软件视角中的未来工业(上)_11

2019-07-07 11:41

  各位嘉宾,下午好!2016年5月,《国务院关于深化制造业与互联网融合发展的指导意见》(国发﹝2016﹞28号)发布,文件提出强化软件支撑和定义制造业的基础性作用,从战略和全局的高度提出了新时期工业软件的地位。如何认识软件在新一轮产业革命中的地位和作用,如何从软件视角来看待未来工业?围绕软件视角中的未来工业这一主题,谈几点自己的理解。

  对于这个主题,我想做三个方面的说明:

  一是讨论的核心议题是工业,而不是软件;

  二是选择软件的角度来看工业,而不装备、网络或管理等视角,既然是一个视角,那肯定不够全面;

  三是讨论的问题会涉及到当下,但更多讨论的是未来。同时,软件也只有与硬件等集成在一起才能发挥作用,只有软件也将一事无成。

  因此,我们论讨的内容可能不够全面、不够系统,但这样的讨论仍是有意义的,制造业与互联网的融合,是一个综合性非常强的复杂命题,只有从不同的视角去审视和把握未来工业的发展趋势,才能积极应对可能的机遇和挑战。

  一、软件与转型

  2008年的国际金融危机,重创了金融业,也惊醒了制造业。制造业领军企业纷纷调整战略、加速转型、应对挑战,这些举措引发了各界对工业软件地位和作用的重新思考。

  1、国际制造业巨头的转型

  2011年网景公司创始人马克安德森率先发声,提出《软件正在吞噬世界》,当传感无所不在、连接无所不在、数据无所不在的时候,软件一定无所不在,无软件,不智能。软件定义网络(SDN)、软件定义存储(SDS)等新理念和新技术不断涌现,商业化步伐不断加快。所有人都很难回避一个问题:在万物互联(IOE)时代,当越来越多的产品成为智能产品的时候,软件定义的理念是否会从IT产品走向工业品?IT产业的竞争规则是否会延伸到制造领域?

  在过去的124年,通用电气(GE)面对全球工业革命带来的机遇和挑战,总能勇立潮头、把握机遇、变革创新。2015年GE成立GE数字集团,在全球拥有15000名软件开发人员。展望未来,GE董事长杰夫伊梅尔特认为到2020年成为全球十大软件供应商之一,提出未来每一个工业企业也必须是一家软件企业。一个销售额将近1500亿美元的工业巨头,决心成为软件供应商这给传统工业企业提出来一个重大的转型命题:面对全球新一轮技术变革和产业革命,工业企业有必要成为软件企业吗?软件在工业企业转型中将扮演什么角色?在工业企业如何转型为一家软件企业?

  在过去的160年,西门子引以为豪的是曾经引领全球工业2.0、3.0变革,正试图巩固和加强工业4.0全球领导者地位。在过去的10年,西门子一直默默地围绕如何构建软件竞争优势进行全方位的战略布局,秉持补短板、全光谱、体系化、生态化、融合化的理念,先后斥巨资收购UGS、LMS、CAMStar等一批研发设计工具、产品全生命周期管理、制造执行系统等工业软件。西门子10年来的战略收获是:2014年就成立数字化工厂集团全球唯一一家智能制造软硬件整合解决方案提供商。如此大体量的工业企业,GE和西门子都在毫不犹豫地转型,踏上引领和支撑未来制造的工业软件之路。看不见的软件,正在成为工业的全新筋骨。这是否像过去的100多年一样,西门子又一次在全球产业转型的拐点上做出一次新的战略部署?中国何时才能构建一个完整的工业软件谱系,支撑中国制造业的战略转型?

  在过去的130年,博世(BOSCH)作为全球最大的汽车零件供应商,积极把握新一代科技革命带来的机会,致力于自动化、数字化、智能化进程。2008年博世专门成立软件创新业务部门,并通过收购InnovationsSoftware Technology和inubit不断拓展软件技术和服务能力。面对未来,提出了软件平台为核心的慧连制造解决方案。正如博世集团董事会主席沃尔克邓纳尔指出的,未来工厂是灵活的、网络化的、智能的,在那里人、机器和产品能够相互沟通、相互配合。而这一切,都需要通过应用软件对整个生产流程进行云化和再造。看不见的软件,正帮助博世从一家重型工业企业向平台服务综合解决方案厂商转型。

  罗兰贝格公司的专家在谈到工业4.0时曾指出,未来的工业竞争存在两种可能的情景:软件革命和硬件进化。软件革命的情境是,来自硅谷的国际ICT巨头或新兴企业,以ICT产业领域的技术优势、竞争规则和商业模式重整制造业,通过构建制造业平台、解决方案和产业生态,掌控消费者、掌握制造业发展的主导权,美国通过强化这一领域自己独特的竞争优势将形成对传统欧洲制造企业的全面领先,也将对中国制造企业赶超构成巨大挑战。硬件进化的情境是,传统制造业进一步强化核心工业技术的竞争优势,更加高效地解决传统工业体系封闭、分散、碎片化标准化体系,化解软件革命所带来的新生产模式的挑战。

  美国谷歌、特斯拉(未来可能还有苹果)与德国宝马、奔驰围绕下一代汽车市场主导权的竞争,是软件革命和硬件进化两种可能情景最好的阐释。100年前德国宝马公司成立,2015年宝马在全球销售了224万辆汽车,营业收入1025亿美元,净利润约70亿美元。13年前成立于美国硅谷的特斯拉2015年仅销售了5万辆汽车,全球营业收入40亿美元,亏损了8.8亿美元。2015年特斯拉汽车销量仅相当于宝马的2%,销售额不到宝马的4%,公司自成立13年来从来没有实现过盈利,让很多人百思不得其解的是,特斯拉的市值已达了宝马的60%。企业市值估计是资本市场对企业发展前景的判断,在制造业竞争格局演化的过程中,资本市场对软件革命和硬件进化的未来情景给出某种阶段性的判断。

  2、中国领军企业的探索

  国内一批先知先觉的制造企业也察觉到了这种转型发展的机遇,开始进行软件产业的战略布局。十多年来宝信、石化盈科为代表脱胎于制造企业的软件服务商,以系统解决方案为切入点,已经发展成为行业龙头企业。

  伴随着新一轮产业革命的兴起

  制造企业围绕软件的布局不断加快

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  2014年初,陕鼓成立致力于提供全智能化解决方案的智能信息科技;

  徐工集团成立徐工信息,定位为智能化整体解决方案提供商和两化融合咨询服务厂商;

  2016年海尔成立智能研究院,打造家电行业软硬件整体解决方案;

  三一重工成立了以智能服务为核心的新公司;

  韩都衣舍是一家销售收入年均200%、销售额近20亿元的服装企业,一个传统的服装中小企业拥有一个庞大的软件团队(200多人、占员工约10%)和一系列自主开发的软件产品;

  安世亚太的精益研发体系与苏氏工业领先的精密制造技术集成,携手打造基于仿真和精密制造的新生产模式,释放了仿真技术进行产品再设计的潜力!

  这带给我们的思考是,强化软件开发能力是不是制造业企业转型的新支点?拓展软件能力和业务是锦上添花,还是领军企业转型升级的必然选项?

  作为中国机床行业的领导厂商,沈阳机床在2016年推出了i5机床。其战略意义不仅在于填补了中国机床工业数控系统的短板,更为重要的是,它建立了一套全新的商业生态体系。这是一张企业参与全球机床行业主导权竞争的入场券,展示了中国企业对复杂智能产品的定义能力,也正在重构全球机床产业的竞争规则和产业生态。

  i5机床引发的思考是,复杂智能产品的竞争格局将如何演进?操作系统是否是构建复杂智能产品生态系统的基石?生态系统的竞争是不是智能制造竞争制高点?

  3、工业软件的本质

  带着这些问题,我们需要从工业软件的视角,重新审视未来工业的变革方向。我们反复思考的问题是,什么是软件?软件的本质是什么?软件如何支撑和定义制造业?

  一部工业革命三百年的发展史,就是一部人类社会如何创造新工具,更好地开发资源、不断地解放自己的发展史。信息通信技术牵引的新一轮工业革命,推动了人类生产工具从能量转换工具到知识和智能工具的演进,从开发自然资源到开发信息资源拓展,从解放人类体力到解放人类脑力跨越。其背后逻辑在于构建一套赛博空间(Cyber)与物理空间(Physical)的闭环赋能体系:物质世界运行运行规律化规律模型化模型算法化算法代码化代码软件化软件不断优化和创新物质世界运行。软件是一系列按照特定顺序组织的计算机数据和指令的集合,本质是事物运行规律的代码化,是指导甚至控制物理世界高效、有序乃至创造性运转的工具,是工业和商业技术体系的载体,也是人类经验、知识和智慧的结晶。

  工业软件是人们对工业研发设计、生产制造、经营管理、运维服务等全生命周期业务环节规律的模型化、代码化、工具化,是工业知识、技术积累和经验体系的新载体,是实现工业数字化、网络化、智能化的核心。数字化正在从研发手段、管理手段、服务手段等环节走向产品、设备本身,各种芯片、传感器、智能微尘、产品等都具有数字化计算内核(嵌入式系统);网络化正在从物质(机械,如螺栓、导线)联接向能量(物理场,如传感器、WiFi)联接、信息(数字,如比特)联接、甚至意识(生物场,如意识)联接演进;进而,当网络无处不在、知识沉淀为数据和软件、信息可以在任何场景下以数字化形式调用时,智能化得以实现。

  软件扩大了产品的边界,改变了人与产品的交互方式,让产品的功能更加柔性、更加人性;软件让无序的组织走向规范,给僵化的流程注入活力;软件让困惑者觉醒不断拓宽转型的视野,让观望者自信找到奋力前行的工具。基于这样一些基本认知,可以从工业产品、企业流程、生产方式、企业核心竞争力和产业生态的五个角度,重新审视软件的价值和作用。

  二、软件支撑和定义的产品

  万物互联网时代正在到来,可感知、可计算、可交互、可追溯的智能互联产品正在向我们走来,从计算机到可穿戴,从消费品到工业品,到2020年数以百亿计、千亿计的智能互联网产品将重建人们的生活行为和方式,重新定义社会的商业模式,重新构建企业的制造体系。伴随着产品智能化步伐的加快,软件支撑和定义智能互联网产品功能、结构和价值的作用将不断凸显。

  1、软件定义产品功能

  一部工业革命的断代史,就是一部具有划时代意义的颠覆性产品的创新史,从蒸汽机到电动机,从手摇机床到数控机床,从阿帕网到互联网,都预示一个新时代的开始。万物互联网时代正在到来,通过与硬件技术集成,产品的功能、灵活性、易扩展性、安全性、可管理性正通过丰富多彩的软件来展现,软件在产品功能演进中将扮演着越来越重要的角色。主要体现在三个方面:

  一是定义产品功能。

  在电子产品功能发展演进的历史进程中,软件日益成为产品功能构成的核心要素。在过去的60年,计算机产品形态每十年都会开发出新的产品形态,从大型机、小型机、微型机、笔记本、智能手机一直到智能穿戴,伴随着硬件性能的持续提升,软件版本的升级即产品功能的演进,操作系统定义了不同时代计算机的基本功能。

  传统功能手机向智能演进的标志是构建一个新的基于移动互联网的操作系统,一部智能手机的功能是否强大更多取决于APP是否丰富:从社交游戏到商务旅游,从电子商务到音乐娱乐,从办公系统到视频会议,无所不及。对许多电子产品而言,软件功能即产品功能。

  二是增强产品效能。

  与软件直接定义计算、网络、存储等电子产品功能不同,软件与传感、芯片、网络等技术一起持续提升传统产品效能。在装备制造领域,数控机床在过去的六十年经历了六代产品的演进更替,而数控系统在提升产品效能方面的作用不断加强,数控系统的算法直接决定了数控机床的效能。

  在军工设备领域,飞机早已成为超级复杂的计算系统:F22战斗机机载软件由200多万行代码实现,F35机载软件高达900万行代码,每一次飞行都是一次数亿行软件代码支撑的复杂计算过程。从这个意义而言,飞行即为计算,飞机的战斗力越来越依赖于软件的性能。在医疗设备领域,CT机等大型医疗设备对病灶的识别精确度主要取决于软件的图像识别和数据处理能力,全球CT机的竞争核心是算法的竞争、软件的竞争。

  三是拓展产品边界。

  产品智能化的过程,是传统功能边界不断拓展的过程,也是软件支撑能力不断提升的过程。德国工业4.0平台科学顾问委员会主席海纳安德尔认为,工业4.0的基础是嵌入式系统、传感器、执行系统,集成为可以被识别、定位、交互、优化的产品级信息物理系统(CPS)。

  这种万物互联的新架构释放了产品拓展的潜能,从航空发动机、汽车、工程机械等复杂产品,到智能水杯、智能牙刷等日常消费品,都可以从万物互联的云世界汲取营养,促使产品自我进化和演进,产品功能的边界不断拓展。

  正如竞争战略之父迈克尔波特联合PTC CEO詹姆斯贺普曼在2014年《哈佛商业评论》上所说,监测、控制、优化、自动正成为智能互联产品的基本功能,智能互联产品构建起客户需求的感知平台、客户服务的推送平台。实现这些功能的背后是产品的动力、执行、智能、互联等四大产品基本模块有机整合,传统机械产品功能部件与传感器、处理器、通信模块及软件的集成及系统化,还有这些系统的进化机制,其背后离不开操作系统和嵌入式软件的支撑。

  未来展望,伴随着信息通信技术创新和扩散,产品的发展将具备软件版本的特征。这个进程具有三个最基本的特征:普适性、渐进性和系统性。普适性意味着从长期来看所有的产品都将是智能互联产品,渐进性意味着产品的智能化是一个不断高级的过程、只有起点没有终点,系统性意味着产品功能部件、智能部件与连接部件日益融合为一个有机整体。正如宽带资本董事长田溯宁所说,产业互联网时代,企业成功的核心是能否从观念、技术、商业模式上进行改造,使每个企业不再只是产品生产者、服务提供者,而是通过产品与服务,与客户建立了强关系,能成为24小时在线,了解、预测客户需求的客户运营商(Customer Operator)。

  而在这一螺旋循环的进程中,是软件,伴随着这一切的发生。

  2、软件定义产品结构

  每一次技术的重大突破,推动产品结构持续创新和演进,构建起新的产品结构。以蒸汽机为代表的第一次工业革命催生了工业文明的诞生。以电力技术为代表的第二次工业革命催生出的电动机,使工业产品从蒸汽时代迈向电气时代。信息技术和自动化技术的应用,催生出了可控制电压电流的伺服电机, 电气一代跃升为数控一代。当前,软件正在与机械、电子、控制等传统工业技术相结合,推动产品正在逐步向智能一代进化,并构建新的产品结构。

  纵观历次工业革命,产品结构变化映射的是从解放人类体力到解放人类脑力的跃迁,而软件就是贯穿其中的定义者、思想者和主导者。

  一是功能结构的重构。

  工业革命以来,人们一直通过对动力装置、传动装置、功能装置的持续改进和重构,不断创造具有各种功能的新产品,不断把人类从繁重的体力劳动中解放出来。信息技术革命带来的重大变革是,信息技术与自动控制、机械制造技术的集成引发机械产品结构和功能的重大变革,以往仅能靠机械和电子元件等物理实体实现的功能,可以通过软件来实现,产品物理结构复杂性和成本不断降低的同时功能不断丰富。

  世纪之初,面对网络、存储等领域出现的一系列新问题、新挑战,人们提出软件定义网络(SDN)、软件定义存储(SDS)等一系列新理念和技术,其核心思路都在于对于传统的硬件结构进行重新定义。软件定义网络(SDN)将传统一体化的网络控制与物理网络拓扑分离,企业在无需替换网络底层交换机、路由器等硬件设备条件下,可以像升级、安装软件一样对网络架构进行修改,满足企业对整个网站架构进行调整、扩容或升级。同样,软件定义存储(SDS)是将软件功能从阵列控制器中剥离出来,实现存储资源的高效、灵活分配。

  飞机飞行中,基于对状态信息实时感知、计算、控制的电传操纵系统取代了复杂、脆弱和笨重的液压式飞行操纵系统,飞控软件和电子系统使得飞行器的结构更简化、更轻巧、更可靠。同时,飞机、汽车、船舶都可以通过数字驾驶舱技术,用单一显示屏替代传统的数据仪表。

  国际农机公司约翰迪尔(John Deere)公司开发出新的发动机结构,实现发动机功率由软件控制,同一款发动机可以有多个功率版本。智能血压仪产品取消了传统的显示器,将测量数据通过手机直接传给医生。新能源汽车的动力依靠电力,传统变速箱等部件被控制软件和电子系统所取代,汽车产品结构的变化给中国汽车工业赶超创造了一个新契机。

  当前,在任何一个产品中,嵌入的软件代码越多,在一定意义上显现出产品对应的复杂度越高、智能化水平越高、功能越强大。例如,谷歌无人驾驶汽车的软件代码1000万行,微软视窗软件代码大致有2500万行,支持一架飞机飞行的所有软件代码约为1亿行,谷歌拥有的软件大约有20亿行代码。

  二是性能结构的优化。

  软件的进化正带来产品设计模式及产品性能结构的重大变化,传统的计算机辅助设计(CAD ,computer-aided design)正在向计算机主导设计(CAD,computer-automated design)演进。

  传统的产品结构设计主要依靠设计工程师的经验和水平,而现在计算机辅助设计,正在向计算机自动设计转变。设计仿真工具可根据产品的参数要求,通过不断的迭代优化,自动的给出产品结构的最佳方案,并结合材料技术和制造技术的变革制造出性能更加优秀的产品。

  欧特克(Autodesk)通过这一崭新模式为设计出具有内部晶格结构的零部件,节省材料节约成本,其为空客设计的仿生隔断比原来设计的重量轻45%。安世亚太创立了基于仿真和精密制造技术的工业再设计体系,通过创新优化设计结构,将数十个零部件简化为一个零件,实现了同等功能性能条件前提下装备产品质量15-60%的减重,绿色效益显著,产品性能也可能实现大幅提升。

  三是价值结构的再造。

  嵌入式系统融合产品体系中带来两个方面的重大调整,一是新产品开发中软件的研发投入越来越大、周期越来越长,新的软件代码不断嵌入到新产品中,软件在新产品成本结构的比重不断增加,程控交换机、移动基站等设备成本中嵌入式软件约占15%~20%;二是产品基于软件功能的增加带来了更高的价值,软件成为产品价值创造的重要来源。数控系统是工业母机机床的大脑,数控系统决定了机床运动控制、逻辑控制和人机交互等主要功能,数控系统给传统机床带来了十倍以上的增值,成为全球高端机床竞争力的焦点。

  未来越是复杂产品,软件代码将会越长,软件带来的增值会越大。因此,软件将在重构产品结构方面将发挥更大的作用,数据模型、知识库结合自动设计软件将打造出前所未有的产品结构,软件技术在产品中所占比重将持续增加,产品价值也越来越多的由软件体现,推动产品向价值链高端跃升。飞机作为复杂工业品代表,软件开发成本不断增加,飞机试飞中积累的知识和经验,不断提炼后融入飞机新的软件版本中,越来越多的客户也将愿意为由此产生的附加值买单。

  这一变革的背后是企业投入的软件化步伐加快,英特尔、高通、联发科技等芯片研发团队中60%是软件开发人员,爱立信、华为等通信企业研发人员中50%是软件开发人员,GE、西门子、博世等传统制造企业纷纷扩大软件开发团队,洛克希德?马丁不但是世界最大的防务合同商之一,也是世界上最大的软件公司之一,它编写的代码已经超过了微软。面对软件与制造业融合发展的趋势,无论是ICT还是制造企业,都需要积极应对变革可能带来的机遇和挑战。

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