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重磅 |《铸魂:软件定义制造》的前言

文章附图

重磅 |《铸魂:软件定义制造》的前言

原创 赵敏 宁振波 走向智能研究院

前言

百年以来,图纸定义产品,工艺约束制程,说明书描述功能,已成工程惯例。一旦产品造好,若想改动其功能和性能极其困难。工业软件的诞生,逐渐改变了一切。
工业软件是工业化的顶级产物。它如容器一般盛装了人类工业知识,给制造业带来两大巨变:第一改变了传统的设计、工艺、生产和运维方式,产品随时在赛博空间迭代优化,使制造过程敏捷精准;第二塑造了产品的“五官”和“大脑”,产品在物理空间的行为随场景而自动调整。两大巨变融汇,形成一种新工业智能模式——软件定义制造,并由此创造了一个制造新范式:智能制造。
智能制造,顾名思义,一是智能,二是制造。制造乃经济之源,立国之本,作用于物质原子;智能乃基于软件所蕴含的人类智力成果和知识精粹,承载于比特数据。比特和原子携手,赛博系统和物理系统融合,融合的结果就是赛博物理系统(CPS)。作为使能技术,CPS让赛博中的数字虚体在软件定义的作用下,更精准地控制物理实体的形状和运动。
作者预测,未来的智能制造,是每一个原子都可以被软件给出的比特数据精准控制的制造。这种控制体现在机器、材料的构成上,比特数据将会恰当的安排和控制每一个原子的位置,以及原子之间的相对位置,会精准地控制每一个零件的形状和属性,精准地控制各个零件所在位置,还会精准地控制这些零件之间的相互运动以及耗能等。
作者梳理了以智能制造为主攻方向的新工业革命内涵,总结了其五个基本特征:
①“人智”转“机智”——人类知识不断进入软件,知识载体由以碳基知识为主转向以硅基知识为主,数字生产力激增;
②传感器低价普及——传感器为产品增添了“五官”,极大增强了产品和设备的感知能力,物理信息加速数字化;
③软件定义制造——工业软件成为设备和企业的“大脑”,算法/算力急剧增加,软件定义了材料/零件/系统的时空表现;
④真正两化融合(软件闭环)——比特拥抱原子,IT携手OT,赛博融合物理,软件给出的数字指令跨时空精准操控物理设备;
⑤大范围优化配置制造资源——基于工业互联网,实现多域而非单域、大范围而非小范围优化配置制造资源。
上述五个基本特征中,每一条都是依赖工业软件来实现的。
软件定义制造,是一个略有争议的话题,争议焦点在于对“定义”的理解。本书所讨论的“定义”,是基于工业软件作为数字化手段的两个基本特点:一个是基于软件形成的“研发与管理手段数字化”,即用软件作为辅助手段,与设计者的思考形成交互,以“软件定义产品形//质地/行为”的方式开发复杂产品,因为复杂产品已经无法用传统的人工手段来很好地完成;另一个是基于软件形成的“产品本身数字化”,即将软件嵌入芯片,芯片嵌入到产品/设备之中,让软件成为其中的“软零件”“软装备”,以“软件定义数据自动流动规则”的方式,根据工作场景自主决策,以精确的动作指令操控物理设备。
在以上两种语境下的“软件定义制造”,是有着充分的意义的,是经过实践检验的,是可以持续发展的。
工业软件极其重要,是新工业革命关键要素,但是作者不认同“软件定义一切”等过分夸大软件作用的说法。作者认为:软件、芯片、互联网等数字化软/硬件设备,都是新型工业要素,是服务于工业的配角,以工业为主体,以数字化/信息化手段为辅助,这是工业转型升级、繁荣发展的基本定位。鉴于工业天量般的体量和必须以物质产品支撑国民经济发展的基本属性,软件赋能作用再强大,也不能决定工业,更不能替代工业,而是让工业发展更快,工业产品更精良,工业过程更精准,工业经济更强大,工业发展更宜人。
本书名为“铸魂”。“铸”有金字旁,本意是把熔化的金属倒在模子里制成器物,解构原料,重构质地及器形,从而形成铸造这门既古老又现代的生产制造工艺。说它古老,是因为大约6000年前,人类已经掌握了铸造青铜器的技术,开创了金属时代的器具制造;说它现代,是因为层出不穷的新铸造工艺仍在支撑制造业迅猛发展。在本书封面设计中,铜镜代表了青铜器时代的物理实体,与创造并记忆了铜镜的意识人体和电脑里刻画铜镜的数字虚体彼此交汇,再次重申了作者首创的“三体智能模型”的内涵。
在中国古人眼里,魂,主管人之精神灵气,魄,主管人之肉体生理。类比到产品上,显然软件是今日产品之魂,是机器自治之本和智能之源,如果没有软件,无数先进机床、仪器、设备等都会瘫痪,成为没有灵魂、失去价值、无法使用的废铜烂铁。
《铸魂:软件定义制造》的本意,就是要强调软件对于制造业的极其重要性,就是要厘清软件定义的实质和对制造的关键的使能/赋能作用。
软件定义制造正在成为制造业新的发展趋势,并且获得政府部门的有力支持。工信部在20161218日发布了《软件和信息技术服务业发展规划(2016~2020年)》,其中“软件定义制造”被列为一种重要发展趋势,进行了特别的描述:“软件定义制造激发了研发设计、仿真验证、生产制造、经营管理等环节的创新活力,加快了个性化定制、网络化协同、服务型制造、云制造等新模式的发展,推动生产型制造向生产服务型制造转变。”
软件定义制造理念,由谁率先提出难以考证。但是在具体的工业实践上,在以德国工业4.0、美国国家制造创新网络计划(NNMI/工业互联网、日本工业价值链为代表的西方工业强国的国家/企业发展战略中,该理念已经体现得淋漓尽致。德美日各自采用的包含了软件+硬件平台+标准规范+技术体系等内容的复杂系统,其核心使能技术就是工业软件。工业软件是建立工业生态体系的关键要素,是连接了各种工具、机器、设备等工业“躯体”的“大脑和灵魂”。谁掌握了更多更好的工业软件,谁就拥抱了工业发展的未来。
在西方发达国家,既有诸如微软、IBMSAP、谷歌等IT公司大力发展数字信息技术,也有空客、波音、GE、洛克希德·马丁等工业企业也在不断推行工业技术软件化。从代码行数看,洛克希德·马丁公司已经超过微软成为世界最大的软件公司;大众汽车公司2019年宣称要成为一家软件公司;NASA联合GE、普惠等公司,经过20年发展的NPSS软件,内嵌大量航空发动机设计的知识、方法和技术参数,一天之内就可以完成一轮发动机的方案设计;美国AVM计划在2013年取得验证项目成功,并将成功经验转入NNMI,成为美国数字化设计与制造创新中心的重要支撑。AVM所涉及的核心技术虽然未像工业互联网、大数据、工业软件等信息化技术被大规模宣传,但它们代表了美国工业的核心逻辑,是美国再工业化进程中最有价值的东西;波音787研制过程用了8000多种软件,其中约1000种是商业软件,其它软件都是波音公司自用软件,包含了波音多年积累的核心工业技术。这7000多种自用软件,是其他企业难以企及波音飞机研制水平的高门槛。
软件定义,现在已经成为制造业的一种技术现象:软件不仅定义了零件,定义了材料,也定义了产品,定义了工装,定义了工艺,定义了装配,定义了产线,定义了生产流程,定义了供应链,定义了产品使用场景,定义了产品维护与升级,定义了客户,定义了销售,定义了企业,定义了所有可以定义的一切
定制造之义,铸工业之魂,强工业之躯工业是一个国家的立国之本,制造业是一个国家的强国之基。“软件定义制造”,如同一把闪闪发亮的金钥匙,正在帮助我们打开智能制造、两化深度融合和中国工业转型升级的三重大门。

赵敏,宁振波
20191118