MATLAB一款商業數學及科學計算仿真軟件,數值計算、機械化工、汽車航空等研究都少不了它,是不少理工科學生的“工科神器”。而且,由于它的數值計算和仿真模擬形成了一個完整的生態,幾乎沒有可替代性。
雖然冠以軟件之名,但工業軟件的本質,其實姓“工”不姓“軟”,它的內核是工業的積累,是將工業所涉及到的物理、化學、力學、材料科學等知識,以及設計、制造、工藝的積累,用程序的形式表現出來。
按照用途,工業軟件可分為研究設計類、生產管控類和管理運營類,其中技術含量最高的,是研究設計類,它包括解放設計師雙手、讓設計師在電腦上就能作圖的CAD(計算機輔助設計)、驗證設計出來的產品是否合格的仿真分析軟件CAE(計算機輔助工程),以及芯片設計軟件EDA。
芯片之外,大到飛機、輪船,小到一輛汽車的研發設計,都離不開工業軟件。它不僅能提高效率,還能極大地降低產品研發的成本。
以飛機為例,在過去,一架飛機設計出來后,需要在風洞中利用人工氣流來模擬飛機飛行過程中,周圍氣流的分布和運動。
這不光費事,還意味著高額的投入。
一個完整的風洞,不光建設成本高達百億美元,運行成本也不容小覷,是出了名的耗電大戶。有人戲稱,“風洞一響,黃金萬兩”。
新中國成立之初,由于擔心影響西南地區的工業生產,中國圍繞著是否要停止風洞建設,還出現過不小的爭議。最后還是在錢學森的堅持下,才得以完整保留。
今天,盡管資金不再構成阻礙,但有了計算流體動力學軟件CFD(Computational Fluid Dynamics),許多風洞實驗在軟件上就可以完成,成本可以降低數百甚至上千倍。
遺憾的是,這些“大腦”和“神經”都握在美國和少數歐洲國家手中:
CAD軟件,超過90%的市場在德國西門子、美國PTC、Autodest和法國達索手中;CAE軟件市場則是Ansys、Altair和MSC三家美國公司的天下;EDA軟件也基本上被新思科技(Synopsys)、凱登電子(Cadence)和明導(Mentor Graphics)三巨頭壟斷,全球市占率超過60%。
卡脖子,是近年對芯片制約的比喻,在工業軟件的領域,這一卡,直接卡在了腦袋上。
1986年,工業軟件發展納入國家“863”計劃,這一消息對我國的工業企業、科研院校是一個極大的鼓舞。當時,清華、北航、中科院的師生們提出“甩掉繪圖板”的口號,投入到工業軟件的研發中。
這可能是中國工業軟件的第一個小陽春。
1990年代,在ERP領域,北自所創辦的北京利馬和王德銘成立的上海啟明,形成“北利瑪、南啟明”的南北格局;CAD/CAE領域也百花齊放,在國家機械部(機電部)“CAD攻關項目”、國家科委“863/CIMS”的支持下,涌現出熊貓CAD、中科院飛箭、大連理工JIFEX等商業和企業自用工業軟件。
數據顯示,90年代中后期,我國工業軟件的市占率達到25%,在一些專項領域,甚至高達45%。
但工業軟件迅猛發展的勢頭,卻在進入新世紀后戛然而止。
隨著加入WTO,中國的大門也隨之打開,與國外高端設備一起進入中國市場的,還有國外的工業軟件。通過贈送、默認盜版等方式,國外工業軟件展開了對中國工業軟件的圍剿。
市場總是遵循典型的實用主義。面對界面更友好、速度更快、價格更便宜的產品,企業的天平傾向了國外工業軟件,我國工業軟件的市場份額從25%急劇下降到5%,工業軟件成為“空心”產業:
一是工業知識與經驗的空心化。企業的生產流程、工藝等數據沉淀在國外工業軟件,既幫助國外工業軟件持續迭代,又培養用戶習慣,對其形成依賴。工業軟件由此出現“強者恒強”的馬太效應,中國工業軟件生存空間進一步被壓縮。
我國對工業軟件最大的誤判,是把它當作軟件的分支,而非工業的大腦,自然也沒有給予足夠的重視。
即使到了2018年,在當年發布的《戰略性新興產業重點產品和服務指導目錄》中,“工業軟件”也只出現在第四級目錄中,是“新興軟件和服務”方向下11個子項目之一。
這個定位,讓工業軟件失去了應有的資金支持。據業內人士反映,從“十二五”起,國產自主工業軟件研發,就再也沒有從國家部委獲得資金支持。相反,本著“造不如買,買不如租”的理念,國家補貼給制造企業的錢,都拿去買國外的工業軟件了。
正是這種“拿來主義”,不僅讓我國的工業軟件比國際最高水平落后了30年,在材料、航空制造等領域,也一度因為核心技術的缺失,不斷被“卡脖子”。
為此,我國工程院院士倪光南呼吁:“關鍵核心技術是要不來、買不來、討不來的,大國重器一定要掌握在自己手里?!?/p>
我國制造業正在向智能制造升級,未來會有越來越多類似武快反工廠”的智能升級。但如果剝開智能制造大數據、人工智能的外衣,它的核心還是工業軟件。
在最早提出智能制造的德國,位于德國紐倫堡以東約60公里維爾斯河畔的工廠——安貝格工廠。
在這里,每秒就能生產一個產品,產品合格率接近100%。其中,75%的工序由生產設備和電腦完成,工人只負責剩下的1/4工作。工廠建成以來,面積和員工數量沒有改變,產能卻提升了8倍。
這座未來工廠,是西門子一手打造的。
目前,西門子是歐洲僅次于SAP的軟件公司,也是世界十大軟件供應商之一。
我國《“十四五”智能制造發展目標》中,明確提出了我國智能制造的目標。但是“瘸腿”的工業軟件如果不能實現突破,將成為中國智能制造的阿喀琉斯之踵。
工業軟件的體量小、研發周期長、投入大,這些特點決定了這是一條“慢”賽道,資本市場對它“愛不起來”。
“小打小鬧”的投入,對工業軟件的發展無異于“杯水車薪”,讓這個“爹不疼娘不愛”的行業,成為我國改革開放以來,唯一一個與國外同行差距越來越大的工業技術領域,想要奮起直追,有很大的難度。
但這又是一個關乎整個工業體系的技術領域,除了“自力更生”別無他途,需要以舉國體制來實現突破,是通往制造強國之路上,那些必做的“難而正確的事”。