探讨发展自主CAE软件工程的创新模式

王菲菲，毛火华，陆仲绩

（上海科学院 上海 CAE技术公共服务平台,上海 201203）

 

摘  要：借鉴平板电脑的发展历程，探讨发展自主CAE软件工程的产业创新模式，在现阶段显得尤为必要。通过分析在重大工程项目中的软件开发和战略博弈中得失，认为不能只是站在全球利益价值链的低端，进而提出推动自主软件产业建设应注重加强社会科学方面的思考，以更能综合考虑我国国情和科技的创新模式，实现重点领域突破和形成竞争优势。

关键词： CAE软件产业；自主发展；创新能力

中图分类号：       文献标志码：A

 

    2010年 12月，美国新闻机构IDG News Service评出2010年十大科技事件，其中，苹果iPad的上市名列第一.iPad诞生成为平板电脑市场风起云涌的里程碑.之前，惠普等都曾推出过平板产品，然而市场反应平淡；2010年4月iPad的上市使得各大IT厂商纷纷重抖精神，再次进军平板电脑市场.从平板电脑的发展历程联想到自主CAE软件产业的成长，这其中有许多可借鉴之处.

    在自主 CAE软件的发展过程中，我国有独立开创有限元法并奠定其数学基础的基础理论，有突破传统经典理论的辛理论体系和数值方法，更有无数伴随重大工程建设成长的自主科技成果，然而，自主CAE软件产业的路走得很艰难.这其中不乏有怀疑是否有必要建立自主产业的、学术成果辉煌而市场举步为艰的.为此，探究发展自主CAE软件工程的产业创新模式显得尤为必要。

1 重大工程项目中的软件开发和战略博弈

    国外主流 CAE软件人性化的交互使用界面、规范方便的软件接口、成熟可靠的求解算法，对个体使用者非常有吸引力.目前，在工程领域，特别在教学实践中，尚没有比国外主流软件更方便更流行的CAE软件.国外主流CAE软件已垄断国内CAE市场多年，并不断推出新的版本和理念保证市场的占有量.垄断成为国外厂商赢得财富的工具，成为有关国家在国际政治中威胁利诱的手段.CAE软件系统已经成为有关领域非常重要甚至是唯一可行的数值仿真工具，这在某些国防科技和前沿科学研究领域表现得尤为突出.

    (1)航空发动机 . 尹泽勇[1]认为：中国航空发动机研发的瓶颈，软件因素至少占到一半航空发动机；“软装备”被称为工程分析软件，最先进的“软装备”不可能买到，想要拥有核心竞争力，软件就得同步走；开发工程分析软件需建立物理模型，完善模型需要巨大投入，而我国企业不具备此实力；现在也有一些小公司搞这类软件，但他们更多的是“倒卖“，在国外产品上稍微加点东西，本质上技术进步不大.

    (2)舰船与海洋工程 .在舰船研究设计中，CAE技术的应用很普遍，也普遍使用商业软件进行整舰水下爆炸冲击计算.[2]虽然在市场上许多国外商业软件宣称可以提供水下爆炸模拟仿真的功能，然而真正可以使用到实船设计的水下爆炸CAE软件被严格控制出口到中国，即使到美国访问的中国学者也被严格限制接触该类软件.该类软件出口到其他美国同盟国家也必须经过美国国会批准.[ 参见2008年第339次香山科学会议上，大连理工大学宗智教授的报告《国产水下爆炸CAE软件的讨论》.]

    (3)大型飞机设计 .近年启动的大型飞机研制重大科技专项中，对于高端的、真正应用于飞机设计的软件，国外公司都严格保密，我国能得到的是版本低、进度低、限制CPU使用量级的CAE软件，更重要的是，没有软件源代码极大地束缚我国大型飞机的整体设计和制造业的长远发展.[3]

    (4)核电站 .要有自己的CAE软件，才能在国际上获得平等的地位. 上海核工程研究设计院的研究人员深有体会：有些软件即使出高价，美国也不肯卖；而欧洲的某些国家有自主的相同软件，他们竟然可以免费得到美国的同类软件.[请作者校核这句话改得是否正确。] 中国应该在国家层面关注自主CAE产业建设，否则无法体现出自己的实力. 只有提高自身能力，才能得到竞争者的尊重和认真对待. [ 参见《上海力学动态》2010年刊登的《凝聚专业技术协会力量，服务国家战略产业建设》.]

    (5)超级计算机 .目前，国内众多大规模计算机系统都处于机器用不满或缺少大规模应用的状态，虽然利用超算中心资源的可以缓解部分中小企业买不起CAE软件的窘境，但使用160核以上进行计算的仅仅占到1%[4]，“大机器，小应用”已经成为限制大规模计算的难题。另一方面，要充分发挥超级计算机的性能，需要有与之匹配的高性能计算软件，而且国外商业软件除了价格垄断以外，根本不售卖具有高技术含量的模块，结果导致超级计算机无法充分发挥作用，无法发挥和体现超级计算机的功能和价值。这就像高速路上挤满了自行车，极大地浪费了宝贵的资源. [5]

    自主开发的软件技术在航空、航天及重大工程项目中，发挥了不可替代的重要作用，打破了国外在 CAE软件行业的垄断和对中国的封锁，使国外软件由有限制的高价租用逐步转为放开销售.[参见2008年第339次香山科学会议上，大连理工大学宗智孙侠生研究员的报告《以工程应用为基础实现航空CAE软件的产业化发展》.]因此，整个国家的竞争能力的提升，需要自主CAE软件的强力支持，依靠国外CAE软件是不可行的，而且发展通用可持续发展的CAE软件集成系统更应是社会公共责任和产业结构中不可或缺的那部分.

    “发展我国 CAE软件技术和产业，对于提高我国产品核心竞争力和自主创新能力、打破市场垄断、保证国家安全和实施好国家中长期科技发展规划等具有重大意义”。正是在众多重大工程项目中技术应用、软件开发和战略博弈的艰难取胜，我国一大批自主技术托起了国民经济建设的脊梁。何为新兴战略性产业，以温总理所确定的原则，第一条为“要真正掌握关键核心技术，否则就会受制于人”。放眼全球，我国在自主CAE领域，真是基础研究可圈可点，技术成果更是独具特色。因此不能只是站在全球利益价值链的低端，建立自主CAE软件产业势在必行。

2 软件产业建设中的社会科学方面思考

    30多年来，我国基础研究工作可圈可点，研究成果更是独具特色，但没有实现自主 CAE软件商业上的成功，没有形成自主CAE产业的雏形.如果说30年前的软件可以靠单项技术杀出一条生路，那么现在的软件必须是海陆空全方位立体作战系统；靠一家之长成功开发商业CAE软件系统是相当困难的.

    (1)软件系统的质量标准认定 .一流企业做标准，二流企业做品牌，三流企业做产品，这是在当前中国很流行的一种企业发展理论。MSC.Software公司的某些软件产品被美国联邦航空管理局认证为领取飞行器适航证指定的唯一验证软件，从而独步江湖多年，这就是一大例证.成熟的软件企业以开发生产、系统集成、应用服务和其他相应技术服务为主要任务，并取得相应的软件开发资质等级认证.计算机信息系统集成资质等级评定是通向市场的依据和标准，但个体因难以达到较高资质等级而在市场竞争中处于劣势，甚至被淘汰；目前主流CAE软件系统大多集成和开发有数十个专业应用分析程序，在众多领域不断得到验证和分析从而得到修正和提高.在国家层面发展自主CAE软件系统，可以将以往积累的大量成果和经验作为软件开发的基础，也可以在基础研究中有的放矢地进行投入.个体无法胜任这种多领域作战的重任.

    (2)通用软件的综合系统工程 .主流CAE软件的成功推广，很大程度在于具有便捷的用户交互界面和集成软件功能的开发平台.前者需要日新月异的实体图像处理技术作为依托；后者则更注重多目标、多学科的网络化系统管理.国外成功的主流软件往往借助资本的力量，通过收购、兼并和组合等手段达到占有市场的目的，国内软件开发若依托国外软件平台进行二次开发，或许可以取得一时的成功，但要采用这种方式作出自主的软件系统，从来就没有成功的先例，反而造成人员加速流失的后果.

    自主 CAE软件系统应以有别于国外成熟流行的技术作为蓝本，将具有自主领先的应用技术作为构建开放、技术密集型软件系统的核心技术平台；应在更高的层面(如国家层面)、更新的理论方法和更贴近国家先进制造业背景作为自主CAE软件工程建设的雏形，全面吸收、吸引最广泛的自主技术，构建面向国民经济、重大工程的应用软件系统；应以企业和工程之所需来指导其理论研究的方向和目标，并通过企业、工程的实践应用来评判其效益和作用.

    知识经济时代，工程科学的学术研究成果力图实现社会工程应用、力图实现市场认可的应用技术新兴产业，单凭自身的努力和认识，与专业社科学者统领全局的专业指点相比，有些内容有余、重点明确、归纳零散、分析提不上高度。科技成果不能成为商品在市场上流动，就不能融入工程项目和扎根商品社会，就无法更大程度上体现出价值；科技成果不能成为商品在市场上流动，对于类似问题的解决不能提供公共服务，对相关的产业结构提升同样带来缺憾。心里急，想突出围城，因而工程界的“浅社科化”讨论交流，已经成为在宏观经济调整下新兴战略产业建立、先进制造业提升和优化生产性服务的重要因素 [6]。在推动自主软件产业建设中注重加强社会科学方面的思考，应该更能综合考虑我国国情和科技、产业基础，实现重点领域突破和形成竞争优势。

3 结束语

    iPad在平板电脑业中突茧而出，是创新的成功 .不可否认，研发是行业中决定性的重要因素，但创新是天时地利人和的结果.创新的价值在于市场的认可，在自主CAE领域中，已经涌现出许多具有领先技术、占有领先地位的应用和行业，中国的CAE软件产业是以国家建设的自身需求为发展背景，以突破“禁运”、“垄断”等限制的明确自身利益的国家需求，应给予更大发展空间和可以做实做强的机制.产业结构调整的“整体利益”应该以体现人们知识资本的“个体价值”为基础，要有给技术人才体现价值和企业实现需求的通道.

    创新模式是一系列变革的结果，促进创新的各方因素能汇聚成经济发展的动力，其中，人文社会素质的积淀是创新的基础 .创新同时也是一种文化现象的表现，“凡战者，以正合，以奇胜”，发展自主CAE软件产业或许就是这个道理.现阶段，自主CAE软件与国外主流软件的全方位差距，所以，应摆正位置，端正态度，出奇不意，才能以己之长，攻彼之短，赢得一席之地.

    建立自主软件产业不仅是工程科学的事，更是社会科学要统筹解决的问题。工程科学的人以前都不太关注社会科学领域研究的问题，光靠朴素的阶级感情，急国家所急，现在看来是不行了，必须按照科学的市场规律办事；社会科学的人也要了解工程科学所已有的条件和能力，没有自主核心技术，仅靠“低碳”、“绿色”概念就大干快上，花的钱得不偿失，甚至会积重难返。

因此，自主 CAE软件工程创新模式的建立，不仅需要作为专业技术的工程科学研究有扎实的积累和传承，探讨切合经济社会全面协调可持续发展的社会科学理论作为新兴产业创新支撑体系的基础，显得更有必要。

 

参考文献：

      [1] 高博 . 尹泽勇院士：中国航空研发瓶颈“软件”因素占一半[EB/OL]. (2009-03-06)[2011-03-02]. http://www.sciencenet.cn/htmlnews/2009/3/216959.html.

      [2] 吴广明 . CAE在船舶结构设计中的应用及展望[C]//中国科学院. 中国科学院技术科学论坛第23次学术报告会议论文集: CAE自主创新发展战略. 上海, 2006: 283-291.

      [3] 陈刚 ,王磊,宋慎义, 等. CCFD：面向大型飞机设计的万核级流场数值模拟软件[C]//第六届中国CAE工程分析技术年会论文集, 哈尔滨, 2010: 725-734.

      [4]洪钊峰 .我国高性能计算产业: 硬件巨人, 软件矮子[EB/OL]. (2009-110-03)[2011-03-10]. http://server.it168.com/a2009/1103/802/000000802253.shtml.   

      [5] 贺贤土 , 赵世荣．加速发展我国高性能计算的建议[C]//中国科学院. 2007高技术发展报告. 北京： 科学出版社,2007: 337-344. 

      [6] 于杰 ,王钱荣,吴慧玲,等.自主CAE软件产业和服务平台建设[J].计算机辅助工程,2011,20(1):144-147.

 

引用本文：王菲菲 ,毛火华,陆仲绩.发展自主CAE软件的创新模式[J].计算机辅助工程,2011,20(2):133-135.