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深读 | 为什么说,它是中国智能制造的阿喀琉斯之踵?

发布时间:2022-02-21 浏览次数:

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MATLAB一款商业数学及科学计算仿真软件,数值计算、机械化工、汽车航空等研究都少不了它,是不少理工科学生的“工科神器”。而且,由于它的数值计算和仿真模拟形成了一个完整的生态,几乎没有可替代性。

虽然冠以软件之名,但工业软件的本质,其实姓“工”不姓“软”,它的内核是工业的积累,是将工业所涉及到的物理、化学、力学、材料科学等知识,以及设计、制造、工艺的积累,用程序的形式表现出来。
 

按照用途,工业软件可分为研究设计类、生产管控类和管理运营类,其中技术含量最高的,是研究设计类,它包括解放设计师双手、让设计师在电脑上就能作图的CAD(计算机辅助设计)、验证设计出来的产品是否合格的仿真分析软件CAE(计算机辅助工程),以及芯片设计软件EDA。

 



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芯片之外,大到飞机、轮船,小到一辆汽车的研发设计,都离不开工业软件。它不仅能提高效率,还能极大地降低产品研发的成本。

以飞机为例,在过去,一架飞机设计出来后,需要在风洞中利用人工气流来模拟飞机飞行过程中,周围气流的分布和运动。

这不光费事,还意味着高额的投入。

一个完整的风洞,不光建设成本高达百亿美元,运行成本也不容小觑,是出了名的耗电大户。有人戏称,“风洞一响,黄金万两”。

新中国成立之初,由于担心影响西南地区的工业生产,中国围绕着是否要停止风洞建设,还出现过不小的争议。最后还是在钱学森的坚持下,才得以完整保留。

今天,尽管资金不再构成阻碍,但有了计算流体动力学软件CFD(Computational Fluid Dynamics),许多风洞实验在软件上就可以完成,成本可以降低数百甚至上千倍。


遗憾的是,这些“大脑”和“神经”都握在美国和少数欧洲国家手中:

CAD软件,超过90%的市场在德国西门子、美国PTC、Autodest和法国达索手中;CAE软件市场则是Ansys、Altair和MSC三家美国公司的天下;EDA软件也基本上被新思科技(Synopsys)、凯登电子(Cadence)和明导(Mentor Graphics)三巨头垄断,全球市占率超过60%。



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卡脖子,是近年对芯片制约的比喻,在工业软件的领域,这一卡,直接卡在了脑袋上。
 



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1986年,工业软件发展纳入国家“863”计划,这一消息对我国的工业企业、科研院校是一个极大的鼓舞。当时,清华、北航、中科院的师生们提出“甩掉绘图板”的口号,投入到工业软件的研发中。
 

这可能是中国工业软件的第一个小阳春。

1990年代,在ERP领域,北自所创办的北京利马和王德铭成立的上海启明,形成“北利玛、南启明”的南北格局;CAD/CAE领域也百花齐放,在国家机械部(机电部)“CAD攻关项目”、国家科委“863/CIMS”的支持下,涌现出熊猫CAD、中科院飞箭、大连理工JIFEX等商业和企业自用工业软件。

数据显示,90年代中后期,我国工业软件的市占率达到25%,在一些专项领域,甚至高达45%。

但工业软件迅猛发展的势头,却在进入新世纪后戛然而止。

随着加入WTO,中国的大门也随之打开,与国外高端设备一起进入中国市场的,还有国外的工业软件。通过赠送、默认盗版等方式,国外工业软件展开了对中国工业软件的围剿。

市场总是遵循典型的实用主义。面对界面更友好、速度更快、价格更便宜的产品,企业的天平倾向了国外工业软件,我国工业软件的市场份额从25%急剧下降到5%,工业软件成为“空心”产业:

一是工业知识与经验的空心化。企业的生产流程、工艺等数据沉淀在国外工业软件,既帮助国外工业软件持续迭代,又培养用户习惯,对其形成依赖。工业软件由此出现“强者恒强”的马太效应,中国工业软件生存空间进一步被压缩。

 



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我国对工业软件最大的误判,是把它当作软件的分支,而非工业的大脑,自然也没有给予足够的重视。

即使到了2018年,在当年发布的《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》中,“工业软件”也只出现在第四级目录中,是“新兴软件和服务”方向下11个子项目之一。

这个定位,让工业软件失去了应有的资金支持。据业内人士反映,从“十二五”起,国产自主工业软件研发,就再也没有从国家部委获得资金支持。相反,本着“造不如买,买不如租”的理念,国家补贴给制造企业的钱,都拿去买国外的工业软件了。

正是这种“拿来主义”,不仅让我国的工业软件比国际最高水平落后了30年,在材料、航空制造等领域,也一度因为核心技术的缺失,不断被“卡脖子”。

为此,我国工程院院士倪光南呼吁:“关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的,大国重器一定要掌握在自己手里。”



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我国制造业正在向智能制造升级,未来会有越来越多类似武快反工厂”的智能升级。但如果剥开智能制造大数据、人工智能的外衣,它的核心还是工业软件。
 

在最早提出智能制造的德国,位于德国纽伦堡以东约60公里维尔斯河畔的工厂——安贝格工厂。

在这里,每秒就能生产一个产品,产品合格率接近100%。其中,75%的工序由生产设备和电脑完成,工人只负责剩下的1/4工作。工厂建成以来,面积和员工数量没有改变,产能却提升了8倍。



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这座未来工厂,是西门子一手打造的。
 

目前,西门子是欧洲仅次于SAP的软件公司,也是世界十大软件供应商之一。

 

我国《“十四五”智能制造发展目标》中,明确提出了我国智能制造的目标。但是“瘸腿”的工业软件如果不能实现突破,将成为中国智能制造的阿喀琉斯之踵。

工业软件的体量小、研发周期长、投入大,这些特点决定了这是一条“慢”赛道,资本市场对它“爱不起来”。
 

“小打小闹”的投入,对工业软件的发展无异于“杯水车薪”,让这个“爹不疼娘不爱”的行业,成为我国改革开放以来,唯一一个与国外同行差距越来越大的工业技术领域,想要奋起直追,有很大的难度。
 

但这又是一个关乎整个工业体系的技术领域,除了“自力更生”别无他途,需要以举国体制来实现突破,是通往制造强国之路上,那些必做的“难而正确的事”。


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