——計算機世界 記者姜瑜

2007年12月21日，由中國一航自行研制生產(chǎn)的中國首架自主知識產(chǎn)權(quán)的噴氣支線客機ARJ21-700飛機總裝下線儀式，在中國航空工業(yè)第一集團(tuán)公司上海集團(tuán)上海飛機制造廠舉行。

上海超級計算中心的相關(guān)專家表示，“從2003年開始，ARJ21支線飛機大型工程的空氣動力學(xué)設(shè)計方面的仿真運算測試，幾乎都是在我們計算中心運行。在設(shè)計之初，會遇到支線飛機的機翼、機身如何設(shè)計，起飛后產(chǎn)生的空氣升力、阻力會有多大的問題。經(jīng)過大量模擬計算后，反饋給設(shè)計人員參考，讓其再修改論整，然后得出最終方案?！?BR>
據(jù)悉，從ARJ21支線飛機零件設(shè)計到整機安裝投產(chǎn)，整整4年間，“曙光4000A”一直沒有停止過為其運算。截至目前，有關(guān)仿真測試運算量已累計40萬個CPU?小時，相當(dāng)于一臺家用電腦24小時不間斷運行整整30—40年。

近來，仿真技術(shù)的發(fā)展，除了應(yīng)用于航天航空、能源、工業(yè)制造、石油化工等重要領(lǐng)域，在汽車、電子產(chǎn)品、虛擬儀器、環(huán)境及安全科學(xué)等等領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。目前，中國目前仿真技術(shù)應(yīng)用處于何種水平？存在哪些機遇與挑戰(zhàn)？未來的發(fā)展方向又在哪里？

中國仿真技術(shù)應(yīng)用仍有提升空間

仿真科技作為信息時代除理論推導(dǎo)和科學(xué)試驗之外的第三門新型科研方法，其技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品的研究、設(shè)計、開發(fā)、測試、生產(chǎn)、培訓(xùn)、使用、維護(hù)等各個環(huán)節(jié)。

如今，我國仿真產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r如何呢？ISEC（國際仿真工業(yè)展覽會暨工程師大會）歷時兩年做過一次“中國仿真產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀”的市場調(diào)查，調(diào)查顯示：“科技含量高、市場潛力大、學(xué)術(shù)性強是目前中國仿真市場的主要特點；仿真屬于高科技領(lǐng)域，企業(yè)主要集中在國內(nèi)大中型城市；中國仿真市場目前主要銷售市場仍然集中在國內(nèi)；中國仿真企業(yè)普遍年輕，其中尤以1990～2000年及2004年后為主；從事仿真技術(shù)的企業(yè)普遍抱著樂觀態(tài)度，對仿真行業(yè)市場容量擴大抱有信心，目前需求主要是市場潛力開發(fā)及新技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)，行業(yè)競爭一般?！?BR>
近年來，隨著仿真技術(shù)的發(fā)展，中國仿真市場增長異常迅猛，仿真技術(shù)在安全防御、航空航天等重大領(lǐng)域達(dá)到了國際先進(jìn)水平。但是在民用領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用，與發(fā)達(dá)國家相比仍有差距。美國MSC中國區(qū)總經(jīng)理張世民指出，“國外模擬仿真技術(shù)的普及程度相當(dāng)高，如高爾夫球的運行軌跡，都會使用仿真技術(shù)來計算，然而這在國內(nèi)的普及度遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到這一點?！泵绹鳤YSYS公司中國總經(jīng)理蔣輝國也持相同觀點：“仿真技術(shù)在民用領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用還處于學(xué)習(xí)階段，而航空航天方面的應(yīng)用已經(jīng)相對成熟。”

不過，在民用工業(yè)中，我國已自行研制生產(chǎn)電力工業(yè)的大型電站(200MW，300MW，600MW)仿真系統(tǒng)、交通運輸仿真系統(tǒng)等。這一點也是值得驕傲。

CAE軟件產(chǎn)業(yè)需加強自主創(chuàng)新

國家統(tǒng)計局日前發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2007年上半年我國制造業(yè)以及服務(wù)業(yè)的增速均在10.5%以上，我國企業(yè)在科技創(chuàng)新及技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域的投資正在穩(wěn)步上升。中國科學(xué)院鐘萬勰院士表示，“軟件產(chǎn)業(yè)是最能全面體現(xiàn)理論創(chuàng)新能力和科技成果水平的載體，作為工程計算中最核心的技術(shù)和手段——CAE（計算機輔助工程分析）軟件的模擬仿真分析能力不僅是企業(yè)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計的重要工具，而且也已成為與理論研究和物理實驗同等重要的研究手段。如今，CAE技術(shù)對于我國從制造業(yè)大國向制造業(yè)強國轉(zhuǎn)變具有重要意義?！?BR>
多年以來，我國許多關(guān)鍵行業(yè)都遭到了國外的技術(shù)封鎖。“像在航空領(lǐng)域，有一些CAE軟件，我們尚未提出買源碼，而只是希望把軟件買過來裝在我們的曙光服務(wù)器上，與機器一起銷售，外國公司都不同意，做軟件代理也不行。我們不能對購買國外的核心技術(shù)抱有不切實際的幻想?！?BR>
據(jù)2007中國（上海）國際仿真工業(yè)展覽會最新公布的《中國仿真產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和機遇》表明，80%以上的受調(diào)查的從事仿真技術(shù)企業(yè)認(rèn)為有必要繼續(xù)增加技術(shù)研發(fā)及創(chuàng)新投入。鐘萬勰院士也指出，走以企業(yè)為主體、市場為導(dǎo)向、產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的自主創(chuàng)新之路，培育自主品牌并在市場上占有一席之地是發(fā)展我國CAE軟件產(chǎn)業(yè)的唯一出路。

堅持走CAE自主創(chuàng)新之路的安世亞太集團(tuán)副總裁田鋒告訴記者，CAE和其它信息化產(chǎn)品最本質(zhì)的區(qū)別在于：其它信息化產(chǎn)品讓企業(yè)降低了成本，而CAE為企業(yè)產(chǎn)品帶來了高附加值，真正能為現(xiàn)代企業(yè)創(chuàng)造高額利潤。但是在民用方面，仿真技術(shù)應(yīng)用為何與國外相比，落差那么大呢？

“這主要是中國目前的研發(fā)環(huán)境使然。中國目前仍是一個制造業(yè)大國，但還不是制造業(yè)強國，缺乏自主創(chuàng)新的產(chǎn)品，自主研發(fā)的能力也需進(jìn)一步提升。而仿真正是針對自主研發(fā)企業(yè)才生效的技術(shù)。也就是說，仿真是用來驅(qū)動研發(fā)的。所以說，仿真環(huán)境由研發(fā)環(huán)境決定。中國要做創(chuàng)新型國家，創(chuàng)新主體是企業(yè)。目前，自主研發(fā)有兩種路：第一，先做產(chǎn)品，再找市場，但是如果市場沒有建立起來，那么風(fēng)險就很大。中國軟件產(chǎn)業(yè)的自主研發(fā)，如果從產(chǎn)品做起很危險。而安世亞太則從市場做起，先從代理開始，打通國內(nèi)渠道，然后再根據(jù)本土需求來研發(fā)產(chǎn)品?！碧镤h告訴記者。

盡管CAE自主研發(fā)面臨諸多困難，但國內(nèi)仍然有一批致力于CAE技術(shù)的研究隊伍和軟件開發(fā)公司。其中，值得一提的是，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的企業(yè)級協(xié)同仿真平臺PERA. Simulation的誕生，為中國制造業(yè)的自主研發(fā)與創(chuàng)新提供了“利器”。

美國政府非常重視CAE技術(shù)的前沿研究課題，從20世紀(jì)60年代初開始在NASA的宇航計劃中就要求利用計算機進(jìn)行仿真分析，之后更是若干次將“計算機仿真與建?！绷袨閮?yōu)先發(fā)展的“服務(wù)于國家利益的關(guān)鍵技術(shù)”。

在國內(nèi)，發(fā)展CAE產(chǎn)業(yè)同樣契合國家未來發(fā)展戰(zhàn)略，國家“十一五”規(guī)劃明確指出：要發(fā)揮制造業(yè)對經(jīng)濟發(fā)展的重要支撐作用。顯然，CAE在制造業(yè)和國民經(jīng)濟各領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，使其成為提升企業(yè)自主創(chuàng)新能力和國際競爭力的關(guān)鍵技術(shù)。

建模理論和方法是未來發(fā)展重點

仿真技術(shù)在國內(nèi)該如何發(fā)展？未來的發(fā)展重點體現(xiàn)在哪里呢？我國著名的仿真界院士，中國工程院院士王子才認(rèn)為，“建模理論和方法，仍然是推動仿真技術(shù)進(jìn)步發(fā)展的重點研究方向。它是系統(tǒng)仿真可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。美國等發(fā)達(dá)國家在仿真領(lǐng)域一直是將建模理論和方法的研究工作列為重中之重。另外，無論是特種裝備系統(tǒng)還是工業(yè)系統(tǒng)，都向大型化、復(fù)雜化方向發(fā)展，相應(yīng)的必須開展支持復(fù)雜大系統(tǒng)建模的理論和方法研究。”

仿真系統(tǒng)將是支持研究各類復(fù)雜大系統(tǒng)全生命周期的必要手段。大型復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)，都需要預(yù)估其安全性，從安全性出發(fā)設(shè)計實施。仿真系統(tǒng)是預(yù)估其安全性的有效工具，因此仿真系統(tǒng)自身的可信度就變得非常重要。從理論上建立仿真系統(tǒng)的評估體系及相應(yīng)的方法、工具是推動仿真技術(shù)應(yīng)用的重要研究方向。

先進(jìn)的分布式仿真技術(shù)的發(fā)展，在2l 世紀(jì)，可能將分布在各個應(yīng)用領(lǐng)域的人員和資源集成為一個大型仿真環(huán)境。它將打破各個領(lǐng)域的界限，使人們在仿真環(huán)境里對擬定的設(shè)想和任務(wù)進(jìn)行研究、分析?，F(xiàn)代建模技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展，為建立這種跨行業(yè)具有虛擬環(huán)境的仿真系統(tǒng)提供了強有力的技術(shù)支撐。這種仿真系統(tǒng)的建成，將會幫助人們解決難度更大的問題，將對經(jīng)濟或社會帶來更大影響。應(yīng)該努力去實現(xiàn)這個目標(biāo)。

支持這個發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)是分布式協(xié)同技術(shù)。它可以幫助處于不同地理位置的人們共享和交換數(shù)據(jù)、信息、知識和行為狀態(tài)，完成特定的任務(wù)，并為實現(xiàn)交叉學(xué)科信息共享以及決策支持服務(wù)。虛擬世界所需要的轉(zhuǎn)換技術(shù)也是建立跨行業(yè)具有虛擬環(huán)境仿真系統(tǒng)的有挑戰(zhàn)性的研究發(fā)展方向。