提高工業軟件研發與產業化水平

謝天雨

摘 要：對于工業自動化系統來說，其關鍵技術是工業網絡，而在自動化領域，軟件技術與IT的聯系最為緊密，所以，其發展也是最為快捷。20年前自動化軟件面世，與最開始相比較，其內涵和外延都已擴展，所以當我們展望未來，對其發展趨勢的展望也是一個仁者見仁、智者見智的話題。 文章介紹了工業軟件發展現狀分析，探討了提高工業軟件研發與產業化水平的措施。

關鍵詞：工業;自動化;軟件系統;優化控制

引言

工業軟件是指在工業領域設計、生產、管理等環節應用的軟件，包括系統、應用、中間件、嵌入式等，對傳統工業的信息化、數字化改造升級具有舉足輕重的作用，因此被稱為“兩化融合”的切入點和粘合劑。德國電子電氣工業協會克勞斯米特爾巴赫博士說，在德國的研發投資中，有50%是軟件投入，可見軟件在其工業4.0的實現中發揮著重要的作用。

1.工業軟件發展現狀分析

目前，工業軟件的概念比較寬泛。從工業和信息化深度融合、全球軟件產業來看，工業軟件很少會專門提出。工業軟件這一概念被視為屬于應用軟件類。 產業界傾向于將工業軟件視為“在工業領域里應用的軟件”。根據百度百科的詞條解釋，工業軟件大體上分為兩種類型：嵌入式軟件和非嵌入式軟件。嵌入式軟件是嵌入在控制器、通信、傳感裝置之中的采集、控制、通信等軟件，非嵌入式軟件是安裝在通用計算機或者工業控制計算機之中的設計、編程、工藝、監控、管理等軟件，這類工業軟件又可分為研發設計類（CAD/CAM/CAE、PLM）、生產管理類（ERP、BPM、QM、SCM）、生產控制類（MES和自動化控制系統）、協同集成類（協同軟件）。工業軟件除具有軟件的性質外，還具有鮮明的行業特色。隨著智能化產業的不斷發展，通過不斷積累行業知識，將行業應用知識作為發展智能化產業的關鍵要素，逐漸成為企業調整經濟結構、轉變經濟增長方式的主要因素。可以說，工業軟件在企業研發設計、生產制造、管理等業務場景中都有重要的應用。

由于工業自動化軟件間的信息交互越來越多，需要在單臺機器上實現對多臺機器上的軟件系統進行集中遠程管理的功能，因此網絡化的管理也是自動化軟件的發展方向。更隨著網絡的多樣性與數據的分散的性質，工業自動化軟件正朝著信息總線的方向發展，信息總線的方式改變了過去需要將數據集中采集和處理的觀念，類似于在數據監控層上鋪設一條信息總線，再由各個子系統鏈接在該信息總線上，這樣就能夠實現各個系統間的相互通訊，實現了監控系統的全分布。

從最近幾年的發展來看，工業自動化軟件技術的很多發面都有了不錯的發展，而其中系統開發環境和系統構架方面也特別受到關注。集成開發環境通過應用組件，可實現工程重用的組件對象體系結構可以顯著地提高生產力。組件對象模型有利于開發代表工廠設備的可重用的應用對象。而其自動化軟件在國內市場可細分為高端和中低端。高端市場基本上由國外品牌的軟件占有，像一些國家級的大項目、大型企業的主生產線控制等，高端市場的特點是裝機量小，但單機銷售額大，目前國外品牌的軟件年裝機量沒有一家能超過1000套。中低端市場基本由國產軟件占有，亞控的組態王獨占鰲頭，占據了60%以上的份額，年裝機量5000套左右，但單機銷售額只有國外品牌的1/10～1/2。

2.提高工業軟件研發與產業化水平的措施

我國工業要實現從技術含量低、創新不足、資源環境壓力大的產業價值鏈低端邁向依靠科技進步、自主創新能力強、資源消耗少和環境友好的產業價值鏈高端。需要綜合應用集成協同技術、制造服務技術、工業物聯技術于產品設計，生產、管理以及全生命周期，形成工業轉型升級的新技術，新途徑和新模式，具體包括：產品高端化。研發設計知識化，生產制造智能化、全生命周期綠色化、制造服務化、企業數字化等途徑。

2.1信息技術融入加速推動產品高端化

應用嵌入式系統、傳感器、RFID、移動互聯網、多媒體等技術到產品（裝備）中，提高產品的數字化、智能化、網絡化程度，增強產品加工制造、物流運輸、運行維護等過程中的信息動態感知、智能處理與優化控制能力，促進產品和品牌創新，增加產品附加值。

例如，徐工集團利用嵌入式系統、RFTD、移動互聯網、實時監控和遠程故障診斷等M2M技術，實現工程機械群自動組網、信息采集、協同作業以及遠程故障診斷與預測。

2.2知識研發創新促進企業從跟蹤仿制向正向創新設計轉變

在CAD、CAE、PDM等工業軟件基礎上，融合產品專業知識、業務流程、標準規范，專業軟構件，建立產品正向創新設計的集成平臺，支持分布式協同設計、多學科仿真優化、虛擬仿真與物理驗證，提高產品自主創新能力。

例如，我國新一代運載火箭CZ-5，通過建立集成化研發平臺：完成了全箭各系統模裝協調、確定了總體布局方案;完成了靜態與動態干涉檢查、動靜態間距檢查、維修性檢查和人機工程檢查，提前暴露并消除了十多處總體布局不協調問題;基本替代了實物模裝，使模裝周期由2年縮短到2個月，節省成本數千萬元。

2.3生產過程智能化促進從粗放型生產向精益生產轉變

生產制造智能化通過提高生產設備的數字化、智能化和網絡化程度以及生產過程的自動化、柔性化和集成化水平，實現生產制造涉及的人員、物料、設備的優化配置和集成化管控。促進生產效率的顯著提高。

例如，豐田汽車實現基于RFID的供應鏈上汽車零部件的跟蹤，及時準確地獲取關鍵零部件的詳細信息。

2.4全生命周期綠色制造促進節能環保轉變

采用全生命周期評價、制造執行系統、物聯網等新型信息技術，強化研發設計、生產制造、銷售、供應、運行，報廢回收等產品全生命周期的環境影響評價與優化，提高資源利用率，減少能源消耗和環境污染，實現經濟效益和社會效益協調優化。

例如，日立公司利用GuideforAssessingDesignforEnvironment軟件，分析電視機制造、使用等全生命周期中的能耗和材料使用等數據，改進W42系列等離子電視機型，提高產品在全生命周期中的節能環保特性。

2.5信息化與制造業融合促進從生產型制造向服務型制造轉變

以云計算、數據融合處理與分析、遠程監控與診斷等技術為支撐，拓展產品研發設計、工程總包、大修維修MRO、系統集成、物流、電子商務、租賃等服務，促進企業從產品生產銷售向專業服務商、總包商、系統集成服務商，專業化公共服務商轉型。

例如，羅一羅公司采用數據采集與融合分析，遠程監測與控制等技術，建立網絡遠程狀態監控和診斷系統和后勤保障系統。支撐運營模式變革，擴展發動機維護、租賃和數據分析管理等服務，拓展了新業務，增加了服務型收入。2007年服務收入達到公司總收入的53.7%。

2.6綜合集成促進傳統企業向數字企業轉變

應用新一代集成協同技術，實現全業務過程數字化綜合集成，拓展和優化企業價值鏈，形成應對動態不確定的市場競爭的企業戰略選擇執行能力和資源優化配置能力。

例如，波音公司利用集成與協同技術。構建了支持合作伙伴、供應商、客戶之間協同研制、供應和服務的集成平臺，對波音787飛機實現全球化協同研制起到了關鍵作用。

結束語

眼下最迫切的，就是要鼓勵工業軟件廠商和解決方案提供商在注重市場推廣的同時，加強與應用單位的人才對接，講應用單位的應用專家和技術能手的行業知識，實際需求反映到自身產品的改進和提高中。通過這種對接，既提高了工業軟件的適用性，也解決了信息化和工業化兩張皮的問題，切實做到兩化深度融合，共同發展。

參考文獻：

[1] 張峰. 工業軟件——推進智能制造的原動力[J]. 智慧工廠， 2016（12）：36-37.

[2] 張蓋倫. 中航工業專家直言"中國制造2025"隱憂：缺少自主高端工業軟件及人才！[J]. 中國機電工業， 2017（4）：76-76.