——計(jì)算機(jī)世界 記者姜瑜

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

上海超級(jí)計(jì)算中心的相關(guān)專(zhuān)家表示，“從2003年開(kāi)始，ARJ21支線飛機(jī)大型工程的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)方面的仿真運(yùn)算測(cè)試，幾乎都是在我們計(jì)算中心運(yùn)行。在設(shè)計(jì)之初，會(huì)遇到支線飛機(jī)的機(jī)翼、機(jī)身如何設(shè)計(jì)，起飛后產(chǎn)生的空氣升力、阻力會(huì)有多大的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)大量模擬計(jì)算后，反饋給設(shè)計(jì)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(jī)零件設(shè)計(jì)到整機(jī)安裝投產(chǎn)，整整4年間，“曙光4000A”一直沒(méi)有停止過(guò)為其運(yùn)算。截至目前，有關(guān)仿真測(cè)試運(yùn)算量已累計(jì)40萬(wàn)個(gè)CPU?小時(shí)，相當(dāng)于一臺(tái)家用電腦24小時(shí)不間斷運(yùn)行整整30—40年。

近來(lái)，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(chē)、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(guó)目前仿真技術(shù)應(yīng)用處于何種水平？存在哪些機(jī)遇與挑戰(zhàn)？未來(lái)的發(fā)展方向又在哪里？

中國(guó)仿真技術(shù)應(yīng)用仍有提升空間

仿真科技作為信息時(shí)代除理論推導(dǎo)和科學(xué)試驗(yàn)之外的第三門(mén)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(jì)、開(kāi)發(fā)、測(cè)試、生產(chǎn)、培訓(xùn)、使用、維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)。

如今，我國(guó)仿真產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r如何呢？ISEC（國(guó)際仿真工業(yè)展覽會(huì)暨工程師大會(huì)）歷時(shí)兩年做過(guò)一次“中國(guó)仿真產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀”的市場(chǎng)調(diào)查，調(diào)查顯示：“科技含量高、市場(chǎng)潛力大、學(xué)術(shù)性強(qiáng)是目前中國(guó)仿真市場(chǎng)的主要特點(diǎn)；仿真屬于高科技領(lǐng)域，企業(yè)主要集中在國(guó)內(nèi)大中型城市；中國(guó)仿真市場(chǎng)目前主要銷(xiāo)售市場(chǎng)仍然集中在國(guó)內(nèi)；中國(guó)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(lè)觀態(tài)度，對(duì)仿真行業(yè)市場(chǎng)容量擴(kuò)大抱有信心，目前需求主要是市場(chǎng)潛力開(kāi)發(fā)及新技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)一般。”

近年來(lái)，隨著仿真技術(shù)的發(fā)展，中國(guó)仿真市場(chǎng)增長(zhǎng)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(guó)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(guó)家相比仍有差距。美國(guó)MSC中國(guó)區(qū)總經(jīng)理張世民指出，“國(guó)外模擬仿真技術(shù)的普及程度相當(dāng)高，如高爾夫球的運(yùn)行軌跡，都會(huì)使用仿真技術(shù)來(lái)計(jì)算，然而這在國(guó)內(nèi)的普及度遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到這一點(diǎn)。”美國(guó)AYSYS公司中國(guó)總經(jīng)理蔣輝國(guó)也持相同觀點(diǎn)：“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(duì)成熟?！?BR>
不過(guò)，在民用工業(yè)中，我國(guó)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(yùn)輸仿真系統(tǒng)等。這一點(diǎn)也是值得驕傲。

CAE軟件產(chǎn)業(yè)需加強(qiáng)自主創(chuàng)新

國(guó)家統(tǒng)計(jì)局日前發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2007年上半年我國(guó)制造業(yè)以及服務(wù)業(yè)的增速均在10.5%以上，我國(guó)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(guó)科學(xué)院鐘萬(wàn)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(jì)算中最核心的技術(shù)和手段——CAE（計(jì)算機(jī)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(jì)的重要工具，而且也已成為與理論研究和物理實(shí)驗(yàn)同等重要的研究手段。如今，CAE技術(shù)對(duì)于我國(guó)從制造業(yè)大國(guó)向制造業(yè)強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變具有重要意義?！?BR>
多年以來(lái)，我國(guó)許多關(guān)鍵行業(yè)都遭到了國(guó)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(mǎi)源碼，而只是希望把軟件買(mǎi)過(guò)來(lái)裝在我們的曙光服務(wù)器上，與機(jī)器一起銷(xiāo)售，外國(guó)公司都不同意，做軟件代理也不行。我們不能對(duì)購(gòu)買(mǎi)國(guó)外的核心技術(shù)抱有不切實(shí)際的幻想?！?BR>
據(jù)2007中國(guó)（上海）國(guó)際仿真工業(yè)展覽會(huì)最新公布的《中國(guó)仿真產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和機(jī)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(wàn)勰院士也指出，走以企業(yè)為主體、市場(chǎng)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(chǎng)上占有一席之地是發(fā)展我國(guó)CAE軟件產(chǎn)業(yè)的唯一出路。

堅(jiān)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(lái)了高附加值，真正能為現(xiàn)代企業(yè)創(chuàng)造高額利潤(rùn)。但是在民用方面，仿真技術(shù)應(yīng)用為何與國(guó)外相比，落差那么大呢？

“這主要是中國(guó)目前的研發(fā)環(huán)境使然。中國(guó)目前仍是一個(gè)制造業(yè)大國(guó)，但還不是制造業(yè)強(qiáng)國(guó)，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(duì)自主研發(fā)企業(yè)才生效的技術(shù)。也就是說(shuō)，仿真是用來(lái)驅(qū)動(dòng)研發(fā)的。所以說(shuō)，仿真環(huán)境由研發(fā)環(huán)境決定。中國(guó)要做創(chuàng)新型國(guó)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(chǎng)，但是如果市場(chǎng)沒(méi)有建立起來(lái)，那么風(fēng)險(xiǎn)就很大。中國(guó)軟件產(chǎn)業(yè)的自主研發(fā)，如果從產(chǎn)品做起很危險(xiǎn)。而安世亞太則從市場(chǎng)做起，先從代理開(kāi)始，打通國(guó)內(nèi)渠道，然后再根據(jù)本土需求來(lái)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(guó)內(nèi)仍然有一批致力于CAE技術(shù)的研究隊(duì)伍和軟件開(kāi)發(fā)公司。其中，值得一提的是，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的企業(yè)級(jí)協(xié)同仿真平臺(tái)PERA. Simulation的誕生，為中國(guó)制造業(yè)的自主研發(fā)與創(chuàng)新提供了“利器”。

美國(guó)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(kāi)始在NASA的宇航計(jì)劃中就要求利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真分析，之后更是若干次將“計(jì)算機(jī)仿真與建?！绷袨閮?yōu)先發(fā)展的“服務(wù)于國(guó)家利益的關(guān)鍵技術(shù)”。

在國(guó)內(nèi)，發(fā)展CAE產(chǎn)業(yè)同樣契合國(guó)家未來(lái)發(fā)展戰(zhàn)略，國(guó)家“十一五”規(guī)劃明確指出：要發(fā)揮制造業(yè)對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支撐作用。顯然，CAE在制造業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵技術(shù)。

建模理論和方法是未來(lái)發(fā)展重點(diǎn)

仿真技術(shù)在國(guó)內(nèi)該如何發(fā)展？未來(lái)的發(fā)展重點(diǎn)體現(xiàn)在哪里呢？我國(guó)著名的仿真界院士，中國(guó)工程院院士王子才認(rèn)為，“建模理論和方法，仍然是推動(dòng)仿真技術(shù)進(jìn)步發(fā)展的重點(diǎn)研究方向。它是系統(tǒng)仿真可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)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(wú)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(kāi)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(lèi)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(jì)實(shí)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(píng)估體系及相應(yīng)的方法、工具是推動(dòng)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(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的人員和資源集成為一個(gè)大型仿真環(huán)境。它將打破各個(gè)領(lǐng)域的界限，使人們?cè)诜抡姝h(huán)境里對(duì)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(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)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(qiáng)有力的技術(shù)支撐。這種仿真系統(tǒng)的建成，將會(huì)幫助人們解決難度更大的問(wèn)題，將對(duì)經(jīng)濟(jì)或社會(huì)帶來(lái)更大影響。應(yīng)該努力去實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。

支持這個(gè)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(shí)和行為狀態(tài)，完成特定的任務(wù)，并為實(shí)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。