隨著數(shù)字-智能技術(shù)的快速發(fā)展，軟件似乎在“定義”世界，當(dāng)然也“定義”制造。

「1. 定義之義」

數(shù)字比特的海洋似乎正在成為當(dāng)今世界的主題。越來越多的人相信，軟件定義世界，軟件定義一切。但對于很多從事制造業(yè)的人們而言，當(dāng)聽到軟件定義制造之類的話，總覺得類似表達(dá)是不是太極端了，有人甚至明確地表示不屑。從事機(jī)械、制造以及OT領(lǐng)域的一些專家學(xué)者對“軟件定義”之類的話多有排斥，亦事出有因。但只要我們略為細(xì)察，軟件的確已經(jīng)滲透到制造的方方面面，且成為其核心能力。只要看看今日智能產(chǎn)品和裝備中軟件之作用，就能領(lǐng)略其言之真。圖1是制造中所用到的部分軟件。

圖1 軟件支撐智能制造（提供：黃培）

軟件定義概念融入各個領(lǐng)域的同時正在不斷“泛化”，軟件定義正在向物理世界延伸。在“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”“工業(yè)4.0”和我國“制造強(qiáng)國戰(zhàn)略”的發(fā)展藍(lán)圖中，軟件定義將成為企業(yè)核心競爭力的戰(zhàn)略需要。伴隨著軟件定義的泛化與延伸，軟件將有望為物理實體定義新的功能、效能與邊界。

在制造中，軟件的作用越來越大。智能產(chǎn)品需要軟件；產(chǎn)品設(shè)計中結(jié)構(gòu)的創(chuàng)成需要軟件（如衍生式設(shè)計）；加工過程的控制、優(yōu)化需要軟件；管理調(diào)度優(yōu)化需要軟件；從采購到銷售的整個供應(yīng)鏈系統(tǒng)的優(yōu)化需要軟件……幾乎在制造的所有方面都離不開軟件。不妨把“軟件定義”的理念引申到制造中，但“定義”主要不是表現(xiàn)在“需要”，不是局限于應(yīng)用軟件后提高效率。而是若沒有軟件，產(chǎn)品的某些功能可能根本不存在；過程的高性能、高質(zhì)量無法達(dá)到；企業(yè)的目標(biāo)不可能實現(xiàn)；某些市場也可能不存在……現(xiàn)在可以回答，數(shù)字比特的海洋（軟件）能為制造下的定義：人力或傳統(tǒng)自動化不能實現(xiàn)的功能、性能、高質(zhì)量……

軟件定義制造：

? 如果軟件在制造系統(tǒng)的某些產(chǎn)品/過程中所發(fā)揮的作用是人力或傳統(tǒng)自動化不可企及的，則言產(chǎn)品/過程是軟件定義的；

? 如果軟件在制造中的關(guān)鍵作用是人力或傳統(tǒng)自動化不可企及的，則言軟件定義制造。

軟件定義制造，并非言所有的軟件都能定義制造。能定義制造的軟件主要是工業(yè)軟件，而非一般的IT軟件。工業(yè)軟件絕不是一般互聯(lián)網(wǎng)公司可以涉足的。僅就代碼行數(shù)而言，Windows軟件甚至不及某些復(fù)雜產(chǎn)品（如飛機(jī)）中用到的工業(yè)軟件。可見，工業(yè)軟件承載的是何等大尺度的工程量！工業(yè)軟件還不能容忍哪怕一點瑕疵，比如發(fā)射火箭，若控制火箭動作的軟件有某個細(xì)節(jié)不對，火箭立即失控。普通IT軟件則不然，如Windows軟件出錯，重啟系統(tǒng)不致有太大問題。工業(yè)軟件中沉淀了大量工廠場景數(shù)據(jù)、知識以及很多人的經(jīng)驗、才智。這就表明，軟件背后潛藏的人的經(jīng)驗、才智、數(shù)據(jù)、知識等定義了制造。另一方面，現(xiàn)在人工智能的發(fā)展已經(jīng)在局部領(lǐng)域超越人的智能，在制造中融入了人工智能的某些軟件（也需基于制造某個領(lǐng)域的知識）完全有可能在制造的特定方向超越人的能力，如感知、計算、推理能力等。這就是軟件有可能“定義”制造的技術(shù)背景。綜合而言，軟件定義制造的內(nèi)涵：

真正定義制造的是軟件中所沉淀的人的經(jīng)驗、知識、才智以及由數(shù)據(jù)驅(qū)動的人工智能等。

企業(yè)中也不是所有的實體或過程都是軟件定義的，之所以言軟件定義制造，是希望通過軟件創(chuàng)新實現(xiàn)人和傳統(tǒng)自動化都難以企及的某些功能和性能。也就是說：

軟件定義制造——反映了制造中的一種趨勢，一種期盼，一種境界。

「2. 軟件定義產(chǎn)品功能和性能」

軟件定義產(chǎn)品的功能和性能，主要表現(xiàn)在兩個方面：一是產(chǎn)品中由軟件定義的產(chǎn)品功能和性能；二是仿真軟件定義產(chǎn)品的功能和性能。

1）汽車與軟件

汽車軟件復(fù)雜性、廣泛性、對環(huán)境的適應(yīng)性上的需求越來越大,導(dǎo)致了汽車對軟件工程的特定要求。

(1)多媒體、信息通信、人機(jī)界面(HMI)：這類系統(tǒng)一般是軟實時的,并能夠通過事件離散或數(shù)據(jù)處理與車外的IT系統(tǒng)交換信息。

(2)人體/舒適軟件：由控制程序主導(dǎo)的典型軟實時、時間離散處理。

(3)安全電子系統(tǒng)的軟件：硬實時的、基于事件離散的、嚴(yán)格的安全需求。

(4)動力傳動系統(tǒng)和底盤控制軟件：硬實時的、控制算法主導(dǎo)的離散的事件處理，嚴(yán)格的可用性。

(5)基礎(chǔ)軟件：軟實時和硬實時,基于事件的軟件,對車輛的整個IT系統(tǒng)進(jìn)行管理，例如診斷軟件或軟件升級系統(tǒng)等。

時至今日，汽車的車載軟件已經(jīng)日漸增多。圖2是戴姆勒-克萊斯勒的汽車車載軟件示意圖。

圖2 汽車車載軟件（轉(zhuǎn)引自：趙敏）

隨著智能互聯(lián)、自動駕駛、電動汽車及共享出行的發(fā)展，軟件、計算能力和先進(jìn)傳感器正逐漸取代發(fā)動機(jī)的統(tǒng)治地位。與此同時，這些電子系統(tǒng)的復(fù)雜性也在提高。數(shù)字化汽車價值鏈上的所有企業(yè)均在嘗試從軟件和電子技術(shù)帶來的創(chuàng)新中獲利（見圖3）。軟件公司和其他數(shù)字技術(shù)企業(yè)正從目前的二、三級供應(yīng)商逐步成為整車企業(yè)的一級供應(yīng)商。他們超越了功能和應(yīng)用程序（APP）的范圍，進(jìn)一步涉足操作系統(tǒng)，加深在汽車“技術(shù)棧”中的參與度。同時，傳統(tǒng)的汽車電子系統(tǒng)一級供應(yīng)商正在大膽進(jìn)入IT巨頭所在的功能與應(yīng)用程序領(lǐng)域。

圖3 軟件推動汽車行業(yè)關(guān)鍵創(chuàng)新

2）軟件定義產(chǎn)品的功能

技術(shù)在發(fā)展，人們對汽車功能和性能的追求似乎沒有止境，近些年來，汽車行業(yè)對自動駕駛乃至無人駕駛的探索即是如此。自動駕駛及無人駕駛給汽車增加了諸多新的功能，幾乎所有的新功能都是靠軟件“定義”的。盡管功能的執(zhí)行需要硬件，但決策卻是軟件，正是在此意義上，軟件定義了那些新功能。現(xiàn)在的汽車中一般都有ECU（電子控制器單元），被有些人稱為“行車電腦”，其用途就是控制汽車的行駛狀態(tài)以及實現(xiàn)其各種功能。主要是利用各種傳感器、總線的數(shù)據(jù)采集與交換，來判斷車輛狀態(tài)以及司機(jī)的意圖并通過執(zhí)行器來操控汽車。ECU中又有很多軟件系統(tǒng)，如發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)（EMS）、自動變速箱控制單元（TCU）、車身電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)（ESP）、車輛行駛動力學(xué)調(diào)整系統(tǒng)（VDC）、豐田的車輛穩(wěn)定控制系統(tǒng)（VSC）、本田的車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（VSA）、寶馬的動態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)（DSC）等。不難看到，這個時代的汽車電子創(chuàng)新多數(shù)屬于軟件創(chuàng)新。至于汽車中那些五花八門的新功能，如娛樂、語音控制、汽車與手機(jī)的交互、遠(yuǎn)程解鎖、輔助駕駛、AR導(dǎo)航、自動泊車等，背后全是軟件支撐。從汽車的部分功能可以看出，軟件作用遠(yuǎn)不只是提高效率，要么產(chǎn)生新的功能，或者是行為邏輯判斷的決策者。因此，言軟件定義了汽車的新功能，則是言之有據(jù)了。

3）軟件定義產(chǎn)品性能

汽車的很多性能也取決于軟件。圖4是發(fā)動機(jī)燃油噴射控制，ECU中軟件設(shè)定兩種注油模式：“分層注油”和“均勻注油”。一個發(fā)動機(jī)，兩種油氣混合模式，用車載軟件很好地解決了低速和高速行駛的噴射供油問題。

圖4 發(fā)動機(jī)燃油噴射控制

4）嵌入式系統(tǒng)和軟件

很多智能產(chǎn)品中往往有嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)面向應(yīng)用，以ICT技術(shù)為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)硬件軟件的協(xié)同性與整合性，軟件與硬件可剪裁，以此滿足系統(tǒng)對功能、成本、體積和功耗等要求。而嵌入式軟件則是基于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的軟件，它也是計算機(jī)軟件的一種。應(yīng)用軟件是嵌入式系統(tǒng)中的上層軟件,它定義了嵌入式設(shè)備的主要功能和用途,并負(fù)責(zé)與用戶進(jìn)行交互。應(yīng)用軟件是嵌入式系統(tǒng)功能的體現(xiàn),如飛行控制軟件、手機(jī)軟件、MP３播放軟件、電子地圖軟件等,一般面向于特定的應(yīng)用領(lǐng)域。由于用戶在使用過程中對時間和精度上的要求,有些嵌入式應(yīng)用軟件需要特定嵌入式操作系統(tǒng)的支持。

5）軟件定義智能互聯(lián)產(chǎn)品

數(shù)字-智能時代產(chǎn)品的重要特性之一是智能互聯(lián)。原先單純由機(jī)械和電子部件組成的產(chǎn)品，現(xiàn)在已進(jìn)化為各種復(fù)雜的系統(tǒng)。硬件、傳感器、數(shù)據(jù)儲存裝置、微處理器和軟件，它們以多種多樣的方式組成新產(chǎn)品。請注意，智能互聯(lián)產(chǎn)品中真正的“智能”主要體現(xiàn)在其軟件上。互聯(lián)產(chǎn)品的基本組成是硬件加軟件，軟件包括內(nèi)嵌的操作系統(tǒng)、搭載的軟件應(yīng)用、用戶交互系統(tǒng)、或產(chǎn)品控制部件等。智能互聯(lián)產(chǎn)品的上一層可能是“云”，其中的應(yīng)用平臺含有執(zhí)行和開放應(yīng)用程序的開放環(huán)境，用戶可實現(xiàn)智能互聯(lián)應(yīng)用軟件的快速開發(fā)。

「3. 軟件定義加工生產(chǎn)」

加工生產(chǎn)當(dāng)然是最具“制造”特征的過程，也就是把原材料轉(zhuǎn)換成有用物品的基本物理或化學(xué)過程。智能工廠中，加工和生產(chǎn)的控制也是軟件“定義”的。

1）軟件定義加工

言加工，離不開工作母機(jī)（機(jī)床）。定義加工的軟件自然多與機(jī)床相關(guān)。移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)日新月異、飛速發(fā)展，這些技術(shù)進(jìn)步也為機(jī)床智能化、加工智能化提供了重大機(jī)遇。智能機(jī)床是利用自主感知獲取機(jī)床、加工、工況、環(huán)境有關(guān)的信息，通過自主學(xué)習(xí)與建模生成知識，并能應(yīng)用這些知識進(jìn)行自主優(yōu)化與決策，完成自主控制與執(zhí)行，實現(xiàn)加工制造過程的優(yōu)質(zhì)、高效、安全、可靠和低耗的多目標(biāo)優(yōu)化運行。圖5 是智能機(jī)床的示意圖。

圖5 智能機(jī)床示意圖

2）工控軟件定義工業(yè)過程控制

工控軟件的出現(xiàn)是伴隨計算機(jī)技術(shù)用于工業(yè)控制開始的,經(jīng)歷了用二進(jìn)制編碼、匯編語言、高級語言編程,進(jìn)而發(fā)展到組態(tài)軟件,以致今天的用AutoCAD直接采用標(biāo)準(zhǔn)的過程控制流程圖和電氣原理系統(tǒng)圖的組態(tài)軟件。盡管當(dāng)前許多自動化系統(tǒng)的工控軟件還是采用文本或?qū)Ｓ脠D形的組態(tài)方式，但無疑采用AutoCAD的工控軟件將成為工控軟件的主流。工控軟件的發(fā)展方向有如下特點：

（1）集順控、模擬量調(diào)節(jié)、計算功能為一體；

（2）全面采用AutoCAD編程技術(shù)；

（3）工控軟件與工廠信息化有機(jī)結(jié)合；

（4）工控軟件的通用化。

3) 軟件定義車間生產(chǎn)

離散制造業(yè)中車間生產(chǎn)呈現(xiàn)相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性，尤其是多品種中小批量的生產(chǎn)。圖6是某開關(guān)廠智能工廠信息流圖。可以看出，智能工廠/車間的信息數(shù)據(jù)交流非常復(fù)雜，工廠/車間的運行需要很多軟件系統(tǒng)支撐，如智能MES系統(tǒng)、智能物流系統(tǒng)、智能生產(chǎn)監(jiān)控中心、設(shè)備在線監(jiān)測與控制系統(tǒng)、智能運營管理平臺（包括ERP）、大數(shù)據(jù)分析平臺、PLM等。沒有這些軟件的支撐，再多的人力投入，工廠/車間只能在低水平運行。

圖6 某開關(guān)廠智能工廠/車間信息流圖（來源：朱海平）

「4. 軟件定義市場」

世紀(jì)之交，互聯(lián)網(wǎng)浪潮滾滾，沖擊著一些行業(yè)，沖擊著市場。但互聯(lián)網(wǎng)的效用，都需要靠軟件去實現(xiàn)。

1）軟件和互聯(lián)網(wǎng)定義市場

在20世紀(jì)末，年輕人杰夫·貝佐斯(Jeff Bezos)用30萬美元的啟動資金，在西雅圖郊區(qū)租來的車庫中創(chuàng)建了全美第一家網(wǎng)絡(luò)零售公司——Amazon(亞馬遜)公司。從一開始,亞馬遜就面臨著許多挑戰(zhàn)，其中最強(qiáng)大的就是來自傳統(tǒng)巨人巴諾書店的競爭。即使不想與之爭奪市場也不得不面對，因為巴諾書店絕不允許一個憑空產(chǎn)生的、“虛幻生存”的對手奪取了自己的市場。從另一個方面來說,這是一場傳統(tǒng)與現(xiàn)代的爭奪。在市場的爭奪中,亞馬遜的優(yōu)勢漸漸顯出。首先,亞馬遜是最便宜的書店之一,它天天都在打折,幾乎是舉世最大的折扣者,有高達(dá)30萬種以上的書目可以進(jìn)行購買折扣優(yōu)惠。其次，在亞馬遜網(wǎng)上購書,因為有強(qiáng)大的技術(shù)支持,一般3s之內(nèi)就可得到回應(yīng)，大大節(jié)省了顧客的時間。此外，相對于巴諾書店最多只能有25萬種不同的書目,在網(wǎng)絡(luò)上,亞馬遜可以拿出250萬種書目來。

貝佐斯的故事讓我們看到互聯(lián)網(wǎng)的神奇。但是，再深層次地觀察，軟件的力量甚為關(guān)鍵。

網(wǎng)站和數(shù)據(jù)庫的建立要靠軟件；網(wǎng)絡(luò)界面的人性化、舒適的視覺效果靠軟件實現(xiàn)；方便的選取服務(wù)也靠軟件體現(xiàn)……

軟件的這些作用，“定義”了在市場中被接受的程度。

2）軟件定義定制市場

產(chǎn)品個性化定制已成為制造業(yè)發(fā)展的重大需求。

青島紅領(lǐng)（現(xiàn)酷特）實現(xiàn)完全的服裝個性化定制。從產(chǎn)品個性化設(shè)計、生產(chǎn)、供應(yīng)鏈……的全生命周期需要諸多軟件支撐，如圖7所示。僅就實現(xiàn)個性化產(chǎn)品的智能研發(fā)，需要通過建設(shè)服裝版型數(shù)據(jù)庫、服裝工藝數(shù)據(jù)庫、服裝款式數(shù)據(jù)庫、服裝BOM數(shù)據(jù)庫、服裝管理數(shù)據(jù)庫與自動匹配規(guī)則庫。產(chǎn)品的裁剪裁片、產(chǎn)品工藝指導(dǎo)書、產(chǎn)品BOM都由系統(tǒng)智能生成，從而減少人工錯誤，提高產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)速度。相應(yīng)的各種管理，如研發(fā)、工藝、質(zhì)量、工作流、項目任務(wù)……均是軟件。

圖7 紅領(lǐng)產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)架構(gòu)

3）App定義市場

只要看看手機(jī)市場，就能明白App的作用。安裝在智能手機(jī)上的App軟件，能夠完善原始系統(tǒng)的不足與個性化。使手機(jī)功能更豐富，為用戶提供更好的使用體驗。現(xiàn)在世界主要的手機(jī)操作系統(tǒng)有：蘋果公司的iOS，谷歌公司的Android（安卓）系統(tǒng)。他們都有各自的App生態(tài)。

4）軟件定義用戶體驗

用戶體驗概念的內(nèi)涵之一是“以用戶為中心”,以用戶為中心的設(shè)計(UCD)是在設(shè)計過程中以用戶體驗為設(shè)計決策中心,強(qiáng)調(diào)用戶優(yōu)先的設(shè)計模式。用戶體驗的宗旨是滿足用戶需求并方便用戶使用，因此對用戶的研究和用戶需求的分析成為設(shè)計流程中的重要部分。

情感化界面設(shè)計很重要。理解用戶的情緒和情感,對于創(chuàng)造和再現(xiàn)用戶體驗是必要的。情感呵護(hù)體驗層面是指在用戶使用完軟件界面后,對使用經(jīng)歷產(chǎn)生的美好回憶、滿意度、品牌印象、價值認(rèn)同感等情感因素。情感化界面設(shè)計的終極追求和目標(biāo)是“使人愉悅”,這是設(shè)計情感化的思想價值所在。

軟件界面也是通過視覺元素組合,如文字、造型、色彩、材質(zhì)等,來向用戶傳遞設(shè)計理念和情感。如果設(shè)計中能融入用戶所渴望的情感,就能從視覺情感方面吸引用戶,這個設(shè)計也就有了生命。美好的界面設(shè)計體現(xiàn)的是軟件工作者的心境高度,喚醒的是人們從內(nèi)到外的美好感覺,是軟件工作者與用戶之間超時空心靈契合與心靈對話。

「5. 軟件定義企業(yè)能力」

實施智能制造的企業(yè)都會關(guān)注企業(yè)轉(zhuǎn)型，有的企業(yè)的轉(zhuǎn)型涉及到經(jīng)營模式、理念、產(chǎn)品戰(zhàn)略等。幾乎所有企業(yè)都要面臨的轉(zhuǎn)型則是能力轉(zhuǎn)型。企業(yè)若不能賦予自身新的能力，則很難應(yīng)對瞬息萬變的市場競爭。

如何讓軟件定義企業(yè)能力？這里僅粗線條地介紹企業(yè)軟件戰(zhàn)略的若干思考原則。

（1）圍繞企業(yè)目標(biāo)，即目標(biāo)使能；

（2）明確范疇；

（3）明晰軟件工作內(nèi)容；

（4）數(shù)據(jù)驅(qū)動；

（5）互聯(lián)集成；

（6）利用合適的工具，即工具使能；

（7）虛實融合；

（8）整體聯(lián)系。

來源：智造苑