安筱鵬

軟件視角的未來工業(yè)

安筱鵬

制造企業(yè)從自動化向智能化轉(zhuǎn)型，是要解決局部優(yōu)化到整體優(yōu)化的過程，智能制造的本質(zhì)是以數(shù)據(jù)的自動流動解決復(fù)雜系統(tǒng)的不確定性，提高資源配置效率。而軟件會在其中扮演重要的角色，軟件在支撐和定義智能制造。安筱鵬先從智能、集成、智能制造等多個角度，對新工業(yè)革命中的工業(yè)軟件進行了再認識；同時從產(chǎn)品、流程、生產(chǎn)方式、新型能力和產(chǎn)業(yè)生態(tài)等多個方面，對工業(yè)的未來制造進行了再定義，為我們描繪了一幅以“軟件定義”的智能制造的藍圖。

中國制造；新技術(shù)

在國務(wù)院發(fā)布的《中國制造2025》戰(zhàn)略里面提出，以新一代信息通信技術(shù)和制造業(yè)融合為主線，以智能制造為主要方向。今年國務(wù)院又出臺了一個文件《深化制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的指導(dǎo)意見》，在這個指導(dǎo)意見里面提出，強化軟件支撐和定義制造業(yè)的基礎(chǔ)性作用。

所以，我們從軟件的視角如何來看智能制造，我跟大家談兩個方面的體會。第一，認識新一輪工業(yè)革命中的軟件。要想認識軟件的地位和作用，就要認識什么是智能，什么是集成，什么是智能制造，什么是工業(yè)軟件。第二個是再定義，以工業(yè)軟件的視角看未來的制造。

新技術(shù)的發(fā)展帶來了很多新的熱詞、概念和技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、區(qū)塊鏈等等，層出不窮，我們能夠看到在這些新的概念的背后，支撐它的都有一個非常核心的關(guān)鍵的技術(shù)，就是軟件。有很多人在談物聯(lián)網(wǎng)，談云計算，但是很多時候我們對軟件的重視是不夠的。

就像新一輪產(chǎn)業(yè)變革中，我們看兩個最具有標(biāo)志性的公司，一個是西門子，一個是GE，GE說未來要把自己打造成為一個軟件公司，2020年成為全球十大軟件公司之一。

何來認識軟件的地位和作用呢？就像我剛才提到的，今年的28號文件提出，《深化制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的指導(dǎo)意見》提出強化軟件支撐和定義制造業(yè)的基礎(chǔ)性作用。如何來認識呢？

國務(wù)院發(fā)布的《中國制造2025》文件中提出了五大工程：制造業(yè)創(chuàng)新中心建設(shè)工程、綠色制造工程、智能制造工程、高端裝備創(chuàng)新工程，還有工業(yè)強基工程(四基)：基礎(chǔ)材料、基礎(chǔ)零部件元器件、基礎(chǔ)工藝、產(chǎn)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)。對于智能制造來說，我們需要補制造業(yè)的“新四基”：“一硬”、“一軟”，“一網(wǎng)”，“一云”?！耙挥病笔侵悄艿母兄吞幚?，要有高性能、低成本、高可靠的傳感器和處理器作為支撐，“一軟”是核心工業(yè)軟件，“一網(wǎng)”是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，“一云”是工業(yè)云和智能服務(wù)平臺。這是和智能制造密切相關(guān)的。

什么是智能制造？我們首先理解什么是智能，智能可以認為是四大要素和五大環(huán)節(jié)，從智能制造的角度來看，我們需要對制造系統(tǒng)的物理對象——人、機、物進行感知，感知以后要實施分析，分析以后根據(jù)我們的期望值進行對比、分析，對比以后做科學(xué)決策，決策以后做執(zhí)行。狀態(tài)的感知、實時的分析、科學(xué)的決策和精準(zhǔn)的執(zhí)行，這樣的一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)跟剛才說的新四基相關(guān)，要想對物質(zhì)世界進行感知，我們需要自動控制技術(shù)，需要傳感技術(shù)，也需要對采集的數(shù)據(jù)進行深入實時的分析，分析以后也需要工業(yè)云和大數(shù)據(jù)的處理平臺。這些需要在不同的機器和系統(tǒng)之間互聯(lián)互通。

所以智能的狀態(tài)感知、實時分析、科學(xué)決策、精準(zhǔn)執(zhí)行需要我們在技術(shù)上有感知、軟件、工業(yè)云、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。如果說我們把智能的最小單元做一個定義的話，它事實上是散布在智能制造系統(tǒng)的方方面面。這個最小單元可以用這樣一個符號顯示，這個符號會成為我們的智能機器，成為一個智能生產(chǎn)線，在計劃生產(chǎn)調(diào)度中也是一個最小的單元。

這些智能單元在企業(yè)內(nèi)部的縱向系統(tǒng)集成組成了一個企業(yè)局部的系統(tǒng)，從單一的系統(tǒng)構(gòu)建成一個局部的系統(tǒng)。當(dāng)然，企業(yè)的系統(tǒng)需要跟上下游的企業(yè)進行系統(tǒng)的互聯(lián)互通互操作，構(gòu)建一個復(fù)雜的系統(tǒng)、產(chǎn)業(yè)鏈的系統(tǒng)，最后構(gòu)建一個生態(tài)。不僅僅是向產(chǎn)業(yè)鏈上下游開放，要向整個社會開放自己的資源，構(gòu)建一個復(fù)雜的巨系統(tǒng)。智能是從小系統(tǒng)、單一系統(tǒng)構(gòu)建成一個局部系統(tǒng)，從局部系統(tǒng)構(gòu)建成復(fù)雜系統(tǒng)，到最后構(gòu)建成一個巨系統(tǒng)的過程。

從這個角度來講，什么是集成？集成的本質(zhì)就是對制造資源優(yōu)化范圍、領(lǐng)域深度的描述，從自動化到智能化，就是從局部優(yōu)化到全局優(yōu)化的過程

在時間上優(yōu)化只有起點沒有終點，空間上參與優(yōu)化的資源是沿著點，從機器、智能生產(chǎn)線、控制系統(tǒng)、制造執(zhí)行系統(tǒng)，再到整個的企業(yè)內(nèi)部系統(tǒng)，到整個產(chǎn)業(yè)鏈，到整個的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，是沿著點、線、面、大系統(tǒng)、巨系統(tǒng)的方向不斷的擴展。當(dāng)然，自動化是單點的、低水平的，有限的資源優(yōu)化。智能化是多點的，高水平的，全局的資源優(yōu)化。所謂集成的過程就是對制造過程的范圍領(lǐng)域不斷的深化的過程。

在幾年前曾經(jīng)對幾萬家企業(yè)做了一些工作，評估企業(yè)兩化融合的水平，之后我們有了一個結(jié)論，就是：企業(yè)的信息化投入和企業(yè)信息化的收益之間并不是一個線性的關(guān)系，企業(yè)信息化的收益只有他邁過了集成創(chuàng)新階段之后才會呈現(xiàn)指數(shù)化的增長，企業(yè)的系統(tǒng)是不斷集成的，當(dāng)集成的數(shù)量只有達到某一個臨界點之后，他的收益才會呈現(xiàn)指數(shù)化的增長。

文中利用可變尺度池化和雙線性插值的思想重新設(shè)計了輸入層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，解決了第一個問題，使得輸入不同輸入尺寸的圖片，可以得到固定的輸出尺寸。同時通過把訓(xùn)練集中不同尺寸的輸入圖片，根據(jù)尺寸大小分批次分階段送入網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練，使得每次送入網(wǎng)絡(luò)的輸入尺寸是一樣的，這樣就解決了訓(xùn)練的問題。實驗結(jié)果表明，在卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中加入該結(jié)構(gòu)，可以很好的提升模型的性能，消減了輸入圖片裁剪，縮放對模型性能的影響。尺寸可變網(wǎng)絡(luò)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

什么是智能制造？智能制造就是以數(shù)據(jù)的自動流動解決復(fù)雜系統(tǒng)的不確定性、多樣性，提高資源配置效率。我們知道，個性化定制是未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向，但是個性化定制帶來了企業(yè)生產(chǎn)的一系列的挑戰(zhàn)、一系列的問題，因為制造的產(chǎn)品越來越多，工藝越來越復(fù)雜，需求越來越復(fù)雜。成本如何解決，質(zhì)量如何解決，交貨期如何解決，這些問題帶來了企業(yè)生產(chǎn)的復(fù)雜性、多樣性和不確定性。而智能制造所要解決的問題就是解決企業(yè)由于個性化定制，由于生產(chǎn)本身的復(fù)雜性所帶來的不確定性和多樣性。

數(shù)據(jù)如何實現(xiàn)流動呢？有兩個非常重要的方面，一個是數(shù)據(jù)的及時性、準(zhǔn)確性、完整性，第二個是背后的算法的科學(xué)性、先進性和有效性。我們只有能夠?qū)崿F(xiàn)了數(shù)據(jù)的及時性、準(zhǔn)確性、完整性，算法的科學(xué)性、先進性和有效性，把數(shù)據(jù)不斷的輸入，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的流動，才能解決復(fù)雜制造系統(tǒng)的不確定性，這個需要我們網(wǎng)絡(luò)的集成，軟件的集成和數(shù)據(jù)的集成。在集成的過程中，我們需要把生產(chǎn)系統(tǒng)中的隱性數(shù)據(jù)顯性化，只有這樣，把大量的隱性數(shù)據(jù)不斷的采集、匯聚、加工，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的及時性、完整性和準(zhǔn)確性，只有把隱性知識的顯性化，對工業(yè)研發(fā)技術(shù)、生產(chǎn)工藝、業(yè)務(wù)流程、員工技能等知識的邏輯化、數(shù)字化和模型化，使得大量隱性工業(yè)知識被固化在各類軟件和信息系統(tǒng)中，把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為信息，信息轉(zhuǎn)化為知識，知識轉(zhuǎn)化為決策，決策不斷的優(yōu)化，提高資源配置的效率。

從這個角度來說，什么是軟件？軟件是系統(tǒng)運行的代碼化，軟件的作用是構(gòu)建數(shù)據(jù)流動的規(guī)則體系。智能制造背后的邏輯也在于建了一套賽博空間和物理空間的閉環(huán)賦能體系，CPS的核心是軟件。我們需要再看看在智能制造發(fā)展的過程中，軟件到底扮演了什么角色。就像文件中說的，軟件在支撐和定義智能制造。因為它在定義產(chǎn)品，在定義企業(yè)的流程，在定義生產(chǎn)方式，在定義企業(yè)的新型能力，也在定義產(chǎn)業(yè)的生態(tài)。

軟件在定義產(chǎn)品的功能。我們說，IOT時代正在到來，標(biāo)志是產(chǎn)品功能演化為四個模塊，動力部件、執(zhí)行部件、智能部件、互聯(lián)部件，軟件在定義這樣的基本功能，使得未來的智能產(chǎn)品可以監(jiān)測、可以控制、可以優(yōu)化，產(chǎn)品的功能靈活性、易擴展性、安全性、可管理性都是通過軟件實現(xiàn)的。這樣的演進，產(chǎn)品形態(tài)和功能的演進已經(jīng)經(jīng)過了三十多年，最初是上世紀(jì)八十年代的計算機，軟件定義計算機的功能，2006年我們業(yè)界提出軟件定義網(wǎng)絡(luò)，軟件定義存儲，軟件定義服務(wù)器，定義數(shù)據(jù)中心。手機的出現(xiàn)是軟件定義的另一個里程碑事件，不僅僅如此，戰(zhàn)斗機、特斯拉汽車等等，所有的這些高度智能化的產(chǎn)品和功能越來越取決于軟件功能是否強大。

軟件在定義產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的基本邏輯是把通用的功能硬件化，把可變的部分軟件化，在重構(gòu)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，優(yōu)化產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)，也在重構(gòu)產(chǎn)業(yè)的價值鏈，產(chǎn)品的價值鏈，使產(chǎn)品從低端向高端躍升的重要組成部分。軟件也在定義企業(yè)的流程。這個流程首先體現(xiàn)在研發(fā)流程，過去研發(fā)是沿著需求，研發(fā)設(shè)計、工業(yè)設(shè)計、原材料采購、生產(chǎn)制造這樣一個線性的方式走的，新的軟件平臺和工具的出現(xiàn)，把我們的工藝、銷售、生產(chǎn)、采購、研發(fā)，從串型轉(zhuǎn)變成了并行，過去的研發(fā)是基于功能、性能的研發(fā)，現(xiàn)在的研發(fā)是基于產(chǎn)品的可生產(chǎn)性、物料的可采購性。本質(zhì)上是從局部資源的優(yōu)化到全局優(yōu)化的過程。

軟件也在定義著企業(yè)的管理流程，企業(yè)的生產(chǎn)組織方式也在變革，很多企業(yè)把垂直的管理方式演變成平臺化的組織管理方式，企業(yè)正在成為一個賦能平臺，很多的部門在轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€自組織，決策單元小型化、自主化、靈活化，就像華為的任總說的，讓聽見炮聲的人去決策。企業(yè)的邊界在哪里？組成企業(yè)最基本的單元在向什么方向演進？因為自組織單元正成為企業(yè)的基本細胞，他們自我決策、自我激勵。

軟件也在定義企業(yè)的生產(chǎn)方式。最重要的標(biāo)志是實體制造和虛擬制造的融合，軟件在重構(gòu)傳統(tǒng)的設(shè)計制造、測試、再設(shè)計的流程。軟件正在推動實現(xiàn)研發(fā)設(shè)計仿真、測試、制造在虛擬空間完成之后再到實體空間生產(chǎn)和制造。所以，軟件推動了制造業(yè)的生產(chǎn)范式的遷移，就是以快速迭代、持續(xù)優(yōu)化、數(shù)據(jù)驅(qū)動重建制造效率、成本和質(zhì)量。從未來制造業(yè)的發(fā)展趨勢來說，會經(jīng)歷三個階段，局部的虛擬制造、靜態(tài)的虛擬制造和動態(tài)的虛擬制造。所謂局部的虛擬制造是在單機設(shè)備、單個環(huán)節(jié)、單一場景中的虛擬化應(yīng)用。帶來的是局部的效率提升。而靜態(tài)的虛擬制造以周或者天為周期，流程工業(yè)以批次為中心，對下一個周期的工業(yè)生產(chǎn)進行優(yōu)化，動態(tài)的虛擬制造是能夠?qū)崿F(xiàn)人員、機器、物料、工藝、環(huán)境、產(chǎn)品等各種生產(chǎn)要素在虛擬世界完整、實時、動態(tài)的響應(yīng)。當(dāng)然，對很多企業(yè)來說，我們現(xiàn)在仍然處于局部的虛擬制造階段，對于靜態(tài)的虛擬制造可能有個別的企業(yè)，比如西門子，他們在探索，在實驗，真正的實現(xiàn)靜態(tài)的虛擬制造還有很長的路要走。

前一段時間，有一個小企業(yè)的董事長碰到我，說把紅領(lǐng)作為智能制造的典型，我們?nèi)タ戳?，看了以后非常失望，為什么失望呢？因為沒有他想看到的機器人和數(shù)控機床，有的是一個傳統(tǒng)的工人在手工制作個性化的西服，他說我看不出它的智能制造智能在什么地方。這也引起了我們的思考，去工廠參觀的時候，它是典型的勞動密集型的生產(chǎn)場景，這個董事長說紅領(lǐng)和富士康沒什么區(qū)別，甚至趕不上富士康，為什么呢？

我想了想，自動化有兩種，一個是看得見的自動化，數(shù)控機床、機器人等等，還有一種自動化是看不見的自動化，就是我講的數(shù)據(jù)流動的自動化，紅領(lǐng)更多的探索是數(shù)據(jù)在企業(yè)內(nèi)部的流動，從采集了18個部位、22個指標(biāo)以后，這個數(shù)據(jù)如何在內(nèi)部流動，而且是在沒有人為干預(yù)的流動，這種流動的方式我們可以是打電話，可以是傳真，可以是EXCEL，可以是U盤，可以是光盤，這些都是需要人為的干預(yù)，而我們推動智能制造是需要這些沒有人為的干預(yù)。

根據(jù)對5萬家企業(yè)開展的評估，對企業(yè)內(nèi)部信息能否實現(xiàn)在產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計上實現(xiàn)數(shù)據(jù)打通的大概占45%，能夠在產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、生產(chǎn)過程控制打通的占36%，而在產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、生產(chǎn)過程、產(chǎn)品維護等幾個環(huán)節(jié)可以打通的只有18.7%。而在橫向上，采購管理和生產(chǎn)管理能夠打通的有29%，生產(chǎn)管理和銷售管理能夠打通的有17%。從企業(yè)的生產(chǎn)管理來看，生產(chǎn)制造和機器設(shè)備的互聯(lián)互通來說，生產(chǎn)計劃指令自動下達的企業(yè)占39%，生產(chǎn)調(diào)度計劃能夠自動下達給機器設(shè)計的占45%；數(shù)據(jù)能夠上傳的占47%，生產(chǎn)制造數(shù)據(jù)上傳給經(jīng)營管理的只有24%。這只是說實現(xiàn)了集成，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)，軟件、數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通和操作，當(dāng)然，要真正實現(xiàn)各個環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的打通，而且實現(xiàn)自動的流動是非常難的。

軟件定義的新型能力。我們回顧一下世紀(jì)之初的時候，美國有一次非常重要的爭論，美國《哈佛商業(yè)評論》的主編卡爾在2003年的5月份發(fā)表了一篇文章，“IT無關(guān)緊要”，這個觀點受到了很多人的反駁，比如比爾蓋茨、韋爾奇等等。這位一不做二不休，后來出了一本書，2009年的時候，他把這個觀點進行了升級，他說“IT仍然沒有用”(IT still doesn't matter)。他在講一件什么事情呢，他說，如果說信息通信技術(shù)像你們講的，是云計算，那這個像自來水、用電一樣可以打開水龍頭就可以獲取的話，那么新一代通信技術(shù)對于企業(yè)獲取競爭優(yōu)勢沒有多大意義。當(dāng)然，卡爾有兩個假設(shè)，他說有兩個前提是錯誤的，第一，信息化是否都可以買來，有些可以買來，有些買不來，第二個，信息化是否有終點，只有起點沒有終點，但是卡爾給我們提出了一個思考問題的角度，這個角度就是，IT系統(tǒng)對于一個企業(yè)能否超越你的競爭對手是否有用？

換句話說，信息化要從企業(yè)的競爭能力的視角觀察，我們在推動兩化融合管理體系貫標(biāo)過程中，很多企業(yè)都提出了要打造什么什么能力，但是不同的企業(yè)在不同的技術(shù)背景下都會構(gòu)筑新型能力，從規(guī)?；a(chǎn)能力構(gòu)建起個性化的定制能力，從渠道建設(shè)能力演變成對客戶需求的實時感知、響應(yīng)和服務(wù)的能力，從成本控制能力演變成精細的成本管控能力，從制造能力演變成在線診斷到新的服務(wù)型制造的能力，對有些領(lǐng)軍企業(yè)還要構(gòu)建產(chǎn)業(yè)的生態(tài)能力。

我記得，去年我來江蘇的時候，開了一個座談會，其中一家酒廠的董事長說，我過去思考的問題是我怎么服務(wù)好全國三十幾個一級代理商，現(xiàn)在我晚上經(jīng)常思考的問題變了，我晚上經(jīng)常思考的問題是每天晚上喝我們酒的人是什么人，是一線城市多，還是二線城市多，是年齡大的人多還是年輕人多，有什么樣的購買能有什么樣的喜好。這個互聯(lián)網(wǎng)思維就體現(xiàn)了，他在思考什么呢？在思考如何把一級代理商渠道建設(shè)能力演變成對客戶需求的實時感知、響應(yīng)和服務(wù)的能力。 而在企業(yè)新型能力的構(gòu)建過程中，無論是研發(fā)、生產(chǎn)、供應(yīng)鏈、銷售服務(wù)，每一個環(huán)節(jié)，人們都在發(fā)揮核心作用，我們可以觀察紅領(lǐng)，這樣的傳統(tǒng)企業(yè)都有一批軟件研發(fā)人員，背后是企業(yè)新型能力的表現(xiàn)形式。所以，對于兩化融合，對于智能制造來說，我們需要把軟件、設(shè)備、流程、管理變革，最終轉(zhuǎn)化為企業(yè)的新型能力，我們將供給側(cè)的結(jié)構(gòu)性改革，講新技術(shù)、新產(chǎn)品、新業(yè)態(tài)，培育新的動力，落實到企業(yè)層面上就是企業(yè)新舊能力的更替。

回到卡爾說的，IT有沒有用？重要的不是你做了什么？而是你比競爭對手多做了什么？重要的不是你做了什么？重要的是你的客戶感受到了什么。最后，軟件也在定義產(chǎn)業(yè)的生態(tài)，這個生態(tài)就像三十年前的Wintel體系，像十年前的IOS體系，安卓體系，未來的智能制造也在形成一個新的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，GE、西門子、因特爾等等，這些企業(yè)都在構(gòu)建自己基于數(shù)據(jù)的采集、設(shè)備的互聯(lián)、工業(yè)軟件、大數(shù)據(jù)的分析等，就像我剛才說的，一硬、一軟、一網(wǎng)、一云，最終構(gòu)建的就是一個智能制造的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

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(作者為工信部信息化和軟件服務(wù)業(yè)司副司長)