科技日報(bào)記者 張?zhí)N

作為智能制造的關(guān)鍵支撐，工業(yè)軟件的發(fā)展水平?jīng)Q定了國家在全球制造業(yè)中的地位。工業(yè)軟件的發(fā)展，事關(guān)我國石油、化工、航空航天、船舶汽車等關(guān)鍵行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈的韌性與安全水平。計(jì)算機(jī)輔助工程軟件（CAE軟件）是工業(yè)軟件的重要組成部分，通過CAE自動(dòng)化智能制造等新技術(shù)的應(yīng)用，可以加快傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，重塑產(chǎn)業(yè)鏈。

日前，2024中國國際數(shù)字和軟件服務(wù)交易會(huì)在遼寧省大連市開幕。開幕式現(xiàn)場，中國科學(xué)院院士、力學(xué)專家、大連理工大學(xué)教授郭旭提到，掌握自主可控的CAE軟件技術(shù)至關(guān)重要。

如何發(fā)展自主可控的CAE軟件，確保關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和重要工業(yè)領(lǐng)域的安全可靠運(yùn)行？近日，科技日報(bào)記者對郭旭進(jìn)行了專訪。

工業(yè)軟件發(fā)展需久久為功

記者：近年來，我國為什么要大力發(fā)展工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)？

郭旭：工業(yè)軟件是所有高端裝備和重大工程設(shè)計(jì)必不可少的支撐性技術(shù)工具。近年來，我國工業(yè)軟件獲得了前所未有的關(guān)注。在各級(jí)政府、科研機(jī)構(gòu)、工軟企業(yè)以及工軟用戶的共同努力下，工業(yè)軟件發(fā)展已取得了很大成效。自主可控工業(yè)軟件對國家安全、產(chǎn)業(yè)升級(jí)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要。

但目前，我國仍嚴(yán)重依賴國外工業(yè)軟件產(chǎn)品，這無疑對關(guān)鍵行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈安全構(gòu)成了潛在威脅。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2022年我國CAE軟件國產(chǎn)化率不足20%，市場規(guī)模不足40億元。與此同時(shí)，我國工業(yè)軟件與國際先進(jìn)水平仍存在較大差距，亟須加速追趕。

記者：總體來看，我國CAE軟件與國外相比仍有較大差距。您認(rèn)為差距主要是哪些方面？

郭旭：我認(rèn)為差距主要在以下三方面。

第一，關(guān)鍵技術(shù)尚需突破。盡管國產(chǎn)CAE軟件已在某些應(yīng)用場景中獲得了成功應(yīng)用，但在求解器效率、魯棒性等方面仍與國際領(lǐng)先水平存在一定差距。特別是在多重非線性分析、多物理場耦合等復(fù)雜仿真場景下，國外商業(yè)軟件如ANSYS、ABAQUS等均具有更高的求解效率和更強(qiáng)的穩(wěn)定性。

第二，產(chǎn)業(yè)生態(tài)亟待完善。歐美等制造業(yè)強(qiáng)國的CAE軟件產(chǎn)業(yè)鏈相對完整，研發(fā)生態(tài)完善，且擁有全球化的市場基礎(chǔ)。相比之下，我國CAE軟件可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)生態(tài)尚未完全建立，產(chǎn)學(xué)研用一體化發(fā)展的路徑尚未完全形成，這在很大程度上限制了自主研發(fā)CAE軟件的推廣和應(yīng)用。這一問題已經(jīng)引起了我國行業(yè)主管部門的高度重視，先后出臺(tái)了有針對性的政策，促進(jìn)工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)，并已開始取得顯著成效。

第三，跨學(xué)科人才需求迫切。CAE軟件的開發(fā)需要跨學(xué)科的高端人才，特別需要綜合掌握計(jì)算力學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)以及計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)理論的跨學(xué)科人才。我國在CAE軟件跨學(xué)科人才培養(yǎng)方面起步較晚，尚有很大提升空間。

記者：我國應(yīng)該如何縮小與國外的差距？

郭旭：隨著數(shù)智時(shí)代的到來，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)計(jì)算和機(jī)器學(xué)習(xí)等先進(jìn)技術(shù)為工業(yè)軟件的發(fā)展注入了新的活力。在此背景下，我國需要不斷探索新技術(shù)、新方法，在工業(yè)軟件基礎(chǔ)理論方面尋求突破。這要求我們不僅要具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，還要勇于開拓創(chuàng)新，敢于挑戰(zhàn)新的領(lǐng)域。

一方面要久久為功，研究自主可控的工業(yè)軟件。我國CAE軟件研發(fā)在20世紀(jì)70年代末至90年代中前期曾取得過一些輝煌成果，產(chǎn)生了一批很有影響的CAE軟件產(chǎn)品。然而，這些當(dāng)年幾乎與國外產(chǎn)品同時(shí)起步、并行發(fā)展的產(chǎn)品，在其后30余年的發(fā)展中卻遇到了重重困難。在這些產(chǎn)品中，僅有少數(shù)幾個(gè)頑強(qiáng)生存了下來。目前，我國自主CAE軟件基礎(chǔ)功能與國際先進(jìn)的CAE軟件相當(dāng)，但在通用功能和專用功能的覆蓋性方面有一定差距。因此，縮小與國外在這一領(lǐng)域的差距，首先要做好通用和專用功能點(diǎn)的覆蓋對標(biāo)，通過場景開放在工業(yè)界推廣應(yīng)用，健全應(yīng)用生態(tài)，在重要領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)CAE仿真軟件的國產(chǎn)化。

另一方面，解決我國CAE軟件的“卡脖子”問題，不能滿足于完全照搬現(xiàn)有軟件架構(gòu)和技術(shù)，必須加強(qiáng)基礎(chǔ)研究和前沿探索，通過技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)對國外軟件的功能超越。

數(shù)字化轉(zhuǎn)型期待技術(shù)突破

記者：在推進(jìn)“智轉(zhuǎn)數(shù)改”、提升工業(yè)現(xiàn)代化水平的進(jìn)程中，工業(yè)軟件發(fā)揮著重要作用。那么在CAE軟件技術(shù)創(chuàng)新方面，您認(rèn)為當(dāng)前的重點(diǎn)方向是什么？

郭旭：當(dāng)前，CAE軟件的智能化趨勢十分明顯。事實(shí)上，當(dāng)前蓬勃發(fā)展的人工智能和數(shù)據(jù)科學(xué)技術(shù)為數(shù)學(xué)、力學(xué)等CAE軟件底層支撐學(xué)科的發(fā)展帶來了全新機(jī)遇，也為創(chuàng)建數(shù)智融合的新一代CAE軟件提供了可能性。我國如果能盡快在這一方向取得突破，必將能夠率先搶占制高點(diǎn)，基于底層技術(shù)突破實(shí)現(xiàn)軟件功能的跨越式提升，從而引領(lǐng)CAE技術(shù)及軟件發(fā)展。

記者：中國工業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型、高質(zhì)量發(fā)展需要工業(yè)軟件有更多的技術(shù)創(chuàng)新和突破。您認(rèn)為應(yīng)如何提高我國工業(yè)軟件的自主創(chuàng)新能力？

郭旭：我認(rèn)為關(guān)鍵在于以下三個(gè)方面。

首先，加大研發(fā)投入是提升自主創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)。我國在工業(yè)軟件方面的技術(shù)積累相對薄弱，因此，需要加大對工業(yè)軟件研發(fā)的資金和人才支持。通過政策激勵(lì)、資金補(bǔ)貼等方式，鼓勵(lì)企業(yè)和科研院所加大對核心技術(shù)攻關(guān)力度，尤其是在關(guān)鍵領(lǐng)域，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)。

其次，推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研合作，打通技術(shù)轉(zhuǎn)化鏈條。目前工業(yè)軟件在中端產(chǎn)學(xué)研聯(lián)動(dòng)以及末端產(chǎn)業(yè)鏈延伸等方面尚有不足，產(chǎn)學(xué)研合作的深度和廣度有待提升。應(yīng)鼓勵(lì)高校、科研院所與企業(yè)深度合作，打通科研成果到產(chǎn)業(yè)落地的“最后一公里”，促進(jìn)科技創(chuàng)新與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的深度融合。

最后，人才是支撐自主創(chuàng)新的核心力量。應(yīng)加大對工業(yè)軟件專業(yè)人才的培養(yǎng)力度，吸引更多優(yōu)秀人才投身于工業(yè)軟件研發(fā)。同時(shí)，還應(yīng)通過產(chǎn)教研協(xié)同融合構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展的工業(yè)軟件發(fā)展生態(tài)。

記者：在您看來，人工智能、數(shù)據(jù)科學(xué)的迅速發(fā)展給工業(yè)軟件研發(fā)帶來了哪些新的機(jī)遇？

郭旭：傳統(tǒng)CAE軟件是基于經(jīng)典計(jì)算力學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)理論體系研發(fā)的，其性能提升已接近極限，難以有效滿足日益增長的高端裝備快速仿真和正向設(shè)計(jì)等需求。因此，通過引入人工智能和數(shù)據(jù)科學(xué)的新成果賦能CAE軟件研發(fā)，將有利于打造具有變革性CAE軟件技術(shù)與產(chǎn)品。建議緊抓這一戰(zhàn)略機(jī)遇，通過系統(tǒng)化布局快速推進(jìn)相關(guān)工作。

推動(dòng)CAE軟件開源平臺(tái)建設(shè)

記者：應(yīng)如何充分發(fā)揮舉國體制優(yōu)勢，推動(dòng)中國工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)模式創(chuàng)新？

郭旭：我認(rèn)為開源是一個(gè)重要切入點(diǎn)。目前，開源、開放、平等、協(xié)作、共享的理念已經(jīng)成為全球技術(shù)創(chuàng)新和協(xié)同發(fā)展的重要理念，是新一代信息技術(shù)和數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)和動(dòng)力。通過開源模式，我們可以鏈接產(chǎn)學(xué)研用各方優(yōu)質(zhì)資源，面向特定工業(yè)需求快速迭代工業(yè)軟件產(chǎn)品。集眾智，聚眾力，通過應(yīng)用場景驅(qū)動(dòng)，不斷積累點(diǎn)上突破，實(shí)現(xiàn)“化點(diǎn)成珠、串珠成鏈”，逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，這符合工業(yè)軟件發(fā)展規(guī)律。同時(shí)，通過構(gòu)建高水平的開源社區(qū)和打造開源軟件基地，形成中國特色工業(yè)軟件開源生態(tài)，可以為工業(yè)軟件的進(jìn)一步發(fā)展和壯大提供有力支撐。特別是在國家大力發(fā)展自主工業(yè)軟件的形勢下，這是一個(gè)極具價(jià)值的切入點(diǎn)。

這些年來，我一直關(guān)注和推動(dòng)CAE軟件開源平臺(tái)的建設(shè)。多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)告訴我們，工業(yè)軟件基礎(chǔ)算法的研發(fā)固然重要，但軟件的易用性同樣是產(chǎn)品成功的關(guān)鍵。通過開源平臺(tái)可以鏈接多主體優(yōu)勢資源，構(gòu)建工業(yè)軟件產(chǎn)學(xué)研協(xié)同的研發(fā)生態(tài)，實(shí)現(xiàn)自主研發(fā)CAE軟件的應(yīng)用迭代和快速催熟，進(jìn)而打通工業(yè)軟件產(chǎn)品化的“最后一公里”。

經(jīng)過多年努力，我國CAE開源軟件平臺(tái)建設(shè)已有了充分實(shí)踐，一些開源社區(qū)已初具規(guī)模并取得了顯著成效。希望未來能夠努力打造更多的具有標(biāo)桿性的CAE軟件開源平臺(tái)，依托這些開源平臺(tái)持續(xù)加強(qiáng)國產(chǎn)CAE軟件的推廣應(yīng)用，不斷夯實(shí)CAE技術(shù)底座，匯聚更多優(yōu)質(zhì)資源，促進(jìn)CAE軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

記者：請簡要介紹一下您的團(tuán)隊(duì)目前在自主可控CAE軟件研發(fā)方面取得的成果和后續(xù)工作計(jì)劃。

郭旭：我所在的大連理工大學(xué)力學(xué)學(xué)科長期致力于自主可控CAE關(guān)鍵技術(shù)和軟件研發(fā)，40余年來歷經(jīng)幾代人的艱苦努力，形成了獨(dú)具特色的學(xué)科發(fā)展模式，成為了引領(lǐng)我國CAE軟件研發(fā)的單位。

我們自主研發(fā)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)和DLUTOPT等軟件在多個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了工程應(yīng)用，包括協(xié)助型號(hào)研制單位解決了“祝融號(hào)”火星車研制中的結(jié)構(gòu)超重難題，支撐了新一代載人飛船主承力結(jié)構(gòu)定型和輕量化設(shè)計(jì)等，為我國重點(diǎn)發(fā)展裝備研制作出了貢獻(xiàn)。同時(shí)，我們還在積極推動(dòng)人工智能賦能的智算CAE軟件研發(fā)，已經(jīng)取得了一些很有顯示度的階段性成果。未來我們將在這一方向上持續(xù)發(fā)力，以底層算法和技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)CAE軟件的高質(zhì)量發(fā)展。

下一步，我們還將著力建設(shè)一流的CAE軟件創(chuàng)新實(shí)體，聚焦國家重大需求，圍繞工業(yè)軟件研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，匯聚產(chǎn)學(xué)研用多領(lǐng)域優(yōu)勢力量促進(jìn)產(chǎn)教融合，搭建工業(yè)軟件行業(yè)公共技術(shù)服務(wù)平臺(tái)，與中國商飛、中核集團(tuán)等共建面向重點(diǎn)行業(yè)的工業(yè)軟件研發(fā)中心，通過打造國家級(jí)開源軟件社區(qū)等推動(dòng)工業(yè)軟件生態(tài)建設(shè)。

我們的工作還得到了各級(jí)政府和學(xué)校的大力支持。在大連市政府的支持下，由我負(fù)責(zé)的大連工業(yè)軟件創(chuàng)新研究院即將掛牌運(yùn)行。我們希望與各界同仁一起努力，優(yōu)勢互補(bǔ)，互惠共進(jìn)，共同繁榮CAE軟件研發(fā)生態(tài)，加速CAE軟件自主化進(jìn)程。

致青年科技人才

當(dāng)前的中國青年既面臨難得的建功立業(yè)的人生際遇，也面臨著“天將降大任于斯人”的時(shí)代使命。在此，我給青年科技人才提三點(diǎn)建議。

一是要有情懷。有情懷才能做到榮辱不驚，擔(dān)當(dāng)大任?！皭蹏?，只有從發(fā)展科學(xué)做起?！崩弦惠吙茖W(xué)家深沉的愛國情懷，敢啃科研“硬骨頭”、敢打科研“硬仗”的膽識(shí)和氣魄應(yīng)該成為我們立志實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)的精神動(dòng)力。

二是要有擔(dān)當(dāng)。有擔(dān)當(dāng)才能做到志存高遠(yuǎn)，明確目標(biāo)。在科技創(chuàng)新引領(lǐng)發(fā)展的時(shí)代，青年科技人才應(yīng)該敢于走出“舒適圈”，挑戰(zhàn)“無人區(qū)”，不斷開辟新的科研領(lǐng)域。

三是要有作為。有作為才能矢志創(chuàng)新，勇立潮頭。青年科技人才要不斷超越自我，提升理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力。要牢記“空談?wù)`國、實(shí)干興邦”，在時(shí)代的變革和實(shí)踐的土壤中發(fā)掘興趣，奮楫篤行，不斷超越、不斷突破。

——郭旭