探究工业APP——把企业装进 口袋里的工业软件

作者:未知

  工业APP是基于工业互联网,承载工业知识和经验,满足特定需求的工业应用软件,是工业技术软件化的重要成果。世界主要发达国家正在加快布局工业互联网平台,大力部署工业APP,通过激活工业数据和知识资源,赋能工业提质增效和转型升级。
  对工业界来说,无论是国家战略政策的制定,还是企业创新竞争力的提升,都需要仔仔细细地掂量现有的工业根基,从自己最擅长的地方,找出合适的角度,切入到转型升级的轨道中去。2010年,中国就超过美国,成为全球制造业第一大国,有着巨大的工业基础能力。但是我国制造业 “大而不强”的问题一直存在,核心是创新和研发能力不强,发展“智能制造”的主要瓶颈就是“缺心少魂”,“心”是集成电路芯片,“魂”是工业软件。因此一定要建立一个立体维度的工业价值观,既要解决集成电路问题,更要解决工业软件问题。从工业互联网的双跨平台到工业APP的多样性、生态性的视角,紧紧抓住这样一次百年不遇的大好良机,突破工业软件的瓶颈,形成工业软件的新生态,推动工业APP向工业互联网平台汇集,最终形成建平台和用平台双向迭代、互促共进的制造业新生态。
  工业APP是工业软件化的重要成果
  第四次工业革命的浪潮正扑面而来,世界各国都感受到了制造业转型升级的热浪。为应对这一轮工业革命浪潮,工业和信息化部先后出台了多个指导性文件,把数据作为工业转型的全新动力和引擎,使得这一轮工业革命和以前有着很大的不同。2018年5月,工信部先后发布了《工业互联网发展行动计划(2018-2020)》《工业互联网APP培育工程实施方案(2018-2020年)》。其中,工业互联网平台定位于工业操作系统,是工业APP的重要载体;工业APP则支撑了工业互联网平台的智能化应用。工业互联网平台为工业APP提供必要的接口及存储、计算、工具、资源等环境支持,工业APP是实现工业互联网平台价值的最终出口。
  工业软件未来发展的新形态,是一个需要长期培育和开发的发展过程。新时代工业转型升级离不开新动能,信息时代的工业发展离不开工业软件。工业APP是基于工业互联网,承载工业知识和经验,满足特定需求的工业应用软件,是工业技术软件化的重要成果。
  相对于传统工业软件,工业APP具有轻量化、定制化、专用化、灵活和复用的特点。用户复用工业APP而被快速赋能,机器复用工业APP而快速优化,工业企业复用工业APP实现对制造资源的优化配置,从而创造和保持竞争优势。
  工业APP作为一种新型的工业应用程序,一般具有以下6个典型特征。(1)完整地表达一个或多个特定功能,解决特定问题:每一个工业APP都是可以完整表达一个或多个特定功能、解决特定具体问题的工业应用程序。(2)特定工业技术的载体:工业APP中封装了解决特定问题的流程、逻辑、数据与数据流、经验、算法、知识等工业技术,每一个工业APP都是一些特定工业技术的集合与载体。(3)小轻灵,可组合,可重用:工业APP目标单一,只解决特定的问题,不需要考虑功能普适性,相互之间耦合度低。因此,工业APP一般小巧灵活,不同的工业APP可以通过一定的逻辑与交互进行组合,解决更复杂的问题。工业APP集合与固化了解决特定问题的工业技术,因此,工业APP可以重复应用到不同的场景,解决相同的问题。(4)结构化和形式化:工业APP是对流程与方法、数据与信息、经验与知识等工业技术进行结构化整理和抽象提炼后的一种显性表达,一般以图形化方式定义这些工业技术及其相互之间的关系,并提供图形化人机交付界面,以及可视的输入输出。(5)轻代码化:工业APP的开发主体是具备各类工业知识的开发人员。工业APP具备轻代码化的特征,以便于开发人员可以快速、简单、方便地将工业技术知识进行沉淀与积累。 (6)平台化可移植:工业APP集合与固化了解决特定问题的工业技术,因此,工业APP可以在工业互联网平台中不依赖于特定的环境运行。
  传统工业软件的大规模应用
  智能化的基础是数字化,数字化难度极大,如果没有数字化就没有智能化。首先看看世界领先企业波音公司的数字化制造发展史:1986年,波音公司啟动了飞机数字化设计验证计划,在757-46段试验数字化预装配、767-200驾驶舱试验三维制造过程、V-22(鱼鹰垂直起降飞机)管路电缆试验协调验证、747-400试验液压管路系统等。由于计算机软硬件的限制, CAD软件都是和大型计算机捆绑的专用软件,操作系统是MVS,每台计算机内存约512M,只能连接5-10台用于三维设计图形工作站,每个三维设计工程师需要软硬件投资就超过100万美元,成本极其高昂。1991年波音公司777飞机研制采用了3200套IBM RISC6000 工作站,操作系统是AIX(UNIX的IBM版本),每个三维设计工程师需要软硬件投资不超过20万美元,其中3000台是零件设计工作站(内存32M),200台是装配工作站(内存64M)。2003年波音787是全飞机、全三维数字化设计,起源于对波音777飞机研制过程中发现的问题改进;有了DCAC/MRM项目的完成,波音建立了全球广域实时协同环境GCE(Global concurrent engineering),有了MBD的标准,波音787就是用全三维的DMU解决设计、工艺、生产制造过程中产品的复杂问题,是一个重大的技术突破和进步。当然2000年后,计算机网络、软、硬件情况的发展非常迅猛,世界上主流大型CAD软件厂商的软件都可以在WINDOWS+INTEL上运行,大幅度降低了制造业企业的数字化成本。
  工业APP是基于云平台、智能终端、高速有线或无线网络的基础设施发展起来的:以华为手机为例,列出我们关心的功能性能(见表1)。
  实际上1986年波音数字化验证项目,是大型计算机和有线联机终端方式;1991年波音777网络研制协同是工作站以太网粗缆和细缆联网、PC机信息仍然是软盘传递的方式;2003年波音787研制的GCE,是基于全球的光纤有线网络联机。从上表中可知,仅仅从智能手机的内存和处理能力来看,完全可以基于手机完成产品的研发,尤其在2010年以后,随着云平台的大规模、商品化、智能手机的普及应用、3G、4G到5G技术的进步,今后的网络化协同产品研制,逐步向云平台为中心、有线加无线的方式过渡。这样的工作方式,对传统的工业软件架构带来了极大的冲击,当然,也给工业APP的发展带来了极大的机遇。   有了云平台、工业互联网、高速网络(有线加无线)、智能终端(有线加无线)的基础设施,我们首先把产品数字化、虚拟化,然后把产品研制过程如产品设计、工艺设计、生产过程、设备设施管理、产品交付、维护维修过程也数字化、虚拟化,最后把企业管理、运行、供应链、客户服务、市场管理和销售的各项内容也数字化、虚拟化了。有了这些完整的数字化数据,加上体系化的工业APP,我们就可以把企业装进口袋里了。按照这样的思路,我们把工业APP分为四类:产品研发类、生产过程类、维护维修和综合保障类、综合管理类。从第一到第四是按照技术难度等级降维排列,当然,在评价工业APP的水平时,分数权重也不一样。
  四类工业APP案例探究
  产品研发类:2019年CATIA xDesign的推出。以前常有工程师憧憬在互联网上进行CAD设计,无需在电脑上安装数十G的CAD软件,像其他互联网应用一样,仅仅是打开浏览器网页就可以进行CAD设计。CATIA xDesign正是应这种需求而生的新APP。在达索系统公司的公有云平台上,通过浏览器网页,就可以完成实体设计、曲面设计、装配设计,以及基本的CAE分析及优化。因此,无论是在计算机上,还是在各种移动终端上,如iPad、智能手机等,都可以通过浏览器网页进行CAD设计。同时, CATIA xDesign结合公有云平台上已有的各种强大的CATIA设计模块,能将简单的零部件设计和复杂的整机设计结合起来,这将是一种里程碑式的CAD设计模块。CATIA xDesign应用价值:可以方便地在任意设备上,任意时间里进行CAD设计;基于公有云平台,可以方便地分享给任意人,激发群体创新;作为强大的CATIA软件的延伸,能将简单的零部件设计和复杂的整机设计结合起来;无需安装CAD客户端,公有云平台自动推送最新版本,减少IT维护成本,基于公有云平台,利于数据共享。山大华天和数码大方都是国内领先的工业软件公司,他们整合了云计算、物联网、移动互联网以及创新设计与协同制造等技术,形成基于SaaS模式的产品创新设计、制造、协同的服务模式,并自行研制开发了方便中小企业基于移动应用的工业APP。
  生产过程类:基于深圳华龙讯达的木星工业互联网平台、木星工业物联网平台和木星数字孪生平台,烟草行业开展了基于CPS的工业互联网试点工作。云南中烟红云红河集团曲靖卷烟厂初步构建了基于CPS的数字化工厂。一是构建以数采、建模、仿真为核心的工业互联网平台。构建数据采集服务组件,按照统一的数据标准实现企业人、机、料、法、环等数据在工业互联网平台上的汇集、分类、分析与共享;构建数据建模服务组件,使工厂具备虚实联动的能力、模型驱动生产的能力;构建数字孪生服务组件,实现实体车间、虚拟车间的全要素、全流程、全业务数据的集成和融合。二是开展智能化生产及管控等工业应用建设。根据订单预演生产,模拟仿真从原辅料的出入库到成品卷烟产出的制造全过程,优化人员、设备、物料、计划等资源配置。全方位感知生产调度、工艺质量监控、设备运转、能源供应等,将实际运行数据与预定义生产数据进行对比,从全要素、全流程、全业务角度对生产过程进行在线诊断,并以实时调控指令的形式作用于实际生产过程,优化控制生产过程,提升制造管控能力。曲靖卷烟厂通过数字孪生工业APP应用,促进了工艺改进、技术提升和流程再造,实现降本增效。据统计,生产效率提高8%,设备维修时间从2小时缩减至20分钟,维护费用减少了10%,每100万大箱生产成本减少了0.6亿元。在工业和信息化部的推动下,这种创新的数字孪生工业APP应用模式,正在向航空制造业、汽车制造业、机械工业、船舶制造业等多行业、多领域的上百家企业全面推广。
  综合保障类:离散产品制造业的树根互联根云平台、徐工Xrea平台,流程产品制造业东方国信Cloudiip平台等在国内外多行业、多类型的工业企业有上千家成功的应用案例。围绕工业设备远程维护的复杂客户需求,打破不同企业的不同系统与各类设备、欧美日的各种总线、各种通信协议的技术壁垒,实现人与工业设备的直接通信,实现工业设备状态监控、实时定位、远程控制、异常预警、故障报警、工况采集、远程升级等诸多功能。构建了数千种工业设备远程运维系统,能够发现问题早、定位问题准、解决问题快,提升运维效率;基于工业设备数据,帮助客户更深入了解产品,开展定制化服务或优化整改,提升产品质量和服务,为未来的装备设备预测性维護和智能维护打下良好的基础。各类上千种工业APP针对工业设备,提供智能服务。主要实现对工业设备上传数据进行有效筛选、梳理、存储与管理,并通过数据挖掘、分析,向用户提供日常运行维护、在线检测、故障预警、诊断与修复、运行优化、远程升级等服务,并通过数据的积累和工业机理的结合,实现预测性维护、质量改善等服务。
  综合管理类:航天云网CMSS环境是基于INDICS云平台为工业应用提供统一的集成和协同环境。CMSS支持云制造模式下企业/工业应用服务的动态集成与协同,实现基于区块链制造服务动态集成和基于虚拟样机的业务智能协同,支持将工业软件和模块按不同的价值快速组合在一起。CMSS的建设进一步承载APPS生态应用体系,支撑智慧研发、精益制造、智能服务、智慧企业、生态应用等企业全生命周期应用,支撑智能化改造、协同制造和云制造三种制造模式。CMSS的核心功能由开放的智能协同类工业APP构成,包括跨企业协同设计、制造资源调度与生产排产、制造过程执行与智能管控、跨地域/跨学科/跨专业虚拟仿真、跨企业供需精准对接与服务动态协同等。同时,CMSS还集成了智慧研发APP、精益制造APP、智慧服务APP、智慧管控APP和生态应用APP,共同形成了以软件服务为核心的CMSS云制造支撑架构体系。
  没有完成工业化的国家,不可能出现工业软件;而完成了工业化的国家,也不一定出现好的工业软件。中国尚没有完成工业化,我们工业转型升级的道路还很漫长。一个制造强国总是伴随着工业软件的崛起而壮大,工业软件是工业的大脑和经络,在有工业的地方就有工业软件。持续开发并应用工业软件的过程,就是两化融合的过程。应用面广泛的通用工业软件有趋于专业化发展的趋势,即专业的公司或部门可以来专门开发软件,质量上有优势。而应用领域非常狭窄的企业专业、自用工业软件,则在数量上占有优势。随着制造业与互联网融合发展的纵深推进,制造业数字化、网络化、智能化转型步伐加快,APP从消费领域向工业领域快速渗透。世界主要发达国家正在加快布局工业互联网平台,大力部署工业APP,通过激活工业数据和知识资源,赋能工业提质增效和转型升级。在全球工业进入新旧动能加速转换的关键阶段,工业APP将推动工业生产模式和商业模式的加速变革,为我国重塑制造业体系,实现制造业换道超车提供重要手段。
  宁振波  中国航空工业集团信息技术中心原首席顾问
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