中国工业软件发展的十点思考.docx

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1、中国工业软件发展的十点思考讲工业软件，必须先讲软件。软件工程通史对软件发展作出了以10年为周期的若干阶段界定。由此可见，数学知识软件化历史与计算机历史同步发展。基本汇编语言是软件的早期形态，大约200个汇编/宏汇编语言软件被开发，其中100个用于军事/国防，75个用于科学。软件一词于1956年在美国被正式提出，是指计算机程序及说明程序的各种文档。现阶段，软件发展存在以下五大趋势：一是计算技术重心转向网络化，互联网成为软件开发、部署和运行的平台；二是软件服务化趋势逐步以应用和软件产品为中心转移到以客户服务为中心；三是智能化趋势逐步由物理传感器状态感知分析向人类意识思维方向转变；四是操作系统、数据

2、库、中间件和应用软件等相互融合，向一体化平台发展；五是大量创新技术、业态模式推动人类社会、国民经济各行业、数字经济市场快速发展。1 .工业软件发展历程第三次工业革命诞生了电子数字计算机和软件，从这个意义上而言，电子数字计算机、软件、工业软件均为工业产品。然而实际上，电子数字计算机和软件的出现逐步将人类知识转化为软件，也称为人类知识软件化，如图1所ZKo总趋势：人类知识软件化发展路役：各行业知识数字化/软件化/网络化/公化.换件环节是知识软件化军知识软件化数学知识软件化物理知以软件化化学知识软件化软件知识工业化工业软件软件化专统架构1：业软件（交互式、嵌入式不业装备/过程李生化己架构工业软件TJ

3、kAPR软件诞生1957年首歆第三次【：业革命图像引擎/几何约束【:业软件网络化1业软件云化2023年工业软件诞生.工业软件爆发有限元网格化分/求解器图I人类知识软件化趋势高级编程语言为人类数百年形成的工业知识和技术能力插上软件的翅膀，工业技术软件化开始了万里长征第一步，工业技术（知识）融入计算机软件。PatrickJ.Hanratty1957年在GE工作时开发了一个由编制数控程序的CAM系统-PRONTO,据今在用的3D机械CDCM系统中仍存在70%可追溯的原始代码。由此可见，第一款CAD/CAM软件就是用于制造业数控编程。软件化知识意味着模块化、系列化、标准化、共享化、数字化知识，给予人类

4、知识全新的属性和力量，让工业界基于知识加速进行产品创新。在产品创新中，将己经软件化的知识不断优化、重组和二次创新。第二代工业软件成型及应用于1960T979年，诞生了商用工业软件。随着CRT单色显示器能显示曲线，绘图机能绘制曲线，出现了计算机辅助绘图软件（CAD）O然而，初期软件程序员必须熟练使用汇编指令，编程过程耗时费力。高级语言出现，简化了编程过程，形成实用的软件功能。此外，商用软件进入快速增长期，工业技术软件化自身发展在一定程度加速了基础知识软件化、软件知识工业化发展的脚步。例如，CAX软件研发不仅需要与工业需求相匹配，还需具备平面几何、立体几何、曲线曲面计算、算法与恰当的图形显示表达等

5、方面知识。因此，该时期CAD属于辅助设计软件。ai机.也气.电子.光.声.藏体.核.我等n化齐放K：门I：研发和定Mj让软件新彩6一*1中杼城发展图2工业发展和工业软件进程从第一款CAD软件研发后，一系列CAD软件纷纷面世。工业技术软件化伟大进程在CAD软件与技术发展脉络中可见一斑，如图2所示。计算机辅助工程（CAE）软件也是在大量工业需求下出现的产物。第一套通用型有限元分析软件是为了满足航天航空工业对结构分析的需求，美国国家航空航天局（NASA）阿波罗登月计划目的是实现载人登月飞行和对月球的实地考察，为载人行星飞行和探测进行技术准备。因此，诞生了NASTRAN和I-DEAS（集成化机械设计与

6、工程分析系统）软件。开发CAE软件是为了利用计算机辅助技术，求解航天、航空工程中复杂产品的结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触等问题，后续发展为解决大绕度、大应变、粘弹性、蠕变、流体、电磁等复杂非线性问题，及对嵌入式系统软件进行代码验证、模型验证、硬件在环综合验证等系统仿真问题。通过上述软件发展过程可见，第一个CAD软件是为了满足数控加工需求，第一个CAE软件是为了满足航天航空复杂产品需求。工业技术软件化完全是由工业的内生需求牵引和驱动的一场工业领域研发与生产工具的伟大变革，为研制与创新工艺品提供了一种新能力。由此可见，工业需求牵引是工业软件开发的动力，工业软件的核心是长

7、期积累的产品设计知识、工艺知识和生产制造知识。计算机出现后，可将多年积累、反复验证后的工业知识转化为工业软件，将人的知识转化为机器知识。世界工业软件发展的最佳案例就是FrancisBernard开发的CATIA,奠定了世界工业软件排名第一的辉煌。工业技术软件化，工业知识技能至关重要，数学方法、软件工程思想应用也必不可少。例如，世界上第一枚二极管、三级管和集成电路都来自于贝尔实验室，第一台数字计算机、软件概念、人工智能概念均为美国创造。因此，必须清醒认识到：工业创新才是中国工业软件的核心，缺乏工业和制造业创新就无法产生自主研发的工业软件。2 .从亚当斯密国富论看现代工业体系分工亚当斯密国富论中的

8、分工理论系统阐述了劳动分工对提高劳动生产率和增进国民财富的巨大作用。回顾计算机发展历程，1946年世界第一台电子数字计算机ENIAC只有硬件，没有软件和操作系统，后来研发出软件，发展至今一直沿用冯诺依曼体系架构。2.1 硬件架构分工1965年前，每台计算机操作系统均为IBM360系列，标志着计算机工业化开始。1981年出现个人PC计算机，配置8088CPU和存储器，外设包括CRT、键盘、软盘和打印机。随着计算机性能要求不断提高，数学处理器8087协处理器(Co-Processor)产生。由于在开发CAD时发现，确少8087协处理器将无法支撑大规模CAD计算，因此形成了8088CPU和8087协

9、处理器分工，如图3所ZKo图3支持CAD的PC架构计算机常规显示器、键盘、磁盘机和打印机已无法满足CAD软件使用，必须添加新外设，例如绘图机、光笔、TAB1E-1AT（光学版，那时没有鼠标）等。然而，外设增多将导致8088CPU处理能力下降。为此，需要在计算机外加一个8089通道处理器，专门处理外部设备数据输入输出。此外，当时8088、8087、8089这3个芯片构成了控制、数学计算和外围设备处理的核心计算机。2 .2软件体系分工回顾计算机软件发展历程，1956年才有软件和操作系统。直到1965年前，每台计算机仅存在一个操作系统，相互不统一也不共享。之后，陆续出现了数据库、汇编语言、应用软件等

10、通用软件，如图4所示。（计算机软件发展带来的思考（从通用到专用）操作系统嵌入式*分布式*实时W网络数据库卜A关系型*层次型*实时*分布式汇编语言MFORTRANWBASICHCOBO1一C应用软件卜M信息管理bT研发设计生产控制*嵌入式图4计算机软件体系分工从通用软件发展到专用软件，存在多种操作系统，例如嵌入式、分布式、实时操作系统、网络操作系统等；数据库包含关系型、层次型、实时数据库、分布式数据库等；编程语言包括汇编语言、FORTRAN.BASIC.COBO1、C+等;应用软件从信息管理发展到研发设计、生产控制、嵌入式软件等。本文倡导工业软件新生态，将专业软件发展为通用软件，面向航空、汽车、

11、造船等不同行业。例如CATIA、西门子、PTC或AUToDESK,可同时应用于航空、汽车、造船、建筑等行业，如图5所示。通用工业软件（X方向）图5全球工业通用软件本文以CAT1A为例，该软件结构设计功能强大，复杂曲面功能优秀，从点到曲线CUrVe、线架Wireframe、曲面SUrfaCe,最后重构实体。因此，在全球航空工业、汽车复杂外形设计领域广泛使用。国内最早大规模用CATIA的是中国航空工业集团第一飞机设计研究院，CATIAV5就是近20年在国内使用过程中优化成熟的产物。CATIAV5刚发布时共包括200多个模块，经过第一飞机设计研究院团队分析后，确定真正适用于飞机设计的不到60个，缺乏

12、飞机设计专用功能模块，因此花费高额资金购买了两个CATIA开发包权限。2000-2002年，在新飞豹设计中第一飞机设计研究院基于开发包开发了几十个CAT1A航空专用模块，加上购买的近60个通用模块，共有上百个模块。目前，通过研制新飞豹、空警2000、ARJ2k运20等系列飞机型号，已积累几百个基于CAT1A平台自主开发的模块。虽然，各大飞机设计厂商均采用CAT1A架构，但第一飞机设计研究院的CAITA与波音、洛马、空客和法国达索系统公司的CATIA完全不一样。由此可见，如此复杂庞大架构的CAT1A,航空工业只能用到一小部分，其中近300个模块可供汽车行业使用的不到30个，大量中小企业可用模块更

13、少。并且，中小企业在资金、高级人才短缺的情况下，根本难以组织团队实现自主开发。3 .中国工业软件新赛道全世界工业软件龙头企业基本选择通用工业软件发展路线，从人类分工到计算机架构分工，再到系统软件分工。中国的工业软件企业可针对较为完整的工业体系行业，例如家具、箱包、服装、家电和汽车等，开发专用设计、仿真、工艺和制造软件，集中优势研发，与现有成熟工业软件相互结合，如图6所示。(行业专用工业软件(Y向发展)家具箱包服装家电汽车CADCADCADCADCADCAECAECAECAECAECAPPCAPPCAPPCAPPCAPPCAMCAMCAMCAMCAM图6构建中国工业软件新赛道专用工业软件工业软件

14、是必由之路，但中国90%以上中小企业无法负担大型工业软件费用。因此，中国工业软件发展之路应向行业专用工业软件方向发展。专用工业软件相较于通用工业软件更经济、简单、好用，占用的计算、网络资源相对较少，对中小企业优势更大。4 .中国工业软件发展的十点思考4.1 工业知识原创是核心工业知识的核心为原始创新。国产的“卡脖子”工业软件应从数学计算方法和工业技术物理现象领域入手，对该问题认识的高度和目标决定了解决工业软件“卡脖子”研究的突破方向，关键在于CAE、CAD技术研究积累，两者间存在先CAE后CAD的内在物理关系。工业品设计力学原理从应用数学有限元分析起步，转化为计算机辅助设计的技术。由于工业品设

15、计的核心是技术物理参数、常数，因此无法存在一套通用软件解决中国所欠缺的工业软件问题，需按照工业分类研发出多类别国产工业软件。4. 2知识产权保护是生命线工业软件实际上是工业设计、研制方案的计算仿真工具，清晰地定义所谓的工业软件为工业设计方案仿真计算工具。但在如今知识大爆炸时代，也是知识快速传播时代，迫切需要加强中国知识产权保护工作。然而，部分地方政府对工业软件知识产权保护仍落实不到位，以致于国内一些知识网站还出现了盗版工业软件的销售广告；许多企业缺乏尊重知识产权的意识；部分工业软件公司口头上号召保护知识产权，幕后却千方百计破解好用的工业软件，供自己参考借鉴。因此，若不下决心做好知识产权保护工作，就难以真正实现中国自主工业软件研发。4.3工业软件难点是复杂产品工业软件过去40多年来，在大型复杂产品大规模应用中培养了一大批熟练掌握三维设计的工程技术人员；逐步完善、改善应用，形成了目前国际三维设计标准；大规模复杂产品在设计、反复迭