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工業的“大腦和神經”——工業軟件大幅提高生產效率和產品品質

發布時間:2021-09-09來源:人民日報作者:譚建榮0

提起軟件,人們往往聯想到在手機、電腦上使用的各類生活、辦公、娛樂類軟件程序,對工業軟件則比較陌生。顧名思義,工業軟件指應用于工業領域的軟件系統。通俗地講,就是在研發、生產等各個環節幫助工業企業進行生產的軟件系統。它的應用過程融合了物理原理分析、數學模型建立、信息技術處理、工程實踐檢驗等環節,能夠大幅提高生產效率和產品品質,被譽為數字化時代工業的大腦和神經,是一個國家工業制造水平的重要指標。

應用范圍廣 知識密度高

從當前產業布局來看,工業軟件主要聚焦在工具、系統和平臺三大領域,為制造業企業提供通用型產品和一站式解決方案。比如在汽車研發中,廠商需要進行碰撞安全性試驗,工業軟件中的計算機輔助工程軟件就可以進行虛擬碰撞,不僅節約成本,而且縮短研發周期。在未來的智能制造過程中,工業軟件中的生產控制軟件,會像大腦一樣幫助企業實現智能化管理。

工業軟件是工業技術和信息技術等體系融合發展的產物,是基礎科學與工程知識的集大成者。同燃氣輪機、光刻機、高端芯片等實物產品一樣,工業軟件也是人類智慧的結晶。20世紀中后期以來,信息技術蓬勃發展,促進了工業軟件向工業領域的滲透發展。在這一過程中,逐漸形成了計算機輔助設計、計算機輔助工程、計算機輔助制造、計算機輔助工藝規劃、企業資源計劃、數據庫管理系統、制造執行系統等不同分支領域。

通用性與專業性并重,是工業軟件的重要技術特征。通用性是指解決工業企業運行中的共性問題,如幾何造型、熱流分析等。專業性是指解決特定細分領域的具體問題。工業體系龐大而復雜,工業軟件有許多用武之地。這些領域包括機床裝備、化工裝備、航空航天裝備、機器人、軌道交通與運載裝備、網聯汽車、醫用裝備、農機裝備、家居產品等。不難發現,人們日常衣食住行中常用的大大小小的工業產品,大部分都離不開工業軟件支持,其通用性之廣可見一斑。在細分領域,工業軟件主要起到設計、計算、分析、控制等作用。以制造業工作母機——數控機床為例,工業軟件的功能包括機床運動學與動力學建模、復雜流形曲面零件的加工規劃等。

從設計層面看,工業軟件是一個匯集各學科知識的龐大體系,知識和信息集成度高。從頂層到底層,工業軟件可分為系統架構、邏輯規則、基礎數據三個方面。這三方面囊括數學、物理學、工程科學和計算機科學等。其中,數學又包括微分幾何、計算幾何、數值方法等;物理學包括力學、電磁學、熱力學等;工程科學包括材料熱處理工藝、信號測試、模型控制等;計算機科學包括計算機圖形學、軟件工程、高性能計算等。所涉學科如此之多、所含知識密度如此之高,設計工業軟件的難度可想而知。不僅如此,工業軟件設計完成之后,還自有其生命歷程。與手機軟件相似,工業軟件好不好用,使用者的反饋非常重要。正是在對接用戶需求的過程中,工業軟件不斷迭代、不斷進化發展。這其中蘊含著多學科、多領域的創新發展。

抓住新機遇 謀求新發展

邁入新發展階段,工業軟件的重要性愈發凸顯??梢哉f,沒有強大的制造業,就沒有強大的綜合國力;沒有強大的工業軟件,就沒有強大的制造業。

作為智能制造的重要基礎和關鍵支撐,工業軟件對推動我國制造業轉型升級,邁向制造強國、取得高質量發展,具有重要意義。工業軟件的創新發展使制造業不再僅僅是硬件制造,軟件、自動化、現代管理、服務模式等智能化技術將越來越多地融入進來,比如,以自感應、自適應、自學習、自決策為特點的新一代人工智能技術。在新一代人工智能技術引領下,有望建立與工業體系相匹配的工業軟件產業,確保制造業行穩致遠。

辨明發展階段、找準發展方向、認清發展差距,是我國工業軟件發展的可行道路。作為世界第二大經濟體,我國是全世界唯一擁有聯合國產業分類中全部工業門類的國家,擁有獨立完整的現代工業體系。這為我國工業軟件的自主發展提供了強勁的需求、廣闊的市場和應用的空間。當前,一些領域正不斷取得新進展,鼓舞工業軟件科技攻關的信心。這些領域包括航空、航天、船舶、電子、核電、軌道交通,等等。例如,面對時代發展需求,我國航天工業自主研發、攻堅克難,國產航天工業軟件已經達到高技術水平,助力取得載人航天、月球采樣返回、空間站長期在軌運行等重大科技突破。比如,我國首個目標飛行器天宮一號和神舟八號無人飛船的交會對接過程,就運用了我國自主研發的軟件系統。

放眼全球,以信息網絡、智能制造為代表的新一輪技術創新浪潮正在興起,尋找新領域突破口已然可能。傳統的行業邊界正在被不斷打破,新的領域和業態正在不斷產生。人工智能、數字樣機、數字孿生、增強現實等新領域,都在為我國廣大企業,特別是專精特新中小企業,提供巨大市場空間和發展機遇。我國工業軟件當抓住時代機遇,可以先易后難、先點后線再面,逐步取得突破。

與此同時,我們也要清醒認識到,國際龍頭企業已基本建立起閉合產業生態,建立起相應的技術標準體系。憑借先發優勢不斷試錯,國際主流工業軟件產品積累了豐富的技術經驗。例如,幾何建模內核和幾何約束求解引擎,是計算機輔助設計參數化設計的關鍵核心技術,目前相關技術被壟斷??梢哉f,從技術路徑來說,關鍵核心技術是要不來、買不來、討不來的,堅持獨立自主的發展方針是必然選擇。我們要研發自主、安全、可控的工業軟件,推動其迭代創新,并不斷與現有的工業體系深度融合,從而實現效益倍增。

從行業發展來說,行業組織可以建立行業統一軟件架構、底層核心技術和數據標準。行業組織應推動行業一體化軟件架構平臺、多域資源適度整合開發,提升并健全自主軟件的配套服務能力,強化供需對接,助力自主工業軟件市場推廣,從而提升自主工業軟件商業化應用水平和競爭力。

工業軟件未來發展將更精準、更高效、更智能。對普通人來說,工業軟件雖然看不見、摸不著,但正是受益于它的迭代發展,凝結其智慧的各類產品正不斷從各個領域走進我們的生活,不斷提高我們的幸福感和獲得感。對國家來說,工業軟件的發展,宛如一對強大的隱形翅膀,必將持續助力我國工業體系向著更高水準邁進。

(作者:譚建榮,中國工程院院士、浙江大學機械工程學院教授。原載于《人民日報》20210907日第20版。)

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