题1-6:
如果没有工业软件会怎么样?

本篇作者:赵敏、张钊

工业软件具有两大工具要素,即它既是研制复杂产品的关键工具和生产要素,也是工业装备中的“软零件”“软装备”,是工业品的基本构成要素。没有工业软件,既无法开发复杂工业产品,也无法让机器设备正常运行。基于软件的研发手段实现产品开发,已经是工业领域的常态。如果离开各类工业软件的辅助开发,产品的结构复杂程度、技术复杂程度以及产品更新换代的迭代速度,仅仅依靠人力是不可能实现的。

一、研发设计类工业软件

开发任何复杂产品,都离不开研发设计类工业软件的支撑,如果没有CAE软件,则飞机、卫星、航母、高铁等根本开发不出来。在飞机制造领域,早年复杂产品采用“以图纸为基础、以样机为驱动”的串行研发模式。极其复杂的飞机结构设计图纸,是由千千万万的设计工程师一笔一画地手工绘制出来的。但是,这样传统的研发模式,研发迭代缓慢、周期长、手工操作疏漏较多,经常因为一个错误而不得不重复开发产品。

当引入了基于三维计算机辅助设计(3D CAD)软件的数字化设计手段之后,彻底改变了飞机的研发过程。基于CAD的三维数字化技术让飞机研发过程逐渐演变到“以模型为基础,以仿真为驱动”的并行研发过程。很多非常复杂的产品结构,都能够在三维CAD软件中得到清晰表达。复杂且不可见的零部件力学状态,都可以用CAE软件予以可视化展现。如果没有研发设计类工业软件,开发如此复杂的飞机会成为不可能的事情。

二、生产制造类工业软件

1.高级计划排程软件

在离散制造业,车间级的高级计划与排程(APS)软件是在车间生产资源与能力约束的基础上,对生产过程知识进行高度抽象,通过各种优化算法进行生产管理的工业软件。在原材料、加工能力、交付期、工装等各种约束条件下,通过先进算法(如神经网络算法、遗传算法、模拟退火算法等)以及优化、模拟技术,从各种可行方案中选出一套最优方案生成详细生产计划,从而对生产任务进行精细而科学的计划、执行、分析、优化和决策管理,较好地解决在多品种、小批量生产模式和在多约束条件下的复杂生产计划排产问题,实现负荷均衡化生产。

如果没有APS软件所定义的设备能力、最优生产计划和生产质量管理等内容,所有的机床、生产线等制造设备,不可能按照给定的计划来有序、高效地组织生产,整个制造过程将会陷于难以管理的混乱、无序状态。

2.工业控制系统软件

工业控制系统软件是用于工厂、电气、水、石油、天然气等领域的工业软件。在工业生产和关键基础设施中常用的工业控制系统有PLC、SCADA和DCS等。广义上说,工业控制系统中的工业控制软件,包含了数据采集、人机界面、软件应用、过程控制、数据库、数据通信等内容,突出硬件特点,相对封闭和专用。现代工业设备的正常运转和精准工作,都离不开工业控制系统软件,假如没有工业控制系统软件,设备就会瘫痪。

三、运维服务类工业软件

任何先进的机器设备,如果不及时、恰当地维护、维修与保养,就会经常出毛病甚至变得无法使用。例如一架先进战机,如果在停机坪上放半年,基本上就不能飞了。因此,对机器设备定期实施有效的维修与保养,不仅可以提高设备运行效率、保持设备精度、延长设备寿命、降低生产成本,还能避免设备事故的发生。业内统计数据表明,60%以上的设备维护费用是由突发的故障导致的,即使在维护技术发达的美国,每年对设备进行维护的直接开销也超过了2000亿美元,由意外停机造成的间接损失也是该金额的数倍。

四、嵌入式工业软件

嵌入式工业软件已经大举进入了机器,成为机器中的“软零件”“软装备”,进而成为机器的大脑和神经,主宰了机器世界的运行逻辑。在那些看得见或看不见的角落里,工业软件都在发挥着积极的作用。在这些设备中,工业软件“体量”或大或小,从几十行代码到几十万行代码不等。有些特殊机器设备中的软件代码行数量,已经达到了令人咂舌的地步。例如,智能网联汽车中的软件代码数量已经接近2亿行。任何一行软件代码的错误,都可能造成严重事故。

工业软件种类非常多,以上只列举了几种代表性的工业软件。假如现在突然没有了工业软件,很多工业场景中的基本业务环节不仅无法实现,还可能会造成生产瘫痪,影响社会稳定。