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软件+制造:双向奔赴才有意义

  走进天津市新天钢德材科技集团冷轧薄板有限公司的智慧工厂,与想象中的飞尘满天、火花四溅的景象完全不同。门口处,人脸识别装置兢兢业业的“站岗”;工厂内,视频自动巡检极大提高了员工效率;车间里,各条生产线有条不紊地自动运转,工人师傅们只需坐在监控大屏前,就能将设备、车辆、人员、能耗等多项数据实时变化情况尽收眼底。

  从每月亏损数亿元,到扭亏为盈、成为行业标杆企业,新天钢冷轧公司完成了一场智能制造的华丽蜕变。据新天钢冷轧薄板有限公司副总经理王耀东介绍,实现智能化改造后,工厂的运营成本降低了25%,报表统计效率提高30%,生产、销售等各个环节的决策效率提升了57%,整体制造及管理水平得到了质的飞跃。如果没有软件将底层物理设备与上层应用串联在一起,实现数据无障碍流通,像这样的智慧工厂恐怕也只能存在于想象中。

  传统工业思维正在发生巨变

  近日,世界经济论坛(WEF)宣布,有13家新工厂加入其全球灯塔网络。至此,全球灯塔网络扩至103家,中国共有37家灯塔,占全球灯塔总数的1/3以上。“灯塔工厂”素有智能制造“奥斯卡”之称,是由达沃斯世界经济论坛和麦肯锡咨询公司共同遴选的“数字化制造和全球化4.0示范者,代表全球制造业领域智能制造和数字化最高水平”。

  麦肯锡公司全球董事合伙人、数字制造业全球负责人Enno de Boer表示:“过去,实现可持续性和韧性通常要以牺牲效率为代价,但如今这已经发生改变。企业现在可以使用数字指南和科技工具,提高运营的灵活性、敏捷性和可持续性。有了这些工具,他们就可以增强人的能力,实现可持续发展领域的突破并加快科技创新——这就是智能制造的秘诀。”

  这103家灯塔工厂,乃至更多走在数字化转型道路上的制造企业背后,软件所扮演角色愈发重要。从生产工具到智能制造的“大脑”和“灵魂”,软件正在搅动着整个工业“江湖”。

  大家耳熟能详的复兴号是我国自主研发、具有完全知识产权的新一代高速列车,最高时速可达400公里及以上。很多人不知道,复兴号研发之初,研发团队整整设计了46种头型概念方案。在最终决策中,工业仿真软件立下了大功。

  据中国中车科学家、国家高速动车组总成工程技术研究中心主任丁叁叁介绍,当时研发团队构建了多个全工况高速列车空气动力学仿真模型,经过气动阻力、气动升力、侧向力及隧道效应等18类、上百次仿真计算,才确定7种备选头型,然后又结合风洞试验和动模型试验进行方案验证与多目标迭代优化,最终确定“飞龙”头型方案。

  这一个个鲜活的例子,传递出一个重要信号:传统工业思维正在发生巨变。在传统工业制造领域,生产效率是第一目标,因此“重硬件、轻软件”“重局部、轻整体”的思维模式普遍存在。彼时,软件更多的是被当作硬件设备提升效能的辅助工具,在工业生产制造过程中虽然“有用”,但作用有限。后来,随着大数据、人工智能、云计算等数字技术的快速发展,软件能发挥的作用越来越大,地位也越来越高。

  工业企业将是软件企业

  智能制造的核心要义是要实现人、机器、设备和网络的互联。软件作为底层硬件与上层应用之间的桥梁,不再是一个可有可无的工具,而是数据流通与作用的关键。智能产品生产需要软件、设计研发需要软件、控制和优化需要软件、从采购到销售的整个工业链也需要软件,涉及工业生产和运营管理流程的方方面面都离不开软件。专家指出,软件以数据的自动流动,化解制造系统的不确定性、多样性和复杂性,推动了制造业生产范式迁移,对现代制造企业的生产力、竞争力以及未来可持续发展的可能性产生决定性作用。

  “传统的工业控制系统、监控系统、动力和执行系统等环节,全部被软件重新定义和赋能,变成了工业系统庞大闭环体系的一环。”麒麟软件有限公司副总裁李震宁在接受《中国电子报》记者采访时表示,“在软件的驱动下,工业体系的关键环节都可以在虚拟环境里充分试运测试,在物理世界中不断收集数据反馈,再回到虚拟世界优化提升,通过软件和数据流,对工业行业的效率、成本和质量进行全新的定义和构建。”

  赛迪顾问软件与信息服务业研究中心总经理高丹举例说道:“比如在研发设计环节,传统草图绘制工具变成了虚拟化设计,同时配以虚拟现实技术让设计、中试、小试环节更加生动形象,也让设计产生更多可能。”

  软件定义工业带来的根本性变化还包括对企业管理思维的改变。天津市新天钢冷轧薄板有限公司数字信息化部长孙石对记者说道:“(软件的应用)使得工业企业能清晰分析自身缺陷,有效优化生产方式以及更好应对突发重大情况。通过数字化转型,企业管理者能对生产、管理、供应链全盘数据都有清晰的了解。尤其在面对突发重大情况时,管理者可以基于工业软件了解全局状况做出正确的判断,响应紧急需求。”

  “工业3.0时代的软件多是流程软件和工具类软件,工业4.0时代则更多的是基于数据驱动的软件,是把生产要素数字化以后,基于数据分析、数据建模以及人工智能来辅助生产决策。”王耀东并表示,“软件定义工业将构建出新型价值创造平台和生态体系。”

  软件正在重塑工业生态

  “软件正在重塑工业生态。”高丹指出,“传统的工业产业链是从设计-原材料-生产-检测-运输物流销售到最终用户,而软件的介入让这条产业链上的各个环节都加速走向了数字化。数字化程度高的工业企业,很有可能改变工业生态的整体格局。”

  也正因如此,传统制造商与软件厂商在工业软件这条赛道上正面相遇。国外的西门子、波音、特斯拉等以及国内的航天科工集团、中国船舶工业集团、三一重工、格力、美的等大型制造商均涉足了工业软件的研发。公开资料显示,波音787的整个研制过程中使用的8000多种工业软件,其中只有不到1000种是商业化软件,剩下的7000多种都是波音多年积累的私有软件。美的目前除了ERP的财务模块继续沿用原来的软件,其他所有软件都被自研模块代替。

  究其原因,一位业内人士分析称:“这些制造业企业最开始自研软件主要是为了满足自身发展需求,或者支撑未来发展战略,后来经过内部孵化后推向市场,不止是为了实现工业技术和工业知识的价值转化,也是希望能够提升核心竞争力,在整个智能制造生态链上掌握更多话语权。”王耀东在接受采访时甚至直言:“未来制造业中,设备和数据分析能力必然相连,工业企业也将会是软件企业。”

  有趣的是,在传统制造商“软化”的同时,一些软件厂商则在走向“硬化”。北京东方国信科技股份有限公司高级副总裁敖志强表示:“如果没有工业方面的积累和工业思维,给软件赋能,软件的实用价值会很低,得不到客户的认可。”

  德国工业软件巨头SAP早早认识到了这一点。此前,它曾与中科院沈阳自动化所在沈阳合作打造了一条智能制造示范产线,通过在真实生产场景应用实践来提升自身的软件服务能力。专家分析称,软件厂商之所以变得“硬”起来,是为了弥补自身在工业知识、工业技术积累方面的短板,更好地“催熟”自己的软件产品,在产业链上站稳脚跟。

  “实际上,在软件定义趋势下,传统制造业和软件企业反而会比之前更加紧密的绑定在一起。”高丹表示,“特别是开启智能制造后,出现了工业互联网平台企业,这些企业一部分是传统制造企业通过不断的数字化升级和改造积累了经验后,将自身数字化业务剥离出来形成了工业互联网企业,这类企业对制造业流程十分了解;另一部分是软件企业在工业领域不断的积累形成了工业互联网企业,这类企业对技术变革更加敏感。从这个角度来看,软件企业和传统制造企业之间的技术融合是大趋势。”

  李震宁谈道:“在软件定义工业的时代,没有任何一类传统企业能成为主导。软件厂商如果缺少工业领域深入融合,最终结果必然是工业数字空心化。而传统制造企业如果缺乏技术能力支撑,也无法独立承担工业数字化转型的核心能力。未来,长期专注工业细分领域的软件企业会凭借对产业深入理解和行业洞察脱颖才能而出。”

  高端工业软件依然是我国的痛点

  智能制造浪潮下,软件已经演变为一种全新的生产力,在工业体系升级换代过程中扮演着重要角色。然而,软件定义制造,并非是所有的软件都能定义制造。中国工程院院士李培根认为:“能定义制造的软件主要是工业软件,而非一般的通用软件。”不同于一般软件,工业软件的工业属性更强,复杂程度也更高。工业软件往往不是单个分散的技术,而是一个体系,是各学科知识的集合,需要在生产实践中与各种知识融合,进而更新迭代。

  从目前发展情况来看,国内的工业软件发展虽已起步,但整体水平有限、关键技术对外依存度较高。高端工业软件依然是我国工业化的痛点。“我国的自主工业软件系统生态处于起步阶段,研发设计类的CAD、EDA、CAE等高端工业软件领域技术壁垒高,短板最为严峻。”李震宁坦言,“像麒麟软件围绕自主生态已经营多年,但基于工业领域的国产软硬件适配数量相较通用领域仍显稀少。能够适配的软件多数是运营管理类软件,但工业领域重要的生产管控、研发设计类软件少。”

  与此同时,由于工业软件是工业知识、工业经验和技术诀窍的凝聚和沉淀,无论是开发,还是使用的门槛都很高。而国内的工业产业相关人才储备存在一定断档。据《关键软件人才需求预测报告》预测,到2025年,我国关键软件人才新增缺口将达到83万人,其中工业软件人才缺口将为12万人,工业软件将成为人才紧缺度最高的领域之一。

  与传统软件人才培养不同,工业软件人才的培养更多需要注意的问题是对制造业行业的深入理解以及对工业企业信息化问题的了解。赛迪智库信息化与软件产业研究所高级分析师王菲指出,从短期看,应该着力加大人才引进力度,提升管理和保障水平;从长期看,应该大力推动企业发展与人才培养双轮驱动。

  此外,多位专家指出,工业基础薄弱导致的“累积效应”、 高额转换成本带来的“锁定效应”、平台化构成“生态效应”壁垒等都将为软件定义工业带来重重阻碍。

  孙石建议,要实现跨企业、跨产业边界调配社会资源,促进产业协同。在产业上下游、产业集群的内部,通过构建全要素、全产业链、全价值链的全面连接,促进各行业深度融合、上下游联动,最大化、高效地匹配社会资源。

  “在激烈的国际竞争中,我国工业体系要想获得长足的发展,首先要有兼具广度与深度的产业生态环境,同时要有一个年轻化、梯度化的优质人才队伍,最后是具备长期发展的市场和资金实力。”李震宁说道。

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