王玉峰 張江

制造業(yè)是一個國家國民經(jīng)濟的主要支柱，是富民強國之本，也是我國經(jīng)濟結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的主戰(zhàn)場。目前，我國已是制造大國，但還不是制造強國。未來，轉(zhuǎn)變制造業(yè)的發(fā)展方式，實現(xiàn)從“中國制造”到“中國智造”的飛躍，是我國邁向制造強國的必由之路。

制造業(yè)的轉(zhuǎn)變，就是從生產(chǎn)自動化到生產(chǎn)智能化的轉(zhuǎn)變，是解決局部優(yōu)化到整體優(yōu)化的過程。而智能制造的本質(zhì)就是使數(shù)據(jù)在生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)自由流動來解決系統(tǒng)的復雜性，用信息流代替人工流，從規(guī)劃、設計、生產(chǎn)、銷售、服務形成信息閉環(huán)。在這樣的轉(zhuǎn)變過程中，工業(yè)軟件就成了主角?？梢姡I(yè)軟件決定了智能制造的發(fā)展前景，進一步講，工業(yè)軟件定義了未來制造業(yè)的發(fā)展方式。

工業(yè)軟件在實現(xiàn)智能制造的過程中扮演了如此重要的角色，所以要實現(xiàn)智能制造，需要先認識工業(yè)軟件，還要從工業(yè)軟件的角度看待未來制造業(yè)的發(fā)展方向。

工業(yè)軟件是指在工業(yè)領(lǐng)域應用的軟件，包括系統(tǒng)、應用、中間件、嵌入式等。從物理形態(tài)上講，可以將其分為嵌入式軟件和非嵌入式軟件。從功能上可以對工業(yè)軟件進行如下分類：項目規(guī)劃類、工程工具類、管理類、人機界面類、控制類和軟件服務類等。

歷史與現(xiàn)狀

我國工業(yè)軟件經(jīng)歷了從無到有，緩慢發(fā)展的過程，走過了一條蜿蜒崎嶇的路。20世紀80年代，中國人對工業(yè)軟件的認識還幾乎為零。但是隨著IBM大型機、VAX小型機、Apolo工作站的引入，這些昂貴的設備上附帶的一些CG、CAD軟件打開了一扇窗戶，才讓中國人一睹了工業(yè)軟件的“芳容”。

一直以來，國家對于國產(chǎn)自主工業(yè)軟件一直有所扶持。以清華、浙大為代表的一批高校和科研人員對國產(chǎn)工業(yè)軟件的發(fā)展做出了很大的貢獻。隨著CAD/CAE在制造業(yè)的普及，也取得了一些研究成果，包括中科院的飛箭、鄭州機械所的紫瑞等商業(yè)化或者企業(yè)自用軟件。

但是，核心工業(yè)軟件的制高點已被發(fā)達國家占領(lǐng)。目前，僅在中國工業(yè)軟件市場上，80%的設計軟件、50%的制造軟件、95%的服務軟件被國外品牌占領(lǐng)，國產(chǎn)工業(yè)軟件在夾縫中求生存。造成這種現(xiàn)象的原因有很多：

對工業(yè)軟件的重視程度依然不夠，復合型人才奇缺

工業(yè)軟件的開發(fā)與其他應用軟件的開發(fā)不同。工業(yè)軟件是工業(yè)技術(shù)與信息技術(shù)融合的產(chǎn)物，要求與應用的行業(yè)更加貼近，它的開發(fā)過程涉及兩個方面：開發(fā)過程的特殊性與人才培養(yǎng)的特殊性。要求開發(fā)者不僅精通軟件開發(fā)，還要熟悉相關(guān)行業(yè)，需要依靠行業(yè)專家與軟件開發(fā)人員的緊密配合，單靠軟件開發(fā)人員是無法完成的。另外，與IT通用軟件相比，工業(yè)軟件有很強的繼承性，需要行業(yè)經(jīng)驗的長期積累，專業(yè)性強且應用面窄，優(yōu)秀的工業(yè)軟件需要專業(yè)研發(fā)團隊多年的工作積累，才能繼承、深化、完善。

而現(xiàn)在的情況是，政府與企業(yè)還將工業(yè)軟件視同應用軟件，沒有認識到工業(yè)軟件基礎(chǔ)平臺化的重要性，缺少對系統(tǒng)性軟件的持續(xù)投入；部委立項的科技攻關(guān)項目強調(diào)短平快，軟件研發(fā)大多附著在大項目中，缺少對工業(yè)軟件的基礎(chǔ)性研究。

這說明我國制造業(yè)對工業(yè)軟件的認識存在問題，平臺工業(yè)軟件的開發(fā)難度大，但是意義更大，如國產(chǎn)的計算機操作系統(tǒng)，至今大部分軟件平臺的操作系統(tǒng)市場還是國外廠商的天下，雖然我們也有基于Linux二次開發(fā)的操作系統(tǒng)，可是仍不被市場認可，由此可見我們不該回避這個問題，更不應該將某個行業(yè)的應用軟件等同于平臺化的工業(yè)軟件。

復合型人才的缺口是制約國產(chǎn)工業(yè)軟件發(fā)展的另一個瓶頸。工業(yè)軟件的開發(fā)工作量巨大，而且還需要不斷地積累完善，對開發(fā)人員的IT技能水平與工業(yè)專業(yè)水平要求都很高，而中國目前的人才只能滿足企業(yè)使用國外工業(yè)軟件的需求，很多類型的工業(yè)軟件都缺少開發(fā)人才。

造成這種現(xiàn)象有多種原因：軟件業(yè)與制造業(yè)發(fā)展不平衡，同樣是軟件開發(fā)，工業(yè)軟件對編程人員要求比普通軟件要高，提供的薪水卻不如普通IT企業(yè)，技術(shù)精英轉(zhuǎn)到IT業(yè)，人才離開了生產(chǎn)，自然也就沒人去從事工業(yè)軟件的開發(fā)。還有，高校缺乏合理的工業(yè)軟件人才培養(yǎng)體系，目前我國院校中開設工業(yè)軟件專業(yè)的幾乎沒有，雖然部分大學已經(jīng)在進行工業(yè)軟件人才培養(yǎng)的探索，且小有成效，但是僅強調(diào)工業(yè)化對軟件人才培養(yǎng)的新要求，卻沒有建立起科學的人才培養(yǎng)方案，如隔靴搔癢，對促進國產(chǎn)工業(yè)軟件的發(fā)展意義不大。

國產(chǎn)工業(yè)軟件的“生態(tài)”混亂，產(chǎn)業(yè)鏈脆弱

我國的工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)價值鏈還不完善，從研發(fā)到銷售的生態(tài)稍顯混亂，產(chǎn)業(yè)鏈存在自主技術(shù)不夠與引進技術(shù)不消化的問題。制造業(yè)企業(yè)不僅沒有能力獨立開發(fā)工業(yè)軟件，也不愿意用自主產(chǎn)品，斷掉了國產(chǎn)工業(yè)軟件成長的養(yǎng)分，又何談發(fā)展。

也正是因為這樣的市場環(huán)境、關(guān)鍵技術(shù)上與國外有巨大差距，國產(chǎn)工業(yè)軟件鮮有具有高附加值的增值服務，比如結(jié)合信息技術(shù)與行業(yè)需求的行業(yè)應用服務、工程技術(shù)咨詢服務等。在新興領(lǐng)域如制造業(yè)數(shù)據(jù)分析應用系統(tǒng)、工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺等，國內(nèi)企業(yè)并沒有考慮進行布局。長此以往，信息化與工業(yè)化的融合仍然艱難。

積極因素

在看到國產(chǎn)工業(yè)軟件發(fā)展存在諸多問題的同時，也應看到存在很多積極因素。根據(jù)賽迪顧問發(fā)布的《2017中國工業(yè)軟件發(fā)展白皮書》，在2016年全年，亞太地區(qū)工業(yè)軟件市場規(guī)模為840億美元，占全球總規(guī)模的23.8%，相較上年增長7.6%。北美為1370億美元，占比38.8%，增長4.3%。歐洲為1144億美元，占比32.3%，增長5.2%?？梢姎W美依然居主導，但亞太地區(qū)已成為工業(yè)軟件市場的增長主力。

國內(nèi)制造企業(yè)轉(zhuǎn)型升級也帶動了工業(yè)軟件市場的發(fā)展，從2014年到2016年，工業(yè)軟件的市場規(guī)模由939.9億元增長到1247.3億元，同比增長達到15.5%。同時政策利好頻出，到2020年，計劃傳統(tǒng)制造業(yè)重點領(lǐng)域基本實現(xiàn)數(shù)字化制造，制造業(yè)重點領(lǐng)域要求數(shù)字化研究設計工具普及率超過70%。智能制造試點工作穩(wěn)步發(fā)展，工信部先后出臺了多項促進智能制造落地的規(guī)劃、方案和標準。

工業(yè)軟件市場總體上穩(wěn)中有升，面向行業(yè)的成套解決方案研發(fā)應用發(fā)展迅速，機械、航空、紡織等行業(yè)對設計、分析和測試等服務的集成和數(shù)據(jù)關(guān)系分析的需求，逐漸成為了工業(yè)軟件發(fā)展的動力。在航空航天、軌道交通等重點行業(yè)的推動下，高端工業(yè)軟件也有了一定發(fā)展。

工業(yè)云帶動制造業(yè)加速服務化轉(zhuǎn)型，為小企業(yè)提供購買或者租賃信息化服務，間接促進了工業(yè)軟件在小型企業(yè)的應用，企業(yè)按照實際使用的資源付費，大大降低了技術(shù)創(chuàng)新的成本，縮短了產(chǎn)品更新的時間，提高了生產(chǎn)效率。工業(yè)云實現(xiàn)了數(shù)據(jù)在軟件平臺上的快速流動，企業(yè)對市場、研發(fā)、生產(chǎn)等業(yè)務和資源的全局控制能力大大增強，企業(yè)的決策執(zhí)行變得更加迅速，甚至可以催生出更多的商業(yè)模式。

技術(shù)趨勢

每一次工業(yè)革命都伴隨著更高效、更便捷機械的誕生，而即將發(fā)生的第四次工業(yè)革命則不會遵循前三次工業(yè)革命的規(guī)律，第四次工業(yè)革命追求的是機械可以存儲、處理、共享信息，將從根本上改變工具、世界與人之間的關(guān)系。

數(shù)據(jù)就是這次變革的第一推動力。未來的一切都要圍繞數(shù)據(jù)展開，智能制造的核心也是對數(shù)據(jù)的存儲、處理和共享，而云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能以及區(qū)塊鏈技術(shù)，都以對數(shù)據(jù)的處理為核心，這是工業(yè)軟件未來的發(fā)展趨勢。

基于云平臺的PaaS服務將成為工業(yè)軟件的重要發(fā)展模式

工業(yè)云服務的常見方式有工業(yè)SaaS（Software as a Service）云服務、工業(yè)IaaS（Infrastructure as a Service）云服務、工業(yè)PaaS（Platform as a Service）云服務等方式。

其中PaaS提供給消費者的服務是把客戶采用的開發(fā)語言和工具（例如Java、python、.Net等）開發(fā)的或收購的應用程序部署到供應商的云計算基礎(chǔ)設施上。客戶不需要管理或控制底層的云基礎(chǔ)設施，包括網(wǎng)絡、服務器、操作系統(tǒng)、存儲等，但客戶能控制部署的應用程序，也可能控制運行應用程序的托管環(huán)境配置。

如果以IBM 軟件架構(gòu)師 Albert Barron 所說的披薩作比喻，IaaS——別人提供廚房、爐子和煤氣，你使用這些基礎(chǔ)設施來烤制你的披薩；PaaS——除了基礎(chǔ)設施，別人還提供面餅，你只需要準備撒在披薩上的配料，讓他幫你烤出來，換句話說，你只要設計披薩的味道，他人幫你實現(xiàn)你的設計；SaaS——別人幫你直接做好披薩，你要做的就是把披薩的成品包裝一下，印上自己的標簽賣出去。

PaaS方案是未來一段時間內(nèi)工業(yè)軟件的發(fā)展趨勢。PaaS方案提供軟件部署平臺，抽象掉了硬件和操作系統(tǒng)細節(jié)，可以無縫地擴展。開發(fā)者只需要關(guān)注自己的業(yè)務邏輯，不需要關(guān)注底層。云計算中心以透明化的方式提供行業(yè)應用PaaS服務，對提升傳統(tǒng)制造業(yè)的創(chuàng)新能力意義深遠。

分布式傳感器構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)底層架構(gòu)

制造業(yè)的未來是智能制造。智能制造要求對制造系統(tǒng)的物理對象——人、機、物進行感知，感知以后進行分析，之后再做出科學的決策執(zhí)行。狀態(tài)的感知、實時的分析、科學的決策和精準的執(zhí)行，第一步就是感知。要對外部世界進行感知，需要自動控制技術(shù)和傳感技術(shù)。需要分析就需要工業(yè)云和大數(shù)據(jù)的處理平臺，這些技術(shù)環(huán)節(jié)都是密不可分的，智能制造的所有環(huán)節(jié)都建立在生產(chǎn)狀態(tài)感知的基礎(chǔ)上，分布式傳感器就是構(gòu)建這個基礎(chǔ)的核心。

智能傳感器通過軟件實現(xiàn)高精度信息采集，具有一定的編程自動化能力，實現(xiàn)這些功能，核心工業(yè)軟件必不可少。

工業(yè)軟件實現(xiàn)人工智能幫助企業(yè)實現(xiàn)數(shù)字驅(qū)動

互聯(lián)網(wǎng)軟件技術(shù)的發(fā)展和“深度學習”算法的出現(xiàn)，讓人工智能有了超越人類的表現(xiàn)，其中最重要的原因就是大量可用數(shù)據(jù)的出現(xiàn)和計算能力的大幅提升，“深度學習”的突破更是讓人工智能脫胎換骨。

而人工智能正是我國制造業(yè)在“工業(yè)4.0”時代實現(xiàn)彎道超車的最重要工具。舉個例子，在風力發(fā)電領(lǐng)域，通過采集歷史機組運行數(shù)據(jù)，根據(jù)經(jīng)驗定義兩百多種健康特征，進行關(guān)聯(lián)性挖掘，開發(fā)多種預測模型，對每一臺風力發(fā)電機進行故障預測性診斷，可以大大降低停機損失和維護成本，這是一項已經(jīng)應用的技術(shù)。在工業(yè)智能化時代，中國制造業(yè)最大的優(yōu)勢就體現(xiàn)在數(shù)據(jù)上，中國最大的數(shù)據(jù)量就是來自工業(yè)，大量的制造數(shù)據(jù)在中國匯集，給了中國制造最好的資源優(yōu)勢。

人工智能在制造業(yè)領(lǐng)域的應用前景取決于數(shù)據(jù)的規(guī)模與軟件行業(yè)的發(fā)展水平。歸根結(jié)底，不管是什么樣的數(shù)據(jù)，只要是人處理不了的，就需要軟件來處理，一般軟件處理不了的，就需要工業(yè)大數(shù)據(jù)軟件來處理。只有在工業(yè)軟件的前提下，大數(shù)據(jù)才能顯示出其戰(zhàn)略資源的作用，在工業(yè)軟件沒有發(fā)展的條件下，大數(shù)據(jù)什么也不是。當數(shù)字化和互聯(lián)互通成為現(xiàn)實的時候，人工智能在制造業(yè)的應用才有了真正的根基。

區(qū)塊鏈技術(shù)引爆制造業(yè)數(shù)字革命

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代，一臺燃氣輪機每天產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量是全球所有推特文章的4倍，智能制造的核心不是產(chǎn)生這些數(shù)據(jù)，而是智能機器可以處理分析這些數(shù)據(jù)，并與其他類似的機器共享。與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相連的每一臺機器的生產(chǎn)流程都會變得更加高效，并基于各自的改變返回互聯(lián)網(wǎng)進行交流。

面對如此龐大的數(shù)據(jù)，中心化的通信模式將會大大增加維護大型數(shù)據(jù)中心的成本，且會因為數(shù)據(jù)流的擁擠變得異常低效。區(qū)塊鏈技術(shù)恰好可以在這個領(lǐng)域發(fā)揮作用。區(qū)塊鏈技術(shù)是利用塊鏈式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來驗證與存儲數(shù)據(jù)、利用分布式節(jié)點共識算法來生成和更新數(shù)據(jù)、利用密碼學的方式保證數(shù)據(jù)傳輸和訪問的安全、利用由自動化腳本代碼組成的智能合約來編程和操作數(shù)據(jù)的一種全新的分布式基礎(chǔ)架構(gòu)。區(qū)塊鏈技術(shù)采用去中心化的點對點通信模式，將計算和存儲的需求分散到組成物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡的各個設備中，高效處理設備間的信息交換。

區(qū)塊鏈相較于傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的最大優(yōu)勢在于降低成本和提高效率，這些也是智能制造的焦點。雖然傳統(tǒng)的“互聯(lián)網(wǎng)+”時代已經(jīng)盡可能地實現(xiàn)信息透明，但是基于電商的平臺仍然是中介性質(zhì)的單位，應用區(qū)塊鏈技術(shù)可以減少諸如電商這樣的中間環(huán)節(jié)，降低智能制造成本。

區(qū)塊鏈還可以提高生產(chǎn)效率，區(qū)塊鏈特有的P2P特性，使智能制造中的各種請求不必從中心系統(tǒng)一層一層向外傳遞，直接在智能設備之間進行信息交流，區(qū)塊鏈減少系統(tǒng)流通的特點，本身就是提高工作效率的行為。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的實施同樣是區(qū)塊鏈與智能制造的契合點，區(qū)塊鏈技術(shù)與智能制造的融合影響工業(yè)云的發(fā)展，工業(yè)云平臺會因為區(qū)塊鏈去中心化的特點加速融合。又因為區(qū)塊鏈集信息透明與隱私保護于一身的特點，突破了公有云與私有云需求環(huán)境不同的障礙，深刻影響工業(yè)云的發(fā)展。區(qū)塊鏈還會促進物聯(lián)網(wǎng)傳感器企業(yè)的發(fā)展，因為基于對信息獲取的需求，基于對實體物品虛擬化的需求，就需要大量的傳感器對產(chǎn)品特性進行感知。

工業(yè)軟件市場的發(fā)展

中商產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2018-2022年中國工業(yè)軟件行業(yè)前景及投資機會研究報告》顯示，2017年中國工業(yè)軟件行業(yè)市場規(guī)模達到1412.4億元。在《中國制造2025》的大背景下，2018年中國工業(yè)軟件市場規(guī)模預計將達到1622.8億元，同比增長達到14.9%。在這樣良好的大環(huán)境下，相信我國的工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)將會快速發(fā)展。

軟件定義一切

未來制造的核心是智能制造，智能制造背后的邏輯就在于建立一套計算機信息空間和物理空間的基于數(shù)據(jù)自動流動的閉環(huán)賦能體系，解決生產(chǎn)過程中的復雜性和不確定性。這個閉環(huán)賦能體系可以總結(jié)為制造業(yè)的四基：“一軟”“一硬”“一網(wǎng)”“一云”?！耙挥病本褪歉兄妥詣涌刂?，是智能制造的起點和重點。“一網(wǎng)”是工業(yè)網(wǎng)絡，負責數(shù)據(jù)的傳遞?！耙辉啤笔枪I(yè)云服務平臺，接收、存儲、分析數(shù)據(jù)。其中最重要的就是“一軟”，“一軟”就是工業(yè)軟件，工業(yè)軟件就是智能制造的思維認識，是感知控制、信息傳輸和分析決策背后的世界觀、價值觀和方法論，是智能制造的大腦。

工業(yè)軟件定義了產(chǎn)品功能，定義了企業(yè)的流程，定義了生產(chǎn)方式，定義了企業(yè)的創(chuàng)新能力，最后，軟件定義了整個制造業(yè)的生態(tài)。

軟件定義產(chǎn)品功能

上個世紀80年代，軟件定義了計算機功能。2006年業(yè)界提出軟件定義存儲，軟件定義服務器，軟件定義網(wǎng)絡，定義數(shù)據(jù)中心。智能手機的普及是軟件定義的另一個里程碑。到如今，戰(zhàn)斗機、特斯拉汽車等智能化產(chǎn)品，它們的功能是否強大，越來越取決于軟件功能是否強大。

軟件定義企業(yè)生產(chǎn)方式

軟件定義企業(yè)生產(chǎn)方式體現(xiàn)在虛擬制造與實體制造的結(jié)合上，重構(gòu)了傳統(tǒng)的設計制造、測試、再制造的流程。工業(yè)軟件實現(xiàn)了研發(fā)設計的仿真，測試與再設計的流程都可以在計算機中實現(xiàn)，產(chǎn)品功能達到要求后再實際生產(chǎn)，推動了生產(chǎn)方式的改變，加速了產(chǎn)品的更新?lián)Q代，使產(chǎn)品可以持續(xù)優(yōu)化。未來的愿景應該是實現(xiàn)人員、機器、物料、工藝、環(huán)境、產(chǎn)品等所有生產(chǎn)要素在虛擬空間中完整、實時、動態(tài)的響應。當然，這需要一段很長的路。

軟件對生產(chǎn)方式的重新定義還體現(xiàn)在個性化定制上

以汽車行業(yè)為例，大家都知道汽車行業(yè)是JIT（準時生產(chǎn)）做得最好的行業(yè)。如果為了滿足個性化的生產(chǎn)，當生產(chǎn)計劃下達時再按照生產(chǎn)計劃去倉庫準備物料顯然是來不及的。為了實現(xiàn)按單個性化定制，每一臺車的物料就必須是事前準備好的了。這也就意味著為了一輛車的定制，在開始生產(chǎn)車身之前的某個時間點上，就已經(jīng)開始準備該車所有所需要的模塊了，再按照該訂單的配置把所有的模塊組裝在一起。實現(xiàn)這一流程需要的就是數(shù)據(jù)流動的自動化，實現(xiàn)這一目標就要依靠工業(yè)軟件。

軟件定義了整個制造業(yè)的生態(tài)

如同三十年前的Wintel體系，如同十年前的iOS體系和安卓體系，制造業(yè)的未來形態(tài)智能制造也在形成自己的生態(tài)體系，西門子、英特爾等公司都在構(gòu)筑自己的數(shù)據(jù)采集、設備互聯(lián)、工業(yè)軟件、云計算等系統(tǒng)，工業(yè)軟件構(gòu)筑的就是智能制造的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

軟件是實現(xiàn)智能互聯(lián)的第一推動力，未來社會必將是物物互聯(lián)，前提就是軟件深入社會每個角落，進入每個物理實體，未來是一個網(wǎng)絡泛在的社會，人們甚至可以像擰開水龍頭放水一樣使用網(wǎng)絡和知識，這一切都是軟件的功勞。想象一下這個場景：產(chǎn)品、設備都加載了數(shù)字化信息，產(chǎn)品的生命周期帶有產(chǎn)品的全部數(shù)據(jù)，人們可以遠程工作，管理設備，操控所有的生產(chǎn)過程。達到了這樣的智能制造的水平，社會的一切都將發(fā)生深刻的變化。這一切，都要被軟件定義。