工业软件相关技术发展综述与思考

1、1 / 101 工业软件概论1.1 工业软件的内涵两化融合的目标：将信息技术与工业过程紧密结合起来 ,以实现产品设计数字化 、过 程控制自动化 、企业管理信息化 、装备功能智能化 ；工业软件是信息化与工业化的融合 剂,两化融合是以工业软件的应用来支撑的。工业软件,顾名思义就是利用信息技术手段将工业过程的控制逻辑、管理流程代码化,从 而驱动装备或管理业务按照既定的逻辑自动高效的运行,以实现预定的功能。可以细分为：面向企业经营的管理软件、面向制造过程的自动化控制软件和面向装置级的嵌入式软件。工业软件不同于一般的通用计算机系统软件或基础软件,有其自身的功能需求和行业特 征；强调发展工业软件是从两化融

2、合的需求出发,充分认识这类具有特殊功能的工业软件 的重要性。没有工业软件就不可能在工业化的硬优势基础上形成信息化的软优势 ,也就没有 企业的信息化建设过程要根据业务流程需求,以及企业所处的发展阶段,来配置恰当、适 用的工业软件,而不能受软件供应商的商业策略左右 。 同时,IT 与业务的融合,也不仅仅是设 定一个技术目标,按照需求购买一款软件、搭建一个网络、构建一个系统就可以了。 它需要 针对企业发展的战略目标,在业务流程再造和优化的基础上,按照工程需要配置各种工业软件 及其他要素,如数字化设计 、分析、制造、管理等软件,集成框架软件 ,面向特定领域的专业化软件,数据、知识、流程、标准、规范等。

3、1.2 工业软件模式就目前来看,国内的软件公司大致可以分为三类：第一类是从制造业脱胎出来的软件公2 / 10 蝶、 用友600588 行情,股吧,信息化等 ；第三类是从院校研究所走出来的软件公司 ,如东 软、浙大网新、浙大中控等。三类企业各有特点 ：第一类软件企业有着行业的专业背景 、多年积累的行业服务经验 和先进的 IT 技术,但因依附于母公司所以存在诸多限制,市场化发展相对缓慢。如何平衡母公 司与市场环境双重影响 ,消除可能作为母公司竞争对手的用户的疑虑 ,是其考虑的重点 ,市场 营销能力薄弱和 靠山的负面影响是此类企业必须弥补的两个 短板。第二类有着巨大的 市场发展空间 ,但不具备行业优

4、势 ,如何专注于某一行业 ,满足用户的个性化需求是其发展的 重点。而对于第三类企业,在基础研究方面更具有优势,具有自主知识产权的产品相对更多。但是,如何将科研成果成功转化为技术成果,满足行业需求则是其需要考虑的重点。1.3 工业软件的开发工业软件：即为工业+软件,工业是指需求,软件是指产品。工业软件的开发需要大力创新,因要求对行业更为贴近,工业软件产品的开发也将与其他 类型的软件产品不同 。究竟应该如何开发？这其实涉及两个方面 ：一个是开发过程的特殊 性,一个是人才培养的特殊性。从宏观着眼,需要熟悉行业知识的专家与软件开发人员的紧密配合,仅仅依靠软件人员是 编写不出工业软件的；应用需求不是现成

5、的,它会以各种形式随时体现出来,如：透过口述、 会议记录、文件传递、技术交流、或者用户日常繁杂的管理流程等,开发软件有时候会需要 从极有限的信息中 ,找出打造系统的线索 ；所以,在工业软件的开发中 ,从市场和工程实践中 发掘企业需求的能力至关重要 ,要懂得行业,要能够用行业的语言与工业专家对话 ,并从对话 中提炼需求。从微观着眼,则要求企业在产品开发之前进行调研,了解工业企业用户在应用上关注的焦3 / 10点,提高开发的可靠性 ,满足企业信息化的要求 。为了保证工业软件产品的可靠性 ,在技术线路上要特别关注前期的应用调研和后期的工程评价。在积极的推动因素下,我国的工业设计软件业迎来了极大市场空

6、间,在汽车、工程机械、 例,据国家统计局统计,20XX 我国汽车需求将达 600 万辆,这将为 CAD 等设计软件带来近 3000 亿元的市场。而管理类软件,如产品全生命周期管理软件PLM 也日益受到重视,以每年 500 万套设计软件的使用量来估算,未来将成就 500 亿元的大市场,我国的民族工业设计软件 企业也迎来发展的黄金期。凭借着可以替代国外软件的性能和相对低廉的价格,国产工业软件已成功杀出重围,开 始与海外著名软件品牌分庭抗礼,并出现了像北京数码大方科技这样业界领先的、 具备自主知识产权的优秀工业设计软件企业。 四巨头占据了 70%以上的市场份额,只有国产软件 CAXA一枝独秀,进入第

7、一梯队,销售额占 据 6%的市场份额,使用率高达 42%机械工业信息研究院 CAD/CAM 杂志调查数据,打破了国 外软件多年的垄断局面。另据 20XX 中国软件行业协会的调查报告显示：中国 PLM 市场占 有率,CAXA已经成为国产品牌第一,仅次于Autodesk等国际厂商。 目前,CAXA的软件已经成 X 电器等行业拥有 25000 家大中型企业 用户 。总体而言,在 CAD 领域,以 CAXA、 皓辰和中望为代表的一批国产软件 ,逐渐打破了 AutoCAD 一家独大的局面,平衡了软件市场价格,使中国企业真正得到了实惠。CAXA国产工业软件的发展。 首先是需求4 / 10 子装备、造船等工

8、业领域正在出现世界级公司,包括最近出现一系列的公司并购案,中国公司 把自己的腿伸出去走国际化道路,并购国外的工业企业。其次是技术变革,会带来整个产业的 重新变动。我们看到最近互联网的应用而且是广泛的应用,SaaS 的广泛应用,包括 SOA、云 计算的出现,终端设备正在向互联网模式转变 ,控制系统的进步 ,导致技术上出现了过去没有 听到、看到、用到的很多技术 ,在需求的强大牵引下 ,在技术变革下 ,中国工业软件必将迎来 但我们也应看到,软件行业虽然有望成为增长最快的支柱性行业,但离行业用户的需求仍 1.5 应用是促进工业软件提升之本提升企业信息化程度以促进两化融合是工业软件的使命,信息化不是点缀

9、,而是加强企业 软实力的重要手段之一。真正的信息化不是企业建立了网络系统 、上了 ERP,或实现了网上 办公,而是渗透到企业生产过程和工程建设的各个环节,要从产品设计到市场销售、从计划管 理到物流控制、从降低成本到节能减排等各个方面,都能体现信息化建设的效果。宝钢信息化建设之所以走在同行前列,归结于信息化建设与工程建设同步发展的指导思 想。企业信息化系统应该集控制、运行、计划、管理与优化为一体,确保充分发挥先进装备 和工艺的设计能力,同时提升企业在竞争环境下的快速响应和应对能力,从而使企业综合绩效 指标达到国际领先水平。工业软件的开发也有一个不断完善的过程,而检验工业软件的最有效办法是工业企业

10、的 应用实践。一个问题的两个方面 ：传统工业企业要真正有意愿通过工业软件等信息技术的应用提5 / 10升竞争力；工业软件的提供商要珍惜用户提供的应用实践的宝贵机会,说到底是一个服务的2 具体的软件应用2.1 工业市场成为物联网重要应用领域从技术上理解 ,物联网是指物体通过智能感应装置 ,经过传输网络 ,到达指定的信息处理 中心,最终实现物与物、人与物之间的自动化信息交互与处理的智能网络；从物理上理解,把 传感器嵌入和装备到电网 、铁路、桥梁、 隧道、公路、建筑、供水系统、油气管道等各种 物体中,然后将物联网与现有的互联网整合起来,实现人类社会与物理系统的整合。很显然,工业已经成为物联网应用的重

11、要领域。2.2 面向企业经营的管理软件管理软件技术的很多新概念,新技术发展很快。管理软件在不断发展当中,中国的企业只 要有条件的多采用管理软件,当然规模、水平差距很大。管理软件进入的门槛不高,国内都会 做但是要做好、做大很不容易,大型管理软件市场多数是国外几家大公司,像 SAP、 甲骨文。 用好管理软件跟中国的文化背景更加密切,所以国内软件厂商可以提供更加好的,性价比好的 服务,所以中国管理软件前景看好 ,在未来十年当中 ,新的管理模式新的管理思想是有很好的 前景。管理软件的核心数据库这个差距还是很大的 ,现在国家专项在做 ,要把数据库做好 ,从数 据库到数据库可能是要在世界上跟别人并起并坐不

12、容易,但是把数据库和管理软件捆绑在一 块会比较好。目前,用友与 IBM 携手打造云计算合作实验室,将给云计算领域带来一股强心剂。王文京指出：用友与 IBM的合作将在未来引领中国管理软件走进一个全新的云服务时代。6 / 10作为物联网的原形,已经发展很多年了,最主要的应用领域就是在工业自动化控制领域。 比如,一个做集成电路芯片的企业 ,在流水线上面,特别是芯片的封装 ,包括里面一些加工的过 程,都是要求高纯净度 ,空间里面不能有杂质 、灰尘这样,甚至于不可以进人 。这个生产过程 靠工业机械人 ,整个的过程都是自动可控制的 。依靠的就是传感器 ,网络,自动控制的软件系 统,智能化的设备,这个领域在

13、一个局域范围内物与物的网络 ,实际上是物联网第一代雏形 ,这 不是物与物的互联网,而是物与物局域网络。在控制设备和系统里面有大量的软件,包括数控、集散系统、生产总线等等。对生产线 过程控制优化是信息化重要内容,数控系统是关键技术之一,可以说代表装备制造业水平。对流程工业来说,对钢铁、冶金、化工等设备控制,国内自动化系统已经为中小企业开始 以及大小企业提供装置,这个前景还是不错的。现在很多人开发的算法,可以为我们软件企业 的相应软件核心技术、很多算法提供支持。现在总线控制系统得到工业广泛应用 ,这里面有硬件,也有软件,核心芯片还有差距 ,但现在已经有相当多的单位开始做的,而且有越来越多的成功案例

14、。2.4 面向装置级的嵌入式软件我们产品将信息技术与传统工业紧密结合 ,使机械化 、 电器化装备具有自动化 、数字 系统支撑软件,这个形式嵌入到产品当中 。在移动通信,消费电子,汽车电子,工业控制,交通管 理控制等方面有很多企业做软件,做硬件。嵌入式系统在未来的五到十年甚至更长时间是一 个大的市场。根据赛迪顾问的估计,20XX 全球嵌入式系统是 4000 多亿美元,这个增速达到 17.5%,从国内来讲芯片差距还是很大的,但是有进展。可以在工业控制、总线上推广我们自 己嵌入式芯片 。在未来五年到十年当中 ,中国在嵌入式系统方面都会有比较好的进展和前 景。7 / 10嵌入式软件在我们国家广泛的开发

15、应用,由于嵌入式系统必须紧密结合应用,嵌入式软件 研发形势比较好 ,因为不可能由一个公司垄断 。 目前中国产业规模超过 1000 亿人民币,到 20XX 有望达到 4650 亿人民币。可以看到 20XX 到 20XX 有这样大的规模,这对软件来说有 很大的吸引。 由于嵌入式系统不可能有少数几个大企业垄断,因为这涉及到众多领域知识必 须要跟应用结合 ,即使是一个小企业 ,吃透了某个特定行业的特定应用 ,用好嵌入式技术也同 样有发展。我们将来在工业软件,应用软件发展方面,这是非常有前景的一个方面。嵌入式系统的联网成为必然趋势,已经成为当今物联网的基础和核心 。未来的嵌入式设 备为了适应网络互联的要

16、求,必然要求硬件上提供各种网络通信接口 。传统的单片机对于网 络支持不足,而新一代的嵌入式处理器已经开始内嵌网络接口,除了支持 TCPIP 协议,还有的 需要提供相应的通信组网协议软件和物理层驱动软件。软件方面,系统内核支持网络模块,以实现嵌入式设备随时随地以各种方式联入互联网。2.5 在物联网发展中的关键软件技术物联网三大技术体系 位、地理识别系统、多媒体信息等数据采集技术,实现外部世界信息的感知和识别；网络技 术通过广泛的互联功能,实现感知信息高可靠性、高安全性进行传送,包括各种有线和无线传 输技术、交换技术、组网技术、 网关技术等；应用技术通过应用中间件提供跨行业 、跨应 用、跨系统之间

17、的信息协同及共享和互通的功能,包括数据存储、并行计算、数据挖掘、平 台服务、信息呈现、服务体系架构、软件和算法技术等。 包括条码和二维码等 ,这个体系的技术主要用来识别物体 ,不能对物体进行控制 ,一般需要手8 / 10动读取信息；第二个是传感网体系,这里面的主要技术是传感器技术和近距离通信技术；第 三个体系是 M2M 技术,M2M 是重在强调广域网络传输的技术。另外,半导体、嵌入式等作 为支撑技术,在每个体系中都有所涉及。在物联网发展应用中的关键软件技术嵌入式智能技术是将 无感知物体转变为智能物体的关键技术,该特性使物体具备根 据外部环境变化进行反应的能力 。嵌入式智能技术的特点是将硬件和软

18、件相结合,利用了嵌 入式微处理器的低功耗、体积小、集成度高,以及嵌入式软件的高效率、高可靠性等优点,综 合人工智能技术,推动物联网中智能环境的实现 。嵌入式系统涵盖嵌入式硬件和软件两大部 分,硬件由嵌入式处理器 、存储器与外围设备 、现场总线组成 ,软件包括操作系统 、文件系 物联网软件系统和智能算法是物联网计算环境的 心脏和神经,是物联网生态系统的 重要组成部分,是确保物联网在多应用领域安全可靠运行的神经中枢和运行中心 。在软件系 统方面 ,主要涉及物联网环境下处理海量感知信息的软件系统分层结构设计 、体系结构组 成、各子系统的相互作用、可重构方法和技术,以及软件平台需求管理、并行开发与测试

19、管 理等 。在算法方面 ,主要涉及物联网感知复杂事件语义模型建模算法 、传感器节点感知跟踪、行为建模及感知交互算法,以及资源控制、优化、调度算法。3 我国物联网发展战略的误区这些误区和困境具体表现在以下几个方面：首先,我们对物联网的认识仍然是混乱不清的。 由于仍然处于发展初期,我们对物联网的 认识仍然存在着很多不统一的地方,概念炒作的成分较多。我们对物联网的表述有好几个概 念,如传感网、智慧地球等 。尤其是,在很多的表述中,有人将物联网与互联网对立 ,认为它们 是两个完全不同的东西。例如,IBM的中国高层就认为,智慧地球物联网互联网。实际上,9 / 10物联网是一个比当前的互联网更为复杂 、包

20、含的范围更为广泛的人与人 、人与物、物与物 的网络综合体 ,对网络传输提出了更高的要求 ,因此我们可以认为 ,物联网应该是一个扩展 版、升级版的互联网。其次,我们仅仅是从技术、产业角度去认识和理解物联网 。从相关部门的部署和各地方 政府的动作来看 ,我们主要是从传感 、感应技术去对待物联网 ,希望在一些硬件制造的标准 化、生产成本等方面率先取得国际优势 。为此,通过成立产业制造联盟、设立相关工业园区 及其标准化工作组等形式入手 ,加强物联网建设 。其实,硬件制造只是物联网发展的前端 ,而 后端的数据传输、信息处理与业务系统管理等则是整个物联网长链的高端 、核心部分,而这 些恰恰是我国的弱项和劣势所在,是我们应该着力加以突破的地方。实际上,如果我们真正要 转变增长方式,就应该突破这种一味固守制造领域和成本低廉优势的习惯。第三,当前我国的软件产业政策严重滞后 ,不利于物联网的深入发展 。其具体表现就是 , 我国的技术和产业层面缺乏对云计算对于物联网发展的重要性的应有重视 。云计算是个非 常特殊的领域,既可以作为软件信息服务产业而单独发展,也是未来物联网充分发展的重要环 节。如果