開源，工業軟件新思路
http://www.debgrams.com 2022-08-09 15:57 來源：中國電子報
要讓飛機飛得更加靈活、汽車行駛得更加安全、輪船航行得更加節能，這背后都離不開工業軟件的創新升級。在“軟件定義世界”的今天，軟件賦能、賦值、賦智的作用日益明顯。作為軟件當中的“明珠”、現代工業的“靈魂”，工業軟件是工業技術和知識程序化“封裝”產品，是工業智能化、現代化的核心。
當前，各行各業的數字化轉型已經成為必選題，這就催生了海量的應用需求和軟件定制化開發要求，尤其是工業行業門類繁雜，沒有一款工業軟件能夠適用所有的應用場景，這也倒逼工業軟件供給能力的變革。多位專家認為，開源為工業軟件發展提供了新思路。
工業軟件開源勢在必行
在我國從“制造大國”向“制造強國”邁進的過程中，工業化和信息化融合不斷向縱深躍進，制造業數字化轉型不斷提速。工業軟件深刻改變著研發設計、生產制造和經營管理等制造業全生命周期環節，是制造業轉型升級的關鍵支撐，對于我國制造強國建設意義重大。
然而，從國內工業軟件發展現狀來看，高端工業軟件缺位、三維幾何引擎等底層核心模塊能力不足、本土工業軟件應用困難等問題依然存在。相較之下，本土工業軟件的功能和成熟程度與科技產品研發的前沿需求還有一定的距離。
中國工程院院士孫家廣認為，工業軟件的破局之路道阻且艱，開源不失為一種新的思路。要顛覆現有的技術通常有兩種方式：一是依靠顛覆式的技術，二是依靠創新的商業模式。開源所具備的開放、平等、協作、共享等特點，讓其能夠有效加速軟件迭代升級，促進產用協同創新，推動產業生態完善。
目前，開源已經成為全球軟件技術和產業創新的主導模式，像眾所周知的Linux、Android、MySQL等軟件都采取了開源策略。以Linux為例，一開始沒有人把它視為競爭對手，由于它將源代碼免費開源，很快吸引了一群開發者的喜愛與關注。而正是由于越來越多開發者加入進來，不斷開發出新的模塊和驅動，這才讓Linux快速成長起來，最終在服務器領域占據了90%以上的市場份額。
不過，在工業領域，尚未出現這樣占據了主導地位的開源軟件，這讓中國工業軟件廠商看到了機會。工業制造并非是只掌握了方法論就可以直接進入生產實踐的，中間還存在大量不可復制、難以模仿的技術和經驗積淀。相對于一般軟件，工業軟件研發難度大、體系設計復雜、技術門檻高，因此研發周期也更長、研發迭代速度慢。
來自某軟件企業的資深專家李冬明在接受采訪時表示：“采用開源模式，一方面，能夠在很大程度上幫助工業軟件廠商節約研發投入；另一方面，它通過建立社區給予了更多開發者參與感、成就感和信任感，這不僅有助于產品實現自循環迭代升級，而且由于開源免費，用戶對其的瑕疵容忍度也比較高。通過社區積極反饋和產品的不斷打磨，工業軟件的成熟期將大大縮短。”
通過開源軟件方式，可以將更多的開發資源、用戶資源納入工業軟件產品的創新體系，匯聚智慧、用好人才，加快工業軟件模塊、組件、工具箱的創新性開發與分布式驗證。
“工業軟件擁有強的工業屬性，工業是內核，軟件是載體。工業軟件龍頭公司在為航空、航天、船舶、電子等行業提供解決方案后，在其產品中沉淀了大量機理模型、工藝參數、專業算法等，這正是我國工業軟件企業重點缺失的部分。開源能夠很好地聚集行業力量，擴大應用場景開放的廣度和深度。”中國電子產品可靠性與環境試驗研究所副所長王蘊輝表示。
海外成功經驗值得借鑒
“活躍、健康的開源社區可以促進工業軟件的快速發展，國際上已經有很多開源的工業軟件和社區，其中一部分也得到了商業化機構的支持，在吸引智力資源合作共贏的同時擴展這些市場，大大加快了軟件和軟件模塊的迭代和完善。”中國科學院院士程耿東如是說道。
比如，西門子嵌入式軟件解決方案家族中的核心產品——實時操作系統Nucleus RTOS的源代碼就是開源的，完全免費，可用于加快復雜多樣的軟件架構的實施，為國防和工業裝備提供應用重用、豐富圖形、機器學習部署和安全認證工件。達索系統也選擇開源了三維建模引擎Open CASCADE的源代碼，讓該產品一躍成為全球主流幾何造型基礎軟件平臺之一。
程耿東指出，參考國際上這些成功經驗，我國應該結合自身優勢和特色，組建國際化開源社區和打造開源軟件基地，為國內工業軟件的進一步發展和壯大提供有力支撐。
實際上，國內開源工業軟件的發展環境近年來得到了顯著改善。究其原因，清華大學邵珠峰副教授研究團隊刊發的《新時期我國工業軟件產業發展路徑研究》一文中指出，首先，高等教育的持續發展以及互聯網產業的高速演進，積累了大量的潛在開發者，人力優勢逐步由工人群體轉向工程師群體；開放性、便于使用的開發工具與技術迅速被大量開發者所掌握，并積極參與其中，促進了開源工業軟件用戶基礎的形成與壯大。其次，制造業體量龐大、應用場景類型眾多，產生了海量的工業數據，數據資源成為工業轉型升級的重要驅動力；隨著國際市場競爭加劇，開源軟件為我國工業企業提供了新選擇，也為本土軟件行業成長賦予了新動力。
一些由中國主導的開源基金會開始走向臺前，為國內工業軟件的開源貢獻重要力量。例如，開放原子開源基金會孵化運營項目數、募資金額同比增長迅速。開放原子開源基金會副理事長肖然介紹說：“我們的愿景和使命是構建一個國際化的開源工業軟件工具鏈，推動開源工業軟件主線版本、分支版本、社區、開發者隊伍等的形成及有序發展。”
OpenAtom OpenCAX工作委員會在開源領域布局了三維幾何引擎、約束求解器等一批共性關鍵技術。王蘊輝認為，這在我國工業軟件產業發展進程中播下了良性循環的“種子”，希望最后能夠長成“參天大樹”。
OpenDACS工作委員會聯合主任何均宏向記者介紹說道：“我們以開源的方式，聯合構建OpenDACS開源EDA平臺，聚集國內優勢力量，推動科學研究和人才培養，為今后EDA發展提供了新的思路。”
開源做出能用、管用、好用的工業軟件
近來，開源的發展受到了來自國家層面的高度重視。《國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景規劃綱要》明確提出，支持數字技術“開源”發展。業內專家普遍認為，伴隨數字化時代的加速到來，我國應積極利用開源模式，鏈接產學研用各方優質資源，面向特定工業需求快速迭代工業軟件產品，通過開源助力我國工業軟件產業發展。
談及工業軟件的開源范圍，肖然介紹說，開源工業軟件在CAD/CAE/CAX領域的開源范圍主要包括三維幾何建模、約束求解引擎、結構優化、等幾何分析、高性能基礎算法軟件棧等；在EDA領域的開源范圍包括芯片設計驗證及測試綜合、器件模型與參數提取、云平臺等領域。“開源工業軟件工作委員會將組織推進開源核心技術、引擎、平臺、產品和服務等的研發、維護、推廣、使用、宣傳、培訓。”肖然表示。
工業軟件的開源難在體制與機制的支持。孫家廣指出，傳統開源機制在面對工業軟件這種硬核技術攻關時常常力不從心，我們要發揮創造性智慧，設計出開源共建共治共享的新機制，形成對工業軟件群策群力攻關的新局面，從而突破工業軟件硬核技術的難題。
“要真正突破工業軟件的硬核技術，必須做到‘四真’，即研究真問題、做真事、形成真突破、做到真管用。問題的來源必然是來自工業界實際的真問題，而且必須在工業場景當中來解決，形成有突破的在工業當中得到檢驗的真正能用和管用的效益。”孫家廣說。
至于備受關注的安全問題，何均宏表示，基于代碼大數據的軟件成分及同源漏洞檢測技術、基于代碼分析的軟件后門檢測技術以及用于第三方開源組件安全性檢測的自動化工具等能夠有效保障工業軟件在開源環境中的安全性。“開源工業軟件開發是基于工業應用場景和實際價值，進行不斷開發、不斷迭代的過程。因此軟件提供商、工業企業、行業機構、國家政策如何參與和支持這個過程很重要。”何均宏說。
與此同時，工業軟件開源所具有的復雜度、多年技術積累形成的壁壘，決定了其依靠單一廠商的自主研發很難實現全面突破。“工業軟件的發展不是一蹴而就的，需要長期的積累、迭代和沉淀，需要我們不斷研究新問題、新需求帶來的新科學問題。”程耿東表示。
王蘊輝建議，一是要針對不同行業需求，分級分批開展相關工作，聚力推動建立行業共用的組件庫、模型庫、零部件庫等；二是要優先布局一批工業軟件行業亟須的核心技術開源項目，邊用邊迭代，縮短與國外同類技術的差距。三是要提升工業軟件開源項目在社會、校園的影響力。通過開源項目參與度和貢獻度，建設人才數據挖掘平臺，定點發現一批、培養一批工業軟件領域復合型人才。
“要在共建共治共享機制上能夠有所創新，培養更多的人才，取得更多的工業軟件硬核技術的突破，做出能用、管用、好用的工業軟件，促進工業以及工業軟件的繁榮與發展。”孫家廣說道。
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