導讀：工業(yè)軟件是計算機科學、數(shù)學、物理學和管理學等各領(lǐng)域科學技術(shù)蓬勃發(fā)展與交叉融合的產(chǎn)物。

「 1.工業(yè)應(yīng)用軟件的內(nèi)涵 」

工業(yè)軟件主要包括工業(yè)應(yīng)用軟件和嵌入式工業(yè)軟件。工業(yè)應(yīng)用軟件主要分三大類，包含范疇如圖1所示。

圖1 工業(yè)應(yīng)用軟件包含的范疇

（1）產(chǎn)品創(chuàng)新數(shù)字化軟件領(lǐng)域：支持工業(yè)企業(yè)進行研發(fā)創(chuàng)新的工具類和平臺類軟件。具體包括：計算機輔助設(shè)計（CAD，主要包括計算機輔助機械MCAD和電氣設(shè)計ECAD）、工程仿真（CAE）、計算機輔助制造（CAM，主要指數(shù)控編程軟件）、計算機輔助工藝規(guī)劃（CAPP）、電子設(shè)計自動化（EDA）、數(shù)字化制造（digital manufacturing）、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理/產(chǎn)品全生命周期管理（PDM/PLM，涵蓋了產(chǎn)品研發(fā)與制造、產(chǎn)品使用和報廢回收再利用三個階段），以及相關(guān)的專用軟件。例如公差分析、軟件代碼管理或應(yīng)用生命周期管理（CASE/ALM）、大修維護管理（MRO）、三維瀏覽器、試驗數(shù)據(jù)管理、設(shè)計成本管理、設(shè)計質(zhì)量管理、三維模型檢查、可制造性分析等。AEC行業(yè)（建筑與施工行業(yè)）也廣泛應(yīng)用CAD、CAE軟件。CAD軟件還包括工廠設(shè)計、船舶設(shè)計，以及焊接CAD、模具設(shè)計等專用軟件，CAD軟件經(jīng)歷了從二維工程圖甩圖板，到轉(zhuǎn)向三維特征建模，進而實現(xiàn)基于模型的產(chǎn)品定義（model based definition，MBD）的過程。數(shù)字化制造主要包括工廠的設(shè)備布局仿真、物流仿真、人因工程仿真等功能。CAE軟件包含的門類很多，可以從多個維度進行劃分，主要包括運動仿真、結(jié)構(gòu)仿真、動力學仿真、流體力學仿真、熱力學仿真、電磁場仿真、工藝仿真（涵蓋鑄造、注塑、焊接、增材制造、復(fù)合材料等多種制造工藝）、振動仿真、碰撞仿真、疲勞仿真、聲學仿真、爆炸仿真等，以及設(shè)計優(yōu)化、拓撲優(yōu)化、多物理場仿真等軟件，另外還有仿真數(shù)據(jù)、仿真流程和仿真知識管理軟件。近年來，在三維建模技術(shù)、三維可視化技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與交叉融合的背景下，數(shù)字孿生技術(shù)（digital twin）應(yīng)運而生，成為當前學術(shù)界和工業(yè)界關(guān)注的熱點。創(chuàng)成式設(shè)計（genrative design）則因引入全新的設(shè)計方式，融合人工智能技術(shù)，也成為了業(yè)界關(guān)注的熱點。

（2）管理軟件領(lǐng)域：支持企業(yè)業(yè)務(wù)運營的各類管理軟件。具體包括：企業(yè)資源計劃（ERP）、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、客戶關(guān)系管理（CRM）、供應(yīng)鏈管理（SCM）、供應(yīng)商關(guān)系管理（SRM）、企業(yè)資產(chǎn)管理（EAM）、人力資產(chǎn)管理（HCM）、商業(yè)智能（BI）、高級計劃與排程/先進生產(chǎn)排程（APS）、質(zhì)量管理系統(tǒng)（QMS）、項目管理（PM）、能源管理（EMS）、主數(shù)據(jù)管理（MDM）、實驗室管理（LIMS）、業(yè)務(wù)流程管理（BPM）、協(xié)同辦公與企業(yè)門戶等。ERP是從物料需求計劃（MRP）、制造資源計劃（MRPII）發(fā)展起來的。CRM、HCM、BI、PM、協(xié)同辦公和企業(yè)門戶應(yīng)用于各行各業(yè)，但工業(yè)企業(yè)對這些系統(tǒng)有特定的功能需求。例如，人力資產(chǎn)管理具體包括人力資源管理、人才管理和勞動力管理，其中，工業(yè)企業(yè)對勞動力管理有特定需求。隨著移動通信技術(shù)的普及，越來越多的管理軟件支持手機APP、基于角色分配權(quán)限、集成位置信息，能夠?qū)⑾嚓P(guān)信息推送到不同類型的用戶。

（3）工控軟件領(lǐng)域：支持對設(shè)備和自動化產(chǎn)線進行管控、數(shù)據(jù)采集和安全運行的軟件。具體包括：先進過程控制（APC）、集散控制系統(tǒng)（DCS）、可編程邏輯控制器（PLC）、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SCADA）、組態(tài)軟件、分布式數(shù)控與機器數(shù)據(jù)采集（DNC/MDC），以及工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全軟件等。其中，DCS、PLC和SCADA的控制軟件與硬件設(shè)備緊密集成，是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)。

工業(yè)應(yīng)用軟件的特質(zhì)是包含復(fù)雜的算法和邏輯、融合工程實踐的Know-how、與硬件系統(tǒng)和設(shè)備集成、具有鮮明的行業(yè)特點、能夠滿足客戶的個性化需求、提供二次開發(fā)平臺、實現(xiàn)端到端的集成應(yīng)用才能發(fā)揮預(yù)期價值等。因此，很多工業(yè)軟件企業(yè)將軟件進行配置，形成行業(yè)解決方案，以便縮短實施與交付周期。

「 2.工業(yè)軟件的發(fā)展趨勢 」

工業(yè)軟件具有鮮明的行業(yè)特質(zhì)，不同行業(yè)、不同生產(chǎn)模式、不同產(chǎn)品類型的制造企業(yè)，對工業(yè)軟件的需求差異很大。因此，工業(yè)軟件需要很強的可配置性，并具備二次開發(fā)的能力。工業(yè)軟件蘊含著業(yè)務(wù)流程和工藝流程，包含諸多算法，因此，需要結(jié)合企業(yè)的實際需求進行實施和落地。制造企業(yè)需要應(yīng)用的工業(yè)軟件類型眾多，要取得實效，需要實現(xiàn)工業(yè)軟件的集成，構(gòu)建集成平臺。

工業(yè)軟件正在從以下7個方面進行演進：

1）工業(yè)軟件正在重塑制造業(yè)

工業(yè)軟件的重要程度不斷提升，軟件成為體現(xiàn)產(chǎn)品差異化的關(guān)鍵。例如，70%的汽車創(chuàng)新來自汽車電子，而60%的汽車電子創(chuàng)新屬于軟件創(chuàng)新；智能手機的核心差異化主要體現(xiàn)在操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件，直接影響用戶體驗。另外，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用也涉及到諸多工業(yè)軟件，為工業(yè)設(shè)備插上了智慧的翅膀。

“軟件定義”成為業(yè)界共識，如軟件定義的產(chǎn)品、軟件定義的機器（圖2）、軟件定義的數(shù)據(jù)中心、軟件定義的網(wǎng)絡(luò)，軟件定義的業(yè)務(wù)流程，數(shù)據(jù)驅(qū)動智能決策等。對工業(yè)軟件的開發(fā)與應(yīng)用效果和掌控程度，已成為制造企業(yè)體現(xiàn)差異化競爭優(yōu)勢的關(guān)鍵。工業(yè)軟件的應(yīng)用貫穿企業(yè)的整個價值鏈，從研發(fā)、工藝、采購、制造、營銷、物流供應(yīng)鏈到服務(wù)，打通數(shù)字主線（digital thread）；從車間層的生產(chǎn)控制到企業(yè)運營，再到?jīng)Q策，建立產(chǎn)品、設(shè)備、產(chǎn)線到工廠的數(shù)字孿生模型（digital twin）；從企業(yè)內(nèi)部到外部，實現(xiàn)與客戶、供應(yīng)商和合作伙伴的互聯(lián)和供應(yīng)鏈協(xié)同，企業(yè)所有的經(jīng)營活動都離不開工業(yè)軟件的全面應(yīng)用。因此，工業(yè)軟件正在重塑制造業(yè)，成為制造業(yè)的數(shù)字神經(jīng)系統(tǒng)。

圖2 軟件定義的機器（來源：GE）

2）工業(yè)軟件的應(yīng)用模式走向云端和設(shè)備端

工業(yè)軟件的應(yīng)用模式已經(jīng)從單機應(yīng)用、客戶端/服務(wù)器（C/S）、瀏覽器/服務(wù)器（B/S），逐漸發(fā)展到走向云端部署和邊緣端部署（嵌入式軟件）。早期的工業(yè)軟件是基于PC的單機應(yīng)用，很多軟件帶有“加密狗”。后來，軟件應(yīng)用出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)版。ERP、SCM等管理軟件的應(yīng)用是基于C/S的應(yīng)用模式，需要在客戶機和服務(wù)器都安裝軟件，在服務(wù)器安裝數(shù)據(jù)庫。隨著互聯(lián)網(wǎng)的興起，越來越多的工業(yè)軟件轉(zhuǎn)向B/S架構(gòu)，不再需要在客戶端安裝軟件，直接在瀏覽器上輸入網(wǎng)址即可登錄，這使得軟件升級和遷移變得更加便捷。服務(wù)器虛擬化、桌面虛擬化等技術(shù)則可以幫助企業(yè)更好地利用服務(wù)器資源。

此外，很多智能裝備，例如無線通信基站和程控交換機內(nèi)部，部署了諸多嵌入式的控制、檢測、計算、通訊等軟件。近年來，設(shè)備端的邊緣計算能力迅速增強，一些原來PC上部署的軟件也移植到設(shè)備端，實現(xiàn)邊緣計算，更高效地進行數(shù)據(jù)處理和分析。

3）工業(yè)軟件的部署方式從企業(yè)內(nèi)部轉(zhuǎn)移到外部

工業(yè)軟件的部署模式從企業(yè)內(nèi)部部署（on premise）轉(zhuǎn)向私有云、公有云以及混合云。云計算技術(shù)的發(fā)展，使得企業(yè)可以更高效、安全地管理自己的計算能力和存儲資源，建立私有云平臺；中小企業(yè)可以直接應(yīng)用公有云服務(wù)，不再自行維護服務(wù)器；大型企業(yè)則可以將涉及關(guān)鍵業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)的應(yīng)用系統(tǒng)放在私有云，而將其他面向客戶、供應(yīng)商及合作伙伴，以及安全級別要求不高的應(yīng)用系統(tǒng)放在外部的數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)混合云應(yīng)用。

國外管理軟件公司紛紛加速向云部署轉(zhuǎn)型，并購基于公有云的應(yīng)用系統(tǒng)。向云服務(wù)轉(zhuǎn)型，成為眾多管理軟件公司最大的增長點。如Salesforce提供完全基于公有云的CRM系統(tǒng)，取得了巨大的成功；原SolidWorks創(chuàng)業(yè)團隊創(chuàng)建的Onshape（圖3）是一個完全基于公有云的三維CAD系統(tǒng)，可以在任何終端進行三維設(shè)計，方便地進行協(xié)作，已累計獲得1.69億美元的融資，2019年被PTC公司以4.7億美元并購；甲骨文公司已提供支持多租戶的數(shù)據(jù)庫，能夠確保運行在公有云平臺的應(yīng)用系統(tǒng)能夠彼此獨立。另外，已有很多軟件公司支持軟件的靈活部署，可以在On Premise、私有云、公有云和混合云的模式之間動態(tài)調(diào)整。

隨著云應(yīng)用的不斷深入，越來越多的企業(yè)用戶開始接受基于公有云的部署方式，將復(fù)雜的IT運維工作交給大型的互聯(lián)網(wǎng)IT公司，例如亞馬遜云（AWS）、微軟Azure云平臺等，其最大的優(yōu)勢是管理專業(yè)且方便。我國的阿里云、華為云、騰訊云、京東云以及三大電信運營商也都提供了多種形式的云服務(wù)。有的公司還推出了托管服務(wù)（managed service），幫助制造企業(yè)管理部署在企業(yè)內(nèi)部的應(yīng)用系統(tǒng)。

圖3 完全基于公有云平臺的三維設(shè)計軟件Onshape

4）工具類軟件從銷售許可證轉(zhuǎn)向訂閱模式

工具類軟件的銷售方式從銷售許可證（license）轉(zhuǎn)向訂閱模式（subscription）。例如，Autodesk公司的CAD軟件已經(jīng)不再銷售License，只支持訂閱方式；PTC的Creo軟件也在大力轉(zhuǎn)向訂閱模式。訂閱模式的軟件并不一定都是基于云部署，可以仍然是在企業(yè)內(nèi)部安裝，但是通過訂閱模式定期獲得授權(quán)密碼。

訂閱模式是一種對于用戶企業(yè)和軟件公司而言雙贏的模式。用戶企業(yè)可以根據(jù)應(yīng)用需求，靈活地增減用戶數(shù)，還可以即時獲得最新的軟件版本。而對于軟件公司，則可以確保用戶產(chǎn)生持續(xù)的現(xiàn)金流。雖然當期某個用戶企業(yè)帶來的收入可能減少，但是幾年下來，訂閱服務(wù)的收入通常會超過銷售固定License的營收。同時，由于用戶企業(yè)已經(jīng)產(chǎn)生了大量數(shù)據(jù)，也不可能輕易更換軟件。正因為如此，有的軟件企業(yè)在向訂閱模式轉(zhuǎn)型的過程中，盡管有幾年時間營業(yè)收入下降，甚至出現(xiàn)虧損，但股票價格卻反而節(jié)節(jié)攀升。

5）工業(yè)軟件走向平臺化、組件化，解構(gòu)為工業(yè)APP

工業(yè)軟件的架構(gòu)從緊耦合轉(zhuǎn)向松耦合，呈現(xiàn)出組件化、平臺化、服務(wù)化，PaaS+SaaS的特點。早期的工業(yè)軟件是固化的整體，牽一發(fā)動全身，修改起來很麻煩。后來出現(xiàn)了面向?qū)ο蟮拈_發(fā)語言，進而產(chǎn)生了面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA），軟件的功能模塊演化為Web Service組件，通過對組件進行配置，將多個組件連接起來，完成業(yè)務(wù)功能。

互聯(lián)網(wǎng)的浪潮催生了應(yīng)用服務(wù)提供商（application service provider，ASP），后來演化為SaaS服務(wù)。然而，單純將軟件服務(wù)化并不能滿足企業(yè)客戶差異化的需求，只有將軟件開發(fā)的平臺也遷移到互聯(lián)網(wǎng)平臺，才能授之以漁。PaaS平臺是否強大，成為工業(yè)軟件能否向云模式成功轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。

近年來，又出現(xiàn)了微服務(wù)架構(gòu)，每個微服務(wù)可以用不同的開發(fā)工具開發(fā)，獨立進行運行和維護，通過輕量化的通信機制將微服務(wù)組合起來，完成特定功能。管理軟件，尤其是電商平臺在前臺和后臺之間，增加了中臺系統(tǒng)，以便能夠及時處理海量的并發(fā)需求和數(shù)據(jù)。

工業(yè)軟件正在解構(gòu)為運行于工業(yè)云平臺或者工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺上的工業(yè)APP（其參考模型見圖4），可以實現(xiàn)即插即用，操作簡便易用，隨需而變。工業(yè)APP蘊含了工業(yè)技術(shù)和Know-how。隨著工業(yè)PaaS的標準不斷完善，不同企業(yè)開發(fā)的工業(yè)APP將可以實現(xiàn)互操作，從而催生工業(yè)APP Store，方便地進行交易和應(yīng)用。

圖4 工業(yè)APP參考模型（來源：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)APP白皮書，工業(yè)技術(shù)軟件化聯(lián)盟，2018.4）

6）工業(yè)軟件的開發(fā)環(huán)境轉(zhuǎn)向開放、開源

工業(yè)軟件的開發(fā)環(huán)境已從封閉、專用的平臺走向開放和開源的平臺。Linux操作系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用顯著降低了企業(yè)的IT成本；Java以其跨平臺應(yīng)用的特點，得到了工業(yè)軟件開發(fā)商的青睞；在人工智能領(lǐng)域，Google推出了Tensorflow開源引擎，使得企業(yè)可以快速開展相關(guān)應(yīng)用；智能機器人領(lǐng)域的開源操作系統(tǒng)ROS，使得IT專家能夠快速開發(fā)機器人應(yīng)用；ARM公司發(fā)布了開源的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)Mbed OS。在CAD軟件領(lǐng)域，Intellicad Technology Consortium（ITC組織）提供了一個類似AutoCAD的CAD開源平臺，也在全球吸引了很多軟件開發(fā)商。

7）工業(yè)軟件的運行平臺從PC轉(zhuǎn)向移動端

工業(yè)軟件的運行平臺從以PC為主，走向支持多種移動操作系統(tǒng)（安卓、蘋果、微信小程序等）。如果要開發(fā)支持多個移動操作系統(tǒng)的APP，對于工業(yè)軟件開發(fā)商而言，無疑需要并行維護多套系統(tǒng)。因此，很多工業(yè)軟件開發(fā)商選擇了基于HTML5來開發(fā)適應(yīng)Windows和多種移動操作系統(tǒng)的軟件。

來源：智能制造實踐指南