工業互聯網的攻堅目標

+倪光南（中國工程院院士）

關于這個問題，我在這里首先引述習近平總書記在去年8月關于高質量發展區域經濟方面的一個重要指示：“要充分發揮集中力量辦大事的制度優勢和超大規模的市場優勢，打好產業基礎高級化、產業鏈現代化的攻堅戰”，其中特別講到兩個方面，一個產業基礎高級化，一個產業鏈的現代化，這兩個目標，我覺得也是中國工業互聯網的主要攻堅目標。

工業互聯網是為了提升高質量發展，把我們從制造強國轉變為制造大國，把一般制造轉變為智能制造。所以這兩個目標是非常重要的，目前，“產業鏈現代化”已得到重視，前一段時間我們在工業互聯網強調的也是做的很有成績的，是關于產業鏈現代化方面的工作，但是對于“產業基礎高級化”的問題，仍有強調的必要，我覺得這是我們的一個薄弱環節。因此，我們應該探討一下能不能加強產業基礎高級化方面的事情。

“產業基礎高級化”，是中國制造進入價值鏈高端的關鍵。這個簡單來看，就是說假如產業鏈打通了，但是并不一定整個價格就會有所提高，比如這里講中國傳統制造，現在做得很好，那么我們在產業鏈、供應鏈、銷售各方面都打通以后，可能效率很高了，在市場上也能拿到很多的增值。但在研發這方面如果不做，比如iPhone在中國制造，只能分到1.18%的價值份額，而市場+研發則占據了超過98%的份額，那么如何提高你的價格？不管效率如何高，生產如何快，假如不能提高自身的質量，提高自己的產業基礎，那么就升不到高質量的環境，也就是高附加值的研發，各種各樣的環節就很難進入。只有產業鏈的現代化很難改變制造端的價值格局。

工業軟件經過幾十年的發展和應用，現在對制造業有著強大的支撐，我覺得這是非常有利的地方。但我們卻面臨著一個短板，就是卡我們脖子的供應軟件，像去年的華為不使能用ANSIS的事件，就非常值得我們警惕。

就工業互聯網而言，大家看到，我們注重應用層，應用層數據都是管理，我們在打通提高產業鏈現代化方面做了很多工作，取得很多成效。但是我們在工業基礎高級化方面的一些環節做的工作很少，它作為平臺上的APP，大部分偏重于大數據的一些應用。大數據是很重要，但不是全部。這些應用通過大數據會對整個工業生產管理方面的很多環節有作用，比如質量的環節、經濟的環節，但是未必能夠成為我剛才說的價值鏈的高端。比如說做不出非常精密的加工、發動機葉片的加工，那將使我們諸多新的大發動機的研制都會受到阻礙。因為這些產業鏈打通以后還不夠，我們在這方面還沒有足夠的能力。

這里提到了一些工業軟件，但我認為我們的工業軟件還不是管理軟件，我們所做的工業軟件還達不到發達國家像SIEMENS、DaSSault、ANSYS的工業鏈水平，有關工業軟件，我們在整個工業互聯網體系的體現不夠。

那么我們的方向在哪里？以德國工業4.0為例，它比較強調CPS，CPS就是信息物理系統，它比較強調工業軟件的作用，我下面會講到這方面。

再看一下美國。美國最有名的GE的工業互聯網非常強調數字孿生。我想這是因為它的工業能力和互聯網兩個方面都有很好的基礎。就像我們的工業互聯網比較偏重于產業鏈現代化，比較不夠的、不做的就是工業軟件相關的工業技術高級化，我們反過來看，數字孿生這個技術現在提出來可能要注意是不是對我們來講很有意義。

我們回顧一下，其實當時美國的國防部長提出將數字孿生技術用于航空器，比如火箭，需要通過傳感器去設計很多數據，分析以后，需要知道哪些部件還有問題，要維修，所以要建模，就是把一些數據傳進去，能夠經過建模分析以后得出結論，因為有些東西不一定能夠回收，但你要知道它有沒有問題，或者哪里需要改進等等，就需要用孿生技術做建模把這些數據放進去，反饋出來后就又可以進行改進，知道哪些問題可能有需要提高的地方，哪些東西可靠性不夠。作為維修測試的輔助手段，這是早期，但是情況在變化。

到了現在，就像剛才我說的GE工業互聯網，他們強調的已經是軟性技術的擴大化，用一般的話來講，有點像CPS的意思，就是我們有兩個空間，一個虛擬空間，一個實體空間，希望將來發展到虛擬空間和實體空間是對應的，實體空間有一個加工系統，比如一個加工機床、一個車間、一個生產線，可大可小，我們需要在虛擬空間有個對應的模型，我們有實體空間的實物，虛擬空間也有一個通過仿真建模的相應的實物。實體空間的產品裝配以后有一個系統運行的數據，虛擬空間同樣通過我的經驗、仿真，可以知道這個東西怎么樣。這個項目如果做得好，有希望將實體空間里的一個生產線，在虛擬空間里通過建模完成全部流程，實體產品不用出來，我這個生產線在虛擬空間運轉。

這有什么好處呢？以發動機為例，我看到有些工業軟件做得好，它可以在綁定以后，發動機實際上在虛擬空間已經運轉了，它的速度、溫度、應用都知道，你可以進行改進。改進以后，再試，這個時候實體空間可以什么都不做，等到虛擬空間幾十次幾百次試錯以后，最后的數據灌到實體空間之中，基本上就可以直接成功或者只需很少的調整。當然調整以后我們還可以反饋，使建模仿真更加真實。

所以，我認為現在的軟件比過去范圍大得多，真正能使得這兩個空間能夠對應的很好，這要看我們的技術，如果對應的好，就能產生極佳的效果。我看到一個案例，比如說燃氣輪機，它用計算機從設計到綁定做得很好以后，它可以運轉起來，最后經過溝通不斷地改進，把效率提高了8%～9%。

實際上在實體空間很難完成的很多實驗，都可以放在虛擬空間完成，發動機運轉以后再改個葉片，改好之后生產出來，再做一個試驗……而在計算機的虛擬空間就可以輕松做到這一點，可以試錯幾十次甚至幾百次，最后將一個滿意的結果拿到實體空間真正做出來，再反饋、再檢驗，再準確地不斷提升。

所以輸入孿生技術應該很重要，真正把現在的信息技術與傳統技術融合起來。所以我覺得德國4.0強調CPS，美國工業互聯網強調數字孿生有道理，他們有這個基礎。

我們缺，缺在什么地方？我們最大的缺陷就是工業軟件是短板。這個是數字孿生技術里面很重要的，特別是CE的一個非常重要的環節，能夠把制造加工過程中的物理過程在電腦上重現，這是很難的。這里面大數據有用嗎？大數據沒有因果關系，大數據看結果，可以做幾萬次以后告訴你分布情況、質量如何，而基于內在的東西它不能告訴你。所以我覺得工業軟件是繞不過去的，特別是關于核心的一些仿真非常重要，舉一個例子：我要沖一個東西出來，左邊的模具一個材料沖下去，沖出來一個東西，大家看的是最后結果，看到的是沖出來的東西，這個過程如果用軟件來看，就可以知道這個過程。

如果是動態圖，就可以看到沖壓的過程中應力的分布，根據顏色看出應力的分布形狀，因為這個形狀也看出是不規則的，一般認為出來應該很整齊的，不整齊但它也能仿真出來，就說明這個軟件做得比較準。

我們就需要這類軟件，數字軟件可以覆蓋每一個環節，真正達到所謂孿生的作用。同樣，比如拉伸，怎么來體現整個拉斷過程，電腦上能看出逐步變化、變形、應力的分布以及最后斷裂的情況。你不需要把真正的材料拉了，在拉的過程之中，也可以知道它的應力的情況，拉伸的材料或者拉伸的工藝有什么問題，所以數字孿生是我們最需要的。

工信部要實施國家重大工程，我認為重點在兩個方面，一個是基礎軟件，包括工業軟件、工業技術的軟件化，還有云計算，包括工業互聯網，其實這兩方面我覺得也是數字孿生的角度，這兩個方面在工業互聯網這樣一個大欄目里業務應該是可以融合在一起的。

最后我提幾個建議供大家參考：第一，工業互聯網，我們要特別注意高級化，因為別人現代化做的比較好。第二，我們應該實現工業互聯網和工業軟件的協調發展、融合發展或是工業技術軟件化等等。此外，我覺得工業互聯網中的數字孿生技術的平臺，也許可以作為一個載體，使工業軟件和工業文化能夠融合在一起。