工业软件堪称现代工业的灵魂,在中国工业数字化转型、高质量发展过程中起到了不可替代的作用。我国作为世界第一大工业国,制造业约占全球的30%,但在工业软件方面的市场占比不足6%,在大国博弈、国际争端加剧的背景下,失去工业软件的主导权,将失去工业发展的主动权。如何构建自主可控的技术底座、加强产业链关键软件供给能力,成为产业发展的“必修课”。

国产工业软件之困

3D引擎技术成为卡脖子难题

随着数字化进程的加快,工业软件广泛应用于几乎所有工业领域的核心环节,带来生产和管理效率的极大提升。以生产制造环节为例,波音宣称,T-7A教练机研制中依托数字工程方法流程,将首批验证机的工程质量提高75%,装配工时减少80%。以运维服务环节为例,据Gartner报告显示,基于数字孪生的产品智能服务,维修人员的响应时间从原来的300分钟缩短到了15分钟,同时一次性修复率从75%提升到92%。看不见的工业软件,正在带来看得见的巨大价值。从本质上来说,工业软件是集成工业知识、工业经验和技术决策的高端工业品,其研发难度大、开发周期长、应用场景依赖性强,具有天然壁垒。

在工业软件的技术体系中,渲染引擎是所有建模和计算结果呈现出来的关键,只有经过渲染才能将三维模型/场景,按照设定好的环境、灯光、材质及渲染参数,转换成适配屏幕的2D像素组,并在终端显示出来,没有渲染就无法实现可视化,在工业领域广泛应用的软件如AutoCAD、Inventor、SOLIDWORKS、CATIA、PDMS等主流工业软件及数字孪生软件等新一代工业软件,都需要用到渲染技术。目前,我国工业软件应用的渲染引擎技术多源自于国外。

受国际形势影响,近年来,国内出现了华为EDA软件断供、哈工大MATLAB断供等多起与工业软件相关的技术制裁事件,亟需提升产业链安全水平。自主研发,成为迟早要赶的路。2021年3月,十四五软件发展规划明确提出,“推动三维图形生产、动态环境建模、实时动作捕捉、快速渲染处理等技术创新”。同年,工业软件首次入选科技部国家重点研发计划首批重点专项,标志着工业软件已成为国家科技领域最高级别的战略部署。2023年8月,实时三维引擎进入2023年未来产业创新任务揭榜挂帅任务清单,成为亟待攻破的技术难点。

“根”深才能叶茂

真自主才能保证安全可控

据公开数据显示,我国工业软件市场以超过10%的年均增速快速发展,数字孪生等新型工业软件在数智化场景中得到大规模应用,工业领域对于3D可视化呈现、实时数据驱动、实时交互的需求显著增加,传统图形引擎在工业领域应用中面临渲染效率、超大场景构建、数据接入效率、多终端呈现、高并发等诸多业务挑战,新一代实时3D图形图像引擎成为技术升级的主要方向。实时3D图形图像引擎是多领域复杂知识的代码化沉淀,是一个进入壁垒很高、对开发周期、资金要求很高的赛道,需要交叉学科的高端人才进行密集的脑力劳动和长期投入,很少有国内玩家进入。

目前,我国工业软件所应用的底层渲染引擎主要分为几种技术路线:一完全调用国外引擎;二基于国外引擎进行半自主研发;三完全自主研发。在实际应用中多以直接调用国外引擎及半自主研发为主,直接调用国外引擎技术安全无法保障,投入大量精力基于国外引擎进行二次开发,则难以形成技术沉淀,也很难把控知识产权。且工业生产过程中会产生大量关键技术、流程、工艺、知识等综合数据,这些数据对于产业的安全性尤为关键,做不到底层核心技术的“自主”,国产工业软件的“可控”也就无从谈起。

随着“大信创”在国家战略高度中的基础性、关键性、自主性和安全性特征全方位凸显,工业领域的信创需求正在全面打开,实时3D图形图像引擎的自主性也愈加受到关注。信创的本质在于从无到有的建立起中国独立自主的产业生态,这对于实时3D图形图像引擎来说尤其艰难,因为其研发本身就是一条漫漫长路。值得欣慰的是,一直有团队在这条“荒无人烟”的小路上持续探索。

据了解,作为国内极少数从0到1完全自主研发实时3D图形图像底层技术的公司,艾迪普组建了拥有完整建制的业界顶尖图形学研发和产品团队,从2008年开始启动引擎自主研发项目,每年将10%的营收投入研发,通过对内不断加深原创技术研发,对外不断拓展国际化视野和行业konwhow积累,突破了一批行业共性技术瓶颈,最终推出了兼具图形图像双能力的IDP Engine实时3D图形图像引擎,在渲染、跟踪、识别、处理方面达到国际领先水平,由于拥有该引擎的全部源代码,能够有效避免底层技术“卡脖子”风险,最大限度保障公司的研发自由度和产品迭代速度。经独家披露,目前,经自主性、安全性、产品性能等多方面权威测试, IDP Engine引擎已经取得信创认证,能够为产业安全发展提供有力支撑。

该引擎具备亿万级三角面场景实时渲染输出、仿真数据实时联动、毫秒级数据刷新展示、多端实时交互等技术优势,能够满足数字孪生、三维信息可视化等各类工业场景应用需求。同时,其基于自研引擎推出的新一代3D内容生产工具iArtist,兼具实时渲染、实时3D建模与场景编辑、广泛兼容第三方2D/3D源文件、无代码编程实现交互设计、实时数据驱动可视化呈现、AI辅助内容自动生成等功能,能够支撑各类实时3D内容创作,产品成熟度和技术能力比肩国际先进水平。由于产品核心技术不依赖第三方供应商,高度自主可控,经信创测试,iArtist入选第七批工业互联网关键技术与产品白名单。

打通NVIDIA Omniverse?

实现主流工业软件生态协同

工业软件种类繁多、流程复杂,即使行业巨头通过不断并购重组、补齐产品,形成了自己的优势领域,也很难做到全链贯通,其应用有赖于上下游软件之间的匹配与兼容,且主流工业软件经过多年发展,已经形成高粘性的用户习惯,因此,在国产工业软件的发展过程中,与产业上下游工具链的协同尤为关键。除广泛兼容第三方2D/3D源文件外,艾迪普推出的iArtist工具还打通了NVIDIA Omniverse?,用户不仅能够在使用iArtist的时候与Omniverse USD Composer实时同步编辑操作同一个工程文件,还能够与其他主流工业软件实时协同创作,提升工业3D数字内容生产的工作流效率。

NVIDIA Omniverse? 是一个支持多GPU,多用户实时协作的开发创作平台,是专为虚拟协作和实时仿真而打造的易于扩展的开放式平台。对于工业企业而言,其链接丰富的3D设计、建模、仿真等工业软件工具链条,融合生成式AI、3D协作,通过该平台,用户可以在虚拟环境中进行设计和修改、远程实时协作,高效将现实中的工业设备、生产线和工作流程进行数字化复刻和动态映射,推动产品研发、验证、制造、服务等全生命周期在数字空间的动态优化,降低整体研发、生产和运维成本。

“有”“用”循环造血

基于产业实践提升产品能力

对于工业软件来说,功能上的“有”和“好用”是完全不同的意义。工业软件的生命力在于与实际工业的结合,其优化和迭代提供需要大量实践经验与隐性知识,只有经过实际淬炼,才能成为一个成熟可用的工业软件产品。目前,艾迪普基于自研引擎研发的新一代工业软件已经在离散制造业(机械)、流程型制造业(钢铁、能源)等工业细分领域得到应用,基于产业实践反哺软件优化。

“客户不是想要一个钻头,而是想要一个洞”,工业企业不是想要一个工业软件,而是想要通过软件实现提质降本增效。结合产业需求优化软件功能是国产工业软件发展的必修课,例如,面对传统工业数字孪生项目开发模式对制作人员的技术水平要求较高、开发成本高、交付周期长等一系列问题,艾迪普将引擎核心能力进行封装,抽取出2000+算法模组,通过无代码可视化编程的方式帮助客户实现3D模型与实时数据的数据链接与逻辑交互,使工业数字孪生的整体项目成本较传统制作方式缩减60%以上、制作周期缩短75%,帮助工业企业高效达到信息管理集中化、监控内容可视化、信息获取及时化及提高管理效率的目的。

在工业软件的发展过程中,没有自主技术就没有可控软件,没有用户哺育就没有商业产品,没有协同生态就没有产业化规模。在中国工业向更高价值链爬升的全新关口,希望越来越多的优秀企业如雨后春笋一般涌现出来,为产业发展带来更多希望!