关于工业软件之工业属性的思考和探讨

2023-02-25赵敏杨春晖

新型工业化 2023年9期

赵敏杨春晖

（1.走向智能研究院，北京 100083；2.工业和信息化部电子第五研究所，广东广州 511370；3.工业软件工程化与应用技术工业和信息化部重点实验室，广东广州 511370）

随着新一代信息通信技术的发展，工业软件、工业APP、工业互联网、工业通信、工业操作系统、工业大数据、工业元宇宙等名词如雨后春笋般涌现。这些软件和系统一般可划分为基础、工具、平台等类别，都具有一个共同的身份——工业，均冠之以“工业”名义并与工业软件相伴相生。这种源自工业的、与生俱来的、标签化的、区别于其他事物的特征或性质，称为工业属性。

一、对工业属性的定义

工业属性目前并没有明确定义，工业软件的“工业属性”更是缺乏研究，没有明确界定。加强对工业属性的分析研究，准确识别工业软件的工业属性，弥补该知识点空缺，对于工业整体高质量发展十分必要。但是如何定义工业软件的工业属性？本文认为可以从属性、工业内涵和范畴、工业软件构成等方面分析和定义工业软件的工业属性。属性一般指实体的本性，即实体本质方面的特性[1]。在《辞海》和多种“百科”释义中，属性就是人类对于一个对象抽象方面的刻画。人们通常把一个事物的性质与关系，都叫作事物的属性。按照上述定义，人们可以把工业属性理解为工业的性质与关系。

工业是采掘自然物质资源和对工农业生产的原材料进行加工或再加工的社会生产部门。它为国民经济其他部门提供生产资料和消费资料，为人民提供日用工业品。工业可分为采掘工业和加工工业，又可分为重工业和轻工业。

工业软件[2]是工业技术和信息技术融合发展的产物，是发展工业的超级工具，是实现新型工业化的“软装备”，是一种特殊的工业品。工业软件是工业技术软件化的结果，是面向特定场景的工业技术和知识、经验、技术诀窍、流程的程序化封装与复用，能够在数字空间和物理空间定义工业产品和生产设备的形状、结构，控制其运动状态，预测其变化规律，优化制造和管理流程，变革生产方式，提升全要素生产率，是现代工业的“灵魂”。

工业软件具有诸如工业属性、软件属性、数字资产属性、交易属性等多种属性。工业属性是工业软件所独有的关键、核心、高维度属性，没有工业属性的软件将会降维成“计算器”。工业属性既蕴含在表达工业机理的数理化方程、专业知识、经验、诀窍、生产运营过程的最佳数据、算法、标准、流程之中，也蕴含在输入工业软件的、带有生产现场时空背景的数据以及从工业软件输出到工业终端、精准控制其显示或动作的数据之中。

综上所述，工业软件必然具有工业属性，具有工业属性的软件是工业软件。二者互为充要条件。

二、工业属性概念辨析

（一）工业分类

国家原质检总局、国家标准委发布的GB/T 4754—2017《国民经济行业分类》[3]中规定，工业可以分为采矿业、制造业、能源业（电力、热力、燃气及水生产和供应业）三大门类，每个门类下面有逐渐细分的大类、中类、小类。三大工业门类共计包含了41 大类、207 中类、666 小类的工业分类（以下简称“41-207-666”）。这是国家标准定义的工业基本构成。从工业基本构成可以认识到，凡是包含在“41-207-666”中的生产要素或生产系统，都具有工业基本性质，归属于工业。

由此引申出，凡是在软件中包含“41-207-666”工业知识（如常识、经验、诀窍、标准、机理模型、算法、最佳工艺数据、流程等），服务于“41-207-666”产品的研发设计、生产制造、运维保障和经营管理等业务环节的软件，都是工业软件且具有工业属性。

（二）数据来源

工业现场的产品、人、机、料、法、环、侧等企业资源，以及企业实体之间的合作关系，逐渐联入某种类型的工业网络（如工业互联网），成为广义“工业终端”。这些终端通过内嵌数字模块（如PLC）和内置传感器，或因业务需要加装的传感器，不断产生带有特定时空背景的数据，反映了工业现场的多种关键作业参数、参数之间的关联关系以及参数的实时变化规律。

来自上述广义“工业终端”的数据，必然具有工业属性。通过驱动内嵌数字模块和传感器来采集、传输、计算上述数据的软件，都是具有工业属性的工业软件。

（三）数据应用

软件按照内嵌的数字化工业知识（常识、经验、诀窍、标准、机理模型、算法、最佳工艺数据、流程等）计算后所产生的数据，将会按照软件预先设定的流动规则和输送路径，输出到两类目的地：一是用于在各种屏幕上显示某种计算结果（3D 模型、图表、工单、图像、音频视频、文件等），辅助人决策，指导人行动；二是按照人在软件中预置的规则进行自主决策，直接以数字指令形式进入各种CU（控制单元），操控机器的执行机构做出精准且智能的动作，形成数据闭环。这些软件输出的数据具有工业属性。计算、应用这些数据的软件都是具有工业属性的工业软件。

（四）遣词用句

语言和语义是人类思想的映射与表达，是对所思考、所描述的事物性质和关系的刻画。谈及工业，人们的直观感觉和基本认知往往用词语描述为天量、庞大、长期、沉淀、沉重、确定、精准、高速、固化、僵化、油泥、铁锈、噪声、高温、压力、实验、耗能、运转、磨损、冷却等。反之，当上述词语中的几个同时描述一个事物时，该事物也往往被认为属于工业范畴。某些金融专家在谈论贵金属时，也经常使用“工业属性”词语，以区别于“金融属性”词语。在这里，“属性”二字指的是“用途”，与本文讨论的工业属性在含义上有一定重合度。因此，遣词用句也可以作为认识和判断工业属性的参考。

源于工业、优于工业、用于工业是工业属性天然的、原生的本质特征。这种工业属性体现在包括但是不限于工业软件、工业互联网、工业APP、工业区块链、工业大数据、工业通信、工业操作系统、工业安卓、工业元宇宙之中。

三、融合类产品如何判断其工业属性

工业属性是在工业发展过程中自然而然形成的。工业事物（要素）具有工业属性，没有任何争议。所有的工业现场、工业过程和工业实践都在时刻检验和强化工业事物的工业属性。稍有差异或者不符合工业现场实际情况的内容，都会立刻被企业弃用，形成自然选择或淘汰。

在实际生产生活中，由于非工业要素融入工业之后人们产生对融合类产物的最初判断和定性，造成对工业属性的判断产生模糊和混淆。例如，现在最常见的说法是，新一代信息与通信技术融入工业实体（制造业、实体经济等），其融合的结果是产生了工业软件、工业互联网、工业APP、工业区块链、工业大数据、工业通信、工业操作系统、工业安卓、工业元宇宙等新生事物。信息与通信技术的英文缩写是ICT，芯片、软件、传感器、网络、通信、大数据、AI、区块链、5G、互联网、云计算等，都是ICT 中的具体组成要素。如果从更高一级层面上归类，所有这些ICT组成要素都可以归类为Cyber（赛博）要素，统称为C 类要素或系统。

前面提到的“41-207-666”，本质上都是物理（Physical）系统，它们以物理要素为核心形成产品，统称为P 类要素或系统。

新工业革命的基本特征和演进规律是，C类要素或系统与P 类要素或系统正在加速融合成为CPS 类系统。CPS（Cyber physical systems，译作赛博物理系统、信息物理系统）被德国人称之为第四次工业革命的使能技术。《中国制造2025》指出，基于信息物理系统的智能装备、智能工厂等智能制造正在引领制造方式变革。CPS 的重要性不言而喻。但问题在于，当C 类要素或系统融入P 类要素或系统后，或者说，新一代信息与通信技术融入工业实体后，所产生的“融合体”是否具有工业属性？该如何判断？本文认为，即使是CPS 类的“融合体”，也具有鲜明的工业属性。在系统组成要素比例上，P 类要素或系统的零件占据了大多数空间位置和最大重量占比，而C 类要素或系统几乎都是极小重量（如芯片、传感器、导线和天线等）或者是无重量（如软件、电磁波等）以及很小体积。

在产品构成上，TRIZ 创新方法论认为产品可以划分为4 大子系统，即执行系统、传动系统、动力系统、控制系统。C 类要素或系统的融入往往是替换掉了原有的机械式、电气式、模电式的控制系统，实现了用软件编程控制设备动作，具有CPS 的产品往往是更可控、更智能的产品，但是执行系统、传动系统、动力系统通常没有明显变化。

在产品功能上，P 类要素或系统融入C 类要素或系统，绝大多数情况下并不改变产品的基本功能，如汽车变成智能网联汽车，其基本功能还是载客与拉货，但是C 类要素或系统会给汽车增加很多辅助性的智能功能（如自动驾驶、智能座舱等），让汽车从传统工业品变身为现代化智能工业品，通过软件定义增加了很多智能功能之后，汽车的工业属性和ICT（软件、网络、数据资产等）属性都获得了较大增长。

工业的巨大体量和基本功能决定了C 类要素或系统融入工业后变成了新工业要素，通过与P 类要素或系统相互融合，形成新的CPS，从而让传统实体类产品变成数物融合的智能产品，让传统工业变成了新型工业，演进出了新型工业化发展范式。但是，无论是产品、企业还是工业如何演变，工业属性仍然占主导和支配地位。

四、工业技术决定数字技术的工业属性

通常大家认为数字技术具有ICT 属性，而不是工业属性。本文通过研究分析后得出的结论恰恰相反，数字技术必须建立在高度发达的工业基础之上，其本质和内涵都是由工业技术决定的。

众所周知，光刻机是关键、核心工业装备，没有光刻机就无法制造超大规模集成电路芯片。其实，芯片制造是由一系列工业技术决定的，除光刻机之外，仅从材料上看，晶圆制造的主要材料包括硅片、光掩模、光刻胶、光刻胶辅助材料、湿电子化学品、抛光材料、电子特种气体、抛光材料、溅射靶材及其他材料，封装材料包括封装基板、陶瓷基板、引线框架、键合丝、包装材料及芯片粘接材料等各种工业产品。

从上述简单事实可知：没有光刻机、各种工业材料和装备，就没有各式各样的电脑（台式机、膝上机、平板、服务器、手机、工业机等）和网络，就没有各类数字化技术。换言之工业软件、传感器、芯片、网络等数字技术，并不是因其用于工业才具有工业属性，而是从其出生的那一刻起，就先天带有工业基因，由工业技术所承载、所决定。

工业和信息化部原副部长杨学山曾提出过相同的观点[4]。他认为，“数字产生于实体”“无论何种数字或数字能力，都基于工业技术发生、发展”。本文认为，数字技术由工业技术决定，基于工业技术发展，数字技术具有间接的工业属性。说到底，软件属性、网络属性、大数据属性、ICT 属性，本质上是以工业属性为基础所展现出来的多元化属性。

五、工业软件必然具有工业属性

在工业软件的基因传承上，软件是数字原生产品。由于工业技术决定了数字技术，即使是非工业软件，也具有间接的工业属性，工业软件具有直接的工业属性。

在工业软件的内容发展上，无论是交互式工业软件，还是嵌入式工业软件，都在不断增强其自身的工业内容，例如CAX 类工业软件可以对物理实体对象各个方面的特征进行可视化建模和行为模拟，如系统架构模型、结构几何模型、应力分析模型、动力学模型、疲劳损伤模型、控制模型、嵌入式软件模型等。这些数字化模型是对工业系统中物理实体行为的精准抽象和封装，是将大量工业技术原理、行业知识、基础工艺、模型机理等通过抽象转化为规则化、模块化的数字表达，从而实现在数字空间中对物理产品的工业属性和状态（比如形状、运动、特性等）进行模型化表达。

在工业软件所实现的工业控制上，笔者在《铸魂：软件定义制造》前言[5]中写道：未来的智能制造，是每一个原子都可以被软件给出的比特数据精准控制的制造。这种控制体现在机器、材料的构成上，比特数据将会恰当地安排和控制每一个原子的位置以及原子之间的相对位置，会精准地控制每一个零件的形状和属性，精准地控制各个零件所在位置，还会精准地控制这些零件之间的相互运动以及耗能等。

综上所述，工业软件是工业化的顶级产物。它如容器一般盛装了人类工业知识，展现了工业机理和计算依据，承接了工业现场数据，输出了辅助决策的可视化数据和操控设备的数字指令，同时，也展示和确定了工业软件所具有的强大工业属性。

六、如何判断工业互联网的工业属性

工业互联网与工业软件的关系密不可分。第一，二者都带有“工业”这个与生俱来的标签，因为工业软件和工业互联网，都是诞生于工业领域，例如早期的工业互联网诞生于工业现场总线，后演变成为工业以太网。第二，在机器设备的PLC 和CU 中就有嵌入式工业软件，它们往往以固件的形式运行在机器设备的嵌入式系统中，打包在设备中整体销售，不单独计算或统计，因此大多不为人知。第三，伴随着软件工具上云、业务统上云、工业APP 的开发，很多传统架构的工业软件已经开始有部分或全部功能向云端迁移。新型架构的工业软件在工业互联网平台上安家落户。第四，工业互联网平台在朝着“工业操作系统”“工业安卓”的方向发展，成为一种新型的工业基础类软件。工业互联网是工业软件的一种新型应用，基本功能由工业软件决定，因此工业互联网原生具有工业属性。