「 1.工業(yè)應(yīng)用軟件的內(nèi)涵 」
工業(yè)軟件主要包括工業(yè)應(yīng)用軟件和嵌入式工業(yè)軟件。工業(yè)應(yīng)用軟件主要分三大類,包含范疇如圖1所示。
圖1 工業(yè)應(yīng)用軟件包含的范疇
(1)產(chǎn)品創(chuàng)新數(shù)字化軟件領(lǐng)域:支持工業(yè)企業(yè)進行研發(fā)創(chuàng)新的工具類和平臺類軟件。具體包括:計算機輔助設(shè)計(CAD,主要包括計算機輔助機械MCAD和電氣設(shè)計ECAD)、工程仿真(CAE)、計算機輔助制造(CAM,主要指數(shù)控編程軟件)、計算機輔助工藝規(guī)劃(CAPP)、電子設(shè)計自動化(EDA)、數(shù)字化制造(digital
manufacturing)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理/產(chǎn)品全生命周期管理(PDM/PLM,涵蓋了產(chǎn)品研發(fā)與制造、產(chǎn)品使用和報廢回收再利用三個階段),以及相關(guān)的專用軟件。例如公差分析、軟件代碼管理或應(yīng)用生命周期管理(CASE/ALM)、大修維護管理(MRO)、三維瀏覽器、試驗數(shù)據(jù)管理、設(shè)計成本管理、設(shè)計質(zhì)量管理、三維模型檢查、可制造性分析等。AEC行業(yè)(建筑與施工行業(yè))也廣泛應(yīng)用CAD、CAE軟件。CAD軟件還包括工廠設(shè)計、船舶設(shè)計,以及焊接CAD、模具設(shè)計等專用軟件,CAD軟件經(jīng)歷了從二維工程圖甩圖板,到轉(zhuǎn)向三維特征建模,進而實現(xiàn)基于模型的產(chǎn)品定義(model
based
definition,MBD)的過程。數(shù)字化制造主要包括工廠的設(shè)備布局仿真、物流仿真、人因工程仿真等功能。CAE軟件包含的門類很多,可以從多個維度進行劃分,主要包括運動仿真、結(jié)構(gòu)仿真、動力學(xué)仿真、流體力學(xué)仿真、熱力學(xué)仿真、電磁場仿真、工藝仿真(涵蓋鑄造、注塑、焊接、增材制造、復(fù)合材料等多種制造工藝)、振動仿真、碰撞仿真、疲勞仿真、聲學(xué)仿真、爆炸仿真等,以及設(shè)計優(yōu)化、拓?fù)鋬?yōu)化、多物理場仿真等軟件,另外還有仿真數(shù)據(jù)、仿真流程和仿真知識管理軟件。近年來,在三維建模技術(shù)、三維可視化技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與交叉融合的背景下,數(shù)字孿生技術(shù)(digital
twin)應(yīng)運而生,成為當(dāng)前學(xué)術(shù)界和工業(yè)界關(guān)注的熱點。創(chuàng)成式設(shè)計(genrative
design)則因引入全新的設(shè)計方式,融合人工智能技術(shù),也成為了業(yè)界關(guān)注的熱點。
(2)管理軟件領(lǐng)域:支持企業(yè)業(yè)務(wù)運營的各類管理軟件。具體包括:企業(yè)資源計劃(ERP)、制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)、客戶關(guān)系管理(CRM)、供應(yīng)鏈管理(SCM)、供應(yīng)商關(guān)系管理(SRM)、企業(yè)資產(chǎn)管理(EAM)、人力資產(chǎn)管理(HCM)、商業(yè)智能(BI)、高級計劃與排程/先進生產(chǎn)排程(APS)、質(zhì)量管理系統(tǒng)(QMS)、項目管理(PM)、能源管理(EMS)、主數(shù)據(jù)管理(MDM)、實驗室管理(LIMS)、業(yè)務(wù)流程管理(BPM)、協(xié)同辦公與企業(yè)門戶等。ERP是從物料需求計劃(MRP)、制造資源計劃(MRPII)發(fā)展起來的。CRM、HCM、BI、PM、協(xié)同辦公和企業(yè)門戶應(yīng)用于各行各業(yè),但工業(yè)企業(yè)對這些系統(tǒng)有特定的功能需求。例如,人力資產(chǎn)管理具體包括人力資源管理、人才管理和勞動力管理,其中,工業(yè)企業(yè)對勞動力管理有特定需求。隨著移動通信技術(shù)的普及,越來越多的管理軟件支持手機APP、基于角色分配權(quán)限、集成位置信息,能夠?qū)⑾嚓P(guān)信息推送到不同類型的用戶。
(3)工控軟件領(lǐng)域:支持對設(shè)備和自動化產(chǎn)線進行管控、數(shù)據(jù)采集和安全運行的軟件。具體包括:先進過程控制(APC)、集散控制系統(tǒng)(DCS)、可編程邏輯控制器(PLC)、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(SCADA)、組態(tài)軟件、分布式數(shù)控與機器數(shù)據(jù)采集(DNC/MDC),以及工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全軟件等。其中,DCS、PLC和SCADA的控制軟件與硬件設(shè)備緊密集成,是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)。
工業(yè)應(yīng)用軟件的特質(zhì)是包含復(fù)雜的算法和邏輯、融合工程實踐的Know-how、與硬件系統(tǒng)和設(shè)備集成、具有鮮明的行業(yè)特點、能夠滿足客戶的個性化需求、提供二次開發(fā)平臺、實現(xiàn)端到端的集成應(yīng)用才能發(fā)揮預(yù)期價值等。因此,很多工業(yè)軟件企業(yè)將軟件進行配置,形成行業(yè)解決方案,以便縮短實施與交付周期。
「 2.工業(yè)軟件的發(fā)展趨勢 」
工業(yè)軟件具有鮮明的行業(yè)特質(zhì),不同行業(yè)、不同生產(chǎn)模式、不同產(chǎn)品類型的制造企業(yè),對工業(yè)軟件的需求差異很大。因此,工業(yè)軟件需要很強的可配置性,并具備二次開發(fā)的能力。工業(yè)軟件蘊含著業(yè)務(wù)流程和工藝流程,包含諸多算法,因此,需要結(jié)合企業(yè)的實際需求進行實施和落地。制造企業(yè)需要應(yīng)用的工業(yè)軟件類型眾多,要取得實效,需要實現(xiàn)工業(yè)軟件的集成,構(gòu)建集成平臺。
工業(yè)軟件正在從以下7個方面進行演進:
1)工業(yè)軟件正在重塑制造業(yè)
工業(yè)軟件的重要程度不斷提升,軟件成為體現(xiàn)產(chǎn)品差異化的關(guān)鍵。例如,70%的汽車創(chuàng)新來自汽車電子,而60%的汽車電子創(chuàng)新屬于軟件創(chuàng)新;智能手機的核心差異化主要體現(xiàn)在操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件,直接影響用戶體驗。另外,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用也涉及到諸多工業(yè)軟件,為工業(yè)設(shè)備插上了智慧的翅膀。
“軟件定義”成為業(yè)界共識,如軟件定義的產(chǎn)品、軟件定義的機器(圖2)、軟件定義的數(shù)據(jù)中心、軟件定義的網(wǎng)絡(luò),軟件定義的業(yè)務(wù)流程,數(shù)據(jù)驅(qū)動智能決策等。對工業(yè)軟件的開發(fā)與應(yīng)用效果和掌控程度,已成為制造企業(yè)體現(xiàn)差異化競爭優(yōu)勢的關(guān)鍵。工業(yè)軟件的應(yīng)用貫穿企業(yè)的整個價值鏈,從研發(fā)、工藝、采購、制造、營銷、物流供應(yīng)鏈到服務(wù),打通數(shù)字主線(digital
thread);從車間層的生產(chǎn)控制到企業(yè)運營,再到?jīng)Q策,建立產(chǎn)品、設(shè)備、產(chǎn)線到工廠的數(shù)字孿生模型(digital
twin);從企業(yè)內(nèi)部到外部,實現(xiàn)與客戶、供應(yīng)商和合作伙伴的互聯(lián)和供應(yīng)鏈協(xié)同,企業(yè)所有的經(jīng)營活動都離不開工業(yè)軟件的全面應(yīng)用。因此,工業(yè)軟件正在重塑制造業(yè),成為制造業(yè)的數(shù)字神經(jīng)系統(tǒng)。
圖2 軟件定義的機器(來源:GE)
2)工業(yè)軟件的應(yīng)用模式走向云端和設(shè)備端
工業(yè)軟件的應(yīng)用模式已經(jīng)從單機應(yīng)用、客戶端/服務(wù)器(C/S)、瀏覽器/服務(wù)器(B/S),逐漸發(fā)展到走向云端部署和邊緣端部署(嵌入式軟件)。早期的工業(yè)軟件是基于PC的單機應(yīng)用,很多軟件帶有“加密狗”。后來,軟件應(yīng)用出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)版。ERP、SCM等管理軟件的應(yīng)用是基于C/S的應(yīng)用模式,需要在客戶機和服務(wù)器都安裝軟件,在服務(wù)器安裝數(shù)據(jù)庫。隨著互聯(lián)網(wǎng)的興起,越來越多的工業(yè)軟件轉(zhuǎn)向B/S架構(gòu),不再需要在客戶端安裝軟件,直接在瀏覽器上輸入網(wǎng)址即可登錄,這使得軟件升級和遷移變得更加便捷。服務(wù)器虛擬化、桌面虛擬化等技術(shù)則可以幫助企業(yè)更好地利用服務(wù)器資源。
此外,很多智能裝備,例如無線通信基站和程控交換機內(nèi)部,部署了諸多嵌入式的控制、檢測、計算、通訊等軟件。近年來,設(shè)備端的邊緣計算能力迅速增強,一些原來PC上部署的軟件也移植到設(shè)備端,實現(xiàn)邊緣計算,更高效地進行數(shù)據(jù)處理和分析。
3)工業(yè)軟件的部署方式從企業(yè)內(nèi)部轉(zhuǎn)移到外部
工業(yè)軟件的部署模式從企業(yè)內(nèi)部部署(on
premise)轉(zhuǎn)向私有云、公有云以及混合云。云計算技術(shù)的發(fā)展,使得企業(yè)可以更高效、安全地管理自己的計算能力和存儲資源,建立私有云平臺;中小企業(yè)可以直接應(yīng)用公有云服務(wù),不再自行維護服務(wù)器;大型企業(yè)則可以將涉及關(guān)鍵業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)的應(yīng)用系統(tǒng)放在私有云,而將其他面向客戶、供應(yīng)商及合作伙伴,以及安全級別要求不高的應(yīng)用系統(tǒng)放在外部的數(shù)據(jù)中心,實現(xiàn)混合云應(yīng)用。
國外管理軟件公司紛紛加速向云部署轉(zhuǎn)型,并購基于公有云的應(yīng)用系統(tǒng)。向云服務(wù)轉(zhuǎn)型,成為眾多管理軟件公司最大的增長點。如Salesforce提供完全基于公有云的CRM系統(tǒng),取得了巨大的成功;原SolidWorks創(chuàng)業(yè)團隊創(chuàng)建的Onshape(圖3)是一個完全基于公有云的三維CAD系統(tǒng),可以在任何終端進行三維設(shè)計,方便地進行協(xié)作,已累計獲得1.69億美元的融資,2019年被PTC公司以4.7億美元并購;甲骨文公司已提供支持多租戶的數(shù)據(jù)庫,能夠確保運行在公有云平臺的應(yīng)用系統(tǒng)能夠彼此獨立。另外,已有很多軟件公司支持軟件的靈活部署,可以在On
Premise、私有云、公有云和混合云的模式之間動態(tài)調(diào)整。
隨著云應(yīng)用的不斷深入,越來越多的企業(yè)用戶開始接受基于公有云的部署方式,將復(fù)雜的IT運維工作交給大型的互聯(lián)網(wǎng)IT公司,例如亞馬遜云(AWS)、微軟Azure云平臺等,其最大的優(yōu)勢是管理專業(yè)且方便。我國的阿里云、華為云、騰訊云、京東云以及三大電信運營商也都提供了多種形式的云服務(wù)。有的公司還推出了托管服務(wù)(managed
service),幫助制造企業(yè)管理部署在企業(yè)內(nèi)部的應(yīng)用系統(tǒng)。
圖3 完全基于公有云平臺的三維設(shè)計軟件Onshape
4)工具類軟件從銷售許可證轉(zhuǎn)向訂閱模式
工具類軟件的銷售方式從銷售許可證(license)轉(zhuǎn)向訂閱模式(subscription)。例如,Autodesk公司的CAD軟件已經(jīng)不再銷售License,只支持訂閱方式;PTC的Creo軟件也在大力轉(zhuǎn)向訂閱模式。訂閱模式的軟件并不一定都是基于云部署,可以仍然是在企業(yè)內(nèi)部安裝,但是通過訂閱模式定期獲得授權(quán)密碼。
訂閱模式是一種對于用戶企業(yè)和軟件公司而言雙贏的模式。用戶企業(yè)可以根據(jù)應(yīng)用需求,靈活地增減用戶數(shù),還可以即時獲得最新的軟件版本。而對于軟件公司,則可以確保用戶產(chǎn)生持續(xù)的現(xiàn)金流。雖然當(dāng)期某個用戶企業(yè)帶來的收入可能減少,但是幾年下來,訂閱服務(wù)的收入通常會超過銷售固定License的營收。同時,由于用戶企業(yè)已經(jīng)產(chǎn)生了大量數(shù)據(jù),也不可能輕易更換軟件。正因為如此,有的軟件企業(yè)在向訂閱模式轉(zhuǎn)型的過程中,盡管有幾年時間營業(yè)收入下降,甚至出現(xiàn)虧損,但股票價格卻反而節(jié)節(jié)攀升。
5)工業(yè)軟件走向平臺化、組件化,解構(gòu)為工業(yè)APP
工業(yè)軟件的架構(gòu)從緊耦合轉(zhuǎn)向松耦合,呈現(xiàn)出組件化、平臺化、服務(wù)化,PaaS+SaaS的特點。早期的工業(yè)軟件是固化的整體,牽一發(fā)動全身,修改起來很麻煩。后來出現(xiàn)了面向?qū)ο蟮拈_發(fā)語言,進而產(chǎn)生了面向服務(wù)的架構(gòu)(SOA),軟件的功能模塊演化為Web
Service組件,通過對組件進行配置,將多個組件連接起來,完成業(yè)務(wù)功能。
互聯(lián)網(wǎng)的浪潮催生了應(yīng)用服務(wù)提供商(application
service
provider,ASP),后來演化為SaaS服務(wù)。然而,單純將軟件服務(wù)化并不能滿足企業(yè)客戶差異化的需求,只有將軟件開發(fā)的平臺也遷移到互聯(lián)網(wǎng)平臺,才能授之以漁。PaaS平臺是否強大,成為工業(yè)軟件能否向云模式成功轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。
近年來,又出現(xiàn)了微服務(wù)架構(gòu),每個微服務(wù)可以用不同的開發(fā)工具開發(fā),獨立進行運行和維護,通過輕量化的通信機制將微服務(wù)組合起來,完成特定功能。管理軟件,尤其是電商平臺在前臺和后臺之間,增加了中臺系統(tǒng),以便能夠及時處理海量的并發(fā)需求和數(shù)據(jù)。
工業(yè)軟件正在解構(gòu)為運行于工業(yè)云平臺或者工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺上的工業(yè)APP(其參考模型見圖4),可以實現(xiàn)即插即用,操作簡便易用,隨需而變。工業(yè)APP蘊含了工業(yè)技術(shù)和Know-how。隨著工業(yè)PaaS的標(biāo)準(zhǔn)不斷完善,不同企業(yè)開發(fā)的工業(yè)APP將可以實現(xiàn)互操作,從而催生工業(yè)APP
Store,方便地進行交易和應(yīng)用。
圖4 工業(yè)APP參考模型(來源:工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)APP白皮書,工業(yè)技術(shù)軟件化聯(lián)盟,2018.4)
6)工業(yè)軟件的開發(fā)環(huán)境轉(zhuǎn)向開放、開源
工業(yè)軟件的開發(fā)環(huán)境已從封閉、專用的平臺走向開放和開源的平臺。Linux操作系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用顯著降低了企業(yè)的IT成本;Java以其跨平臺應(yīng)用的特點,得到了工業(yè)軟件開發(fā)商的青睞;在人工智能領(lǐng)域,Google推出了Tensorflow開源引擎,使得企業(yè)可以快速開展相關(guān)應(yīng)用;智能機器人領(lǐng)域的開源操作系統(tǒng)ROS,使得IT專家能夠快速開發(fā)機器人應(yīng)用;ARM公司發(fā)布了開源的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)Mbed
OS。在CAD軟件領(lǐng)域,Intellicad Technology
Consortium(ITC組織)提供了一個類似AutoCAD的CAD開源平臺,也在全球吸引了很多軟件開發(fā)商。
7)工業(yè)軟件的運行平臺從PC轉(zhuǎn)向移動端
工業(yè)軟件的運行平臺從以PC為主,走向支持多種移動操作系統(tǒng)(安卓、蘋果、微信小程序等)。如果要開發(fā)支持多個移動操作系統(tǒng)的APP,對于工業(yè)軟件開發(fā)商而言,無疑需要并行維護多套系統(tǒng)。因此,很多工業(yè)軟件開發(fā)商選擇了基于HTML5來開發(fā)適應(yīng)Windows和多種移動操作系統(tǒng)的軟件。