我国计算力学软件的现状与思考

摘要：本文从国际、国内以有限元方法为基础的计算力学软件的现状和对比出发，探讨了我国在开发、营销、维护等诸多环节中的若干问题，进行了一些思考，提出了为发展我国的计算力学软件的若干参考性的意见。

关键词：有限元、计算力学软件

1 国际上计算力学软件的现状
从1965年第一次出现“有限元”这个名词，到70年代美国第一个有限元结构分析系统SAP问世，到今天已有25年的时间。整整一代人在这一方面做了艰苦卓绝的努力，已经形成了若干国际上著名的大型计算力学系统，解决了成千上万个工程实际课题，为科学技术的发展和工程应用做出了不可磨灭的贡献。目前这些系统已经相当成熟，在国际市场上拥有大量的用户。
美国MSC-NASTRAN系统以最早期的主要用于航空航天方面的线性有限元分析系统为基础，兼并了以前后处理闻名全球的PDA公司的PATRAN，以及以有限元建模著名的ARIS,又在以冲击、接触为特长的DYNA3D的基础上组织开发了流体、固体相互作用的非线性程序DYTRAN,同时又与国际上著名的非线性有限元分析程序ABAQUS联手，推出了MSC-ABAQUS,从而形成了集国际上最优秀的有限元分析系统之大成的规模最大的有限元分析系统，它突出的显示了在计算力学方面深厚、先进的科学基础，杰出的经营、管理思想和现代集成化的做法，在短时间内以兼并为主要手段把世界上最好的技术集中起来为我所用，形成了国际上规模最大、功能最全、质量最好的大型集成化计算力学软件系统。美国ANSYS系统是长期独立开发的大型线性、非线性有限元分析系统，他的强大的功能、灵活方便的用户界面博得了世界上数千家用户的钟爱，美国非线性有限元分析系统ABAQUS由三位年轻人以两千美元起家在自己的汽车库里开始写程序，到今天发展成为国际上著名的能求解高难度非线性问题的通用有限元程序系统，经历了艰苦的开发、应用、经营的路程，达到了巨大的成功。
为什么这么多著名的、重要的有限元程序系统都集中在美国得以实现，以个人的见解主要有以下原因：
1） 美国的科学界、工程界非常重视把科学研究的成果转化为生产力；
2） 美国的软件被公认为是一种高技术的知识密集型产品，能够以较高的价格转让，经营者可以从收益中得到足够的回报来支持进一步开发，维护和技术服务；
3） 知识产权的法律意识很强，盗版的现象很少；
4） 有优秀的维护、培训、建立文档的传统，在软件质量上精益求精，有良好的信誉；
5） 许多学者、软件公司的负责人既有较高的学术水平，又有丰富而杰出的管理、经营方面的经验，敢于做出重大的决策；
6） 在利益合理分配的原则下能够合作、共事，使企业越办越大。
作者以为国际上许多成功的例子是值得借鉴的，特别是值得我国科技界的决策人物所汲取。
2 我国计算力学软件的现状
我国计算力学软件是从70年代开始的，起步算是早的。第一个自行开发的软件系统当推大连理工大学钟万勰院士组织开发的JIGFEX[注：现在最新版本为JIFEX V3.0]。其次是航空工业部623所开发的HAJIF,它们在我国的工程应用方面起了一定的作用，解决了不少的工程实际问题，但由于没有坚持进行长期的维护和进一步的开发，加上引进国外软件SAP5的冲击，广大用户可以无偿或者以极低的代价得到元程序，结果就形成了“功亏一篑”的局面。
由我本人领导和组织开发的SAP84，惨淡经营十几年，得到了一个勉强维持的回报。其功能仅限于线性，虽然解决了工程界数以千计的重要问题，但在功能方面得不到快速的扩充，在图形的前后处理方面尚跟不上用户的需求。在经营方面作为一个学者可以说根本不懂，没有任何行销策略、政策，也没有力量进行宣传，人力财力极为有限，与国际上的计算力学软件相比，只能是凤毛麟角。
我国计算力学方面的软件在国际上还没有出现过一个有影响的软件系统，各个大专院校每年有数以百计的博士论文，数以千计的硕士论文都在写计算力学方面的程序、发表论文，但是最终大多成为一堆废纸。国家自然科学基金也曾支持过几个计算力学软件的开发，但都以发表几篇文章而告终。
3 几点思考
我国从事计算力学有限元理论、算法研究的工作者不下万余人，其中从事软件工作的不下数千人，这样一批人居然拿不出一个像样的在国际上站住脚的软件系统来，感到十分惭愧。而我们培养的许多优秀人才却成了国外许多计算力学软件公司的主要开发人员，难道不值得我们深思吗？
1） 计算力学软件是把计算力学的理论成果、算法转换为能解决工程实际问题的生产力的主要手段，它是一种创造性的劳动，是要把最新的计算机技术、软件工具、算法和工程知识结合在一起的综合性工作。但软件开发在一段时期内被学术界认为没有学术水平，评职称提工资都受影响。这种情况目前在好转之中。
2） 一支高质量的稳定的队伍是开发计算力学系统的关键。软件开发是一项极为艰苦得劳动，需要长期、连续的持之以恒的工作。一个大型通用有限元程序系统的开发需要硕士以上水平的15~20人合作5~10年。但维护和培训、销售和售后服务，就需要一支25~30人的队伍连续工作5~10年。像这样的人员构成和长时间的稳定性，在目前的国内环境下几乎不存在。
3） 目前的国内软件市场，高质量的软件不能得到高的回报，软件价格上不去，因此产品的效益不能维持开发人员的高待遇，更谈不上扩大再生产。
4） 盗版行为在我国仍然猖獗，这种情况严重打击了国内软件开发人员的积极性。
5） 一批既懂学术又懂销售、管理的人员极为需要，但目前没有这样的人才，这使得我们即使有了好的软件也打不进国际市场。
结论是：如果没有政策上和体制上的重大改革，在近十年内，我国计算力学软件不可能出现高质量的大型计算力学软件系统。