隨著數字-智能技術的快速發展，軟件似乎在“定義”世界，當然也“定義”制造。

「1. 定義之義」

數字比特的海洋似乎正在成為當今世界的主題。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的人們而言，當聽到軟件定義制造之類的話，總覺得類似表達是不是太極端了，有人甚至明確地表示不屑。從事機械、制造以及OT領域的一些專家學者對“軟件定義”之類的話多有排斥，亦事出有因。但只要我們略為細察，軟件的確已經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品和裝備中軟件之作用，就能領略其言之真。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“工業互聯網”“工業4.0”和我國“制造強國戰略”的發展藍圖中，軟件定義將成為企業核心競爭力的戰略需要。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。智能產品需要軟件；產品設計中結構的創成需要軟件（如衍生式設計）；加工過程的控制、優化需要軟件；管理調度優化需要軟件；從采購到銷售的整個供應鏈系統的優化需要軟件……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”主要不是表現在“需要”，不是局限于應用軟件后提高效率。而是若沒有軟件，產品的某些功能可能根本不存在；過程的高性能、高質量無法達到；企業的目標不可能實現；某些市場也可能不存在……現在可以回答，數字比特的海洋（軟件）能為制造下的定義：人力或傳統自動化不能實現的功能、性能、高質量……

軟件定義制造：

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

? 如果軟件在制造中的關鍵作用是人力或傳統自動化不可企及的，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軟件，而非一般的IT軟件。工業軟件絕不是一般互聯網公司可以涉足的。僅就代碼行數而言，Windows軟件甚至不及某些復雜產品（如飛機）中用到的工業軟件?？梢?，工業軟件承載的是何等大尺度的工程量！工業軟件還不能容忍哪怕一點瑕疵，比如發射火箭，若控制火箭動作的軟件有某個細節不對，火箭立即失控。普通IT軟件則不然，如Windows軟件出錯，重啟系統不致有太大問題。工業軟件中沉淀了大量工廠場景數據、知識以及很多人的經驗、才智。這就表明，軟件背后潛藏的人的經驗、才智、數據、知識等定義了制造。另一方面，現在人工智能的發展已經在局部領域超越人的智能，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”制造的技術背景。綜合而言，軟件定義制造的內涵：

真正定義制造的是軟件中所沉淀的人的經驗、知識、才智以及由數據驅動的人工智能等。

企業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，是希望通過軟件創新實現人和傳統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. 軟件定義產品功能和性能」

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

1）汽車與軟件

汽車軟件復雜性、廣泛性、對環境的適應性上的需求越來越大,導致了汽車對軟件工程的特定要求。

(1)多媒體、信息通信、人機界面(HMI)：這類系統一般是軟實時的,并能夠通過事件離散或數據處理與車外的IT系統交換信息。

(2)人體/舒適軟件：由控制程序主導的典型軟實時、時間離散處理。

(3)安全電子系統的軟件：硬實時的、基于事件離散的、嚴格的安全需求。

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

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

時至今日，汽車的車載軟件已經日漸增多。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（轉引自：趙敏）

隨著智能互聯、自動駕駛、電動汽車及共享出行的發展，軟件、計算能力和先進傳感器正逐漸取代發動機的統治地位。與此同時，這些電子系統的復雜性也在提高。數字化汽車價值鏈上的所有企業均在嘗試從軟件和電子技術帶來的創新中獲利（見圖3）。軟件公司和其他數字技術企業正從目前的二、三級供應商逐步成為整車企業的一級供應商。他們超越了功能和應用程序（APP）的范圍，進一步涉足操作系統，加深在汽車“技術?！敝械膮⑴c度。同時，傳統的汽車電子系統一級供應商正在大膽進入IT巨頭所在的功能與應用程序領域。

圖3 軟件推動汽車行業關鍵創新

2）軟件定義產品的功能

技術在發展，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以及實現其各種功能。主要是利用各種傳感器、總線的數據采集與交換，來判斷車輛狀態以及司機的意圖并通過執行器來操控汽車。ECU中又有很多軟件系統，如發動機管理系統（EMS）、自動變速箱控制單元（TCU）、車身電子穩定控制系統（ESP）、車輛行駛動力學調整系統（VDC）、豐田的車輛穩定控制系統（VSC）、本田的車輛穩定性控制系統（VSA）、寶馬的動態穩定控制系統（DSC）等。不難看到，這個時代的汽車電子創新多數屬于軟件創新。至于汽車中那些五花八門的新功能，如娛樂、語音控制、汽車與手機的交互、遠程解鎖、輔助駕駛、AR導航、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，軟件作用遠不只是提高效率，要么產生新的功能，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，則是言之有據了。

3）軟件定義產品性能

汽車的很多性能也取決于軟件。圖4是發動機燃油噴射控制，ECU中軟件設定兩種注油模式：“分層注油”和“均勻注油”。一個發動機，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 發動機燃油噴射控制

4）嵌入式系統和軟件

很多智能產品中往往有嵌入式系統。嵌入式系統面向應用，以ICT技術為基礎，強調硬件軟件的協同性與整合性，軟件與硬件可剪裁，以此滿足系統對功能、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設計的軟件，它也是計算機軟件的一種。應用軟件是嵌入式系統中的上層軟件,它定義了嵌入式設備的主要功能和用途,并負責與用戶進行交互。應用軟件是嵌入式系統功能的體現,如飛行控制軟件、手機軟件、MP３播放軟件、電子地圖軟件等,一般面向于特定的應用領域。由于用戶在使用過程中對時間和精度上的要求,有些嵌入式應用軟件需要特定嵌入式操作系統的支持。

5）軟件定義智能互聯產品

數字-智能時代產品的重要特性之一是智能互聯。原先單純由機械和電子部件組成的產品，現在已進化為各種復雜的系統。硬件、傳感器、數據儲存裝置、微處理器和軟件，它們以多種多樣的方式組成新產品。請注意，智能互聯產品中真正的“智能”主要體現在其軟件上?；ヂ摦a品的基本組成是硬件加軟件，軟件包括內嵌的操作系統、搭載的軟件應用、用戶交互系統、或產品控制部件等。智能互聯產品的上一層可能是“云”，其中的應用平臺含有執行和開放應用程序的開放環境，用戶可實現智能互聯應用軟件的快速開發。

「3. 軟件定義加工生產」

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

1）軟件定義加工

言加工，離不開工作母機（機床）。定義加工的軟件自然多與機床相關。移動互聯網、大數據、云計算、物聯網等新一代信息技術日新月異、飛速發展，這些技術進步也為機床智能化、加工智能化提供了重大機遇。智能機床是利用自主感知獲取機床、加工、工況、環境有關的信息，通過自主學習與建模生成知識，并能應用這些知識進行自主優化與決策，完成自主控制與執行，實現加工制造過程的優質、高效、安全、可靠和低耗的多目標優化運行。圖5 是智能機床的示意圖。

圖5 智能機床示意圖

2）工控軟件定義工業過程控制

工控軟件的出現是伴隨計算機技術用于工業控制開始的,經歷了用二進制編碼、匯編語言、高級語言編程,進而發展到組態軟件,以致今天的用AutoCAD直接采用標準的過程控制流程圖和電氣原理系統圖的組態軟件。盡管當前許多自動化系統的工控軟件還是采用文本或專用圖形的組態方式，但無疑采用AutoCAD的工控軟件將成為工控軟件的主流。工控軟件的發展方向有如下特點：

（1）集順控、模擬量調節、計算功能為一體；

（2）全面采用AutoCAD編程技術；

（3）工控軟件與工廠信息化有機結合；

（4）工控軟件的通用化。

3) 軟件定義車間生產

離散制造業中車間生產呈現相當的復雜性，尤其是多品種中小批量的生產。圖6是某開關廠智能工廠信息流圖?？梢钥闯?，智能工廠/車間的信息數據交流非常復雜，工廠/車間的運行需要很多軟件系統支撐，如智能MES系統、智能物流系統、智能生產監控中心、設備在線監測與控制系統、智能運營管理平臺（包括ERP）、大數據分析平臺、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」

世紀之交，互聯網浪潮滾滾，沖擊著一些行業，沖擊著市場。但互聯網的效用，都需要靠軟件去實現。

1）軟件和互聯網定義市場

在20世紀末，年輕人杰夫·貝佐斯(Jeff Bezos)用30萬美元的啟動資金，在西雅圖郊區租來的車庫中創建了全美第一家網絡零售公司——Amazon(亞馬遜)公司。從一開始,亞馬遜就面臨著許多挑戰，其中最強大的就是來自傳統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,這是一場傳統與現代的爭奪。在市場的爭奪中,亞馬遜的優勢漸漸顯出。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30萬種以上的書目可以進行購買折扣優惠。其次，在亞馬遜網上購書,因為有強大的技術支持,一般3s之內就可得到回應，大大節省了顧客的時間。此外，相對于巴諾書店最多只能有25萬種不同的書目,在網絡上,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網的神奇。但是，再深層次地觀察，軟件的力量甚為關鍵。

網站和數據庫的建立要靠軟件；網絡界面的人性化、舒適的視覺效果靠軟件實現；方便的選取服務也靠軟件體現……

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

產品個性化定制已成為制造業發展的重大需求。

青島紅領（現酷特）實現完全的服裝個性化定制。從產品個性化設計、生產、供應鏈……的全生命周期需要諸多軟件支撐，如圖7所示。僅就實現個性化產品的智能研發，需要通過建設服裝版型數據庫、服裝工藝數據庫、服裝款式數據庫、服裝BOM數據庫、服裝管理數據庫與自動匹配規則庫。產品的裁剪裁片、產品工藝指導書、產品BOM都由系統智能生成，從而減少人工錯誤，提高產品設計研發速度。相應的各種管理，如研發、工藝、質量、工作流、項目任務……均是軟件。

圖7 紅領產品全生命周期管理系統架構

3）App定義市場

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

4）軟件定義用戶體驗

用戶體驗概念的內涵之一是“以用戶為中心”,以用戶為中心的設計(UCD)是在設計過程中以用戶體驗為設計決策中心,強調用戶優先的設計模式。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計流程中的重要部分。

情感化界面設計很重要。理解用戶的情緒和情感,對于創造和再現用戶體驗是必要的。情感呵護體驗層面是指在用戶使用完軟件界面后,對使用經歷產生的美好回憶、滿意度、品牌印象、價值認同感等情感因素。情感化界面設計的終極追求和目標是“使人愉悅”,這是設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、材質等,來向用戶傳遞設計理念和情感。如果設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,這個設計也就有了生命。美好的界面設計體現的是軟件工作者的心境高度,喚醒的是人們從內到外的美好感覺,是軟件工作者與用戶之間超時空心靈契合與心靈對話。

「5. 軟件定義企業能力」

實施智能制造的企業都會關注企業轉型，有的企業的轉型涉及到經營模式、理念、產品戰略等。幾乎所有企業都要面臨的轉型則是能力轉型。企業若不能賦予自身新的能力，則很難應對瞬息萬變的市場競爭。

如何讓軟件定義企業能力？這里僅粗線條地介紹企業軟件戰略的若干思考原則。

（1）圍繞企業目標，即目標使能；

（2）明確范疇；

（3）明晰軟件工作內容；

（4）數據驅動；

（5）互聯集成；

（6）利用合適的工具，即工具使能；

（7）虛實融合；

（8）整體聯系。

來源：智造苑