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中国工业自动化的回顾与思考

2019/11/1    来源:《经济研究参考》2019年第8期    作者:黄娅娜      
关键字:工业革命  工业化  工业自动化  
工业自动化的产品主要包括人机界面、控制器、伺服系统、步进系统、变频器、传感器及相关仪器仪表等,作为智能装备的重要组成部分,是发展先进制造技术和实现现代工业自动化、数字化、网络化和智能化的关键,目前广泛应用于各个行业。

    中国工业自动化是伴随着改革开放起步的: 20世纪70年代以政府主导的计算机辅助软件的引进和开发是中国工业自动化的开端;进入80年后,“863”计划将计算机集成制造系统(CIMS) 的开发作为主要攻克主题,有力地推动了工业自动化技术的突破;到了20世纪90年代,“甩图板”工程促使企业进行技术革新;2000年之后,国家主推制造业信息化工程,使工业自动化得以普及;而2010年之后中国的互联网经济快速发展,促进了“互联网+工业”的一系列新业态的出现,工业自动化朝着智能工厂的方向发展。

    如今,中国工业自动化技术、产业和应用都有了很大的发展,但依然存在着较多的问题,建议通过以下几点推进工业自动化的发展:第一,以应用促提升,降低重大工程的自动化控制系统对外依存度;第二,推进基础共性技术的研发,解决自动化行业科研能力不足、缺乏产业标准的问题;第三,实施重大专项,由技术驱动向应用驱动转变,发展民族品牌;第四,紧跟互联网发展态势,整合已有市场信息,开发公共技术开发平台和解决方案软件。

一、工业自动化的定义及其发展历史

    (一) 工业自动化的定义

    工业自动化是自动化技术的一种应用,在英文中称为Industrial Automation,通常是指利用数字技术对工业生产过程进行检测、控制、优化、调度、管理和决策,以达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等综合性目的(Guarnieri,2010)。作为现代工业的支撑技术之一,工业自动化解决了生产效率与产品质量一致性的难题,其广泛应用大幅提升了生产效率,改善了劳动条件,保证了产品质量和标准化程度,并可以提高生产企业对现代工业生产的预测及决策能力,是现代工业生产实现规模、高效、精准、智能、安全的重要前提和保证。

    工业自动化的产品主要包括人机界面、控制器、伺服系统、步进系统、变频器、传感器及相关仪器仪表等,作为智能装备的重要组成部分,是发展先进制造技术和实现现代工业自动化、数字化、网络化和智能化的关键,目前广泛应用于各个行业。

     (二)工业自动化的发展历史

    世界工业自动化的发展历史是伴随着几次工业革命推进的(见图1) 。

世界工业自动化的发展历史
图1 世界工业自动化的发展历史

    首先,17世纪第一次工业革命时期,蒸汽机的发明和使用引发了对温度调节、压力调节、浮动调节、速度控制等自动控制系统的要求,通过反复试验和大量的工程直觉,出现一些利用风能、水 能、蒸汽动力等实现自动化工业流程的自动织机、自动纺纱机、自动面粉厂(Jacobson and Rouek,1959;Hounshell,1984)。不过,这一阶段的自动化控制更多地取决于工程直觉而非科学,直到19世纪中期,数学成为自动控制理论的形式化语言,才得以保证反馈控制系统的稳定性。

    其次,到了19世纪中期的第二次工业革命时期,工厂电气化引入了继电器逻辑(Relay Logic),利用控制器记录仪表数据,通过彩色编码灯发送信号,最后由操作员手动开关来实现调节和控制(Bennett,1993)。电气化大大提高了工厂的生产率,进一步为工业自动化的发展奠定了基础。第一次世界大战和第二次世界大战推动了大众传播和信号处理领域的重大进展,自动控制相关的微分方程、稳定性理论和系统理论、频域分析、随机分析等也得到了关键进展。

    再次,20世纪中期的第三次工业革命又被称为信息技术革命,随着计算机、通信、微电子、电力电子、新材料等技术不断更新,自动控制变得更为便利,工业自动化技术得到快速普及和发展,几乎所有类型的制造和组装过程都开始实施广泛的自动化。1952年世界第一台数控机床在美国诞生,工业自动化随工业化大生产应运而生。20世纪六七十年代在单机自动化的基础上,各种组合机床、组合生产线相继出现,同时软件数控系统出现并应用。20世纪80年代以后,为适应工件的多品种和小批量生产,工业自动化向集成化、网络化、柔性化方向发展,代表性的应用系统为计算机集成制造系统(CIMS)和柔性制造系统(FMS)。

    最后,进入21世纪以来,以人工智能、机器人技术、电子信息技术、虚拟现实等为代表的第四次工业革命将工业自动化水平提升到了更高的水平,一些先进的工业化国家开始通过物联网的信息系统将生产中的供应、制造、销售信息数据化、智慧化,最后达到快速、有效、个人化的产品供应,即进入了所谓的“工业4.0”的智能制造时代。

二、我国工业自动化的发展历程

    我国现代工业的发展起步于清末的洋务运动,创办了一批近代军事工业、民用工矿业和运输业,例如江南机器制造总局、福州船政局、开平矿务局等,促使了近代企业和民族资本主义的诞生。但是由于洋务运动时期的工厂基本全部购买国外现成的机器设备,聘用国外专业技术人员,且经过多年的动乱和战争,少之又少的工厂遭到摧毁,到新中国成立时,中国的现代工业基础近乎于无。新中国成立后,在苏联的援建下,我国开始大力发展重工业,在能源、冶金、机械、化学和国防工业领域布局重点工程,通过近30年的艰苦奋斗,建成了种类齐全、完整、独立的工业体系,基本完成了工业化的原始积累,为此后的改革开放和工业化的发展奠定了基础。

    中国工业自动化的过程是伴随着中国工业化的发展同步推进的,尤其是改革开放正好赶上信息技术为代表的新一轮产业技术革命,信息技术具有高渗透性和高带动性,有力地加速了我国工业自动化的进程(吴澄,2013)。总的来说,我国工业自动化在改革开放以来大致以十年为周期,经历了“开端—攻坚—推广—深化—创新”五个发展阶段(见图2)。

我国工业自动化的五个发展阶段
图2 我国工业自动化历史的简要回顾

     (一) 开端——20世纪70年代计算机辅助软件的引入

    20世纪70年代,当时一些知名的国外软件公司开发和推出了各类计算机辅助系统的软件,比如CAD(计算机辅助设计)、CAE(计算机辅助求解复杂工程)、CAM(计算机辅助制造)。例如,美国洛克希德公司从1974年起向市场推出了CADAM系统,20世纪成为70年代中至80年代末国际上最流行的第一代IBM主机版交互绘图系统;麦道公司从1976年起开发Ungraphics系统,至今仍是机械行业CAD/CAM的高端四大主流系统之一。这些软件可应用于航空、汽车等复杂装备行业,以提高这些行业产品设计和制造中的零部件精度问题。

    我国政府敏锐地意识到了这一工业自动化技术的广阔市场前景,在政府的主导下,航空、机床、石油、化工、钢铁等行业率先引进CAD (计算机辅助设计)、CAE(计算机辅助求解复杂工程) 数控系统、MIS(管理信息服务器)、DCS(数据传输系统)、PLC(可编程逻辑控制器)、现场控制仪表等,成为国内大范围工业自动化工具普及的开端。具体引进操作上,主要通过合作开发和技术学习,例如,航空工业部在1983年初与西德MBB公司互访,商定合作开发飞机设计制造管理集成系统,称作CADEMAS计划,中方从部属厂、所、校抽调技术骨干20余人,在德国工作到1988年。在技术引进的同时,政府也注重软件国产化,“七五”期间机械工业部投入8200万元,组织浙江大学、中科院沈阳计算所、北京自动化所、武汉外部设备所分别开发四套CAD通用支撑软件,并由34家下属厂、所、校合作开发24种重点产品的CAD应用系统。在CAE的应用研发上,1979年美国的SAP5线性结构静、动力分析程序向国内引进移植成功,也掀起了应用通用有限元程序来分析计算工程问题的高潮。

    (二) 攻关——20世纪80年代“863计划”攻克计算机集成制造系统CIMS

    计算机辅助软件基本只能满足单一过程的测管控,随着工业化大生产的发展,对于系统集成的要求越来越高。美国学者约瑟夫·哈林顿博士最早于1973年就提出了计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing System,CIMS)的概念,是通过计算机硬软件,并综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术,将企业生产全部过程中有关的人、技术、经营管理三要素及其信息与物流有机集成并优化运行的复杂大系统。CIMS将计算机的单机运行转化为集成运行,是一个非常大的跨越,其技术构成包括制造技术、敏捷制造、虚拟制造和并行工程,是工业自动化的革命性成果。

    1986年3月,我国启动实施了“高技术研究发展计划”,针对我国经济发展有重大影响的七个高技术领域进行攻关,简称为“863计划”,其中计算机集成制造系统(CIMS)成为自动化技术领域的研究主题之一得以落实。具体在清华大学建成了国家CIMS工程研究中心,负责CIMS关键技术的研究,技术成果的推广应用,以及技术人才的培训。十年内,CIMS应用示范企业扩展到800多家,覆盖了机械、电子、化工、航空、造船、纺织等20多个行业,产生了明显的经济效益和社会效益。例如,成都飞机公司利用CIMS技术在国内成功地加工了标志90年代飞机数控加工高技术的飞机整体框架,比传统方法缩短工时4.5倍,在某型号新机型研制过程中,节约1万多个生产及准备工时,对赢得美国麦道公司的承包合同也起了巨大作用。北京第一机床厂通过实施CIMS工程,主导产品变形设计周期缩短1/2,库存占用资金减少10%,生产计划编制效率提高40~60倍。1994年和1999年,国家CIMS工程研究中心和华中理工大学分别获美国制造工程师学会的“大学领先奖”,1995年,北京第一机床厂的CIMS工程相继获得美国制造工程师学会的“工业领先奖”和联合国工业发展组织的“可持续工业发展奖”,表明我国的CIMS研究开发和应用开始进入国际先进行列。

    (三) 推广——20世纪90年代“甩图板”工程革命

    1991年,时任国务委员宋健提出“甩掉绘图板”(后被简称为“甩图板”)的号召,我国政府开始重视CAD(计算机辅助设计)技术的应用推广,并促成了一场在工业各领域轰轰烈烈的企业革新。“甩图板”工程推动了二维CAD的普及和应用。该工程的推广不仅大大提高了设计质量、加快了进度,而且通过多方案的比选优化,一般可节约基建投资3%~5%。

    在“甩图板”工程的推动下,我国计算机辅助技术的研发和应用取得了较大进步,众多国产CAD企业如雨后春笋般建立起来。在发展初期,产生了凯思(中科院软件所)、开目(华中理工大学)、中国CAD(深圳乔纳森)、高华CAD(清华大学)等自主平台的二维CAD系统,以及基于AutoCAD二次开发的InteCAD(天喻CAD的前身,华中理工大学)、艾克斯特(清华大学)等系统,开创了一段国产二维机械CAD发展的黄金时代。2000年之后,随着OpenDWG联盟的兴起,中望、浩辰、纬衡、华途等公司先后推出了对AutoCAD兼容性更好的二维CAD软件,并且在正版化浪潮中,实现了快速成长,并实现了国际化。

    除了自动化产业本身的发展,“甩图板”工程同时推动了各行业的企业信息化普及高潮:在600多家企业进行了CAD技术应用示范,3000多家企业进行了重点应用,并带动数万家企业开展CAD应用。

    (四) 深化——2000~2010年国家制造业信息化工程

    世纪之交,中国加入世贸组织,面临经济全球化的重大机遇与挑战,为了尽快提高我国制造业的整体素质和竞争力,科技部从“863计划”和攻关计划中拿出8亿元资金,组织实施“制造业信息化关键技术研究及应用示范工程”,简称“制造业信息化工程”重大项目。这是加入世贸组织以后,科技部在以信息化带动工业化,以高新技术改造传统产业方面的一个重要举措。制造业信息化工程重点是抓好数字化设计、数字化生产、数字化装备和数字化管理,以此为基础,形成一批数字化企业。这一工程沿着两条主线推进,一是全国各省市制造业信息化工程建设,主要任务包括应用示范、技术服务和应用技术攻关等;二是关键技术产品的研发、应用及产业化,包括企业资源管理、制造执行系统、数据库管理系统、数控装备、企业集成平台和区域网络制造等7项关键技术,与企业应用示范和技术服务等紧密结合,实现产业化。

    “十五”期间的制造业信息化工程建设取得了良好的效果,培育了一批制造业信息化专业服务机构,在27个省、49个重点城市和6000多家企业推广了制造业信息化工程。在随后的“十一五”和“十二五”期间,国家科技部门继续大力推动我国制造业信息化工程,包括组织制造业企业实施设计制造一体化的“甩图纸”示范推广工程和经营管理信息化的“甩账表”示范推广工程。2006年5月,国务院办公厅发布《2006~2020年国家信息化发展战略》,同时,制造业信息化被列入《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006~2020)》中制造业科技发展的重点方向。党的十六期间提出两化融合的概念,即“以信息化带动工业化、以工业化促进信息化”。到了党的十七大,进一步上升为“促进信息化与工业化融合,走新型工业化道路”。2016年11月,工信部发布了《信息化和工业化融合发展规划(2016~2020年)》,进一步推进两化融合的重点任务和工程建设。

    (五) 创新——2010~2020年“互联网+工业”

    随着第四次工业革命以及互联网的发展,大规模制造向大规模定制转型,工业自动化更多地需要搜集用户碎片化的需求数据,并且通过实时互联,保证用户的全流程参与和可视化。概括来说,互联工厂有三个基本特征。第一是定制:众创定制将用户碎片化需求整合,由为库存生产到为用户创造,用户全流程参与设计、制造等,由“消费者”变成“创造者”;第二是互联:与用户实时互联,从产品的研发到产品的制造,再到供应商、物流商,全流程、全供链的整合;第三是可视:全流程体验可视化,用户实时体验产品创造过程。

    为了顺应这一潮流,2015年7月,国务院印发《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》,鼓励利用互联网思维发展新的业态模式,提升社会创新力和生产力,在工业领域,“互联网+工业”即传统制造业企业采用移动互联网、云计算、物联网、网络众包等信息通信技术,改造原有产品及研发生产方式,与“工业互联网”“工业4.0”的内涵一致。具体来看,包括表1中所示的几个模式。随着《中国制造2025》和“互联网+”行动计划的推进,国内涌现出一批物联网、云计算、大数据、人工智能、工业互联网等技术和模式的产业化应用的标杆性企业,如1001号云制造平台、华虹IC工厂的供应链网络协同、美克家居个性化定制智能制造项目、海尔互联工厂、航天云网等(工信部,2016)。

“互联网 + 工业”的几种模式

 表1 “互联网 + 工业”的几种模式

三、我国工业自动化的发展现状

    中国工业自动化的发展道路,大多是在引进成套设备的同时进行消化吸收,然后进行二次开发和应用。如今,中国工业控制自动化技术、产业和应用都有了很大的发展,中国工业计算机系统行业已经形成(刘鑫,2003)。

    (一) 以工业PC为基础的低成本工业控制自动化成为主流

    工业控制自动化主要包含三个层次,从下往上依次是基础自动化、过程自动化和管理自动化,其核心是基础自动化和过程自动化。传统的自动化系统,基础自动化部分基本被PLC(可编程逻辑控制器)和DCS(分布式控制系统)所垄断,过程自动化和管理自动化部分主要是由各种进口的过程计算机或小型机组成,其硬件、系统软件和应用软件的价格之高令众多企业望而却步。20世纪90年代以来,由于基于PC的工业计算机(简称工业PC)的发展,以工业PC、I/O装置、监控装置、控制网络组成的基于PC的自动化系统得到了迅速普及,成为实现低成本工业自动化的重要途径。基于PC的控制系统易于安装和使用,有高级的诊断功能,为系统集成商提供了更灵活的选择,并且从长远角度看,PC控制系统维护成本低。在中国,中小型企业以及准大型企业走的还是低成本工业控制自动化的道路,因此工业PC在中国得到了迅速的发展成为主流。

    (二) 国产分布式控制系统DCS发展势头良好

    自1975年霍尼韦尔公司推出世界上第一套分布式控制系统DCS(Distributed Control System)系统以来,成功帮助众多企业解决了生产装置大型化和生产过程持续化所面临的控制问题,给企业带来经济效益的同时,DCS的应用也得到了广泛的传播。

    我国DCS技术的研发在20世纪80年代才开始,起步较晚,其产品技术发展上落后于国外。目前国外企业如艾默生、ABB、霍尼韦尔、横河、西门子等厂商仍占据国内DCS系统较大的市场份额,但近年来,由于中小型项目的快速发展,浙大中控、和利时等几个DCS厂商发展势头喜人,DCS市场份额大幅提高,已经位居国内市场前列。

    如图3所示,2016年中国DCS市场规模为60.52亿元人民币,其中浙大中控、和利时的占比分别为19%、18%,位居行业第一位、第三位。近年来,国内品牌由于进入行业早、项目积累多,加上价格优势,逐渐从外资品牌口中抢夺市场份额,业绩处于小幅提升的状态,外资品牌均有不同程度的下滑,如霍尼韦尔、施耐德、ABB等2016年的业绩下滑都在20%以上。从未来的市场前景来看,DCS除了可以在传统的石化、化工、电力行业的应用之外,在市政、医药、太阳能、精细化工等行业的智能制造项目中也有广阔的应用空间;并且随着DCS功能的日趋完善,DCS平台的衍生产品和解决方案也在不断升级,如先进控制、能源管理、移动解决方案等,DCS服务市场的比重将不断扩大。

2016年中国DCS主要供货商市场份额

图3 2016年中国DCS主要供货商市场份额

    (三) 移动通信技术全球领跑

    无线通信技术给人们工作和生活带来的影响是空前的,目前全球范围内第四代蜂窝移动通信网络正在快速向5G演变。5G技术相比目前4G技术,其峰值速率将增长数十倍,从4G的100Mb/s提高到几十Gb/s。移动通信正在向提供数据、语音、视频等多种全面服务转变。在工业自动化领域,有成千上万的感应器、检测器、计算机、PLC、读卡器等设备,需要互相连接形成一个控制网络,通常这些设备提供的通信接口是RS-232或RS-485。无线局域网设备使用隔离型信号转换器,将工业设备的RS-232串口信号与无线局域网及以太网络信号相互转换,符合无线局域网IEEE 802.11b和以太网络IEEE 802.3标准,支持标准的TCP/IP网络通信协议,有效地扩展了工业设备的联网通信能力。而计算机网络技术、无线技术以及智能传感器技术的结合,将产生“基于无线技术的网络化智能传感器”的全新概念。这种基于无线技术的网络化智能传感器使得工业现场的数据能够通过无线链路直接在网络上传输、发布和共享。无线局域网技术能够在工厂环境下,为各种智能现场设备、移动机器人以及各种自动化设备之间的通信提供高带宽的无线数据链路和灵活的网络拓扑结构,在一些特殊环境下有效地弥补了有线网络的不足,进一步完善了工业控制网络的通信性能。

    我国移动通信技术起步虽晚,但在5G标准研发上正逐渐成为全球的领跑者。华为、中兴、大唐等国内领军通信设备企业高度重视对5G技术的研发布局,在标准制定和产业应用等方面已获得业界认可。如中兴早在2014年就联合国移动在深圳完成全球首个TD-LTE 3D/Massive MIMO基站的预商用测试,2016年开始规模部署在全球建设10张商用网络。华为已经在5G新空口技术、组网架构、虚拟化接入技术和新射频技术等方面取得重大突破,其polar码方案成为5G国际标准码方案。

1995~2017中国专业、科学及控制用仪器和装置进出口金额
图4 1995~2017中国专业、科学及控制用仪器和装置进出口金额

    (四) 仪器仪表技术与国外差距较大

    目前,中国仪器仪表工业已有相当基础,初步形成了门类比较齐全的生产、科研、营销体系,成为亚洲除日本之外第二大仪器仪表生产国。数据显示2016年,仪器仪表行业规模以上企业实现主营业务收入9355.4亿元,同比增长9.1%,实现利润总额790.3亿元,同比增长8.2%,其增长率分别比2015年高3.3个和2.1个百分点。在中国仪器仪表各细分行业中,国内企业在电工仪器仪表、工业测量和科学测试仪器仪表领域具备了一定的竞争优势,诞生了一批具备国际竞争能力的企业,高端产品市场依然被国外大型企业所主导。专业化的仪器和装置是工业自动化的基础。从历年来我国专业、科学及控制用仪器和装置的进出口数据来看(见图4),我国的仪器仪表的进出口大约在2003年之后快速上升,在2013年达到顶峰,进口880亿美元,出口600亿美元,随后有所下降,近年来每年进口金额依然超过700亿美元,历年来进口的额度均大于出口,可见仪器仪表行业对外依存度依然较高,尤其是高端精密的仪器装置。我国仪器仪表产业虽然得到了快速发展,但与国外的差距仍然较大,主要体现在科技创新及其产业化进展缓慢;关键核心技术匮乏,低水平重复异常突出;产品稳定性和可靠性长期得不到根本性解决等。随着国际上数字化、智能化、网络化、微型化的产品逐渐成为主流,差距还将进一步加大。

1999~2016年中国进出口金属加工机床数量与金额
 图5 1999~2016 年中国进出口金属加工机床数量与金额

    (五) 数控系统低档自给自足、中档受制于人、高档依赖进口

    数控技术是一种数字化信息对加工工艺与机械运动过程进行控制的技术,主要应用于机床。1952年,美国麻省理工学院研制出第一台试验性数控机床,开创了数字电气化控制的新纪元,标志着制造领域计算机时代的开始。随着计算机技术的飞速发展,各种不同层次的开放式数控系统应运而生。中国数控系统的开发与生产,通过“七五”引进、消化、吸收,“八五”攻关和“九五”产业化,取得了很大的进展,基本上掌握了关键技术,建立了数控开发、生产基地,培养了一批数控人才,初步形成了自己的数控产业,也带动了机电控制与传动控制技术的发展。同时,具有中国特色的经济型数控系统经过这些年来的发展,产品的性能和可靠性有了较大的提高,逐渐被用户认可。总体来看,我国数控系统市场基本上处于低档自给自足,中档受制于人,高档依赖进口的局面。从历年来中国的金属加工机床进出口结构来看(见图5),近年来每年出口数量超过800万台,但总出口金额仅39亿美元左右,平均每台的价格为几百美元;相反,进口金属加工机床2016年仅7万台,但金额高达75亿美元,平均每台金额高达十万美元以上,可见多为中档、高端金属加工数控机床。随着国民经济的发展,汽车、船舶、工程机械、航空航天等行业对我国机床行业的需求巨大,产品结构也逐渐向中高端转化,因而国内数控系统的市场潜力巨大。

四、问题与对策

    工业自动化是现代工业的“神经”和“心脏”,与我国推进工业化是极其紧密的相互依存、相互渗透和相互深化的关系,是落实《中国制造2025》的关键。当前,《国家中长期科学和技术发展规划纲要》已经明确指出了制造业领域的优先发展主题之一是“流程工业的绿色化、自动化及装备”。国务院《关于加快振兴装备制造业的若干意见》又明确指出要“重点支持系统集成技术、自动化控制技术以及关键共性制造技术、基础性技术和原创性技术的研究开发”,并且将“发展重大工程自动化控制系统和关键精密测试仪器,满足重点建设工程及其他重大配套技术装备高度自动化和智能化的需要”作为实现重点突破领域之一。结合我国工业自动化发展的短板,建议从以下几点推进工业自动化的发展。

    (一) 以应用促提升,降低重大工程的自动化控制系统对外依存度

    我国工业化经过几十年的发展,已经具备相当的重大工程装备的设计和制造能力,如大型数控机床、大型矿山机械、大型化工装备、大型发电装备、大型炼油装备等,但在与之配套的自动化控制系统和自动化控制装备却存在严重的短板。如重大核电工程国产自动化控制装备,在秦山核电站、大亚湾核电站等已经应用24套,但全部都在外核,没有进入核岛;又如重大石化工程,国产计算控制系统已经应用3800余套,但关键装置、核心装置应用还不足150套;我国自主设计制造的大型注塑机,其控制系统95%依靠进口;大型挖掘机的液压控制系统,几乎全部从德国引进;3000立方米以上的特大型高炉,自动化控制系统100%由外商提供。总体来看,目前国内炼油、石化、电力、冶金、高铁等重大工程的自动化控制系统和控制装备,高端技术市场基本上为进口产品所垄断,重大工程自动化控制系统与装备约85%依赖进口,而这些重大工程装备是我国国民经济的命脉,实际上已经被发达国家不同程度地掌握。因此,大力发展重大工程高端自动化控制装备,是加快振兴我国装备制造业,确保国民经济安全的迫切需要。

    随着当前千万吨级炼油、百万吨级乙烯、百万千瓦火电、百万千瓦核电、万里高速公路、综合电网等重大工程的推进,政府需为国产自动化控制系统和装备提供一定的应用机会,尤其在关键装置、核心装置上,为国内自动化控制系统及装备的研究开发提供重大的应用业绩,积累实践应用经验,从而形成良性循环,树立国产自动化控制装备的先进性和优越性的形象。

    (二) 推进基础共性技术的研发,解决自动化行业科研能力不足、缺乏产业标准的问题

    全球自动化行业从无序到有序,与其自动化的技术和标准是相辅相成、共同推进的。我国工业自动化的起步较晚,在技术和产业发展水平上均落后于国外先进国家的知名企业,从而在技术和标准上还处于接纳和模仿阶段,长期以来把采用国际标准作为学习国外先进技术的一种手段和捷径。但技术标准要被企业真正接受,充分理解其中的指标含义,还需要进一步地消化吸收。从企业发展层面来看,我国工业自动化行业还主要以中小企业为主,还没有出现西门子、ABB等具备完整产业链的大型公司,各个领域非常分散,技术的研发依赖于各个厂商自身的研发水平,各自建立研发平台,从而导致重复开发的现象普遍存在,各个平台难以形成一个共享的标准开发平台,使得国内许多自动化产品缺乏标准型,也导致国内企业在巨大的市场需求面前,发展速度依然缓慢。同时,大部分自动化技术开发周期长、售后维护复杂也导致了国内企业发展缓慢。例如,由于缺乏统一的制造企业生产过程执行系统MES(Manufacturing Execution System) 技术标准,国内MES产品从功能、接口、开发、实施、维护等方面呈现“百花齐放”的局面,影响了 MES 产品本身的技术性能,也影响了MES与周边系统平滑衔接的性能,加大了系统开发、应用和维护的成本,与国外同类MES产品竞争缺少优势。

    国家应该进一步推进基础共性技术的研发,制定高端统一的行业标准,为中小企业提供科技创新的支持。在市场经济的大潮中,大部分企业均会把生存作为第一标准,而忽略基础技术的研究。而我国原有的一些公益性的研究所在改制为企业后,也将更多的精力放在市场打拼中,而忽视了对基础技术研究的工作。我国工业自动化技术还处于较为落后的阶段,许多核心技术亟待创新和突破,并且还存在不少技术孤岛,迫切地需要国家投入更多的科研资源进行共性技术的研发和突破。

    (三) 实施重大专项,由技术驱动向应用驱动转变,发展民族品牌

    我国当前工业软件整体来看,国外巨头在工业软件应用中占据主导地位,如SAP、甲骨文,国产工业软件品种较少,功能不全,缺乏核心技术的创新和突破,研发推广应用的进度无法跟上国内制造业发展的需求。从嵌入式软件的发展来看,由于我国高端嵌入式芯片领域的整体技术水平和国外仍有一定的差距,因而产业基本处于中下游的应用软件研发,缺乏核心技术的开发能力。在经营管理类软件中,目前高端市场仍然基本被SAP等国际软件巨头所占据,但国内经营管理类软件厂商在经历了学习、吸收和结合国情自主开发的基础上已经逐渐成熟起来,在实用性、实施周期短、风险低、见效快等方面存在一定优势,但也存在软件可配性较差、售后服务不足、管理观念转变滞后等缺点。在产品研发类软件中,经过多年的推广,我国产品研发类软件的应用领域不断扩展,除了传统的汽车、航空、机械等主要应用领域,快速消费品、制药、钢铁等流程制造行业正成为产品研发类软件应用的新兴市场,其中CAD软件在国内企业中有较好的应用,但还是存在应用不平衡、投资回报率低、咨询服务水平较低等问题。

    在未来的发展中,国产工业软件还需要投入大量资金和人力在技术创新上,突破关键技术和核心技术,研发功能强大、易用好用、性价比高的产品,与国际品牌抗争。从国家政策和行业制度来讲,优先安排对扩大内需作用直接、能尽快形成产业化能力的软件项目,实施重大专项,提高基础软件自主创新能力,能够对我国工业软件的发展带来根本性的进步。从我国实施一系列五年计划以来,我国软件发展基本上是技术先行,现在要由技术驱动向应用驱动转变。工业软件首先具有的是其工业范围内的特点,同时它也是软件,需要从软件技术上支持它的发展。这就要求工业软件在发展时,工业界与软件界必须进行合理分工,把软件放在支撑的位置上而不是指导地位,以市场需求、工业化发展为导向,去发展工业软件。

    (四) 紧跟互联网发展态势,整合已有市场信息,开发公共技术开发平台和解决方案软件

    随着互联网的不断发展和计算机应用的不断拓展,分布、并发的复杂应用,以及互通、互联、互操作的应用需求不断增加,促进了更加丰富的中间件支撑技术得到快速发展,并形成较为完整的软件平台体系。软件的竞争已经从产品竞争发展成体系竞争,软件平台体系发展成为网络环境下各种应用的支持基础。以嵌入式软件领域为例,GPL(通用性公开许可证)概念正对嵌入式软件产业产生深远影响。嵌入式Linux多种原型的提出,和GNU(通用公共许可证)软件开发工具软件的适用性进展,正为我国加快发展嵌入式软件技术提供极好的机遇和条件。此外,开放源代码的、基于Java的可扩展开发平台Eclipse,其灵活的技术和授权模式使得嵌入式供应商能创建用户友好的嵌入式工具。在过去几年中,大部分嵌入式开发人员已经转向Eclipse作为他们选择的平台方案。大多数实时操作系统供应商拥有Eclipse开发环境,而且大多数芯片/内核供应商已经为那些希望开发自有架构的软件开发人员提供Eclipse链接。这些开源技术的开发,为构建嵌入式软件公共技术开发平台提供了良好的基础。

    国外软件企业善于把需求通用化,他们研发操作系统、数据库和通用应用软件等,中国软件企业的最大软肋是不善于把需求通用化、平台化,所以尽管多年服务于中国信息化市场,有大量的行业资产,但是和国外巨头相比,国内软件企业的软件还不强大。需要转变思路,善于把行业资产进行固化、通用化和平台化。只有把所有软件加在一起支持各种应用,支持互通互联,形成不同行业、不同应用的国产软件解决方案,这样中国工业的快速发展才会带动国产工业软件的发展,从而在未来中国也会出现世界级的工业软件公司。

 【注:我国与“工业自动化”相关的概念包括“制造业信息化”“工业化与信息化两化融合”“智能制造”“互联网+”“工业4.0”等。】

责任编辑:杨培
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