这是因为工业应用本身需要软件不断吸取新技术和新知识来发展新的功能,并购则是最快捷高效的手段。

三、打造自主工业软件发展机制

我国生产的工业软件与发达国家的工业软件相比,无论是功能还是应用,无论是市场还是研发都有很大的差距。

自上世纪80年代以来,国家相关主管部委曾多次组织过工业软件的开发,在花费大量财力、人力之后,多是无疾而终。究其原因,笔者认为:我们的工业软件开发体系,是先由大学引进新教材、新技术,培养了一批信息化工程技术人员,为企业开发工业软件打下了一定的基础。但在实践中是各大学、各研究院所在工业软件研发中又远离企业应用,脱离了以企业为主导的工程背景。结果是各种相关课题、项目先天不足,没有优秀的工业基因,也缺少成长壮大的磨练环境,严重制约了我国工业软件的发展。

面对强势的国外工业软件,必须强化国家对信息化的领导力。信息化成为国家战略,在第一次中央网络安全与信息化领导小组会议上已被习近平同志定为主旋律。中央网络安全与信息化领导小组的成立,预示了我国的网络安全与信息化管理机制将发生深刻的变化。

其实,我国的机床行业发展应该可以为其它装备制造业研发工业软件提供示范。十年前国产机床是低端工业品的代名词,因此很多机床产品被高要求的军工行业拒之门外。然而十年后沈阳机床、济南二机床和秦川机床等一批国内机床企业脱颖而出,高端机床产品逐渐进入军工制造业,并对新一代军工产品生产装备起到重要作用。这首先是因为国内机床企业创新发展的内驱力,但也离不开国家政策的扶持。2007年国家发改委发布了《军工行业首台(套)国产数控机床认定与管理办法》,该办法规定首台(套)国产数控机床是拥有自主知识产权和品牌、有重大技术突破、指标达到国内领先或国际先进水平、国内首创、对国民经济发展和国产数控机床进步有重要作用的设备,且必须有用户、能够形成产业化、带来经济效益。2007年中国机床工具工业协会根据该办法组织行业专家通过了对沈阳机床STM200160数控立式龙门复合车铣中心首台(套)项目论证,2009年10月沈阳机床因此获得沈阳市政府1000万元的研制补助资金的支持。

目前国内工业软件企业面临同样的问题。要想大规模研发使用自主工业软件,政府相关部门要给软件研发机构和应用企业政策和经费上的支持,经过十年或更长时间的不懈努力,促使我国工业软件逐步赶上国外的先进水平。

鉴于以往国产工业软件研发的教训和国外工业软件的发展经验,笔者呼吁要以企业为主体,建立国家级的专业队伍,特别是要以国防工业企业为依托,以大学和软件公司为支撑,进行工业软件的开发与应用创新;同时要以企业应用为核心,给予政策、资金、管理和市场模式多方面的大力支持,以是否把自主知识产权的工业软件真正应用于产品设计、工艺、制造全生命周期过程为考核指标,将投资向应用倾斜,以确保自主工业软件有健康的应用和成长环境。

据媒体报道,2013年5月,工业和信息化部依托中国航空工业集团公司设立了国家级“信息化和工业化深度融合工业软件研发基地”,该基地定位于推动面向航空工业的信息化解决方案与产品的发展和应用,最终形成对航空工业乃至全国工业体系深度融合的示范和带动作用。

四、自主工业软件技术推进路线建议

为加快自主工业软件的研发与应用,从技术角度,笔者建议采用以下推进路径。

(一)从基础做起,由点及面

由于目前国外软件在国内各制造业已占据主导地位,形成体系化的运作,目前最关键的技术路线是首先解决机械结构和电子设计的CAD问题。建议采取“农村包围城市”的方针,从简单产品的研发应用开始,比如从航空、汽车行业的三级配套企业的零部件、标准件做起,为这类试点企业提供国产化的全套软件解决方案,逐步打通产品从CAD到CAPP到CAM的全生命周期,在此基础上扩充应用范围,推广到全国,并在此过程中不断完善升级,进而上升到复杂产品的研发应用上。

(二)走发展捷径

从国外IT巨头的发展经验看,自主版权的CAD软件不一定非要自己开发,建议可尝试以下3条路径:一是购买或控股国外的CAD软件公司(2008年MSC被印度以3.8亿美元购并,为印度信息产业注入新的基因,令中国许多IT界人士扼腕);二是购买成熟的CAD软件为我所用;三是购买CAD核心模块,在此基础上进行自主开发。

(三)由浅入深,逐步拓展

在国产CAD软件初步形成规模后,同步开展PDM(产品数据管理)系统的研制工作;CAE(工程分析仿真)软件也是如此,基于CFD(计算流体大学)、结构力学分析、电磁场分析在国内都有很好的基础,也可酌情同步开发;当机械、电磁CAE打好基础后,伺机扩展到声、光、电、热、磁等领域,形成全面成熟的自主工业软件产品系列,并最终实现“打造支撑国民经济发展的支柱产业”的目标。

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