工业软件是否跑偏？装备工艺才是关键

以下文章来源于说东道西 ，作者宋华振

导读

领先的制造业国家，其工业软件发展是一个持续积累的过程，它有着其本身的创新文化、工具方法论的文化背景。我们必须避免“运动式”的发展，希冀通过给政策、资金、短期快速提升工业软件能力...

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本文作者宋华振，贝加莱工业自动化（中国）有限公司技术传播经理，公号「说东道西」，数字化企业经授权发布。

重视工业软件

代表走向制造业的新时代

近年，工业软件成为了热点，如果仔细分析背后的原因，乐观的一面在于，这正表明我们的制造业正朝着自主研发的方向转型—这是转型的关键，从改革开放初期的代工、到快速仿制、局部微创新、创新设计，乃至有些领域已经开始创造性发展阶段。另一方面值得我们警惕的就是工业软件问题，是我们过去发展中存在的轻视基础材料与工艺、缺乏先进工具设计方面的“大干快上”思维导致的，在某种意义上，这是一种必然的“补旧账”过程。

当然，这使得工业软件成为了政策、资本、以及创业者的一个热点，但是，在这热闹的浪潮中，必须保持清晰的头脑。领先的制造业国家，其工业软件发展是一个持续积累的过程，它有着其本身的创新文化、工具方法论的文化背景。典型的像德国，特别擅长设计和使用工具，不仅表现在工业领域，即使在日常生活中也是如此。因此，我们必须避免“运动式”的发展，希冀通过给政策、资金、短期快速提升工业软件能力，这个初心是好的，但是，如果不能对工业软件本身有一个清晰的认识，那么，就容易走错路，以至于事倍功半。

图1-中国制造发展到创新与创造阶段

另外一个话题在于工业软件被泛化的问题，很多公司都打着工业软件来分享政策红利，甚至都是大型商用软件企业，而工业软件是非常细分的，通常都不大，而往往又享受不到政策红利，也不易于被资本关注-因为往往周期很长，不符合讲故事的逻辑。

装备-制造的根基

智能制造的根本在于机器与设备，因为机器是产品品质、成本与交付能力的执行者、也是运行中的数据源、也是智能算法改善的对象，在很大意义上，制造，围绕的是机器，而机器本身的智能，本身取决于软件。

其实，除了被热议的CAD/CAE类设计软件，机器本身还包括了电气控制、工艺仿真类软件，以及在机器端的“嵌入式”软件，即，独立控制机器运行，并与环境（生产工况、人、上下游设备、管理系统）持续交互的软件，通常可以是PLC、工业PC、专用的控制系统如CNC、机器人控制系统。通常，我们把这类软件称为运行时（Runtime）软件，而它正是OT(Operational Technology)的关键。

2.1 核心技术在成型，组装在运营

制造业的核心其实都是在工艺，而过去我们所从事的很多被施振荣认为“微笑曲线”底部都是“代工”，这种模式在很长一段时间让我们认为这就是“制造业”。

在制造的整个流程里，如果大的划分，流程工业通常提供了材料（冶金生产金属产品、化工生产反应材料、石油化工产品包括塑料颗粒、生产气体等等），而这些材料到了离散环节，通常先是进行成型，如金属切削成型、冲压、切割，塑料注射成型、挤出成型、吹塑成型，纸张的压印、裁切、包装彩盒模切、弹簧的成型，各种纤维的编织，在光伏里包括切片、刻蚀、镀膜、丝印、烧结，我们观察每个行业，都有大量工艺设备构成整个生产流。成型工艺比较难就在于每个生产都面临着材料成千上万种、生产工序各种组合、匹配的工艺参数需要长时间积累。

图2-工业软件的本质是知识复用

而事实上，装备的软件包括了这些工艺的积累过程，它的核心在于应对变化，因为一台设备必须面对不同的材料、不同的工艺参数（机械、电气与材料物理化学特性）、流程等，通过建模和仿真（Physics-Based Modeling）软件进行测试验证各种情况下的最优参数组合。工业的特点是垂直行业的特性，这里就牵扯到太多的方面，都需要大量的积累。经过测试验证后形成“可复用”的软件。

测试软件属于工具类软件，而可复用的工艺软件通常会以嵌入式方式运行于机器的控制器，通常可以是PLC或工业PC。今天的数字化，更多也是采用数据建模（Data-DrivenModeling）的方式,例如视觉缺陷检测、参数寻优、策略与规划类的产线问题，因为更多需要考虑运营效率的全局性问题。

2.2 缺乏工艺带来的问题

因此，当我们了解到制造的难题在工艺，而我们过去发展较弱的环节也在这里，大部分都是组装为主的制造业，其造成以下几种情况：

◉ 大量进口设备，而无法使得国内设备得以发展

为什么我们可以做代工，因为在整个生产流程的前道工艺成型段，基本上都是标准化的生产，而后道往往“非标”，机器很难参与其中，因此，需要人工进行组装，这依赖于廉价劳动力。而要制造一个产品，就速度而言，最快的是买设备，然后后道利用廉价劳动力来组装，前道买设备。而国产设备在这个过程中就很难被列入，因为，毕竟发展的晚，而一个设备的成熟需要大量的测试和验证，烧很多的钱，走很多的弯路，测试各种可能性，才能形成高品质、低成本的生产能力。

◉ 买设备，快速陷入同质化竞争

为什么会陷入价格战，因为，大家买的都是同质化的设备，因为你可以买这个设备，而它也可以买，所以，大家生产的就一样的进口设备，只能拼价格。即使你买来都是最好的装备，你也无法达到更高的品质，因为那都是大家可以买到的。

◉ 没有核心技术掌握的制造业

由于我们自己无法生产，或者这些设备通常都是“拷贝”的，在机器设备的软件开发中，我们知道Know-How,其实，还要知道Know-Why，那么，拷贝的机器都是已经被测试验证过的，它使得我们失去了一个自己实践的机会，这就像你给孩子锻炼身体，买了个毕业证，它的确拿到了大学本科学位，但实际上它啥也没学到。

装备智能化的软件架构

了解到机器的核心在于成型工艺这个问题后，我们就会问，那么，这个与软件有什么关系？这正是本文想和大家讨论的一个问题，而机器的软件包含了多个层次，如果我们展开，就会发现，机器完全是由各种软件构建、并运行、以及维护升级。同时，不仅包括软件本身，以及软件开发效率相关的工具、方法，而这都需要高素质的人掌握。

图3-装备开发软件体系

图3列举了装备开发软件体系里的各种相关软件，下面简要介绍：

3.1工具平台-持续创新的架构

以目前机器开发主要的国外厂商，如贝加莱的Automation Studio、西门子的Portal等为例，平台软件它的作用类似于在PCB板、半导体芯片设计的EDA软件。很多视角被聚焦在那些领域，但实际上制造电路板、半导体装备本身的机器，也需要开发平台，来集成各种传感器、运动控制组件、工艺过程、以及HMI画面设计、设备间组网，如果没有一个高效的工具，那么，机器的开发就会存在几个问题：

平台主要是确保装备企业可以持续的创新，即，利用各种已有的知识、开放的知识（如外部资源代码）来开发机器，提高效率。

图4-贝加莱Automation Studio集成开发平台功能

像图4则是贝加莱AutomationStudio，它可以实现对各种任务的集成，对象的开发。作为一个工具，可以帮助工程师高效开发他们的机器。对于嵌入式系统开发，平台也集成嵌入式对象PLC、控制PC的实时操作系统，将其下载到每个设备，而实时操作系统，高性能调度、高稳定性也同样是整个运行的关键。

贝加莱的PLC以及PC都可以采用高级语言编程，其实，使用何种工具各有其特色，但知识，可以掌握在自己手里，这就是知识独立于平台，而软件独立于硬件。

3.2建模仿真接口

同样道理，机器的开发软件还要与机械的建模仿真、控制算法的仿真软件、产线的仿真软件能够进行协同，建模仿真的核心就是为了降低测试验证成本。当我们的企业要自主开发工艺、应对新千变万化的材料时，肯定不能像传统机器开发那样去进行物理的测试验证，那非常之烧钱，而相对来说，其实，再贵的仿真软件相对于物理的烧钱都是便宜的，因为，这些软件将知识的成本通过复用而降低了，我们使用的仿真软件，都是他人智慧的结晶-可以让我们犯过的错误，不要再犯。

像Automation Studio类的机器开发软件，除了开发机器的逻辑、运动控制，它也可以与机电建模仿真软件接口，将模型导入运行，如MapleSim、IndustrialPhysics、iSG等软件。

3.3 工艺Know-How封装的APP

工艺知识可以通过C/C++等开发，但是，机器的工艺软件开发通常还是需要仿真软件配合，在虚拟环境中对机器的各种情况进行仿真，以获得最佳的参数，对控制算法在类似MATLAB/Simulink中进行仿真并代码自动生成，下载到Automation Studio运行。工艺软件的封装这是机器的关键，也是中国机器开发比较忽略的部分。

工艺Know-How通常是知识复用的过程，前面已经论述过，即通过物理或数据驱动的建模方式来实现，这个才是重中之重，而大部分其它任务则可以借助于平台内嵌的PLCopen等标准模块，或者通过开放的软件集成能力，借助于Web技术来开发界面，通过OPC UA连接来运行在云端、边缘侧的调度算法等。

装备制造业的工业软件发展建议

显然，对于装备制造业来说，没有必要自己去设计控制器、软件平台这些原本可以由自动化系统厂商提供的，专业的人干专业的事，这是社会分工的必然，而且也完全没有经济性，但是，必须注重自身的软件设计。

1.重视工程师的培养

必须重视工程师能力的训练，这至关重要，其实，很多问题都可以买，控制器、工具系统，但是，工程师的智慧却无法买来，只能靠不断的培养，包括工程师思维的训练、允许犯错、保持团队的学习、建立工程规范、开放的沟通，如图4所示。

图5-工程师能力培养

2.选择开放架构的系统

开放的平台与系统，最大的优势就在于你能够自主开发自己的代码，采用大部分工程师都可以用的C/C++等进行开发。并且，可以开放平台通常可以让我们去与开放系统连接，如通过OPC UA与MES/ERP、云端系统连接，也可以让我们采用Web技术开发HMI、远程访问与服务的系统。

3.定好标准与规范

对于一个装备企业来说，除了机器的机械开发，在软件方面要清晰的产品战略，包括应该选择什么样的平台工具确保其持续创新、定义好需求框架、软件代码规范、文档注释、版本控制。并且能够有完整的软件全流程管理能力，以及软件整体发展的全局规划—这关乎机器的功能性设计、易用性设计等，满足客户需求的各个方面，确保交付给机器都好用的软件-从算法的适应性、操作的便利性、维护的易用性、数据透明性等等。

商业视角-专精特新

发展工业软件，把握制造的本质，才能更好的发展自己的制造业。软件，在制造业里，它不像商业软件那么大干快上—而这特别适合今天“专精特新”类的企业不断打磨自己的产品，服务于大的行业，因为必须注意，工业软件往往非常细分，因此，反倒不适合大的企业，但是，专精特新企业，可以聚焦细分领域，国家也开始扶持这类企业，以及软件方向，那么，这些来自于制造业一线的企业，他们本身就可以聚焦自身的行业经验，来实现工业软件的深层发展。