工业软件：智能制造产业发展的核心

简介:工业软件的重要性不言而喻，

智能制造必将是新一轮的工业革命！

从实用和广泛的角度来看，智能制造的概念可以概括如下:智能制造是以智能技术为代表的技术引导的先进制造，包括以智能、网络化、数字化和自动化为特征的先进制造技术的应用，涉及制造过程中的设计、过程、设备(结构设计和优化、控制、软件、集成)和管理

与以往的工业革命相比，制造业的核心地位没有改变，但智能化已经成为制造业的新特征和内涵工业革命逐渐解放了制造业人力制造本质上是一个从“原材料”到“产品”的过程，可以简化为四个步骤:过程设计、过程参数、过程控制和执行

在以前的工业革命中，制造业已经走过了机械化、电气化、自动化(数字化)和智能化的道路。在这个过程中，越来越多的工具(设备)被使用，人们逐渐将更多的精力投入到创造性的工作中。

如果将“制造”视为从起点到终点的旅行问题，那么以往制造业的升级过程可以分别形象化为自行车(机械化)-电动汽车(电气化)-汽车(自动化)-自动驾驶(智能化)，其中更多的人参与决策过程，对人力的需求越来越低，效率大大提高

智能制造的发展是一个从系统建立到精确建模的过程。要实现智能制造，首先要解决智能维护的大问题，然后进行智能预测，最终实现无忧系统和大价值。具体分为以下五个阶段:

第一阶段:总生产系统(TPS)由日本提出，已确立的5S标准(分拣、矫正、清洁、清洁、识字)是整个制造系统在20世纪70年代和80年代的核心标准，并在组织和人员培训方面得到巩固。

第二阶段:精益制造和6-Sigma其核心价值是如何建立一个以数据为标准的管理体系。其本质是消除浪费。在此基础上，包括质量管理体系、产品生命周期管理体系等。此时数据在制造和使用过程中真正发挥作用。

第三阶段:数据驱动预测建模分析数据驱动的预测建模和分析是指如何将隐藏的问题外部化，在外部化后解决隐藏的问题，并避免显式问题的发生

第四阶段:基于预测的资源效率运营决策优化在对过去的关联进行建模后，如何根据系统生产、环境和人员的变化进行实时动态优化？

第5阶段:“信息物理”系统它是基于一个非常精确的环境模型，在这个模型中，所有的设备本身都在运行，运动的目标也在运行。这一次，知识应用和继承问题出现了。

智能制造最终必须具备状态感知、实时分析、独立决策和精确执行的特性，使企业更加灵活、智能化和集成化，实现大部分或全部智能技术应用。目标是实现知识获取、大规模利用和继承。

目前处于我国最重要的转型时期，尚未完全进入第三阶段。

制造范式转换，关键在于数据循环和过程建模，工业系统变革的背后是制造范式的变革从传统到现代，再到智能制造，R&D和生产过程不断地被重构和组织，创新过程的界限越来越模糊。

传统制造下的研发/制造过程是串行的，而在现代制造下，未来智能制造系统下的研发/制造过程将是集成的。所有的过程都将是并行和并发的，数据将以高速和有序的方式自由流动，每个环节都将是高度互动和协调的，组织将是一个灵活和动态的组织单位，从而获得非常高的研发效率。

智能制造使用自动数据流来解决复杂系统的不确定性并提高资源分配的效率个性化定制是未来制造业的发展方向，产品越来越多，过程越来越复杂，需求越来越复杂。以个性化定制为代表的复杂系统存在一系列问题。

如如何解决成本、如何解决质量、如何解决交货期等问题，这些问题带来了企业生产的复杂性、多样性和不确定性，而智能制造就是要解决制造复杂性日益增加的情况下的不确定性问题。

在前三次产业革命中，传统制造业主要围绕五个核心要素(5M)进行技术升级，即:

(1)材料)-包括功能、特性等。

(2)机器)-包括精度、自动化和生产能力等。；

(3)方法)-包括过程、效率、生产率等。；

(4)测量)-包括6西格玛、传感器监控等。；

(5)维护-包括使用率、故障率、运行和维护成本等。这些改进活动都是围绕着人的经验进行的，人是控制这五个要素的核心。不管

生产系统的技术有多先进，操作逻辑总是:有问题->;人们根据经验分析问题->;人们根据经验调整5个因素->；解决问题->；人们积累经验

建模是智能制造与传统制造的最大区别智能制造系统区别于传统制造系统的最重要的因素是第六M:建模(数据和知识建模，包括监控、预测、优化和预防等)。)，通过这第六次并购，带动了其他5个传统因素，从而解决和避免了制造系统的问题，消除了系统中的不确定性。

因此，智能制造操作的逻辑是:问题发生→模型分析(或借助人类)→五要素模型调整→问题解决→经验模型积累和问题根源分析→五要素模型调整→问题回避。过程模型扮演着大脑的角色，成为整个制造系统的核心

数字结对技术的背后是一个数字模型！

数字双胞胎代表数字模型和实体的双向进化过程数字结对是指充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，综合多学科、多物理、多尺度、多概率的模拟过程。

完成虚拟空间中的映射，从而反映相应物理设备的整个生命周期过程例如，导航软件中的城市物理道路和软件中的虚拟道路是“数字双胞胎”

数字结对体现了软件、硬件和物联网的反馈机制。经营实体的数据是数字结对的营养液输送线。反过来，大量的模拟或指令信息可以从数字结对传递到实体，以达到诊断或预防的目的，这是一个双向的进化过程。

从产品数字双胞胎的定义中可以看出:

1)产品数字双胞胎是产品物理实体在信息空间中集成的仿真模型，是产品物理实体整个生命周期的数字文件，实现了产品整个生命周期数据和整个价值链数据的统一集成管理。

2)产品数字双胞胎通过与产品物理实体的连续数据和信息交互而完善；

3)产品数字双胞胎的最终表达形式是产品物理实体的完整准确的数字描述。

4)产品数字双胞胎可用于模拟、监控、诊断、预测和控制真实物理环境中产品物理实体的形成过程和状态

，其中数据流通和交换发挥着非常重要的作用。它为产品的数字双胞胎提供访问、集成和转换功能。其目标是连接产品生命周期和价值链，实现完全可追溯性、双向共享/互动信息和价值链协作

数字结对是CPS的关键技术CPS通过为信息空间和物理空间之间的数据交互构建一个闭环通道，实现信息虚拟体和物理实体之间的交互链接数字双胞胎的出现为CPS的实现提供了清晰的思路、方法和实现途径。

基于物理实体建模生成的静态模型。通过实时数据采集、数据集成和监控，物理实体的工作状态和工作进度(如采集测量结果、跟踪信息等)。)被动态地跟踪，并且利用信息空间中的所有元素重构物理空间中的物理实体，以形成具有感测、分析、决策和执行能力的数字孪生。

软件定义制造，智能制造的本质是软件的工业基础！

软件是智能的核心工业软件建立了数字自动流程规则系统，在计划、生产和应用阶段控制产品生命周期数据。它是数据流的桥梁和工业制造的大脑。

同时，工业软件包含制造操作规则，并根据数据对规则进行建模，从而优化制造过程可以说，软件定义了产品的整个制造过程，使得整个制造过程更加灵活和易于扩展，使得制造能够从研发、管理、生产和产品等各个方面进行重新定义。

软件定义的制造以网络物理系统为例，网络物理系统(CPS)的本质是在网络空间和物理空间之间建立一个基于自动数据流的闭环使能系统，包括状态感知、实时分析、科学决策和精确执行，以解决生产、制造和应用服务过程中的复杂性和不确定性问题，提高资源配置的效率

是一个闭环使能系统，概括为“一个硬”(感知和自动控制)、“一个软”(工业软件)、“一个网”(工业网络)、“一个平台”(工业云和智能服务平台)

，其中工业软件代表网络物理系统的思维，是感知控制、信息传输、分析和决策背后的世界观、价值观和方法论，可以说是通过工业软件来定义CPS

工业软件对各种工业生产环节的规律进行编码，并支持绝大多数生产和制造过程软件作为面向制造的CPS，已经成为实现CPS功能的核心载体之一

工业软件不仅能控制产品和设备的运行，还能实时显示产品和设备的运行状态。通过分析和优化，它可以应用到产品和设备的运行中，甚至应用到设计过程中，从而实现迭代优化。

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