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工業(yè)4.0中的智能制造處處與軟件技術(shù)相關(guān)聯(lián)。工業(yè)4.0本質(zhì)是基于“信息物理系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)“智能工廠”。在生產(chǎn)設(shè)備層面，通過嵌入不同的傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)感知。
通過寬帶網(wǎng)絡(luò)，通過數(shù)據(jù)對整個(gè)過程進(jìn)行精確控制;在生產(chǎn)管理層面，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、寬帶網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)軟件、管理軟件等一系列技術(shù)構(gòu)成服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)物理設(shè)備的信息感知、網(wǎng)絡(luò)通信、精確控制和遠(yuǎn)程協(xié)作。
工業(yè)軟件，是指專門為工業(yè)領(lǐng)域所使用的軟件，大致可以分為兩類：
一類是植入到硬件產(chǎn)品或生產(chǎn)設(shè)備之中的嵌入式軟件，它可以細(xì)分為操作系統(tǒng)、嵌入式數(shù)據(jù)庫和開發(fā)工具、應(yīng)用軟件等，他們被植入硬件產(chǎn)品或生產(chǎn)設(shè)備的嵌入式系統(tǒng)之中，達(dá)到自動(dòng)化、智能化的控制、監(jiān)測、管理各種設(shè)備和系統(tǒng)運(yùn)行的目的，對應(yīng)工業(yè)4.0中生產(chǎn)設(shè)備中的應(yīng)用。
另一類則是對生產(chǎn)制造進(jìn)行業(yè)務(wù)管理的，各種工業(yè)領(lǐng)域?qū)Ｓ玫墓こ誊浖＠?，產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)(PLM)，從產(chǎn)品研發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品生產(chǎn)、流通等各個(gè)環(huán)節(jié)對產(chǎn)品全生命周期進(jìn)行管理;各種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、輔助制造(CAM)、輔助分析(CAE)、輔助工藝(CAPP)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)等實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和管理過程的智能化、網(wǎng)絡(luò)化管理和控制，對應(yīng)工業(yè)4.0中生產(chǎn)管理中的應(yīng)用。
所以說，工業(yè)4.0將工業(yè)軟件提升到了前所未有的高度。工業(yè)4.0將各種工業(yè)軟件充斥到制造流程之中，從供應(yīng)鏈管理、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)管理、企業(yè)管理等四個(gè)維度，提升“物理世界”中的工廠/車間的生產(chǎn)效率，優(yōu)化生產(chǎn)工程。
工業(yè)4.0中囊括了PDM(生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理)、SCM(產(chǎn)業(yè)鏈管理)、PLM(產(chǎn)品生命周期管理)、CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))等軟件系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，能夠?qū)⒎稚⒌母鞣N信息匯總分析，從而解決產(chǎn)品生命周期的不斷縮短、物流交貨周期的不斷加快以及客戶定制要求的多樣化的問題，為制造工藝帶來決定性的影響。
如果從任意一個(gè)緯度來看工業(yè)4.0，都有可能是完全不同的結(jié)果。但是，無論從哪個(gè)緯度，信息處理的關(guān)鍵點(diǎn)“信息”與物理現(xiàn)象的關(guān)鍵點(diǎn)“網(wǎng)絡(luò)”之間的連接處都是“工廠/車間”。因此，“信息物理系統(tǒng)”作為實(shí)體的操作設(shè)備，其作用是對于任何緯度的定位都是對等的，其接續(xù)性是特定的前提。
同時(shí)，工業(yè)4.0時(shí)代，每一個(gè)產(chǎn)品將承載其整個(gè)供應(yīng)鏈和生命周期中所需的各種信息，實(shí)現(xiàn)追蹤溯源。每一個(gè)生產(chǎn)設(shè)備將由整個(gè)生產(chǎn)價(jià)值鏈所繼承，實(shí)現(xiàn)自律組織生產(chǎn)。智能工廠靈活決定生產(chǎn)過程，不同的生產(chǎn)設(shè)備既能夠協(xié)作生產(chǎn)，又可以各自快速地對外部變化做出反應(yīng)……歸根到底，這些都是軟件技術(shù)應(yīng)用的結(jié)果。
可以說，工業(yè)軟件技術(shù)支撐了絕大部分的生產(chǎn)制造過程。全球正在出現(xiàn)以信息網(wǎng)絡(luò)、智能制造為代表的新一輪技術(shù)創(chuàng)新浪潮。而在這一浪潮中，傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失，并會(huì)產(chǎn)生各種新的領(lǐng)域和業(yè)態(tài)。創(chuàng)造新價(jià)值的過程也因軟件系統(tǒng)而發(fā)生改變，產(chǎn)業(yè)鏈分工將被重組。這個(gè)新型的產(chǎn)業(yè)鏈將使制造業(yè)不再僅僅是硬件制造的概念，而將更多地融入軟件技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)與新的服務(wù)模式。
從第一次工業(yè)革命到第三次工業(yè)革命，機(jī)器也經(jīng)歷了從“零件定義機(jī)器”到“軟件定義機(jī)器”的過程。
從機(jī)器本身的定義來看，它是是由各種金屬和非金屬部件組裝成的裝置，消耗能源，可以運(yùn)轉(zhuǎn)和做功。最初只有帶有動(dòng)力的工具、讓零部件運(yùn)動(dòng)起來的才能歸類為機(jī)器，而電子的出現(xiàn)改變了機(jī)器定義，沒有零部件運(yùn)動(dòng)的設(shè)備也可以被認(rèn)為是機(jī)器。機(jī)器零部件，從百年前的鋼鐵或金屬零件，逐漸變成了電氣控制元器件，再變成了模擬電子元器件，再變成數(shù)字電子元器件(如芯片)，最后變成了由軟件來執(zhí)行部分機(jī)器功能的裝置。
現(xiàn)代機(jī)器已經(jīng)脫胎換骨，包含各種新型“零部件”，而軟件就是嵌入在金屬之中的“思想者”、“統(tǒng)治者”與“定義者”。我們今天所討論的主題，就聚焦在工業(yè)軟件。 工業(yè)軟件是在工業(yè)領(lǐng)域里應(yīng)用的各種軟件，可以分為機(jī)械自動(dòng)化、生產(chǎn)自動(dòng)化、企業(yè)管理信息化等不同的大門類，也可以按用途分為CAX、ERP、PLM、MES、OA、EB、MRO等。
作為新形態(tài)的零部件，工業(yè)軟件發(fā)揮了關(guān)鍵作用，在由計(jì)算機(jī)變形發(fā)展出來的各種工控編程器、工業(yè)計(jì)算機(jī)、嵌入式設(shè)備、各種測試儀器、醫(yī)療儀器、電視、廣播、娛樂設(shè)備，以及以及手機(jī)、平板電腦、可穿戴設(shè)備、VR/AR等各種智能硬件中，軟件“體量”從幾十行代碼到幾十萬行代碼不等，如果沒有軟件支撐，上述設(shè)備已經(jīng)無法運(yùn)行。
智能系統(tǒng)的五個(gè)典型特征，可以提煉為狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、自主決策、精準(zhǔn)執(zhí)行、學(xué)習(xí)提升。
狀態(tài)感知是能準(zhǔn)確感知系統(tǒng)外部工況，如市場、客戶、輸入的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài);
實(shí)時(shí)分析是對獲取的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的推理與分析;
自主決策是根據(jù)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，按照設(shè)定的規(guī)則，自主做出選擇和判斷;
精準(zhǔn)執(zhí)行是對外部需求、企業(yè)運(yùn)行狀態(tài)、研發(fā)或生產(chǎn)等做出快速應(yīng)對;
學(xué)習(xí)提升是在系統(tǒng)運(yùn)行和反復(fù)執(zhí)行的過程中，不斷通過深度學(xué)習(xí)而提升系統(tǒng)智能。
對于基于科學(xué)效應(yīng)而構(gòu)成的初級智能系統(tǒng)，只需要具備狀態(tài)感知→自主決策→即刻執(zhí)行的能力?；谟?jì)算內(nèi)核而構(gòu)成的恒定智能系統(tǒng)，需要做到狀態(tài)感知→實(shí)時(shí)分析→自主決策→精準(zhǔn)執(zhí)行。而基于人工智能而構(gòu)成開放智能系統(tǒng)，除了狀態(tài)感知→實(shí)時(shí)分析→自主決策→精準(zhǔn)執(zhí)行之外，還要能做到不斷地學(xué)習(xí)提升，像alphaGO一樣。
各種機(jī)器、設(shè)備、產(chǎn)品或管理系統(tǒng)都是人造系統(tǒng)，實(shí)踐表明，人造系統(tǒng)正在不斷走向智能化。人造系統(tǒng)走向智能化有三個(gè)基本路徑：
第一，數(shù)字化一切可以數(shù)字化的事物?；咀龇ㄊ窃谖锢碓O(shè)備中嵌入數(shù)字化計(jì)算內(nèi)核。從研發(fā)手段、管理手段、服務(wù)手段等環(huán)節(jié)的數(shù)字化，發(fā)展到產(chǎn)品、設(shè)備本身的數(shù)字化。各種芯片、傳感器、智能微塵等都形成數(shù)字化計(jì)算內(nèi)核(嵌入式系統(tǒng))，把各種芯片、傳感器、智能微塵等嵌入式系統(tǒng)，嵌入到設(shè)備、產(chǎn)品或管理系統(tǒng)中。
第二，網(wǎng)聯(lián)一切可以聯(lián)接的事物。基本做法是把不同要素以網(wǎng)絡(luò)形式聯(lián)接起來。首先是物質(zhì)(機(jī)械，如螺栓、導(dǎo)線)聯(lián)接，其次是能量(物理場，如傳感器、WiFi)聯(lián)接，然后是信息(數(shù)字，如比特)聯(lián)接，最終是意識(shí)(生物場，如意識(shí))聯(lián)接。在聯(lián)接范圍上，要從局部的、階段性的信息集成，發(fā)展到全企業(yè)、全產(chǎn)品生命周期的信息集成。
從企業(yè)內(nèi)部的信息(集成)聯(lián)接，發(fā)展到與外部供應(yīng)商、合作伙伴、客戶等的信息聯(lián)接。從軟件和數(shù)據(jù)之間的(集成)聯(lián)接，發(fā)展到與物理設(shè)備之間的聯(lián)接，讓其變身成為可以入網(wǎng)的“終端”。最終發(fā)展到人、機(jī)、物的全面聯(lián)接。
第三，加速知識(shí)流動(dòng)，形成知識(shí)泛在。基本做法是把人的思維過程與思考結(jié)果沉淀成為知識(shí)和算法，知識(shí)和算法嵌入芯片，芯片嵌入硬件(嵌入式系統(tǒng))，硬件嵌入物理設(shè)備。萬物互聯(lián)，是形成智能的基礎(chǔ)與前提。
最終形成智能的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)的有序、自由的流動(dòng)。數(shù)據(jù)承載了信息，信息承載了知識(shí)，知識(shí)觸發(fā)和形成了智能。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)無處不在、知識(shí)在任何場景下以數(shù)字化形式調(diào)用(知識(shí)泛在)式，則可以形成：用盡可能多的數(shù)據(jù)流動(dòng)與盡可能少的成本物耗來滿足個(gè)性化定制的需求。智能制造的實(shí)質(zhì)，就是快速、高質(zhì)量、低成本的大批量定制。
軟件讓知識(shí)載體和思考載體發(fā)生了改變，幾只小小的芯片，就可以運(yùn)行和存儲(chǔ)百萬行的軟件代碼。軟件成為了知識(shí)的最佳載體，把原本需要人思考的過程和使用的知識(shí)/數(shù)據(jù)等都錄入了計(jì)算機(jī)，按照人的思路和意志來進(jìn)行處理，由此而最大限度地存儲(chǔ)和延伸了人類的知識(shí)與智能。
軟件也重構(gòu)了知識(shí)，形成知識(shí)泛在，軟件本身就是人類知識(shí)的數(shù)字化結(jié)果，軟件中所有的語句、函數(shù)、算法，所有的數(shù)據(jù)的輸入與輸入的時(shí)間與地點(diǎn)的選擇，都是人腦思維過程中經(jīng)常使用到的各種知識(shí)的顯性表達(dá)。
軟件實(shí)際上已經(jīng)對其所承載的知識(shí)，在使用過程中，進(jìn)行了全方位的重構(gòu)。重構(gòu)后的新形態(tài)知識(shí)，可以藉由互聯(lián)網(wǎng)而跨越時(shí)空來傳播使用，并且由此而極大地增值。例如，一組產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，可能是網(wǎng)絡(luò)上不同地方的多個(gè)團(tuán)隊(duì)/多個(gè)人協(xié)同生成，又被其他地方的多個(gè)團(tuán)隊(duì)/多個(gè)人優(yōu)化和修改，然后發(fā)送到多個(gè)工廠去生產(chǎn)，或者發(fā)送給某個(gè)工作坊去做3D打印。
軟件是一種以模仿為目的、很容易進(jìn)行分布式部署并且很容易復(fù)制其工作模式的工具。今天計(jì)算機(jī)上所有的模仿、仿真與虛擬，都是軟件所致。在工業(yè)界，人們用軟件來模仿和增強(qiáng)人的行為方式與體驗(yàn)方式。在信息界，最早的模仿是模擬人腦的思考模式，由此而產(chǎn)生了人工智能。
軟件能為數(shù)據(jù)增值，任何小數(shù)據(jù)/工業(yè)大數(shù)據(jù)，都依賴軟件發(fā)揮作用。數(shù)據(jù)本身既是軟件中的一部分，也是輸入與輸出。因?yàn)檐浖瑪?shù)據(jù)已經(jīng)成為企業(yè)的戰(zhàn)略資源，成為了為工業(yè)軟件賦能的新能量、新原料。
軟件本身也是一個(gè)高速發(fā)展的領(lǐng)域，從個(gè)人軟件小程序時(shí)代，發(fā)展到軟件設(shè)計(jì)時(shí)代，再發(fā)展今天的軟件工程時(shí)代，軟件自身在不斷進(jìn)化。其具有不限時(shí)空的可編輯性，不可見(隱性)的特點(diǎn)，將工業(yè)文明積累的知識(shí)、最佳實(shí)踐、數(shù)學(xué)成果、思維模式嵌入軟件，能讓軟件具有相對的權(quán)威性。圖示化的界面使得軟件具有良好的交互性，在許可的權(quán)限下，任意復(fù)制和部署。此外，軟件是一個(gè)“準(zhǔn)智能體”，正在智能化的過程中。
舉一個(gè)工業(yè)軟件關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)的例子。過去，飛機(jī)外形在風(fēng)洞試驗(yàn)的持續(xù)優(yōu)化過程中，常常需要做一些小幅度的外形更改調(diào)整，引發(fā)內(nèi)部所有有關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)件跟著改變。手工修改，非常麻煩。解決方案就是關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)：通過定義飛機(jī)設(shè)計(jì)總體參數(shù)及傳遞上下游和各專業(yè)之間接口關(guān)系的骨架模型，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)信息的有效傳遞和控制。
飛機(jī)外形一變，引發(fā)骨架模型的相應(yīng)變更，設(shè)計(jì)軟件基于特定算法，可以自動(dòng)檢測到裝配關(guān)系上不匹配的零部件，并經(jīng)過分析計(jì)算之后，做出自適應(yīng)的更改，自動(dòng)引導(dǎo)大約60%以上的相關(guān)結(jié)構(gòu)件的自動(dòng)變化，這就是一種典型的智能設(shè)計(jì)。
軟件也為機(jī)器設(shè)備增值，機(jī)器發(fā)展到今天，包括以智能硬件形式存在的機(jī)器，沒有軟件，就是啞設(shè)備、笨設(shè)備，就無法工作。機(jī)器的價(jià)值，從衡量零部件的多少與精度，發(fā)展到同時(shí)衡量電路的多少與靈敏度，再發(fā)展到衡量芯片的多少，今天發(fā)展到衡量軟件代碼的多少與可靠度。
同樣體積、重量的機(jī)器，已經(jīng)比過去多了千百倍的知識(shí)含量，大大提高了現(xiàn)代機(jī)器的價(jià)值。機(jī)器中軟件含量越高，機(jī)器的價(jià)值越高，改動(dòng)幾行代碼，就可以改變機(jī)器的功能。機(jī)器也在走向智能化的路途中。
軟件還為管理過程增值，軟件將企業(yè)的管理制度、作業(yè)規(guī)范、質(zhì)量細(xì)則都嵌入了軟件本身。比如質(zhì)量階段前移，極大地提高了產(chǎn)品質(zhì)量，管理規(guī)范嚴(yán)格，極大地?cái)U(kuò)展了管理的廣度與深度。軟件使得管理模式上發(fā)生了根本性的變化，從以人管人，變成了用軟件中的制度管人。軟件管理了過去無法管理的很多企業(yè)行政事務(wù)。
當(dāng)然，由于自身限制，軟件也是優(yōu)缺點(diǎn)并存的。容易部署，也容易被復(fù)制;容易進(jìn)入，也容易被破解;容易編輯，也容易被感染;容易運(yùn)行，也容易被干擾。開發(fā)過程長，屬于高智力工作(募集人才不易)，需要進(jìn)行測試、維護(hù)、升級等。
多數(shù)、多類軟件的知識(shí)產(chǎn)權(quán)不掌握在中國企業(yè)。如果以發(fā)展演進(jìn)的觀點(diǎn)看待工業(yè)軟件，現(xiàn)在的工業(yè)軟件還相當(dāng)不智能，亟待轉(zhuǎn)型與升級。工業(yè)軟件在技術(shù)模式與商業(yè)模式上并非是最先進(jìn)模式，軟件廠商應(yīng)該向智能服務(wù)供應(yīng)商轉(zhuǎn)型。
最后，可以說無軟件，不智能。
“自動(dòng)化軟件才是工業(yè)4.0的顛覆者”由機(jī)電網(wǎng)整理發(fā)布，如需轉(zhuǎn)載，請注明文章來源，更多行業(yè)資訊，請點(diǎn)擊關(guān)注：機(jī)電行業(yè)
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