开源为工业软件“破局”提供新思路

发布于：2022/8/9 8:55:39 | 10927 次阅读

[转载]原文链接：http://www.cena.com.cn/ai/20220805/117137.html

要让飞机飞得更加灵活、汽车行驶得更加安全、轮船航行得更加节能，这背后都离不开工业软件的创新升级。在“软件定义世界”的今天，软件赋能、赋值、赋智的作用日益明显。作为软件当中的“明珠”、现代工业的“灵魂”，工业软件是工业技术和知识程序化“封装”产品，是工业智能化、现代化的核心。
当前，各行各业的数字化转型已经成为必选题，这就催生了海量的应用需求和软件定制化开发要求，尤其是工业行业门类繁杂，没有一款工业软件能够适用所有的应用场景，这也倒逼着工业软件供给能力的变革。多位专家认为，开源为工业软件的“破局”提供了新思路。
工业软件开源势在必行
在我国从“制造大国”向“制造强国”迈进的过程中，工业化和信息化融合不断向纵深跃进，制造业数字化转型不断提速。工业软件深刻改变着研发设计、生产制造和经营管理等制造业全生命周期环节，是制造业转型升级的关键支撑，对于我国制造强国建设意义重大。
然而，从国内工业软件发展现状来看，高端工业软件缺位、三维几何引擎等底层核心模块能力不足、国产工业软件应用困难等问题依然存在。相较之下，本土工业软件的功能和成熟程度与科技产品研发的前沿需求还有一定的距离。
中国工程院院士、软件及应用领域专家孙家广认为，工业软件的破局之路道阻且艰，开源不失为一种新的思路。要颠覆现有的技术通常有两种方式，一是依靠颠覆式的技术，二是依靠创新的商业模式。开源所具备的开放、平等、协作、共享等特点，让其能够有效加速软件迭代升级，促进产用协同创新，推动产业生态完善。
目前，开源已经成为全球软件技术和产业创新的主导模式，像众所周知的Linux、Android、MySQL等软件都采取了开源策略。以Linux为例，一开始没有人把它视为竞争对手，由于其将源代码免费开源，很快吸引了一群开发者的喜爱与关注。而正是由于越来越多开发者加入进来，不断开发出新的模块和驱动，这才让Linux快速成长起来，最终在服务器领域占据了90%以上的市场份额。
不过，在工业领域，尚未出现这样占据了主导地位的开源软件，这让中国工业软件厂商看到了机会。工业制造并非只掌握了方法论就可以直接进入生产实践的，中间存在大量的不可复制的难以模仿的技术和经验积淀。相对于一般软件，工业软件研发难度大、体系设计复杂、技术门槛高，因此研发周期也更长、研发迭代速度慢。
来自某软件企业的资深专家李冬明在接受采访时表示：“采用开源模式，一方面，能够在很大程度上帮助工业软件厂商节约研发投入；另一方面，它通过建立社区给予了更多开发者参与感、成就感和信任感，这不仅有助于产品实现自循环迭代升级，而且由于开源免费，用户对其的瑕疵容忍度也比较高。通过社区积极反馈和产品的不断打磨，工业软件的成熟期将大大缩短。”
通过开源软件方式，可以将更多的开发资源、用户资源纳入工业软件产品的创新体系，汇聚智慧、用好人才，加快工业软件模块、组件、工具箱的创新性开发与分布式验证。
“工业软件拥有强的工业属性，工业是内核，软件是载体。工业软件龙头公司在为航空、航天、船舶、电子等行业提供解决方案后，在其产品中沉淀了大量机理模型、工艺参数、专业算法等，这正是我国工业软件企业重点缺失的部分。开源能够很好地聚集行业力量，扩大应用场景开放的广度和深度。”工信部电子第五研究所副所长王蕴辉表示。
海外成功经验值得借鉴
“活跃、健康的开源社区可以促进工业软件的快速发展，国际上已经有很多开源的工业软件和社区，其中一部分也得到了商业化机构的支持，在吸引智力资源合作共赢的同时扩展这些市场，大大加快了软件和软件模块的迭代和完善。”中国科学院院士程耿东如是说道。
比如，西门子嵌入式软件解决方案家族中的核心产品——实时操作系统Nucleus? RTOS的源代码就是开源的，完全免费，可用于加快复杂多样的软件架构的实施，为国防和工业装备提供应用重用、丰富图形、机器学习部署和安全认证工件。达索系统也选择开源了三维建模引擎Open CASCADE的源代码，让该产品一跃成为全球主流几何造型基础软件平台之一。
程耿东指出，参考国际上这些成功经验，我国应该结合自身优势和特色，组建国际化开源社区和打造开源软件基地，为国内工业软件的进一步发展和壮大提供有力支撑。
实际上，国内开源工业软件的发展环境近年来得到了显著改善。究其原因，清华大学邵珠峰副教授研究团队刊发的《新时期我国工业软件产业发展路径研究》一文中指出，首先，高等教育的持续发展以及互联网产业的高速演进，积累了大量的潜在开发者，人力优势逐步由工人群体转向工程师群体；开放性、便于使用的开发工具与技术迅速被大量开发者所掌握（并积极参与其中），促进了开源工业软件用户基础的形成与壮大。其次，制造业体量庞大、应用场景类型众多，产生了海量的工业数据，数据资源成为工业转型升级的重要驱动力；随着国际市场竞争加剧，开源软件为我国工业企业提供了新选择，也为本土软件行业成长赋予了新动力。
一些由中国主导的开源基金会开始走向台前，为国内工业软件的开源贡献重要力量。例如，开放原子开源基金会孵化运营项目数、募资金额同比增长迅速。开放原子开源基金会副理事长肖然介绍说：“我们的愿景和使命是构建一个国际化的开源工业软件工具链，推动开源工业软件主线版本、分支版本、社区、开发者队伍等的形成及有序发展。”
OpenAtom OpenCAX工作委员会在开源领域布局了三维几何引擎、约束求解器等一批共性关键技术。王蕴辉认为，这在我国工业软件产业发展进程中播下了良性循环的“种子”，希望最后能够长成“参天大树”。
openDACS工作委员会联合主任何均宏向记者介绍说道：“我们以开源的方式，联合构建 openDACS 开源 EDA 平台，聚集国内优势力量，推动科学研究和人才培养，为今后 EDA 发展提供了新的思路。”
截至目前，工业企业参与openDACS已取得一些成果。比如，立创EDA和openDACS SIG6负责人武汉理工大学徐宁教授团队合作共建的开源PCB自动布局工具，芯华章科技和openDACS SIG1负责人中科院计算所李华伟研究员团队合作共建的EpicSim高性能开源数字仿真器，鹏城实验室、北京大学高性能实验室、安路科技和openDACS SIG2负责人北京大学罗国杰副教授团队共建的FPGA MAPPER先进逻辑优化与FPGA工艺映射平台，华秋电子、电子发烧友社区和openDACS工委会合作共建的“openDACS开源成果系列课程&核心贡献者访谈”等。
通过开源做出能用、管用、好用的工业软件
近来，开源的发展受到了来自国家层面的高度重视。《国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035 年远景规划纲要》明确提出，支持数字技术“开源”发展。国家软件发展战略中部署了“开源生态培育工程”。业内专家普遍认为，伴随数字化时代的加速到来，我国应积极利用开源模式，链接产学研用各方优质资源，面向特定工业需求快速迭代工业软件产品，通过开源助力我国工业软件产业发展。
谈及工业软件的开源范围，肖然介绍说道，开源工业软件在CAD/CAE/CAX 领域的开源范围主要包括三维几何建模、约束求解引擎、结构优化、等几何分析、高性能基础算法软件栈等；在EDA领域的开源范围包括芯片设计验证及测试综合、器件模型与参数提取、云平台等领域。“开源工业软件工作委员会将组织推进开源核心技术、引擎、平台、产品和服务等的研发、维护、推广、使用、宣传、培训。”
工业软件的开源难在体制与机制的支持。中国工程院院士、软件及应用领域专家孙家广指出，传统开源机制在面对工业软件这种硬核技术攻关时常常力不从心，我们要发挥创造性智慧，设计出开源共建共治共享的新机制，形成对工业软件群策群力攻关的新局面，从而突破工业软件硬核技术的难题。
“要真正突破工业软件的硬核技术，必须做到‘四真’，即研究真问题、做真事、形成真突破、做到真管用。问题的来源必然是来自工业界实际的真问题，而且必须在工业场景当中来解决，形成有突破的在工业当中得到检验的真正能用和管用的效益。”
至于备受关注的安全问题，何均宏表示，基于代码大数据的软件成分及同源漏洞检测技术、基于代码分析的软件后门检测技术以及用于第三方开源组件安全性检测的自动化工具等能够有效保障工业软件在开源环境中的安全性。“开源工业软件开发是基于工业应用场景和实际价值，进行不断开发、不断迭代的过程。因此软件提供商、工业企业、行业机构、国家政策如何参与和支持这个过程很重要。”
与此同时，工业软件开源所具有的复杂度、多年技术积累形成的壁垒，决定了其依靠单一厂商的自主研发很难实现全面突破。“工业软件的发展不是一蹴而就的，需要长期的积累、迭代和沉淀，需要我们不断研究新问题、新需求带来的新科学问题。”程耿东表示。
王蕴辉建议，一是要针对不同行业需求，分级分批开展相关工作，聚力推动建立行业共用的组件库、模型库、零部件库等；二是要优先布局一批工业软件行业亟须的核心技术开源项目，边用边迭代，缩短与国外同类技术的差距。三是要提升工业软件开源项目在社会、校园的影响力。通过开源项目参与度和贡献度，建设人才数据挖掘平台，定点发现一批、培养一批工业软件领域复合型人才。
“要在共建共治共享机制上能够有所创新，培养更多的人才，取得更多的工业软件硬核技术的突破，做出能用、管用、好用的工业软件，促进工业以及工业软件的繁荣与发展。”孙家广说道。

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