发展自主可控工业软件没有捷径——专访中国科学院院士丁汉

走自主创新之路,掌握自主可控的智能制造工业软件,是解决我国战略性领域关键零部件制造受制于人、实现制造业向高端跨越的必经之路

从战略层面将工业软件作为我国重要的战略资源进行长期支持、从战术层面推动构建产业生态、从人才层面优化人才培养引进机制,合力锻造出我国自主可控的工业软件

“工业软件姓工不姓软”,从事工业软件的人才应具备工业和软件业复合专业背景

文 |《瞭望》新闻周刊记者 扈永顺

第四次工业革命,将智能制造推向了潮头,工业软件的重要性也不断凸显。近年来,我国工业软件市场以超过10%的年均增速快速发展,部分领域国产软件市场占有率超过50%,但研发设计类软件国外企业仍占主导地位。中国工业软件面临补足研发设计高端软件短板,破解部分领域“卡脖子”问题的挑战。在中国科学技术协会发布的2022重大问题难题中,发展自主可控的工业设计软件列为10大产业技术问题之一。

工业软件的研制高度依赖工业发展技术以及经验迭代累积,没有捷径可走。中国科学院院士、华中科技大学学术委员会主任丁汉带领团队聚焦航发、能源、船舶等行业复杂零件制造,历经20多年,在大量先进制造工艺、核心算法的基础上,研发了智能制造核心工业软件CAM(计算机辅助制造)系统,在航空航天领域实现应用和部分替代,打破了国外软件的垄断地位。

2022年初,在国家自然科学基金委的支持下,“机器人化智能制造”基础科学中心在华中科技大学成立,创建机器人化智能制造理论体系,形成自主可控的核心工业软件、关键技术和重大装备等,成为中心的发展目标。

在航空航天、电子信息、生物医药等高端制造领域,工业设计软件已是不可或缺的基础性工具,为加快培育本土设计类软件,丁汉在接受《瞭望》新闻周刊记者专访时表示,亟需从战略层面将工业软件作为我国重要的战略资源进行长期支持、从战术层面推动构建产业生态、从人才层面优化人才培养引进机制,合力锻造出我国自主可控的工业软件。

工业软件支撑智能制造

《瞭望》:发展自主可控的工业软件有何意义?工业软件在智能制造中扮演什么角色?

丁汉:工业软件是工业知识的复用。不同于计算机软件的“软件属性”,工业软件从本质上来说还是工业品,是对制造业规律的数学表达,是以软件形态承载的大量工业技术及知识,包含工业领域知识、行业知识、专业知识、标准和规范等。需要通过科学的方法,如数学建模、软件工程方法等,经历充分的工业应用锤炼和长期积累,以及良好的工业软件生态氛围,才能形成商品化的研发设计工业软件产品。

21世纪以来,欧美发达国家将工业软件发展上升为国家战略,我国“十四五”软件和信息技术服务业发展规划,德国“工业4.0”战略,美国《工业数字化转型白皮书》,欧盟的信息社会计划(IST)和尤里卡ITEA计划都对其进行了重点关注。

要成为工业强国,我们需要突破智能设计与仿真及其工具、制造物联与服务、工业大数据处理等高端工业软件核心技术,开发自主可控的高端工业平台软件和重点领域应用软件,推进自主工业软件体系化发展和产业化应用。

近十年,我国航空航天、能源化工、先进轨道交通等行业发展势头好,这些行业对大型复杂零件、构件制造的需求非常强烈。数控机床作为当代制造的主要装备,在实现复杂曲面零件高精度制造中扮演了十分重要的角色。然而,随着制造对象尺寸越来越大、产品结构越来越复杂、产品服役性能越来越高,现有制造模式面临重大挑战,难以满足生产效率和品质需求,智能制造是解决上述问题的新模式新手段。

工业软件作为智能制造的大脑和神经,通过在制造过程中的环境感知、自主决策与自律适应,并融入人类智慧和知识经验,实现单机能工巧匠、多机分工协作、人机自然交互,达到数字化制造技术与机器人技术的深度交融,从而提高我国战略与支柱领域大型复杂零件、构件制造水平,带来制造技术的变革。

工业软件是推动制造业高质量发展的核心要素,是推进工业数字化转型的重要手段,也是智能制造的灵魂。没有工业软件的支撑,就不可能有数字化、网络化、智能化。

在天津荣盛盟固利新能源科技有限公司模组车间,工业机器人在生产线上搬运动力电池模组(2022年7月25日摄) 孙凡越摄/本刊

二十载耕耘本土工业设计软件

《瞭望》:机器人化智能制造最内核的是工业软件。你们团队发展了哪些自主可控的工业软件?

丁汉:机器人化智能制造是将机器赋予“人”化。利用机器人灵巧、顺应和协同等特点,为不确定性、非结构化环境下的制造提供新模式。突破复杂曲面加工工艺,实现我国核心工业软件、工艺装备的自主可控,支撑大国重器高效高品质制造,是我们团队一直以来的信念和责任。

二十年来,我们聚焦航发、能源、船舶等行业复杂零件制造,深入研究复杂曲面制造理论及工艺,逐步积累了先进的制造工艺、核心算法,先后突破了复杂曲面特征高效加工方法、薄壁结构自适应加工变形控制方法等核心加工工艺,研发了机器人化智能制造的核心CAM软件。

在细分领域,我们推出了围绕叶盘叶片等复杂曲面数控加工TurboWorks/TurboCut及大型曲面零件机器人化加工HustRimCam两款自主可控的工业软件,在核心功能点上与国外同类软件相当,部分特色算法甚至领先国外同行,打破了国外软件的垄断地位。其中,TurboWorks/TurboCut主要应用于国内航空发动机的叶轮、叶盘、叶环、叶片等复杂曲面零件。HustRimCam针对能源、船舶行业水轮机、螺旋桨等大型构件,均可独立完成零件全流程数控加工。软件中自适应加工、在线同步仿真、行程约束等特色技术能有效控制大型复杂零件加工变形,提升零件加工效率及品质。

CAM软件需要具有易用性、稳定性、高计算效率和极丰富的工艺数据库,其研发具有较高的技术难度和较长的研发周期。我们自主研发的CAM软件当前提供的策略多元性、参数丰富性以及模型适用性等细节层面与国外软件相比尚有差距,亟需通过大量行业应用加速本土软件的迭代升级。这一研发过程没有捷径可走,只能一步一个脚印,边研发,边迭代提高。

《瞭望》:你对发展自主可控工业软件有哪些建议?

丁汉:近几年我国逐渐加强了对国产自主可控工业软件的支持力度,出台了一系列支持国产工业软件的政策,良性效应正逐渐显现。但发展自主可控工业软件,仍然面临挑战。

从产业链层面看,面临健全工业软件产业链的挑战。发达国家的软件公司构建了包括基础研究、技术开发、应用迭代等全产业链条,并通过持续投入、迭代开发和技术并购,已经形成了较高的核心技术,存在较高技术壁垒和产品用户黏性,使其他竞争者难以跻入产业链的某一环,实现反超。

从专业人才培养层面看,业界有句话“工业软件姓工不姓软”,从事工业软件的人才应具备工业和软件业复合专业背景,并愿意长期在这个领域耕耘投入,国内面临培养复合型人才的任务。

从市场层面看,国内高端制造业对应用国产工业软件缺乏足够的信心。工业软件是在实际应用中发展起来的,提供足够的应用空间,国产工业软件就有更多进步的机会。

走自主创新之路,掌握自主可控的智能制造工业软件,是解决我国战略性领域关键零部件制造受制于人、实现制造业向高端跨越的必经之路。

首先,从战略层面将工业软件作为国家重要的战略资源进行长期支持。推动成立核心工业软件发展专项基金,利用国家重点研发计划、国家科技重大专项予以扶持,对重要工业软件如CAD/CAM/CAE(计算机辅助设计/制造/工程)、CAPP(计算机辅助工艺过程设计)等,稳步推进国产替代,通过保险补贴、研发应用奖励补贴等政策,推动国产软件在各行业应用,全面提升我国自主可控工业软件发展水平。

第二,从战术层面推动构建产业生态,找到工业软件优势突破点,鼓励制造业对国产软件开放应用机会。在部分领域,比如中望二维CAD、华天三维云CAD、开目三维CAPP等一批工业软件,已经具备了一定程度的局部产业优势,可以这些优势点为基础,形成局部突破,促进一批重大项目立项和建设,系统总结一批优秀行业解决方案,在全行业推广应用。鼓励软件企业与工业企业、军工企业加强战略合作,通过并购股权、投资成立合资公司等,形成利益共同体,面向特定需求开展工业软件的技术研发、磨合和应用,给国产软件以试错和提升的机会,最终实现工业软件和制造业双赢。

第三,完善投融资机制。要大力支持符合条件的工业软件企业上市融资,创新投融资方式,支持企业通过知识产权质押融资、股权质押融资、科技及知识产权保险等手段获得商业贷款;充分发挥融资担保机构作用,为小微企业提供各种形式的融资担保服务;拓宽企业融资渠道,改善金融机构服务,加大对核心工业软件产业的中长期贷款支持力度,扶持工业软件产业发展。

第四,完善人才培养和激励机制。依托国内高等院校,建立工业软件研究实验室,开展工业软件通用技术基础研究,鼓励国内科研院所、高校和企业开展联合培养,扩充行业后备人才;加快出台人才专项政策,鼓励企业制定股权分配、股票期权激励方案,解决行业人才成长发展后顾之忧,避免人才流失。

补齐复合型人才短板

《瞭望》:对培养工业软件人才,你有哪些建议?

丁汉:当前我国面临工业软件人才有可能“断供”的严峻现实,亟需培养对零件制造工艺、加工装备以及大型软件架构开发熟悉的复合型人才。

创新高校院所工业软件人才培养机制。目前高校院所工业软件人才培养面临更新知识体系、与业界建立交流互通机制等问题。高校院所应建立与业界需求适时同步、学科交叉工/软兼备的人才培养体系,建立普通人才高校订单式培养、高端人才校企乃至全产业链联合培养的模式,建立高校、院所、企业人才互融互通的政策与渠道。

建立工业软件产业链用人机制。工业软件企业需要建立完善的培训体系和职业发展体系。重视人才的招聘和培养工作,加强软件人才的一线工程化培训;建立科学的晋升机制,提供良好的研发环境,让人才留得住,有发展空间;加强管理水平,提高员工的待遇水平。2021年开始,工业软件企业逐渐成为资本眼中的热门赛道,应鼓励公司将股权、期权等作为跨国跨行业引人、留人的重要手段

 

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