海洋衛士壓載水

中國船舶工業的軟件之憂

2020-07-10 21:33:56
來源:中國船舶報 編輯: 國際船舶網 我有話要說

美國對中國科技領域的打壓正逐步升級,近期更是宣布將33家中國企業和高校列入“實體清單”,其中赫然包括哈爾濱工程大學和哈爾濱工業大學。美國Mathworks公司根據美國相關要求已終止這兩所大學使用MATLAB軟件的授權,MATLAB軟件主要用于計算、可視化、數據分析等,其被禁將給這兩所大學的科研和教學帶來不利影響。

這一事件讓我國工業核心軟件被國外企業壟斷的問題浮出水面。記者了解到,與其他行業相似,我國船舶工業使用的軟件大多從國外引進,雖然也有獨立自主研制的設計和制造軟件,但商業化應用并不理想。在國際形勢日益復雜的今天,這種狀況亟待改變。

現狀

國外軟件一統天下

有研究評估數據顯示,在核心工業軟件中的計算機輔助設計(CAD)軟件領域,法國達索、德國西門子、美國PTC以及美國Autodesk公司在我國的市場占有率達到90%以上;計算機輔助工程(CAE)軟件領域,美國的ANSYS、ALTAIR、NASTRAN等公司占據了我國95%以上的市場份額;計算機輔助制造(CAM)領域,我國市場主要被德國西門子、施耐德,美國通用、羅克韋爾等國外巨頭占據。在船舶工業領域,軟件市場份額與此類似。中國船舶集團有限公司旗下江南造船(集團)有限責任公司科技委主任胡可一表示,國外軟件在我國船舶工業中占據主導地位,國內的軟件也有,但多數容錯性及應用性不足,或者只是一些接口軟件,核心依然是國外軟件,然后再加一些數據,在船舶工業所占份額極其有限。

船舶工業的特點是產品繁多、小批量多品種、工藝流程復雜、勞動力密集、建造周期長、管理難度大,因此,相比其他制造工業來說,對軟件的要求更高,軟件集成的難度更大。目前,我國船廠及船舶設計企業基本依賴國外商用船舶工業軟件。據中國船舶集團有限公司經濟研究中心高級分析師曹林介紹,船舶設計軟件主要有法國達索的CAD/CAE/CAM集成軟件3DE,美國PTC公司的CADDS 5,英國AVEVA公司的AM,西班牙SENER公司的FORAN,這些國外軟件占據了我國船舶設計軟件市場90%以上的份額。

船舶分析評估軟件中,國外軟件發展更加成熟,商業化應用水平較高,覆蓋結構分析、流體分析、熱力學分析、振動噪聲分析等專業領域。結構分析軟件有美國的MSC.PATRAN/NASTRAN、ANSYS和法國的ABAQUS等,流體評估軟件有芬蘭的NAPA、西門子的STAR-CCM+以及瑞典的SHIPFLOW等,國外船級社也開發了相關軟件,如DNV GL的SESAM等。目前,國外船舶分析軟件在我國幾乎處于壟斷地位。

船舶建造管理軟件方面,有法國達索的數字化企業互動制造軟件DELMIA、西門子的數字制造解決方案軟件Tecnomatix Plant Simulation、芬蘭的制造仿真與規劃工具軟件Visual Components,韓國EPM SYSTEM針對造船及海工平臺開發的企業項目管理系統EPM等。船舶運維軟件方面,DNV GL、日本船級社(NK)等國際船級社開發了船舶運維軟件,挪威康士伯、芬蘭瓦錫蘭等配套企業也根據自身產品開發了各具特色的船舶運維軟件。我國船舶工業廣泛使用這些軟件。

業內人士表示,軟件是一個比較特殊的行業,比一般行業更能體現出“贏者通吃”的市場法則,而且往往這個“贏者”最后只剩一家,這可以從金山的WPS敗北、微軟的Office一統江湖的殘酷案例中明顯看出,而工業軟件更是如此。工業軟件有很強的繼承性,需要行業經驗的長期積累,在繼承、深化中得到逐步完善優化。胡可一表示,船舶工業軟件不是買來就能直接使用,而是需要應用企業根據自身實際情況進行二次開發與集成,不僅花費時間與資金成本,而且需要注入大量研發、設計、生產、管理方面的數據,因此一旦引進,可替代性較差。這也成為國外那些應用、優化走在前面的工業軟件在我國船舶市場占據主導的重要原因之一。有些國外工業軟件在應用中不斷迭代升級,建設起生態系統,逐步在相應領域一統天下,儼然成為一種行業標準。

較量

國內軟件且戰且退

雖然國外在工業軟件研發上比我國在時間上更早,基礎上更好,但在船舶領域的專用軟件研發方面,我國起步并不比國外晚多少。

上世紀八九十年代,我國一些科研院所和國有企業開始進行船舶工業軟件的研發,其功能基本覆蓋船舶全生命周期需要。生產設計軟件方面,中國船舶集團旗下滬東中華造船(集團)有限公司研發的SPD和上海船舶工藝研究所研發的SB3DS軟件,在國內一些船廠中得到應用,基本能夠滿足生產設計的要求。特別是SPD,突破了船舶海量模型高性能顯示、船舶復雜曲面建模與交互式建模、基于三維模型的可視化作業指導等多項關鍵技術,目前已在200多家船舶企業得到應用。在三維幾何內核方面,廣州中望龍騰軟件股份有限公司以及山東山大華天軟件有限公司等軟件公司也擁有了自主知識產權的CAD內核技術,可以為船舶工業軟件提供基礎幾何核心,以此為基礎可以開發出完全獨立自主的船舶設計軟件。

分析評估軟件方面,國內也開展了較多的應用研究,哈工程大和中國船舶集團旗下第七〇二研究所聯合牽頭開發的“中國數值水池虛擬試驗系統V1.0”,是我國完全自主知識產權的船舶流體性能評估軟件,其中的三套核心求解器具有完全自主知識產權。中國船級社(CCS)與哈工程大聯合開發了COMPASS-WALCS三維波浪載荷計算軟件。七〇二所還開發了大型浮體結構三維水彈性分析程序(THAFTS)軟件,主要用于波浪載荷計算和響應預報;開發了具有自主知識產權的噪聲控制設計評估軟件CABINNOISE等。

生產管理軟件方面,中國船舶集團旗下上海外高橋造船有限公司自主研發了造船企業生產管理系統SEM,滬東中華自主研發了造船管理系統(SMS),廣州紅帆科技有限公司研發了造船CIMS軟件,上海船舶工藝研究所自主設計和開發了船舶車間智能管控系統iMES。

運維軟件方面,CCS開發了基于三維模型的船舶維護保養系統(METE)、船舶航行最佳縱傾優化軟件系統OTA以及船舶能耗綜合分析評估系統,七〇二所自主開發了結構安全性長期監測系統LOTUS以及面向試驗全過程及過程數據的管理平臺ORIENT TDM等。

曹林表示,我國相關企業和科研院所在船舶工業軟件研制和推廣方面付出了艱苦的努力,但總體來說,國內軟件性能不夠完善,商業化應用較少。在軟件集成方面,自主軟件各階段都有局部集成,但是缺乏一體化集成,各類軟件之間大量的接口開發,缺乏船舶軟件統一的數據標準。“軟件是技術水平和技術理念的綜合體現,主要依靠市場和技術驅動發展。”曹林認為,國內軟件在我國船舶領域所占份額小,與工業軟件興起之時我國船舶工業的發展水平和程度還不太高有關。此外,一些船舶企業在軟件研發時立足自研自用,商業化推廣能力和意識較弱;當時一些高校、科研院所科研成果產業化機制不健全;船舶工業軟件學習成本高,用戶培養困難,新開發軟件的用戶生態系統很難在短期內建立等,均是導致國內軟件在與國外軟件交鋒中且戰且退并最終喪失話語權的重要因素。

憂慮

自主發展或被釜底抽薪

當前,國際形勢錯綜復雜,中美關系從過去的戰略合作轉向戰略競爭,甚至有可能演繹為戰略對抗,兩國之間的摩擦已經呈現出復雜化、長期化的趨勢,美國對中國科技領域不斷打壓,在這種形勢下,作為戰略性行業的我國船舶工業應提高警惕。有業內人士表示,在CAD、CAE領域,西門子、達索、PTC、Autodesk和Ansys等公司的份額接近100%,其中西門子和達索雖然是歐洲公司,但其CAD所屬的產品生命周期管理研發部門都設在美國,所以嚴格地來講,幾乎所有CAD/CAE軟件的授權都與美國有關。如果美國打壓手段進一步升級,禁止中國船舶工業使用美國軟件,可能將對中國船舶工業形成釜底抽薪似的打擊。

此外,即使剔除美國禁用這一因素,我國船舶工業長期使用國外核心軟件,也將帶來安全隱患。特別是近年來我國船舶工業加速信息化,大型骨干船舶企業大多以核心軟件為基礎建立一體化集成平臺,平臺信息覆蓋企業研發、設計、生產、管理等,關鍵技術、流程、知識、工藝及數據等均在其中,幾乎囊括了所有“家底”。在這種情況下,很難避免信息泄露或被網絡攻擊等事件的發生。有業內人士透露,類似事件以前就曾發生過,我國船舶工業應吸引其中教訓,建立信息安全屏障,而最根本的辦法就是研發、使用自己的工業核心軟件。

當前,解決我國船舶工業軟件自主化問題已經到了迫在眉睫的時刻。隨著信息化和工業化“兩化融合”不斷推動,工業軟件在船舶工業的應用逐步廣泛和深入,這種“融合”已經滲透并深刻影響到技術、產品、業務、產業等各個方面。不論是產品的研發、設計、生產流程,企業的信息化管理,還是正在逐步推進實施的智能制造,方興未艾并決定未來船舶市場競爭格局的智能船舶等,其“大腦”和“神經”均是工業軟件。工業軟件的自主化是復雜國際形勢下我國船舶工業自主可控發展難以逾越的一個坎兒,必須邁過去。

工業軟件是工業技術與信息技術融合的產物,優秀的工業軟件不僅需要精妙的算法、合理的規劃,還需要在應用過程中不斷進行打磨優化,而優秀的研發人才與完整的生態鏈就是其保障和支撐,這些均非一朝一夕之功。業內專家表示,面對這一艱巨任務,我國船舶工業應立即行動起來,針對底層核心技術攻關、關鍵系統開發等方面的不足,采用產學研聯合以及船舶、計算機跨領域合作等方式,從行業層面統一規劃、協同發展,實現國內船舶工業軟件研發系統性突破,保障船舶工業數字化、智能化可持續發展。曹林認為,我國船舶工業要想擁有自己的“大腦”,必須做好以下工作;一是建立行業數據標準、底層核心技術和統一軟件架構,推動船舶行業的一體化軟件架構平臺開發;二是推動行業內資源整合,加速做大做強,不斷提升自主工業軟件的技術實力和產品競爭力,提升并健全自主軟件的配套服務能力;三是強化供需對接,加大自主船舶工業軟件的市場推廣力度,提升自主工業軟件商業化應用水平。

熱點時評

何以解憂?唯有自主!何以自主?打持久戰!

從經濟體量來說,工業軟件所占比例很小,但它卻是工業制造的“大腦”和“神經”。在船舶領域,工業軟件在產品研發、設計、生產、管理以及新技術開發等方面起著關鍵作用。在國際形勢日益復雜、工業信息化勢不可擋的情況下,船舶工業軟件自主化對產業安全,甚至國家安全至關重要,其研發和應用刻不容緩;與此同時,工業軟件的研發難度大,風險大,成本高,時間長,實現其自主化將是一場持久戰。我國船舶工業對此應有充分的認識,既要有緊迫感和危機感,又要樹立打持久戰的決心和信心,并做好打贏這場持久戰的科研技術準備和產業應用準備。

可以毫不夸張地說,工業軟件定義了產品功能,定義了企業流程,定義了生產方式,定義了企業創新能力,定義了整個制造業的生態。它實現了虛擬制造與實體制造的結合,重構了傳統的設計制造、測試、再制造的流程,屬于一定意義上的“底層”科研技術。“底層”科研技術的缺失是幾乎所有后發國家工業都面臨的問題和劣勢。我國船舶工業的迅猛發展始于上世紀末,形成完整產業體系和較強產業實力始于本世紀初。那時,歐美等發達國家的工業制造已達較高水平,工業軟件方面已經具備深厚的積累并成氣候。與其他制造業相似,我國船舶工業當時對工業軟件采用了直接引進的“拿來主義”,并在此基礎上進行消化吸收、二次開發,形成了國外軟件“先入為主”的局面。當前,占據全球工業軟件領域主導地位的美國不斷打壓我國科技領域,這種國外軟件一統天下的局面對于我國船舶工業來說已經變得十分危險,已經到了我國船舶工業必須擁有自主核心軟件的時候。

要實現我國船舶工業核心軟件自主化,必須解決創新不足、應用困難和人才短缺等問題,而要解決這些問題需要一個長期的過程。在解決研發和應用的問題上,我國大型船舶企業應當仁不讓。要知道,國外工業軟件大都起源于工業巨頭,因為其非常了解自身制造業的運行原理和工業機理,其軟件產品與其生產過程和需求更加匹配,技術融合度也更高,如達索系統公司就脫胎于著名的航空制造商達索集團。因此,在船舶工業軟件創新研發方面,我國大型船舶企業也應積極發揮主導作用。在這一過程中,我國大型船舶企業應吸取以往經驗教訓,加強與信息等行業的合作,甚至通過并購和投資軟件公司,來確保工業和信息行業發揮各自優勢,避免出現軟件產品技術不夠先進、更新不夠及時,與工業生產不夠匹配等問題。同時,主導研發企業在軟件研發之初就應制定市場運營與商業應用規劃,并通過持續投入對軟件進行不斷優化迭代,避免再次出現國內船舶工業軟件缺乏應用機會,無法在應用場景中優化與迭代等困局。這需要主導研發企業積極主動開拓市場,做長期奮戰的準備,更需要從國家、行業層面進行規劃和組織協調。

當然,工業軟件的背后是無數知識的結晶,需要基礎學科的支撐,需要各科專業人才的“澆灌”。因此,我國船舶工業軟件的自主可控絕不可能依靠船舶工業一個行業的力量所能實現,只有從國家層面夯實基礎學科,培養并建立起相關人才隊伍,才能從根本上推動我國船舶工業軟件的發展、優化、成熟。這是一場持久戰,但為了我國船舶工業在復雜嚴峻國際形勢下能夠自主可控發展,為了即將到來的智能制造、自動駕駛、區塊鏈、大數據等技術在船舶工業的大規模應用,打贏這場持久戰是必須的,也是值得的。

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