19日，由華東師范大學(xué)牽頭的《面向重大工業(yè)裝備核心控制軟件的安全可信保障技術(shù)及應(yīng)用》項目摘得2019年度上海市科技進步特等獎。我國航空航天、軌道交通、電力控制等安全攸關(guān)領(lǐng)域，因此都有了中國人自主可控、高度可信的中樞神經(jīng)。
僅空天領(lǐng)域，從神舟七號到風云四號，項目技術(shù)就已在50余個航天任務(wù)中成功應(yīng)用。總體上，項目面向各行各業(yè)新增直接經(jīng)濟效益和利潤累計超14.2億元，間接帶動了千億產(chǎn)值的產(chǎn)業(yè)效益。
【一位將帥，出思想方法】
中國裝備制造業(yè)尚未足夠強大，不少方面“缺芯少魂”，這“魂”就是軟件。長期以來，國內(nèi)大批設(shè)備依賴舶來引進，甚至包括地鐵等軌交基礎(chǔ)設(shè)施也是以進口為主，各有各的來路。隨著信息化、數(shù)字化、智能化，萬物運行從獨立封閉狀態(tài)發(fā)展到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代，如何確保關(guān)鍵領(lǐng)域的工控軟件不是一個個“黑盒子”，沒有后門也沒有漏洞?
在中國科學(xué)學(xué)院院士、華東師范大學(xué)軟件工程學(xué)院創(chuàng)院院長何積豐看來，這些都構(gòu)成了國家整體安全的基本支撐面，要形成一個巨大的安全保障閉環(huán)，就像繡花功夫一樣急也急不來。有些情況下，軟件缺陷稍縱即逝，卻慢慢累積，一個周期連到下一個周期，一個部件影響下一個部件，最終以故障形式出現(xiàn)。軟件人和軟件分析工具就要像過電影畫面一樣一幀幀看，讓“時間切片”一步步走，確保每條代碼萬無一失。
自2008年1月起，作為此項目第一完成人的何積豐院士，擔任國家自然科學(xué)基金委“可信軟件基礎(chǔ)研究”重大研究計劃首席科學(xué)家，支持全國科研院所涉及百業(yè)的相關(guān)課題達107項。整整12年過去了，何積豐也77歲了。
十年磨一劍，磨刀石在哪?“控制軟件是工業(yè)重大裝備的中樞，是國家利器。要讓它足夠鋒利，就需要優(yōu)良的磨刀石。”這位軟件界程序統(tǒng)一理論學(xué)派的開創(chuàng)者說，“我們就是把鑄劍的磨刀石做好做精，這樣來提高重大裝備核心控制軟件的質(zhì)量，確保它們安全可信。”
作為上海市科技功臣、上海市教育功臣以及全國優(yōu)秀共產(chǎn)黨員，何積豐帶著整支團隊沖上一線。項目研究期間，共授權(quán)發(fā)明專利27項，獲得軟件著作權(quán)62項，制定行業(yè)標準2項，出版英文專著1本，發(fā)表高水平論文60篇……“我們的科學(xué)研究工作，是從產(chǎn)業(yè)實際出發(fā)，提煉科學(xué)問題;再通過研究成果的應(yīng)用，來驗證我們的想法;最終形成核心技術(shù)，去解決國家所面臨的問題。”他說。
【一隊人馬，解三大難題】
將帥麾下，才俊云集。特等獎項目組成員來自五湖四海，既有從美國、日本回來的海歸，也有國內(nèi)兄弟院校培養(yǎng)的博士。華東師大軟件工程學(xué)院黨委書記錢海峰表示，隊伍里80后也已經(jīng)挑大梁，在整個項目15名主要完成人中，80后青年科研工作者就有6名。
作為主持工作的軟件工程學(xué)院年輕院長，陳銘松從事可信計算研究已多年，經(jīng)國內(nèi)導(dǎo)師推薦，歸國后即慕名加入何積豐團隊。他告訴記者，高端軟件領(lǐng)域美方企業(yè)的關(guān)鍵核心崗位通常很難接受中國學(xué)子，“當真正觸及核心技術(shù)，或多或少受到限制。”在國內(nèi)，陳銘松和團隊成員一起，深入行業(yè)企業(yè)打交道、“破黑盒”，以解決軟件可信保障技術(shù)的三大難題。
比如，軟件復(fù)雜性“分析難”：一份用戶需求文件可能好幾百頁，同時存在網(wǎng)絡(luò)延遲多變等運行環(huán)境的不確定性;又如，軟件正確性“驗證難”：以主流航空航天器百萬行級別的大規(guī)模代碼為例，必須讓代碼自動生成替代人工編寫代碼;再如，軟件可靠性“保障難”：接受國際測評標準嚴、投入大、周期長，軟件測試要占到開發(fā)成本一半左右。
“如果‘閉門造車’，可能‘水土不服’。”陳銘松介紹，卡斯柯信號有限公司就是此次項目團隊深入的行業(yè)企業(yè)之一，也是項目攻關(guān)的參研單位之一。2012年何積豐院士團隊與卡斯柯合作至今，其產(chǎn)品不僅已成功部署于上海軌道交通17號線，還服務(wù)于東非地區(qū)的第一條城市輕軌——埃塞俄比亞首都亞的斯亞貝巴輕軌，后者也成為中國第一套“走出去”的自主列車運行控制系統(tǒng)解決方案。
“何老師常常強調(diào)，一切都從實際出發(fā)，到行業(yè)一線找需求。”80后的院長助理繆煒愷博士說，項目團隊一直傳遞這樣的文化，不只是關(guān)心發(fā)文章或拿工分。歷經(jīng)十余年深入研究、實操實戰(zhàn)，他們一屆一屆接力，攻克了三大難題，也讓近千名高端軟件人才從這個大項目平臺出發(fā)，走向全國近百家企業(yè)，投身于軌道交通、航空航天、汽車電子和電力控制等諸多領(lǐng)域。
【一群同行，創(chuàng)十數(shù)億效益】
“為啥你的軟件可靠，為啥不用國外的”“不是禁運，就是特貴，有錢也沒用”……不論是中國電子科技集團公司第三十二所總工張激，還是普華基礎(chǔ)軟件股份有限公司總經(jīng)理江水，與高校合作攻關(guān)汽車電子軟件打入歐美市場的他們，最初在業(yè)內(nèi)碰上的幾乎都是類似問題。
值得一提的是，在這個科技進步特等獎的獲獎證書上，除了第一完成單位華東師大外，其余6家都是中電科、普華等企業(yè)?？梢哉f，一條產(chǎn)教學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新的路徑，是這項“核高基”技術(shù)成功應(yīng)用的必經(jīng)之途。
從院士專家工作站落戶國內(nèi)同行排名第一的卡斯柯信號有限公司，到中電科32所與華東師大組建國家工程中心，在這些企業(yè)科研人員口中，“聯(lián)合實驗室”可謂關(guān)鍵詞。
卡斯柯研究設(shè)計院副院長周庭梁介紹，雙方依托院士專家工作站及上海軌道交通無人駕駛列控系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，針對卡斯柯自主研發(fā)的TRANAVI列車運行控制系統(tǒng)的核心控制軟件，進行了軟件形式化技術(shù)研究突破，產(chǎn)品滿足第三方國際評估機構(gòu)SIL4安全認證要求。
來自申通地鐵集團技術(shù)中心的技術(shù)總監(jiān)萬勇兵也透露，擁有700多公里里程、400余座車站的上海地鐵，為對接國家自主可控戰(zhàn)略需求，已聘請何積豐院士擔綱首席科學(xué)家，將高可信技術(shù)應(yīng)用于“智慧地鐵”建設(shè)之中，助力上海保持在國內(nèi)外城市軌道交通行業(yè)的技術(shù)領(lǐng)先地位和持續(xù)快速發(fā)展。
共性技術(shù)即通用工具，用何積豐的話比方，就是讓不同行業(yè)的企業(yè)都能像淘寶一樣在網(wǎng)上獲得軟件服務(wù)。從體制機制層面上，在該項目支持下，作為支撐上?？苿?chuàng)中心“四梁八柱”的重要創(chuàng)新力量——上海工業(yè)控制系統(tǒng)安全創(chuàng)新功能型平臺應(yīng)運而生，成為上海市首批推動建設(shè)的18個研發(fā)與轉(zhuǎn)化功能型平臺之一。平臺骨干技術(shù)團隊成員，不少也是來自華東師大軟件工程學(xué)院的教授，現(xiàn)已形成系統(tǒng)化的自主可控軟件開發(fā)工具鏈，覆蓋了重大工業(yè)裝備核心控制軟件開發(fā)的全生命周期。
記者了解到，目前已掌握自己手中的完全知識產(chǎn)權(quán)的形式化建模、測試與驗證工具達11款，已形成商業(yè)化產(chǎn)品的有6款。其中，軟件自動化測試工具SmartUnit更是成為國內(nèi)首款通過國際上公認標準TUV功能安全認證的測試工具。近3年來，工具鏈產(chǎn)品銷售額即達1.5億元。
項目團隊表示，未來將繼續(xù)為國產(chǎn)大飛機、深空探測和下一代城市軌道交通列車運行控制系統(tǒng)等重大國家級技術(shù)攻關(guān)提供共性技術(shù)，形成自主可控軟件人才和產(chǎn)業(yè)集聚效應(yīng)，引領(lǐng)我國自主可控軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展，在國際上也形成高端裝備核心軟件的“中國造”品牌。“給國產(chǎn)裝備用，更要給國外設(shè)備用。”
