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从哈工大被禁用Matlab说起,浅谈国产化工模拟软件的现状与生长

2022-02-13 00:15上一篇:化工行业深度陈诉:需求苏醒和补库共振,化工行业景气可期 |下一篇:没有了

本文摘要:克日哈工大被禁用Matlab引起了业内不少讨论,众所周知我国在科研配套软件上存在不少短板,与外洋也有很大差距。在本文中,笔者实验从化工模拟软件出发,主要分析现有化工模拟软件的现状,如果这些软件都被封禁会对行业发生哪些影响,最后探讨一下国产模拟软件如何突围。 常用的化工模拟软件有哪些?笔者这里按模拟尺度及应用差别大致将其分为四类。1.分子模拟软件:这类软件实际上属于化学软件领域,根据模拟方法又可以大致分为分子动力学模拟以及量子化学模拟。

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克日哈工大被禁用Matlab引起了业内不少讨论,众所周知我国在科研配套软件上存在不少短板,与外洋也有很大差距。在本文中,笔者实验从化工模拟软件出发,主要分析现有化工模拟软件的现状,如果这些软件都被封禁会对行业发生哪些影响,最后探讨一下国产模拟软件如何突围。

常用的化工模拟软件有哪些?笔者这里按模拟尺度及应用差别大致将其分为四类。1.分子模拟软件:这类软件实际上属于化学软件领域,根据模拟方法又可以大致分为分子动力学模拟以及量子化学模拟。

常用的软件有Gaussian,Material Studio,VASP,LAMMPS等。分子模拟软件可以模拟分子内部键能,分子光谱性质,盘算化学反映能量变化等。分子动力学还可以模拟,主要应用场景为药物,催化剂,先进质料的筛选,物质物性模拟等。

2.流体力学模拟软件:这类软件主要用有限元法或有限体积法,对流体力学结构件举行模拟,常用软件有ansys,fluent,openFOAM,COMSOL等等。流体力学模拟可以用于航行器(飞机,导弹,火箭)设计,在化工领域中常见的搅拌桨,气体漫衍器等构件的设计均可以使用此类软件举行辅助。3.流程模拟软件:这类软件通过内置模型,举行化工流程的模拟,主要对化工的工艺设计举行辅助。化工专业所学习的精馏,萃取,换热等单元操作均可以用此类软件举行模拟。

现在的流程模拟软件还可以对化工流程举行动态仿真,模拟实时操作历程。流程模拟软件主要有ASPEN,chemCAD,Pro/II。

4.辅助设计软件:用于化工历程的辅助设计,可以用于制图,配管设备部署的设计,此类软件常见的就是autoCAD,PDMS等。现在这四类软件中,流体力学模拟,流程模拟,辅助设计软件已经很是成熟,这种成熟在于其理论已经盘算基本成型,人们已经知道哪类算法适用于哪些问题,存在的偏差或许是几多。

在这种算法成熟的基础上再联合设计履历以及中小试实验,人们已经可以使用这些工具盘算举行设计开发产物了。后续此类软件的生长提升空间比力有限,主要就是优化算法,改善人机界面,针对新历程引入新模块。

在理论方面,除了个体领域的一些顽固性问题外(例如可控核聚变中可能涉及的磁流体动力学,湍流直接模拟等),需要本质上举行更新的地方并不多。相对而言分子模拟软件由于涉及到量子力学方面自己理论就还未完善,思量到盘算机算力举行简化后经常泛起错误的效果,属于算法上另有问题的,现在应用并不是很是广泛。

虽然科研中经常以此为辅助来解释实验现象,但以量子力学出发直接设计出催化剂或者新质料的案例还没有。倒是在分子动力学方面,近30年来生长迅速,现在已经在药物点位筛选,药物动力学研究上有了应用,现在西方许多的制药公司,实际上都在用分子动力学举行药物筛选,这方面我们和他们确实有很大差距。

接纳分子分子模拟药物与卵白之间的作用,中医原教旨主义者经常提到人体很是庞大,人体与药物间的作用很是庞大,不依赖阴阳五行无法生长中医药。这里就让大家看看,面临越发庞大的药物与卵白靶点作用,现代科技是如何举行研究的。

化工软件被禁会有多大影响?我们会不会在化工模拟软件上被卡脖子,导致相关技术的全面落伍呢?如果有一天我们的模拟软件完全被禁,我们的科研会受到多大影响呢?坦率地说,如果芯片方面的差距是10和100的话,那么模拟软件上的差距就是0和100的差距,我们国家险些没有商业化的化工模拟软件。可是这种差距实际上并不紧迫。纵然是我们现在的模拟软件完全被禁也不会对我们的化工研刊行业有很是大的影响。首先,大部门化工模拟软件有破解版,可以脱机使用。

如果我们以产物为导向举行开发是完全不受影响的。就好比说我们用盗版的流体力学软件设计出了一款导弹,真打起战来,导弹发射出去了,总不能美国人说一句,“这导弹含有美国技术,我们要对它举行制裁”,导弹就倒退飞回发射井里。我们的学生,科研人员对这些软件举行学习也不受影响,你通过玩盗版aspen,学会了设计精馏塔,反映器,也不行能有一群美国人冲到你家里,然后拿个机械对你脑子一扫描,你就把这些技术忘记了。

据笔者所知,某型号战斗机研发历程中大量接纳了某外洋商用软件,那么根据美国的特性,这软件是正版还是盗版其次,我们要摆正对盘算机模拟技术的态度,以产物为导向。有些人说,这些软件虽然可以用盗版,可是要发论文的话必须使用正版软件。至于发论文的问题,我认为论文导向自己就需要改变,尤其是这种以盘算机模拟应用为题材的论文应当给予限制。

我们用模拟软件是为了什么,为了淘汰研发成本,加速研发进度更好的做生产品,产物是我们的目的,如果以发论文为目的那就是舍本逐末了。而且据我所知,许多所谓的模拟,都是实验效果已经有了的情况下,使用软件调治参数,拼凑出一个与实验效果靠近的模拟效果,实际上没有意义。现在国家对于科研资源,科教人员职称评定,学历发放等内容越来越倾向于去论文化,以实际科研结果作为评定尺度。

因此相关软件受到限制也正好让科研人员的看法举行一个调整,多干实事,少水论文。另外,化工模拟软件可替代性较强,相关商业软件均有替代方案。这里主要是指流程模拟软件与流体力学软件。

现在开源流体力学软件有openFOAM等,除了人机界面不太友好外,完全可以替代大部门ansys功效,某些方面甚至越发强大。流程模拟方面,实际上在前几个月就泛起过aspen序列号团体到期的情况,其时就已经引发关注,实际上aspen软件的替代品也有,好比DWSIM和COCO。

另外前文已经说过这两类盘算软件算法已经基本成型,而且已经公然。在极端情况下,纵然重新编写做一个国产的出来,满足基本需求也是难度不大的事情。最后,分子模拟软件现在应用有限,可以暂时跟跑。

分子模拟技术我们国家与世界先进水平差距相当大,甚至大于现在大家很是关注的芯片和半导体领域。芯片和半导体领域虽然我们有差距,但好歹工业链上的每一环,我们都有对应有1-2家企业,有华为,中芯之类的。这个专业结业的学生好歹有个就业偏向,半导体这个行业始终在生长。可是在药物设计方面,我们却没有好的企业,造就的人才无处就业,从企业层面来看这个行业还没有起步。

分子模拟领域的差距其实比力危险,很容易生长成技术代差。实际上在药物开发方面我们现在已经被西方拉开代差了,分子模拟技术的泛起在其中有很大作用。试想一下,如果外洋一旦在量子化学模拟偏向上泛起突破,那么他们就有了短时间开发药品,新质料,新型化工品的技术。这也会导致其他领域的突破,好比说可控核聚变的壁面质料,非硅基芯片,癌症特效药等等。

我们与西方的技术差距可能被重新拉大,就像苏联当年在工业上已经基本跟上西方国家,可是在半导体方面被西方开发新战场迅速拉开差距,导致整体科技落伍。幸亏现在没有这种突破泛起的苗头,凭据现在理论更新的进度分析,近20年来泛起这种突破的可能性不大,我们现在还可以耐心的接纳跟跑战术。可是一旦泛起这种情况,我们必须依靠举国之力,不惜一切价格跟上。

国产化工软件的差距在哪?我们首先要认可,我们国产的化工软件与外洋有着很是庞大的差距,虽然上面分析了,我们有许多替代方案,暂时寻求国产化工软件完成入口替代并不是一个特别紧迫的任务。从工业上来说,半导体行业确实越发紧迫一些,优先生长无可厚非。

可是在未来,我们有了精神,我们确实应该实验在化工软件上有所突破,一方面可以作为举行技术谈判,反制西欧的筹码。另一方面,这个领域确实有着一定经济利益。此外,如果我们在化工软件方面形成技术壁垒,还可以对西方举行技术封锁。国产化工软件最大的问题就是商业软件的整个生态已经被外国软件占领。

以流程模拟软件为例:化工专业的学生上学的时候学的就是aspen,事情的时候用的也都是aspen。用了好几年,如果这时候要换用一个其他软件那么其阻力可想而知。另外aspen并非是一个单纯的盘算工具,它自己的数据库也很是强大,每年还和大量科研单元互助,更新数据。

另外aspen的大量用户也为该公司的新模块开发,问题更新修复等事情提供了动力。如果我们国家要开发一款国产软件虽然算法是现成的,我们可以做出来,可是如果要恒久维护一个大型的数据库,不停更新模块,修正bug,在现在的软件生态情况下国产软件很难做到。另外一个不得忽视的问题就是盗版问题,盗版大家都爱用,也成了习惯,而且前文所说,主流化工模拟软件我们都可以用盗版,这就导致我国软件企业纵然做出了类似aspen的产物,也很难获得经济利益。另外版权问题不妥要思量海内,还要思量外洋盗版。

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当前知识产权体系是有利于西方的,因为外国专利比中国多。可是随着中国科研工业的崛起,一定有一天,我们国家持有的专利会比美国这样的国家多,这时候以西方的作风,他们就可能掀桌子,不认可现有专利体系。这样一来未来我们持有的专利或者软件版权就像今天我们持有的美债一样,反而成为了我们的肩负。

作为化工流程模拟软件aspen已经在我国的化工教学以及设计应用中占有重要职位,谈及流程模拟必提aspen国产化工软件如何突围?我们的化工软件行业,现阶段完全可以处于跟跑状态,可是在未来,我们不行制止的要面临这个领域的超车和领跑问题。超车就是指我们要有自己的化工模拟软件,同时打压西方国家软件企业的市场以及收益。

领跑就是指当我们的化工软件处于领先职位之后,如何使用我们的领先优势压制西方科学进步,缔造壁垒获取利益。在谈这个问题前,我们要来说说,如果我们国家做一款化工模拟软件有哪些优势。首先是语言优势,我们国家工程人员普遍使用中文,外洋软件大多为英文界面,学习使用有一定语言难题,一款全中文的软件,比力容易获得海内支持,尤其在高校教学中容易获得推广。其次编程语言方面我们有后发优势,西方化工软件由于发生时间较早,普遍接纳C或者FORTRAN,这类语言已经有了一定滞后。

但从开发角度来说,这些软件的更新依旧需要用这类旧语言来完成,这就导致了盘算效率和兼容性的问题。安装过aspen的同学或多或少都泛起过安装问题,这就是这种情况的体现。如果未来的国产化工软件能用新的编程语言编写,在硬件兼容性上就有很大优势。

最后,我们国家化工生产门类齐全,有利于针对特有流程收罗数据。好比说染料等精致化工产物的生产,大部门都是在我国完成的。如果我们开发出一款针对这类历程的流程模拟软件,我们能很轻易的获得aspen都搞不到的数据。认识到这些优势和劣势,笔者认为国产化工软件的突围偏向应该包罗以下几个:1. 国家主导开源软件项目首先,以我国现在的知识产权掩护现状,举行商业软件开发获得的收益很是有限,难以为继。

同时知识产权掩护体系自己就是西方主导的,用来压制后发国家的。所以我们国家泛起像ansys,aspen这样的商业软件企业是很是难题的。

所以化工软件开发应该走开源门路,也就是说面向用户免费。至于开发者的利益方面,可以由国家牵头对其举行补助,保证开发者的努力性。同时也可以引入竞争机制,保证软件开发质量。此外对于开源软件的开发结果,国家也可以介入,通过封锁地域IP或者其他技术方式对特定外洋国家举行封锁。

2. 针对特定历程的专用模拟软件由于现在广泛的盗版软件使用现状,使得我们的国产软件不行能以免费为卖点,必须在内容上凌驾外国商业软件。而针对特定流程是其中一个很是有效的手段。用过aspen与fluent的人或许都市遇到这样的情况,有些历程用这些软件做不了。好比在aspen中,反映器模拟的模块功效就很是有限,相当一部门反映器是无法模拟的,对于特定流程好比燃料化工,煤化工等,连相关的物性数据都很少。

而且软件自己很是大,但80%的功效许多人一辈子都用不到。这些问题就给了我们开发专用模拟软件的时机,针对特定的流程好比说染料化工等,由于我们国家相关工业比力成熟,可以有许多方式找到互助时机获得专门的染料物性数据。针对染料生产流程专门开发一款模拟软件,满足这个行业的特定需求。在后期也可以同整个行业举行互助绑定,一有新染料品种和新设备,马上添加到软件中,这样一来,在染料这个细分领域,我们完全可以做出能够抗衡aspen的产物。

甚至开发专用软件完全可以由软件使用方主导,举例来说,如果一个厂是做煤化工的,完全可以凭据自己的产物,做自己的工艺仿真软件。数据泉源可以是自己的生产研发数据,应用的工具也是自己专用的产物。

仿真软件也可以凭据自己的生产数据与技术开发进度举行维护。简朴的说这就是农村困绕都会的门路,aspen这类产物大而全,我们就做小而精的工具,一个领域一个领域对aspen举行围剿。3. 软件与工业链深入绑定如果我们的化工软件开发走专用软件的门路,我们还应该要实现与工业链的深入绑定。从形成技术壁垒的角度上来看,任何专利技术如果不与生产工业链绑定那么这些专利技术即是零。

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最为显着的就是制药行业,这个行业外国比我们先进许多,他们也依靠专利授权挣了不少钱。可是由于反面工业链绑定,面临掀桌子式的侵权的时候许多情况下无计可施。就像大家都知道的印度,印度这样的国家,工业如此落伍,但只要公然不认可外国制药专利,就能搞出仿制药这个行业,获得庞大收益。

相反做的比力好的就是芯片开发的EDA软件。这些软件的开发企业直接与代工厂互助,深入嵌入代工工艺中,导致我们纵然有了破解软件,依旧无法与代工厂互助。我们未来的化工软件也要走这样的门路,与设备设计单元,设备生产单元,设备使用单元互助,嵌入整个工业链。

好比在工艺仿真中可以引入我国厂商生产的具有特色的泵,搅拌器,甚至新型反映器。这样西方纵然剽窃了我们的技术,可是没有我们的工业链依旧无法使用,只要我们把相关设备厂商一卡,我们也可以制裁外国企业了。

印度仿制药一度引起海内的关注,实际上并非印度制药技术有多先进,而是印度在专利体系上对西方掀了桌子。4. 化工仿真教学应以开源软件为主最后提一点对于化工仿真教学方面的建议,现在各大高校均以商用软件作为教学工具,这是很是欠好的。

主要有几个问题,首先形成了业内使用商用软件的大情况,倒霉于国产软件生长。其次,商用软件将内部盘算历程举行了封装,以此来教学容易导致学生只会操作不懂原理,对于造就优秀的模拟人才是没有意义的。

这几年在面试化工专业结业生的时候许多人都说自己会用aspen,可是仔细问一些盘算原理和调试方面的问题,就会发现这些人只懂操作,只知道把数字填入对应的接口中,然后运行,对于背后的机理实际上一无所知。另外,掌握开源软件也是业界对于从业人员的基本要求。现在外洋的CFD工程师,招聘入门条件就是需要掌握一种商用软件,外加一种开源软件。

对于化工仿真教学,对于本科生以相识与使用为主,建议先学开源软件,相识盘算原理,再用少量时间上手商用软件,体验商用软件优秀的人机界面。对于研究生,博士阶段的教学建议以开发为主,前文提过,我们要制止甚至限制以单纯模拟应用为主的论文写作,如果搞应用,那么应该看重最终的产物,盘算只是辅助。

但对于软件开发我们应当勉励,如果研究人员针对行业问题,开发一个盘算工具,完全可以作为科研结果,享受升学结业,职称评定上的便利。前面提到的openFOAM甚至是linux操作系统,其内核都是由博士生做出来的。流体力学模拟软件openFOAM最初就是克罗地亚人Hrvoje Jasak在读博期间编写的。

已经成为主要的开源CFD软件最后还是祝愿我们国家的化工行业有自己的模拟软件,固然作为从业人员我们也应当要明白化工模拟软件并不是很是紧迫的,对于国家暂时把资源投向更重要更焦点的领域,我们也应当支持。


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