當智能制造和工業4.0的目標越來約聚焦在數字化設計、數字化工廠和數字化運營服務的時候，“數字建模和仿真”再次成為一切數字化工業背后最為閃耀的明星。最為重要的制造領域的三個軟件工具，CAD（計算機輔助設計）、CAE（計算機輔助工程）和CAM（計算機輔制造），成為中國信息化最熟悉、然而看上去卻是現在最為薄弱的領域。在這三種軟件中，含金量最高而我國最為薄弱的當推CAE軟件。

作為制造業的“皇冠”，如今的航空航天產業早已邁進數字化設計階段，人們手工制圖的階段已不復存在，目前已經對這類設計軟件高度依賴。因為飛機的設計極為復雜，各種結構件和標準件之間的配合需要十分精密，如果仍采用手工設計，在圖紙到實物的轉化中，過度依賴操作工人的理解、經驗和技能水平，這將會消耗大量人力物力，而航空航天業的發展卻面臨著激烈的國際競爭。只有不斷研發出更好性能、更低價格和更快的研發時間，才能在激烈的競爭中保持優勢地位。

據國外資料表明，在產品的研發過程中正確使用CAE軟件，可以大大減少設計過程中產生重大變化的概率，有數據表明甚至降低了15倍；縮短了產品研發時間的60%；降低產品使用中的故障率83%；產品的成本也有所下降。

航空航天發展對CAE軟件的需求

隨著人類對航空航天飛行器的要求不斷提高，為了満足航空航天飛行器提高性能、降低成本和減少研發時間的要求，將要求采用能力更強、計算更便捷的CAE軟件。下面按飛行器的飛行速度和飛行高度，從低到高依次來介紹這些飛行器對CAE軟件需求。

1.常規飛機的需求

一般來說，飛機的設計可分為概念設計、初步設計和詳細設計三個階段。在概念設計階段，要求CAE軟件能提供有一定淮度而快?方便計算各種飛機構型，在巡航飛行狀態的能力。在初步設計階段，要求CAE軟件能具有提供所選飛機構型的適中準度的仿真能力，具有能進行性能確認和優化的能力，并能自動生成變化的構型和自動生成數據庫的能力。在詳細設計階段要求進一步解決飛機設計中存在的復雜的設計問題。這就對CAE軟件采用的物理模型和計算的準度提出了更高的要求。

圖1CFD軟件在常規飛機設計中的應用

2.高超聲速飛行器的需求

目前世界各國發展的高超聲速飛行器，主要有兩大類。一類是以火箭發動機為動力的高超聲速飛行器，如高超聲速助推滑翔導彈和航天飛機等；另一類飛行器是以吸氣式發動機為動力的高超聲速飛行器，如高超聲速巡航導彈、高超聲速飛機和空天飛機等。前一類飛行器對CAE軟件的要求，是提供設計氣動防熱和穩定控制的仿真。后一類飛行器對CAE軟件的要求，除了包括類似于前一類飛行器的要求外，還要提供吸氣式發動機的仿真能力。

高超聲速飛行器的設計過程，已經不同于常規飛機。首先高超聲速飛行器己經不能像飛機那樣，將飛行器的機體和發動機分開來單獨設計，而必須將機體與發動機進行一體化設計。

圖３高超聲速飛行器要求采用新的設計方法

3.航天飛行器的需求

航天飛行器是飛行器中經歷的環境最為復雜的飛行器。它們不僅承受比常規飛機和高超聲速飛機更高的速度、溫度和壓力和這些參數的極端變化，而且它們還承受太空中的嚴酷的輻射環境，因此，它們對CAE軟件的要求最高。載人的飛行器，為了提可靠性和安全性，其要求比無人飛行器的要求更高。目前，美國等航天強國，對于近地軌道和探索月球的飛行器，已日趨成熟，而其進一步發展的目標，將是提高性能、降低成本和擴大應用。但對于目的地是火星的飛行器，總體上仍處于探索階段。

一般來說，航天飛行器可分為運載器和航天器兩大類。運載器目前主要采用火箭發動機，未來也可能發展出新的動力系統。對于火箭發動機來說，急需開發全仿真軟件，以大規模減少地面試驗的次數而大大降低開發成本。美國的SpaceX公司開發的火箭發動機仿真軟件，在降低火箭研制成本中起了明顯的作用。

圖３美國SpaceX公司應用了火箭發動機CFD仿真軟件

在最近幾年，伴隨著數字化、網絡化和智能化的深入發展，中國制造正在向智能制造迅速轉型。中國制造業缺少核心的工業軟件，將是一柄達摩克利斯之劍，長懸于中國制造之頂。沒有自主核心工業軟件的支撐，中國制造強國和航空航天強國之夢仍難變成現實。

工業軟件有多重要

作為短板的危害就有多大

工業軟件的本質是工業品。它從來都是工業的結晶，而非IT的產物。工業軟件是工業化長期積累的工業知識與訣竅的結晶，是工業化進程的不可缺少的伴生物。而在中國，很多時候，它卻被簡單地認為更多是IT軟件屬性，跟其他管理軟件、甚至互聯網一起發展。這是一個天大的誤判。

而且，這個誤判對制造業的發展而言，是一個致命的誤傷。如今西門子、GE、施耐德等工業巨頭都在拼命并購軟件，打造軟硬一體化的公司。僅就代碼行數而言，世界上最大的軟件公司，不是微軟，不是SAP，而是制造業的翹楚、全球最大的軍火商洛克希德馬丁公司。

時至今日，每一件工業品，幾乎都是工業軟件的結晶，每一臺裝備，離開了軟件都不能運行。但是，每一種國外工業軟件里面究竟有什么，卻是誰也說不清。這是一個失控的數字世界。貌似強大的“中國制造”，恰恰就是站立在失控的工業軟件的數字世界之顛。

當許多人都在沉迷工業互聯網、人工智能、大數據來推動制造業轉型升級的時候，沒有人意識到這些概念如果脫光了一層一層衣服，最內核的就是工業軟件。

從現狀分析

看我國工業軟件的突圍之路

如果說，以前軟件只是硬件的附屬物，那么，現在的軟件已反客為主，成為了機器的大腦和神經，主宰了機器世界的運行邏輯。

沒有工業軟件，智能制造就是空想。智能制造涉及硬件、軟件、網絡、計算等多種技術和制造技術的融合，而工業軟件是其中最為關鍵的技術。無論是硬件、網絡、計算等技術和制造工藝融合，都離不開軟件定義、編碼和封裝。

沒有自主可控的工業軟件，智能制造就無從談起。而工業軟件涉及工業制造、企業管理的各個方面，存儲、處理大量數據，一旦泄密，后果不堪設想。

早在2011年，法國達索公司旗下的機械設計軟件——SolidWorks，就被爆料存在安全“后門”，將個人計算機上的信息泄露給他人。

雖然Solidworks予以否認，但因為這款軟件在中國應用非常廣泛，事關重大。國家相關部門隨即通知各軍工企業停止使用該軟件，以防資料被竊取而導致可能的泄密事件。工信部也下發通知，要求加強工業控制系統信息安全管理。

我們不能將國家的信息安全寄希望于外國軟件的商業道德與自律，加快研發自主可控軟件，是保證中國信息安全的重要手段。

首先是高端人才的問題，但凡軟件可以寫到符合工業軟件級別的，都是編程能力很不錯的，基本都被互聯網，金融等行業吸引走了，留下來的都是靠情懷，而情懷能在現實面前支持多久，誰也不好說。

其次，工業軟件本質是工業產品，是需要時間去結晶的，個人、公司、社會、客戶，誰都等不起這個時間。沒有時間的工業軟件就是會有各種bug，這些bug又經常是高風險，而高風險換來的不一定是高回報。

最后工業軟件，本質上還是不能脫離行業，而國內的工業還沒有走到標準化和高質量的階段，大量的工業軟件要為這些不是標準化的東西去買單。另外，這些工業行業的從業人員，很多也沒有對工業軟件有足夠的重視程度，目光所及，看到的是設備，看不到的是工業軟件。

說了那么多劣勢，其實我們也有自己的優勢：

首先在于場景，類似移動互聯網，中國制造的生態和產業鏈豐富，有足夠多的場景去需要工業軟件，德國或者美國的工業軟件都是航天或者汽車領域催生出來的。中國的工業軟件也許會走一條不一樣的路，比如選擇的一些基本的物流或者核電等行業，也是大量需要工業軟件的。

大量的應用場景帶來的是理論方法的創新，最新的多領域物理統一建模理論方法，與技術所創造的知識自動化技術體系，正在使得工業軟件生成方式發生改變。而經過十一五、十二五的一些前期工作，中國在這方面已經慢慢有所建樹。

如果可以深入持續的開展工業知識（模型）的表達與互聯研究，建立模型重用、在新工科教育中強化工業軟件的基礎作用、制定相關產業聯動政策鼓勵工業界采用國產替代技術等，未來還是有所期待的。

最后是體制，工業軟件需要從上層標準的建立，來確定底層的開發設計邏輯。“所以很多人建議把工業軟件的發展放到航空、航天、兵工、船舶等行業同等重要的地位，發揮我們舉國體制優越性，破解工業軟件受制于人的局面。