近日，教育部辦公廳、工業(yè)和信息化部辦公廳正式印發(fā)《教育部辦公廳 工業(yè)和信息化部辦公廳關(guān)于公布首批特色化示范性軟件學(xué)院名單的通知》（以下簡稱《通知》），明確了首批特色化示范性軟件學(xué)院。名單中包含33家特色化示范性軟件學(xué)院，以及68家合作企業(yè)。其中清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、大連理工大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、哈爾濱工程大學(xué)、華東師范大學(xué)、蘇州大學(xué)、山東大學(xué)、中國石油大學(xué)（華東）、湖南大學(xué)、中南大學(xué)、電子科技大學(xué)、西安交通大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)等14所高校的重點(diǎn)領(lǐng)域的項(xiàng)目欄中，包含有大型工業(yè)軟件的標(biāo)簽。
這不是高校第一次把培養(yǎng)工業(yè)軟件開發(fā)相關(guān)人才列為重點(diǎn)。但卻是第一次經(jīng)國家層面推動，在由教育部印發(fā)的高校學(xué)科建設(shè)名單里將工業(yè)軟件提高到如此地位。為此我也想談?wù)勎易约簩χ袊灾鞴I(yè)軟件行業(yè)、以及工業(yè)軟件人才培養(yǎng)的一點(diǎn)淺見。
希望這篇文章的讀者不一定完全是工業(yè)軟件乃至仿真行業(yè)的從業(yè)者。所以這里我還是先簡單普及一些基礎(chǔ)概念。從上世紀(jì)50年代至今，許多工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)革新都受益于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。實(shí)體的工業(yè)、制造業(yè)當(dāng)然也不例外。從上世紀(jì)60年***始，美國的工業(yè)巨頭，NASA、波音、洛克希德、福特等航天航空、汽車企業(yè)就已經(jīng)開始了相關(guān)軟件的研發(fā)。時至今日，幾乎在任何制造業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域，都能看到工業(yè)軟件的身影。和我們平日經(jīng)常使用的面向普通大眾的軟件不同，工業(yè)軟件一般面向的是制造業(yè)用戶。包括三維設(shè)計(jì)類CAD軟件、仿真類CAE和EDA軟件，以及PLM、ERP、MES等工業(yè)管理軟件等。趙敏、寧振波兩位老師在著作《鑄魂：軟件定義制造》中總結(jié)，從目的上說，所有用于工業(yè)過程的軟件都是工業(yè)軟件。不限于制造業(yè)，也包括能源（水電、煤電、核電、風(fēng)電等）、原材料、采掘等領(lǐng)域的軟件都是工業(yè)軟件；從內(nèi)容上說，工業(yè)知識是工業(yè)軟件的核心內(nèi)容，工業(yè)軟件是工業(yè)技術(shù)/工業(yè)知識的容器。從裝備結(jié)構(gòu)上說，工業(yè)軟件是工業(yè)品的一部分，是工業(yè)裝備中重要的“軟裝備”，有必要單獨(dú)列裝，并著重進(jìn)行戰(zhàn)略規(guī)劃。
雖然今天我們看到中國的互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)已經(jīng)非常發(fā)達(dá)，阿里、騰訊、字節(jié)等中國互聯(lián)網(wǎng)公司在世界上的競爭力可以說僅次于美國，而中國也正在由制造業(yè)大國邁向強(qiáng)國，擁有全球最齊全的工業(yè)品裝備生產(chǎn)門類，但談到核心工業(yè)軟件，中國的技術(shù)仍然顯著落后于美國、歐洲等發(fā)達(dá)國家。以筆者最熟悉的仿真軟件行業(yè)為例，這個行業(yè)的巨頭公司們，美國ANSYS、達(dá)索系統(tǒng)、Altair、西門子、MSC等，每一家都有著近50年的發(fā)展歷史，其軟件產(chǎn)品遍及工業(yè)研發(fā)的幾乎每個分支。以ANSYS公司為例，它通過不斷地收購、合并開發(fā)，已經(jīng)擁有世界最一流的流體、結(jié)構(gòu)、電磁、光學(xué)、半導(dǎo)體等領(lǐng)域的多款仿真軟件。而我們國內(nèi)的仿真軟件行業(yè)才剛剛起步，據(jù)我所知，目前國內(nèi)沒有一家公司的仿真軟件產(chǎn)品，能在功能上達(dá)到甚至接近ANSYS旗下哪怕一個產(chǎn)品的50%。工業(yè)軟件巨頭ANSYS公司的產(chǎn)品布局
與消費(fèi)級的軟件一套普遍售價在幾百到幾千元不同，這些工業(yè)軟件，一套正版授權(quán)的價格往往高達(dá)數(shù)十萬元人民幣。它們在今天許多制造業(yè)公司的產(chǎn)品研發(fā)流程中又處在無法替代的關(guān)鍵位置。汽車行業(yè)通過仿真模擬來優(yōu)化碰撞安全
華為這樣的公司需要工業(yè)仿真軟件來設(shè)計(jì)基站和消費(fèi)電子產(chǎn)品的散熱性能，需要EDA軟件來設(shè)計(jì)芯片；汽車公司需要仿真軟件來優(yōu)化汽車的振動噪聲、提高安全性、降低風(fēng)阻等等；美的、海爾這樣的家電公司需要仿真軟件來減少洗衣機(jī)的振動、保證各種家電的性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求；飛機(jī)、航空發(fā)動機(jī)、建筑、船舶……幾乎所有高端工業(yè)領(lǐng)域都離不開仿真軟件的助力。就連武漢雷神山醫(yī)院在設(shè)計(jì)時都使用了流體仿真軟件來設(shè)計(jì)優(yōu)化病房通風(fēng)系統(tǒng)的布局。雷神山醫(yī)院用流體仿真軟件優(yōu)化病房通風(fēng)布局中國的制造業(yè)想要轉(zhuǎn)型升級，向高端、高附加值進(jìn)軍，離不開以仿真軟件為代表的各類工業(yè)軟件的幫助。甚至可以說，中國向高端制造業(yè)邁進(jìn)，其靈魂就藏在工業(yè)軟件當(dāng)中。
可惜，如前所述，雖然中國的工業(yè)軟件行業(yè)起步很早，幾乎與發(fā)達(dá)國家同步，但經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，由于各種各樣的原因，這個行業(yè)一直沒能真正發(fā)展壯大。直至今日，許多工業(yè)領(lǐng)域的大型工業(yè)軟件和高端芯片制造產(chǎn)業(yè)一樣，仍是中國被“卡脖子”最嚴(yán)重的行業(yè)。中國在改革開放之前，曾經(jīng)靠***制，在以鄧稼先、于敏等人為代表的老一輩科學(xué)家的帶領(lǐng)下完成了“兩彈一星”工程。今天新聞屢屢報道中國在某項(xiàng)技術(shù)上被發(fā)達(dá)國家卡脖子時，在網(wǎng)上經(jīng)常能看到有人問，這個東西有那么難？“再難能難過研究原子彈嗎？”
很遺憾，許多東西是真的比研發(fā)原子彈更難。這不是跨行業(yè)的橫向?qū)Ρ?，而是問題的性質(zhì)不同。用我們熟知被卡脖子最嚴(yán)重的芯片舉例，芯片和原子彈，位于光譜的左右兩個極端。原子彈和氫彈，最多加上洲際彈道導(dǎo)彈，基本是屬于“有了就行”的東西。它們的研發(fā)當(dāng)然難如登天，全世界也沒有多少國家能夠掌握；但它們需要的也僅僅是一次性的大規(guī)模投入和試驗(yàn)，不需要像芯片行業(yè)那樣不停地發(fā)展迭代。畢竟核彈的殺傷力這種事，當(dāng)它達(dá)到一個閾值以后，咱握著它就當(dāng)個威懾就好，沒有人真的希望地球上的任何一座城市再經(jīng)受一次核打擊。中國早在第一次核試驗(yàn)成功后不久就公開宣布我國不首先使用核武器。
而芯片產(chǎn)業(yè)則完全不同。自從英特爾第一塊微處理器4004誕生以來，芯片行業(yè)數(shù)十年如一日地一直在不斷進(jìn)步。當(dāng)年英特爾聯(lián)合創(chuàng)始人戈登·摩爾隨手在紙上畫出的一條線，已被英特爾的工程師們當(dāng)作必須實(shí)現(xiàn)的信念堅(jiān)持了近50年。即使是最近幾年英特爾的芯片性能提升緩慢，看上去摩爾定律即將或已經(jīng)迎來終結(jié)，蘋果、臺積電甚至英偉達(dá)等公司也在通過一次又一次讓業(yè)界驚嘆的發(fā)布會告訴人們，他們繼承了摩爾先生的信念，芯片行業(yè)指數(shù)發(fā)展的路還遠(yuǎn)未走到盡頭。
2022年3月9日，蘋果在發(fā)布會上拿出史上最強(qiáng)的M1 Ultra，能耗比吊打傳統(tǒng)桌面芯片在像芯片這樣持續(xù)不斷改進(jìn)的行業(yè)里，先行者研發(fā)出新工藝，通過生產(chǎn)銷售數(shù)千萬片的芯片來攤薄研發(fā)成本并持續(xù)進(jìn)行下一代研發(fā)完成閉環(huán)；落后者數(shù)十億美元投入進(jìn)去，勉強(qiáng)追平了上一代的國際先進(jìn)水平，轉(zhuǎn)眼就再次落后。不停砸錢不斷追趕，始終難見曙光。
從技術(shù)革命的迭代周期角度劃分，芯片和原子彈位于一條光譜的左右兩個極端。在這條連續(xù)的光譜中，不同的行業(yè)、技術(shù)都有各自不同的位置。
（此處示意圖僅代表筆者個人觀點(diǎn)，不同意見歡迎討論）
中國已經(jīng)在許許多多類似原子彈的行業(yè)領(lǐng)域里實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，完成了國產(chǎn)替代。比如“筆尖鋼”、盾構(gòu)機(jī)、高鐵等等，還有先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)和航空發(fā)動機(jī)（最近國家官方媒體密集公開報道，中國的戰(zhàn)斗機(jī)已經(jīng)成規(guī)模地?fù)Q上了國產(chǎn)的“太行”軍用發(fā)動機(jī)）。在這些行業(yè)里雖然也有技術(shù)的革新和迭代，但總的來說換代沒有芯片行業(yè)那么快。
在我看來，工業(yè)軟件行業(yè)，相對來說與芯片行業(yè)更像一點(diǎn)。
有限單元法從上個世紀(jì)中葉開始，幾乎是隨著大型計(jì)算機(jī)同步出現(xiàn)。世界上第一臺電子計(jì)算機(jī)ENIAC于1946年問世，第一臺馮·諾依曼架構(gòu)計(jì)算機(jī)EDVAC于1952年出現(xiàn)；同年1952年，波音公司的工程師Turner與Clough等人就開始研究有限單元法，并于1956年發(fā)表了第一篇有限元的論文。IBM的System/360大型機(jī)于1960年代問世，1963年NASA就立項(xiàng)開始研發(fā)NASTRAN，1969年第一版NASTRAN發(fā)布。
工業(yè)仿真軟件，一直是計(jì)算機(jī)技術(shù)革命之下的弄潮兒。當(dāng)時的大型計(jì)算機(jī)還遠(yuǎn)不如今天這樣普及，美國的許多大型研發(fā)機(jī)構(gòu)就已開始了工業(yè)軟件的研發(fā)。如果把計(jì)算機(jī)技術(shù)比作海浪，工業(yè)軟件絕對是最早的沖浪者之一。甚至換種角度講，電子計(jì)算機(jī)的研發(fā)，最初就是以滿足科學(xué)和工程計(jì)算的需要為目的。而所有與計(jì)算機(jī)技術(shù)有關(guān)聯(lián)的行業(yè)，都或多或少地在受益于摩爾定律，長期呈現(xiàn)指數(shù)級發(fā)展。在仿真軟件這一行業(yè)里，行業(yè)自身的革新驅(qū)動力來自底層算法的創(chuàng)新突破；（例如有限單元法和有限體積法對有限差分法的突破，近些年興起的格子玻爾茲曼法、各類無網(wǎng)格算法、SPH、DEM等粒子法、等幾何分析方法等等……）而行業(yè)背后的驅(qū)動力則來自摩爾定律帶來的計(jì)算機(jī)算力的提升，以及由此帶來的計(jì)算機(jī)和軟件行業(yè)的各種技術(shù)進(jìn)步。隨著算力和硬件性能的提高，圖形、GUI、云計(jì)算等計(jì)算機(jī)技術(shù)的革命也在不斷給工業(yè)軟件行業(yè)帶來新的概念。
比如最早的工業(yè)軟件是將輸入文件寫在打孔紙帶上、后來有了GUI前后處理界面；圖形技術(shù)的進(jìn)步讓仿真軟件的顯示效果不斷提升；UI設(shè)計(jì)理念的革新讓ANSYS、Comsol這樣的軟件換上了Ribbon風(fēng)格界面；云計(jì)算等概念讓仿真從本地走上云端、基于CUDA顯卡的通用計(jì)算技術(shù)讓Discovery Live能夠用顯卡計(jì)算實(shí)現(xiàn)實(shí)時仿真……工業(yè)軟件行業(yè)，由于深度依托計(jì)算機(jī)技術(shù)存在，它一直能夠從上游汲取源頭活水，就一直有創(chuàng)新的動力和方向。甚至在動畫、電影工業(yè)里，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的很多新研究都在致力于讓仿真結(jié)果更真實(shí)、更高效。工業(yè)軟件是一個仍在蓬勃發(fā)展的行業(yè)，但同樣也是一個“歷史悠久”的行業(yè)——和最近在互聯(lián)網(wǎng)時代和移動互聯(lián)網(wǎng)時代崛起的谷歌、亞馬遜、Facebook等美國公司，以及中國的BAT、TMD這些公司相比，工業(yè)軟件算得上歷史悠久。今天世界上的工業(yè)軟件大廠們，許多都有著四五十年的發(fā)展歷史。除了前面提到1969年NASTRAN發(fā)布的公司MSC.Software（現(xiàn)屬于?？怂箍灯煜拢珹NSYS于1969年首次發(fā)布、LS-DYNA1976年發(fā)布、Fluent也是在1975-1979年期間成型。這些公司在上世紀(jì)90年代逐漸發(fā)展壯大，進(jìn)入21世紀(jì)以后通過收購合縱連橫，奠定了如今的行業(yè)地位。當(dāng)然，這并不意味著我們也需要四十多年的時間才能從無到有發(fā)展出工業(yè)軟件。我們不必重走巨頭們曾經(jīng)走過的路。畢竟那些老牌工業(yè)軟件在發(fā)展的過程中也同步經(jīng)歷著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展過程。我們站在今天，用今天的計(jì)算機(jī)技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展工業(yè)仿真軟件，我們需要補(bǔ)課的地方主要在算法方面。即使是相對來說最基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)有限元仿真軟件，其很多高級功能，例如斷裂、內(nèi)聚力、非線性本構(gòu)、顯式動力學(xué)等等，大多數(shù)自主仿真軟件都還沒有實(shí)現(xiàn)。而在與計(jì)算機(jī)有關(guān)的地方，包括但不限于工業(yè)軟件的GUI、易用化功能，以及流程管理類甚至結(jié)合人工智能技術(shù)的新型工業(yè)軟件領(lǐng)域，我們當(dāng)然可以有更廣闊的視野，有更高的出發(fā)點(diǎn)。
但無論如何，老牌工業(yè)軟件畢竟有著幾十年的發(fā)展歷史和技術(shù)積累。在這樣的領(lǐng)域里想要實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代，不可能一蹴而就。正如安世亞太公司的田鋒先生所說，仿真軟件是時間的孩子。推出一款具有基礎(chǔ)功能的仿真軟件可能只需要短短幾年，但要讓它功能完善、基本不出現(xiàn)bug、在功能和易用性上真正對進(jìn)口軟件實(shí)現(xiàn)替代，還需要以五年、十年為單位，堅(jiān)定不移的持續(xù)投入才可以。
羅馬不是一天建成。淘寶、支付寶也不是一天做到這樣的規(guī)模、微信同樣不是第一個版本就擁有了現(xiàn)在這么多的功能。更何況我們國家目前還沒有大規(guī)模的工業(yè)軟件公司，在這方面也就沒有太多的相關(guān)人才儲備。
所以，工業(yè)軟件這一行，是一個將持續(xù)數(shù)十年的長賽道。
近兩年，工業(yè)軟件行業(yè)逐漸受到國家關(guān)注和資本青睞。許多手握技術(shù)但多年拿不到融資，艱難生存的公司，也終于等到了難得的風(fēng)口。在我看來，工業(yè)軟件尤其是仿真軟件的風(fēng)口，不會像幾年前的VR、共享經(jīng)濟(jì)那樣曇花一現(xiàn)。工業(yè)軟件行業(yè)的從業(yè)者，尤其是工業(yè)軟件的開發(fā)者，一般需要同時具備軟件開發(fā)和物理算法或工業(yè)方面的知識。既懂編程又懂?dāng)?shù)學(xué)物理算法，在任何行業(yè)里永遠(yuǎn)是稀缺人才。也只有這樣的長賽道，才值得以國家層面的戰(zhàn)略推動，規(guī)劃一些高校，長期、穩(wěn)定、大規(guī)模的為行業(yè)培養(yǎng)對應(yīng)的人才。既然工業(yè)軟件如此重要，國外的工業(yè)軟件巨頭又已經(jīng)有四十多年的發(fā)展歷史，那為什么中國過去一直沒有著力突破工業(yè)軟件行業(yè)？又為什么說現(xiàn)在是中國工業(yè)軟件發(fā)展的好時機(jī)呢？在我看來，主要有三大原因：1）移動互聯(lián)網(wǎng)浪潮趨近結(jié)束眾所周知，最近五到十年，中國經(jīng)歷了一場大規(guī)模的技術(shù)革命——移動互聯(lián)網(wǎng)幾乎把能夠改造的行業(yè)都改造了一遍。網(wǎng)購、移動支付、外賣、共享單車、短視頻……手機(jī)和移動互聯(lián)網(wǎng)改變了每個人的生活，同時也帶來了一大批造富神話。過去幾年，許多大學(xué)本科和碩士、博士生們，只要專業(yè)方向與互聯(lián)網(wǎng)有關(guān)，都希望畢業(yè)后能夠進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)大廠工作。但隨著這一波移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)革命帶來的紅利逐漸消失，即使是大廠也難以維持高速增長。這兩年也經(jīng)常能聽到許多互聯(lián)網(wǎng)大廠大規(guī)模裁員的新聞。客觀上說，現(xiàn)在的移動互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，已經(jīng)不再是2015年那樣遍地是黃金，遍布創(chuàng)業(yè)機(jī)會了。就連幾年前火爆的人工智能，也逐漸褪去了神話光環(huán)。隨著開源人工智能框架的逐漸成熟，以及各家人工智能初創(chuàng)公司的快速發(fā)展，人工智能與各行業(yè)的結(jié)合越來越深入，技術(shù)也越來越普及。2017、18年起中國許多雙一流高校成立人工智能學(xué)院，到現(xiàn)在第一批畢業(yè)生已經(jīng)接近畢業(yè)。
客觀上說，今天中國整個互聯(lián)網(wǎng)和軟件相關(guān)行業(yè)的薪資水平仍然是全行業(yè)里數(shù)一數(shù)二的。但近幾年隨著許多傳統(tǒng)行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，其他行業(yè)的薪資水平也在逐步趕上。疫情以來，包括清北在內(nèi)的很多一流高校畢業(yè)生，就業(yè)首選逐漸從互聯(lián)網(wǎng)大廠轉(zhuǎn)向公務(wù)員、選調(diào)生，甚至深圳中學(xué)的老師，就能看出互聯(lián)網(wǎng)的光環(huán)不再像幾年前那樣閃亮。隨著許多監(jiān)管政策落地，人們也能看出國家在抑制資本無序擴(kuò)張方面的決心。由于線上的流量趨于枯竭，很多互聯(lián)網(wǎng)大廠開始扎堆造車、造芯片。國家政策也在引導(dǎo)著資本向硬科技領(lǐng)域投入，“不要和菜攤搶生意”。2）關(guān)鍵基礎(chǔ)軟件國產(chǎn)替代，共識堅(jiān)定中美打了四年多的貿(mào)易戰(zhàn)，總體上美國并沒有占到太多便宜。美國對中興、華為的制裁，帶給我們最大的成果就是全國上下凝聚了寶貴的共識：在很多關(guān)鍵領(lǐng)域，核心技術(shù)必須牢牢掌握在自己手里。曾經(jīng)，中國的工業(yè)軟件行業(yè)和美國幾乎同時起步。上世紀(jì)7、80年代，大連理工大學(xué)的JIFEX、航空工業(yè)的HAJIF、北大的SAP84、鄭州的紫瑞CAE……都曾風(fēng)光一時。但進(jìn)入21世紀(jì)以后，在造不如買的觀念下，國家投資只面向終端用戶，很多科研院所和制造業(yè)企業(yè)依靠購買國外的工業(yè)軟件完成了所謂的信息化轉(zhuǎn)型。中國終端制造業(yè)用戶規(guī)模的擴(kuò)大沒能反哺到中國自己上游的工業(yè)軟件行業(yè)，以ANSYS為代表的美國仿真軟件在中國攻城略地，中國自主工業(yè)軟件的星星之火卻幾近熄滅。但現(xiàn)在，時代不同了。美國對華為的制裁過后，華為被禁止使用ANSYS和Cadence等CAE、EDA軟件。2022年以來的俄烏沖突中，Autodesk公司的相關(guān)軟件也對俄羅斯禁用，這再次給我們敲響了警鐘。實(shí)現(xiàn)大型工業(yè)軟件和關(guān)鍵基礎(chǔ)軟件的國產(chǎn)化替代已經(jīng)成為了堅(jiān)定的共識和國家戰(zhàn)略，這一趨勢不會再停止。最近看到新聞?wù)f，總部在深圳的無人機(jī)公司大疆被禁止使用來自美國的UI設(shè)計(jì)軟件Figma。消息出來后，短短一天，多家國產(chǎn)在線UI設(shè)計(jì)工具就推出了一鍵遷移功能。被禁用后國產(chǎn)軟件無縫頂上，美國這波操作堪稱免費(fèi)送人頭。如果今天有新聞?wù)f哪家公司遭美國封殺，ANSYS被禁用，有沒有自主工業(yè)軟件公司說自己的產(chǎn)品可以直接頂上？恐怕還不能完全做到。吾輩仍需努力啊。3）風(fēng)口來臨，資金到位，亟需人才供應(yīng)大公司和人才，往往是一個先有雞還是先有蛋的問題。如果大量地培養(yǎng)了相關(guān)行業(yè)的人才甚至碩士、博士，中國卻沒有對應(yīng)規(guī)模的公司有相應(yīng)人才需求，那這些人要么轉(zhuǎn)行，要么出國，要么就只能進(jìn)入學(xué)術(shù)界繼續(xù)內(nèi)卷。生化環(huán)材專業(yè)的“天坑”之名就是這么來的。芯片也好、工業(yè)軟件也罷，過去20多年中國不是沒有培養(yǎng)過這些行業(yè)的人才，但苦于沒有好的平臺、給不起相稱的待遇，曾經(jīng)的電子專業(yè)人才往往一畢業(yè)就轉(zhuǎn)去了互聯(lián)網(wǎng)。但隨著工業(yè)軟件逐漸站上風(fēng)口，許多自主工業(yè)軟件公司已經(jīng)拿到了融資，已經(jīng)能夠開出相對比較可觀的薪資待遇了。雖然從絕對數(shù)額和規(guī)模上暫時還不能和年薪百萬的互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)媲美，但至少已經(jīng)解決了溫飽問題。現(xiàn)在的問題是，資金已經(jīng)到位，但缺少合格的人才供應(yīng)。
工程和計(jì)算機(jī)學(xué)科的知識體系
想要開發(fā)大型工業(yè)軟件，需要開發(fā)者同時具備工程學(xué)科和計(jì)算機(jī)尤其是軟件學(xué)科的基本素養(yǎng)。而受限于現(xiàn)有的培養(yǎng)計(jì)劃，二者兼?zhèn)涞娜瞬旁谑忻嫔仙僦稚佟?br style="margin:0px;padding:0px;outline:0px;max-width:100%;box-sizing:border-box !important;overflow-wrap:break-word !important;" />
對于工程學(xué)科（比如力學(xué)、機(jī)械、能動、光學(xué)等）的學(xué)生來說，他們會大量學(xué)習(xí)相關(guān)的物理知識，掌握所在學(xué)科的物理原理、基本控制方程。核心課程如熱力學(xué)、傳熱學(xué)、電磁學(xué)、材料力學(xué)、彈性力學(xué)、流體力學(xué)等。但這些專業(yè)的培養(yǎng)計(jì)劃中，對編程知識的側(cè)重不夠，很多專業(yè)只會開設(shè)一門C語言課程。時至今日還有許多大學(xué)生使用VC6.0編寫C語言程序。這樣的課程體系下，學(xué)生用C語言或自學(xué)Python等語言寫一些簡單的小程序或許可以，但想要編寫大型軟件，對于其架構(gòu)、開發(fā)模式、如何編譯、性能如何調(diào)優(yōu)、GUI如何設(shè)計(jì)等等一概不知。很多學(xué)生甚至根本沒有聽過面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)思想。而對于軟件學(xué)科，很多同學(xué)雖然學(xué)過一些數(shù)學(xué)知識，但由于大部分編程實(shí)踐中對數(shù)學(xué)概念尤其是高等數(shù)學(xué)、偏微分方程等知識的應(yīng)用相對較少，寫一些業(yè)務(wù)流程代碼速度可能比較快，一旦涉及算法層面就比較困難。這也是為何即使是互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，算法崗位的薪資水平也相對更高的原因。那么，有沒有可能，通過對專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃的合理設(shè)計(jì)，培養(yǎng)出既有編程動手能力，又擁有扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)并掌握一定物理概念的人才呢？我猜，這大概也是政策制定者想要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。可是，魚和熊掌畢竟不可兼得。培養(yǎng)計(jì)劃設(shè)計(jì)時想要“既要又要”，學(xué)生念完四年大學(xué)以后卻總是覺得啥都會一點(diǎn)，啥都不精通。畢竟每個人的時間精力都是有限的，借用以賽亞·伯林的說法【狐貍多知，而刺猬有一大知】，一個人要么做一只什么都略懂一點(diǎn)的狐貍，要么做一只力出一孔只鉆一事的刺猬。新規(guī)劃中側(cè)重大型工業(yè)軟件開發(fā)的軟件學(xué)院，該如何破解上述難題呢？政策制定者和規(guī)劃培養(yǎng)計(jì)劃的專家們當(dāng)然有他們的思考，我在這里僅提出兩點(diǎn)討論。分別就是后面兩章的標(biāo)題：哪些知識更適合在學(xué)校由老師教授，哪些知識適合自學(xué)/實(shí)踐？相信很多朋友都有過這種經(jīng)歷，覺得有很多讀書時學(xué)的知識在工作中用不到，工作時要用到的知識往往需要現(xiàn)用現(xiàn)學(xué)。這種感受常出現(xiàn)在工作與自己本專業(yè)不一致的人身上。又另有一些留在本專業(yè)的同學(xué)，直到工作中要用到相關(guān)知識時，才回想起“好像這個概念我讀書的時候?qū)W過”，但具體公式記不太清了。事實(shí)上，今天很少有人真正能做到學(xué)以致用，學(xué)習(xí)的知識和工作中用到的能100%匹配的情況非常罕見。應(yīng)該說大部分走上工作崗位的人，都需要在工作中重新學(xué)習(xí)很多與工作密切相關(guān)的知識。在今天這個信息爆炸的時代，就是有很多知識只需要握住一個“線頭”，到需要用時按圖索驥能夠查找到，現(xiàn)用現(xiàn)學(xué)即可。但有些知識學(xué)起來是一點(diǎn)即通，有些知識重新學(xué)習(xí)起來卻非常痛苦。我很喜歡愛因斯坦引用過的美國心理學(xué)家斯金納的一句話，“一個人把在學(xué)校所學(xué)的知識全部忘光以后，剩下的東西就是教育”。在我看來，適合在學(xué)校由老師講授的知識主要包括：基本的數(shù)學(xué)功底、對物理本質(zhì)的理解、以及編程的一些基本思想。
對物理本質(zhì)的理解。用力學(xué)中的概念舉例 就比如材料力學(xué)中的一些基本概念、流體與固體的差異、不同流動的特征等等。以許多工程學(xué)科的基礎(chǔ)課材料力學(xué)為例，這門課學(xué)得好不單單指的是考試能拿90分以上的成績。即使一位同學(xué)記住了公式、考試時拿了高分，多年后在工作中那些公式可能都已經(jīng)忘記。真正設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的時候，因?yàn)橛杏?jì)算機(jī)代勞，可能稍微復(fù)雜一點(diǎn)的彎矩圖都不需要工程師手畫。但是，工程師在面對一個結(jié)構(gòu)時，應(yīng)該有基本的物理直覺。知道過度細(xì)長的桿件在受壓時可能存在穩(wěn)定性問題；知道受彎曲載荷的梁在截面最上方和最下方應(yīng)力最大；知道von-Mises應(yīng)力的物理意義以及什么時候應(yīng)該關(guān)心何種破壞模式……這些問題才真正體現(xiàn)了對材料力學(xué)這門課的理解。至于具體的計(jì)算公式甚至具體材料的參數(shù)，在工作時手邊都會有一本厚厚的手冊供查閱，工程師又不是律師，完全不必占用腦容量像背法條那樣去死記硬背那些公式。基本的數(shù)學(xué)功底，其實(shí)和物理本質(zhì)一樣。具體復(fù)雜問題的求導(dǎo)、積分等運(yùn)算，今天已經(jīng)有很多軟件可以代勞。比如筆者最喜歡用的mathstud.io，一個網(wǎng)頁可以解決微分、積分、矩陣計(jì)算和畫函數(shù)圖等幾乎所有初等和高等數(shù)學(xué)計(jì)算問題。但矩陣的特征值和特征向量有什么含義、偏微分方程中每一項(xiàng)代表什么意義，哪一類方程應(yīng)該如何求解等等，這些概念往往是不太容易從書本上直接查詢到的。編程的基本思想，這不僅包括每種語言最基礎(chǔ)的語法、括號等等，還包括設(shè)計(jì)算法時應(yīng)關(guān)心的時間復(fù)雜度、軟件的整體架構(gòu)該如何設(shè)計(jì)等等。另外，純計(jì)算機(jī)專業(yè)用到的數(shù)學(xué)知識往往和工業(yè)仿真軟件中用到的數(shù)學(xué)概念有較大差別。在吳軍博士的《計(jì)算之魂》一書中，討論了與數(shù)量級有關(guān)的大O概念、遞歸、抽象、分治、圖論等等概念，但對于一名工業(yè)軟件的開發(fā)者來說，或許掌握更多的數(shù)值計(jì)算方法的內(nèi)容才更為關(guān)鍵。與之相對的，比如一些具體仿真軟件的操作、不同編程語言的語法特性、新的庫函數(shù)API等等這些，和具體軟件工具的使用有關(guān)的知識，就更適合現(xiàn)用現(xiàn)學(xué)。因?yàn)檫@些東西幾乎每年都在更新，即使在學(xué)校學(xué)習(xí)過，走上工作崗位后如果某軟件的界面變了、編程語言變了或是庫函數(shù)有了更新，還是需要重新去了解。
產(chǎn)學(xué)結(jié)合，破解知識落地難題
既然在學(xué)校教授的，都是那些相對來說在較長時期不會變的東西，那應(yīng)該如何讓這些枯燥的知識更容易被理解呢？我很喜歡把知識的學(xué)習(xí)和工作比喻為磨刀和砍柴。我們總說磨刀不誤砍柴工，但是很多同學(xué)在學(xué)習(xí)知識（磨刀）的時候，根本不知道未來要砍柴的森林在何處。什么都學(xué)一點(diǎn)，什么都學(xué)不精，本質(zhì)其實(shí)不是沒學(xué)好，而在于學(xué)的知識沒有落地。力學(xué)是數(shù)學(xué)和工程的橋梁，如果沒有實(shí)際工程作為背景，力學(xué)的公式推導(dǎo)就只是紙面上的數(shù)字游戲。有限元更是數(shù)學(xué)概念和編程的結(jié)合，不實(shí)際上手寫一點(diǎn)代碼、做一做仿真，學(xué)習(xí)再多的概念也只是紙上談兵，文勝質(zhì)則史。具體要怎么讓同學(xué)們在“磨刀”的時候就能大致看到未來要砍的“柴”呢？在教育部和工信部給的這份名單中，我仿佛看到了答案：其實(shí)，類似的嘗試在許多高校里一直在開展。比如許多學(xué)校都有大學(xué)生方程式賽車隊(duì)、哈工大的小衛(wèi)星班、國科大本科生的“一生一芯”畢業(yè)設(shè)計(jì)……等等。單說工業(yè)軟件，除了名單上的企業(yè)和高校外，早在2019年，四川大學(xué)就成立了力學(xué)-軟件工程交叉專業(yè)實(shí)驗(yàn)班，與成都陸面體科技和重慶勵頤拓軟件公司簽訂了實(shí)習(xí)實(shí)踐協(xié)議。比如大連理工大學(xué)由于有自己開發(fā)的SiPESC仿真軟件，自多年前就舉辦了“力矩杯”SiPESC應(yīng)用軟件開發(fā)大賽。讓學(xué)生面對實(shí)際工程問題的挑戰(zhàn)，在解決實(shí)際問題的過程中鞏固所學(xué)知識，才能真正解決知識落地的問題。剛才舉的幾個例子，還是主要從力學(xué)系的視角出發(fā)。其實(shí)教育部給出這份名單，更多側(cè)重點(diǎn)在軟件學(xué)院上。其重點(diǎn)領(lǐng)域除了大型工業(yè)軟件外，還包括關(guān)鍵基礎(chǔ)軟件、新型平臺軟件和嵌入式軟件等。在附件2給出的合作企業(yè)名單中，除了安世亞太、數(shù)碼大方、中望龍騰等這些工業(yè)軟件企業(yè)外，還有更多大的工業(yè)集團(tuán)公司如航空工業(yè)集團(tuán)、中車四方、鐵道科學(xué)研究院、中國汽車技術(shù)研究中心、滬東造船集團(tuán)等，以及騰訊、華為、浪潮、阿里、小米、百度、紫光等互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)。
其中，安世亞太是唯一一家上榜的CAE公司！筆者有幸試用了國產(chǎn)通用仿真PERA SIM。《賦能開道：天大博士的自主仿真軟件PERA SIM體驗(yàn)》如有不當(dāng)歡迎批評指正。據(jù)所知，PERA SIM是安世亞太自主開發(fā)的通用仿真軟件，主要包括PERA SIM.Mechanical機(jī)械仿真、PERA SIM.Fluid流體仿真、PERA SIM.LEmag低頻電磁仿真、PERA SIM.ProNas 中高頻能量有限元聲學(xué)分析、PERA SIM.Acoustic邊界元聲學(xué)分析軟件、PERA SIM.PrePro 專業(yè)的幾何處理及網(wǎng)格劃分軟件等，面向工業(yè)用戶提供通用前后處理及結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁、聲學(xué)等仿真計(jì)算能力。
在PERA SIM 軟件研發(fā)過程中，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)利用大量的工程案例對PERA SIM進(jìn)行工程化驗(yàn)證，以及與ANSYS軟件的對比驗(yàn)證，PERA SIM的計(jì)算結(jié)果與ANSYS軟件的偏差總體約為5%，能夠保證軟件的計(jì)算精度。目前已應(yīng)用在國內(nèi)多所高校以及航空、航天、電子、船舶、核、石油化工等多個行業(yè)。
作為中國工業(yè)仿真領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)，安世亞太具有26年的研發(fā)信息化工業(yè)軟件開發(fā)和服務(wù)經(jīng)驗(yàn)。始終時刻牢記使命，不斷創(chuàng)新、突破，致力于躋身全球仿真工業(yè)軟件之林，把中國仿真變成生產(chǎn)力。他們將持續(xù)努力推進(jìn)自主仿真軟件PERA SIM的開發(fā)，推動中國仿真再進(jìn)一步，激活工業(yè)軟件創(chuàng)新活力，為中國仿真軟件的自主發(fā)展貢獻(xiàn)力量。
最后，無論是大型工業(yè)軟件，還是關(guān)鍵基礎(chǔ)軟件比如操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等等，都是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。想要解決這些項(xiàng)目中的卡脖子問題，需要的不僅僅是幾個領(lǐng)軍人才、靈魂人物，還需要大量高素質(zhì)的工程師和程序員。像ANSYS這樣大型的工業(yè)軟件，不止有其背后 高效、強(qiáng)大的求解器，它前臺的許多易用化的特征，簡潔美觀的圖形界面也是其產(chǎn)品競爭力的重要組成部分。中國想要拿出真正能和國際大廠競爭的工業(yè)軟件產(chǎn)品，除了底層算法之外，在軟件的易用性、穩(wěn)定性等方面也要有所突破。在這些方面，相對來說更適合由軟件學(xué)院為業(yè)界培養(yǎng)對口的人才。
巴菲特有句名言：“人生就像滾雪球，關(guān)鍵是要找到足夠長的坡和足夠濕的雪?！?工業(yè)軟件行業(yè)就是這樣一條長賽道，在這條賽道上，從個人能力的角度，有足夠大的提升空間；從行業(yè)發(fā)展角度，國產(chǎn)替代任務(wù)還任重道遠(yuǎn)，需要久久為功，發(fā)展空間很大。中國走到今天，想要繼續(xù)發(fā)展，擺脫“中等收入陷阱”，就需要突破很多關(guān)鍵核心領(lǐng)域的技術(shù)封鎖，需要將更多的高端產(chǎn)業(yè)掌握在自己手里。
