工业软件破局智能制造关键一招 (智能制造与工业软件)

工业技术软件化,智能制造推动工业软件快速发展

2016年,“工业技术软件化”这一符合国情的命题正式提出。紧随其后,2017年,由工信部指导,工信部第五研究所在北京正式成立。我国快步加入工业技术软件化行列。工业技术是为达到一定目的,利用自然规律所采取的一系列合理的手段。技术与科学相辅相成。但科学偏重抽象的理论,技术却具体而实用。纯科学的理论和概念不被认为是技术,技术是达到特定目的合理手段,可以用文字记载而传授给他人,他人也可根据文字记载而反复实施。工业技术不仅应用于工业,而且应用于农业、渔业、林业、运输业、贸易等社会经济的各个领域。工业技术亦称生产技术,是在工业生产中实际应用的技术。就是说人们将科学知识或技术发展的成果应用于工业生产过程,以达到改造自然的预定目的。近几十年来,随着科学与技术的综合发展,工业技术的概念、手段和方法已渗透到现代科学技术和社会生活的各个方面,出现了生物遗传工程、医学工程、教育工程、管理工程、军事工程、系统工程,等等。工业技术已经突破了工业生产技术的范围,而展现出它的广阔前景。由于人类改造自然界所采用的手段、方法以及所追求的目的不同,形成了工业技术的各种形态,如研究矿床开采的工具设备和方法的采矿工程,研究金属冶炼设备和工艺的冶金工程,研究电厂和电力网的设备及运行的电力工程,研究材料的组成、结构、功能的材料工程等。工业技术是系统化的工业知识和规则体系。本质上,工业技术既可以是一种无形的、非物质化的知识(如某些附属于人脑或附属于软件的经验、技能、诀窍等),也可以是一种有形的、物质化的知识(形式化的图文、资料、书籍,较好地表达了设计原理的实物、模型等)。工业技术包括一整套系统知识,涵盖功能需求、机理模型、概念设计、详细设计、生产制造、工艺工装、检测实验、设备操作、现场安装、维护维修、运营服务、仓储物流、企业管理、市场销售、回收报废以及标准规范等产品/工厂生命周期的各个环节。工业技术往往是发明的结晶,是实践的结晶,它可以被人为地记录下来供他人学习参考,也可以被他人翻阅以处理问题。企业无论是否意识到了,都必须承认,脱离了工业技术的支撑,企业就无法生存。因此,工业技术的转化与传承就显得尤为重要。工业技术的载体可以是碳基介质(如人脑、纸质书籍资料等),也可以是硅基介质(如硬盘、光盘等)。因此,拥有工业技术,就需要拥有承载了工业知识的人或物。工业技术/知识被写入软件,并存储到赛博空间,就是工业技术的软件化。

工业技术软件化,智能制造推动工业软件快速发展

工业技术软件化的重点在于将工业知识/技术等要素从非软件形态转化为软件形态的同时,还要用软件去定义、改变它们的形态或性质。软件化是几十年来工业技术发展的重要趋势。要做到工业技术软件化不得不提到知识的传承。在数字化的储存方式出现之前,知识都储存在人脑中,或记录在其他介质上。在记录、使用、传播等方面都受到诸多限制,同时知识的更新非常困难。传统的载体记录和传播知识的方式已经很难跟上今天快速发展与不断升级的新工业革命的步伐。工业技术软件化产业联盟在北京正式成立,工信部原副部长杨学山教授这样理解工业技术软件化:1、从劳动生产率看,这是必要的2、从制造发展过程看,这是必需的3、从智能制造发展过程看,这是必然的4、从制造业发展未来看,这是最关键的。我们必须将工业技术软件化放在整个工业化进程的大视角下来理解:它是工业技术/知识的显性化、模型化、数字化、系统化和泛在化,是一个综合的、不断提高人/机使用知识的效率的发展过程。人和机器既是知识的创造者、使用者,也是受益者。可以认为,工业技术软件化是传统的知识管理在以智能化为标志的全新历史时期的解构与重构,是工业技术与数字化技术结合后的又一次转型和发扬光大。做好工业技术软件化,需要长期的技术积累和知识沉淀,需要企业有足够的耐心和足够的实践。企业可将所有来自实践一线的工业技术、经验、知识都沉淀下来,经过模型化、软件化再封装,构成互不相关、高度适应外部需求变化的微服务,然后再根据具体的工业场景,将它们组建成特定的工业App。根据发达国家的实践经验,繁荣的工业软件和工业领域的生态体系是通过将工业技术知识与最佳工程实践转化为工业应用软件的过程实现的。以美国“国家航空航天局”、波音公司、洛克希德·马丁公司等复杂装备制造企业和航空航天部门为代表,他们深知工业软件的价值,积极探索和应用新的信息化体系,同时大规模开发和使用工业App,并在长期应用过程中获得了大量收益。工业技术软件化旨在研究人类使用知识和机器使用知识的技术泛在化过程,建设自主的工业技术软件化平台,并以此作为一个技术突破口来打破国际软件巨头对工业软件的垄断,其过程必将是长期而艰难的。实际上这个过程很早就已经开始了。工业技术软件化的进程量多面广:将某些专用知识嵌入商用软件、将特定的经验与技巧写成自用小软件、开发专用自主可控电力软件、开发自主可控的嵌入式工控软件、开发工业物联网的设备驱动软件、开发服装柔性生产MES软件等均属于工业技术软件化范畴。工业技术软件化可以从企业的任何一个工作环节入手,选择任何一种工业技术/知识,面向任何尺度的软件交付物。作为软件化的工业技术,工业软件通过数字化储存的方式,将知识/技术记录下来。数字化储存方式带来了巨大的好处,首先是无损复制,不再因反复使用而产生图文失真或磨损;其次是使用便捷,数字化图文在编辑上更加方便自如;最关键一点是数字化存储可以打破时间、空间界限,基于网络无损传输,在任意许可范围内,以非常低的成本实现无限共享,最大限度地满足全网范围内分布式传播与获取的需求。

工业技术软件化,智能制造推动工业软件快速发展

通常,技术/知识大致需要通过以下步骤实现传承:1、在前辈的指导中通过观察、模仿和亲身实践,共享前辈头脑中的隐性知识2、利用类比、隐喻将前辈头脑中的隐性知识清楚地转化为自己头脑中的显性知识3、将头脑中显性知识碎片,系统化整理为组织知识4、将系统化的显性知识用到工作中,并创造出新的隐性知识。对于一般技术/知识而言,经过几年的积累,上述传承方式可能勉强够用。但企业内的核心知识—研发经验,由于其多属于隐性知识、离散知识甚至是碎片化知识,实际传承情况堪忧。尤其是复杂产品的研发,没有几十年的积累,很难形成系统性的知识。知识工程与创新一书列举了工业技术/知识所面临的各种问题1、研发项目进行过程中,没有及时发现和按时记录问题与如何解决问题的知识2、项目完成或质量问题归零以后没有及时归结和提炼其中产生的知识3、总结和提炼后的知识没有很好地管理,用的时候找不到,致使有用的文件在文件柜或情报室里“睡大觉”4、现存的知识没有认真提炼、挖掘(显性化)与梳理(公有化)5、挖掘出来的知识缺乏良好的知识表达和知识组织(结构化)6、知识多以传统的纸介质记录,难查难记,更难融会贯通7、知识零散分布,高度碎片化,没有关联形成整体知识,无法集中使用与分享8、只能依靠个人的聪明,人脑的“记忆”与“悟性”来使用,理解和消化周期长9、只能依靠部分专家、学术带头人的“高见”来解决问题10、知识依附于人脑,任何人员的变动,如调动、跳槽、出国、退休、意外等,都可能危及企业知识的完整性和有效性,甚至造成企业智力资产不可挽回的损毁11、提炼出来的知识没有在整个企业得到应用,A科室已经解决过的问题,可能又要在B科室重新解决一遍,甚至A科室在几年后又要重复解决一次,造成人力、物力和投资的浪费。作为大型集团公司,不同企业重复做事、解决早已经解决过的问题造成的浪费现象更为严重12、企业研发人员习惯于使用常识和本专业知识来解决问题,不习惯使用或根本无从了解其他专业或学科的知识。即使是部分企业已经做了一部分知识管理工作,也只是不同程度地对工业技术/知识进行了积累和管理,但积累和管理的水平差异较大,非常难于推广1、建立了若干“应知应会”手册,以纸介质进行知识管理—做到了知识的显性化和组织化2、不仅有较多纸质图文资料,还建立了知识管理制度—做到了制度化3、对纸质图文资料进行了数字化处理,形成了可以检索的数字化知识库—做到了知识的数字化和系统化4、制度规定,某些研发流程环节必须检索有关知识库和相关标准—做到了对知识的强化与规范应用。工业软件的出现可以很好地解决以上种种问题。首先,软件让知识的载体和思考的载体发生了变化—软件成了知识的最佳载体和容器。其次,软件中所有语句、函数、算法、数据输入以及时间和地点的选择,其实都是人脑思维过程中经常使用到的各种知识的显性表达。严格地说,软件本身就是人类知识数字化的结果。人们为了让计算机能够像人一样思考,对知识做了形式化、程序化处理,以便让计算机能够正常工作。

软件化后的工业技术,对工业技术进行了全方位重构,这种重构后的新形态知识,可以借由互联网进行跨越时空的传播使用。“工业技术软件化的结果就是波音公司的员工携带一个皮包就能装下的软件,无论走到哪里都可以设计出一架新飞机,而不用在乎哪位关键工程师是否离职。”也只有将工业技术/知识最大限度地软件化,才能让工程师脱离厚重的设计手册,才可以不限时空地调用工业技术/知识,才能把工业技术/知识的作用发挥到极致。今天,伴随着计算机在社会各界的全面普及,软件所涉及的领域也越来越广,其“体量”或大或小,从几十行代码到几亿行代码不等。在那些看得见或看不见的角落里,软件都在发挥我们想得到或想不到的作用。“软件无处不在”已经成为工业、制造业、日常生活的常态。软件的扩散和蔓延,已经是全球、全社会、全行业性质的,水银泻地般无孔不入,“软件化”已经是一场我们看不见但是可以切身感受到的“运动”。软件大致可以分为系统软件、应用软件和中间件这三类。作为这些软件中的重要组成部分,工业软件包含了所有承载工业要素、用于工业过程的软件。工业软件作为一种载体和工具在工业领域中建立数据自动流动规则体系,对业务活动赋能,延伸人类知识与智能。工业的范畴有多大,工业软件应用的范畴就有多大。无论是采掘业、重工业、轻工业还是化学工业,都离不开工业软件。工业软件从哪里来一个软件的质量,如其性能、功能、可维护性、可靠性、安全性、互操作性等质量指标,依赖软件中的知识、算法、控制逻辑来实现。特别是工业软件,如果没有特定的算法与知识支撑,几乎毫无用处。工业软件首先姓“工”,其次才姓“软”,其难点在于“工业”而不在“软件”。没有工业技术的长期发展与积累,就没有工业软件的应用与成长,而软件从另一方面再次提升了工业发展的速度与质量,很多工业品没有软件的支撑是根本开发不出来的。工业与软件是相辅相成、相互促进的。常见的商用工业软件,其数量只占工业软件总量的10%至15%(估算值)。大量的工业软件是企业针对相关项目开发的,并不会商业化。例如波音787的整个研制过程用到8000多种软件,其中只有不到1000种是常见的商业化软件,其余的7000多种软件都是波音公司经过多年经验积累自行开发的私有自用软件。按照国际惯例,企业自己开发的软件往往被称作“in house”(自用)软件。相对于商用工业软件,自用软件具有更高的特定意义。这类软件是专门在特定场合使用的,只有某家企业的某道工序需要,在别处没用。但是这道工序离开了这个自用软件就做不好。因此,大量的自用软件实际上已经成为企业核心竞争力不可或缺的一部分。理论上,工业软件的研发主体应该是多样化的:有的由工业巨头按需开发,有的由专业商用公司开发,也有的由企业员工根据自己的需求开发,还有的由自由个体凭兴趣开发,再或者由高校组织教师/学生进行开发、由研究院所组织团队开发,还有的由企业自己成立专门的部门或独立的公司来开发。但是,真正把工业软件开发成功,且运用到产品生命周期管理过程中去并产生收益,再将收益不断持续投入新版本的软件开发,形成良性滚动发展的,目前看来只有工业巨头。工业软件的开发,顶层系统架构搭建难度大,英文程序使用门槛高,硬件设备建立开销大,编程高手培养难度高,产权知识不易保护,后期维护相当烦琐,企业自主开发工业软件是当下的一种趋势,其成果往往以一种自用软件或“工业App”的形式存在。这样的自用软件算法未必最先进,菜单界面未必简洁大方,但是必定拥有独门绝技,能够根据企业自身需求针对性地解决问题。

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