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建自主工业软件体系,筑制造业转型基石

2020/11/23    来源:e-works    作者:林家杰      
关键字:工业软件  国睿信维  
工业软件指专用于或主要用于工业领域,为提高工业企业研发、制造、经营管理水平和工业装备性能的软件,是装备的神经脉络和灵魂,是现代工业装备的“大脑”。

一、背景及启示

    1.1 工业软件应用出现“卡脖子”现象

    2018年10月12日,美国能源部核安全局针对中国核工业突然出了一份禁令。其中,工业软件系统也被单独指了出来,此禁令除影响到设备与硬件外,还将影响到核工业的工程设计与管理软件,如PDS、UG、Teamcenter、Autocad、Bentley等源代码属于美国产权的软件或系统。

    禁止购买或限制国外主流工业软件的使用,正日益成为以美国为首的西方大国阻碍我国实现制造业转型的主要手段。

美国采取措施限制对中国的核销售

图1 美国采取措施限制对中国的核销售

    1.2 我国工业软件发展现状分析

    工业软件指专用于或主要用于工业领域,为提高工业企业研发、制造、经营管理水平和工业装备性能的软件,是装备的神经脉络和灵魂,是现代工业装备的“大脑”。工业软件按照用途可以划分为四大类:研发设计类(CAD、CAE、PLM等)、生产调度和过程控制类(MES、SCADA等)、信息管理类(ERP、CRM、HRM等)、嵌入式软件类(工业通信、工业机器人、数控设备等)。根据智研咨询发布的《2018-2024年中国工业软件行业市场专项调研及投资前景预测报告》:2017年我国工业软件行业中研发设计类占比约为8.3%,生产控制类占比约为13.2%,信息管理类占比约为15.5%;其余63%均为嵌入式软件开发。

我国工业软件产品结构分布

图2 我国工业软件产品结构分布(数据来源:智研咨询整理)

    ●在研发设计软件领域,外资企业以达索、西门子PLM、Autodesk为代表,仍然占有技术和市场的绝对优势,在三维CAD/CAE、高端PDM领域基本被外资企业垄断。

    ●在生产控制软件领域,西门子和Honeywell继续保持行业龙头地位,以南瑞和宝信为代表的企业,在钢铁、石化等少数行业形成了商业化产品,但高端装备制造领域仍以外资企业为主。

    ●在信息管理软件领域,目前已经形成了群雄割据的状态(国产软件也占据一席之地)。在传统ERP等领域竞争进入白热化阶段,大部分厂商都开始通过发布云产品来提升自身的竞争力。因此,未来企业间的竞争,将不仅仅局限于客户和市场份额领域,更会拓展到对数据资源的争夺。

    ●在嵌入式工业软件领域,随着5G的发展,工业通信很可能迎来质变,从而使华为、中兴等企业进一步提升其市场竞争力。

    从以上分析中可以看出,我国工业软件经过多年的发展在市场上取得了较好的成果。但我们应该认识到,我国工业软件发展过程中仍然面临较多的问题和挑战,需要引起重视:

    ●产品数字化工业基础不足,缺乏标准规范的融入:缺乏对于业务实践的有效积累以及工业标准规范的深度融入;大都缺乏实现从工程中来到工程中去的发展模式。

    ●体系结构设计落后,架构更新迭代慢:注重功能的实现,而忽略了底层体系架构的设计;体系结构在可靠性、稳定性、可扩展性及安全性等方面面临巨大的挑战。

    ●增值产品开发,知识产权受制于人:部分企业采用国外软件平台作为底层框架(Windchill、ARAS等),开展面向业务层面的增值开发。

    ●缺少核心技术,难以支撑复杂装备应用需要:在多专业、多类型数字模型的深度解析、模型复杂关联网络的构建、xBOM多视图、多有效性配置、超大规模的产品结构的运算及控制等领域的核心技术缺失。

    ●软件功能覆盖度不足:国内还没有一家软件供应商提出并发布真正意义上的产品全生命周期数据管理完整解决方案;与国外软件相比,无论完整性还是应用性都存在较大差距。

    1.3 国外先进工业软件厂商发展历程及启示

达索系统发展历程

图3 达索系统发展历程

西门子PLM发展历程

图4 西门子PLM发展历程

Ansys发展历程

图5 Ansys发展历程

    从以上三家外资工业软件公司的发展历程,我们可以得出几点启示:

    一是这些公司多发源于工业公司。比如达索飞机公司、洛克希德·马丁、麦道等航空航天和防务公司,这是因为国防工业特别是航空航天工业是高技术含量、高附加值、高精加工产品的典型代表,兼具高新技术产业和先进制造业的典型特征。

    二是这些公司都是工业系统中业务最复杂的军工企业。军工企业是工业软件发展的强大驱动力,不仅有力的促进了工业软件的成熟,也对军工产品的研发、升级、换代起到关键作用。

    三是他们的发展都是通过持续战略投入(并购、收购)、不懈的技术创新(引领技术发展的方向)实现的。这是因为工业应用需要通过不断的并购和自身的技术创新来吸取新技术和新知识来发展新的功能,这是最快捷高效和可控的途经手段。

二、自主工业软件发展体系

    国睿信维公司充分结合当前国内工业软件发展的现状、存在的短板,以及国际知名工业软件公司的发展历程和实践经验,坚持以打造体系完整的自主工业软件为己任,以帮助制造企业利用信息技术转型升级为使命,助推以工业强国为主要动力的“中国梦”。

    通过多年的实践与发展,确立了以成功的信息化工程实践作为基础,充分借鉴国外工业软件能力,平台与应用分离,异步化研发等研发理念,保证产品的持续演进优化。打造了国睿信维自主工业软件的“1-2-3-4-N”的发展体系。

国睿信维自主工业软件发展体系

图6 国睿信维自主工业软件发展体系

    2.1 打造“1”套底座平台

    基础技术开发框架平台:Glaway Foundation是国睿信维公司从多年的工业软件研制过程中提炼出设计模型、模板、开发工具、应用开发框架、中间件、基础技术类库及研发模式等成果,以可视化和集成化的开发模式,提供完整的覆盖软件全生命周期的开发、集成、运行、管理等功能于一体的软件开发基础技术平台,该平台全面拥抱微服务架构,支持分布式架构,为企业内部软件生态化转型提供有力支撑。全面支持Spring Boot应用开发,采用标准Spring Cloud技术体系,平台更加开放。是公司所有自主工业软件的“底座”。

国睿信维基础技术开发框架平台

图7 国睿信维基础技术开发框架平台

    ●基础平台:基础平台是公司各类应用软件开发与应用的“底座”,具备了大量的抽象的公共组件与能力。平台负责提供系统开发、运行和维护的基本框架,具备各类模型建模能力、可扩展的容器与各种服务生成与管理能力、各类业务与系统性能监控等能力,使其成为各类应用的“底座”。

    ●应用软件:应用层是基于“底座”打造单一数据源且互相关联的各类应用。

    2.2 承载“2”类先进理念

    1、承载先进的业务理念、实践和国内企业研制特点:充分借鉴空客、波音、洛马等先进企业在PLM等领域的先进行业业务理念和最佳实践。并通过与中航工业、中国商飞、中国电科、航天科技、中国中车等单位的在不同业务领域的合作,融入不同行业其核心产品研制特点与业务诉求。

某国内机车企业共同推动BOM数字链贯通

图8 某国内机车企业共同推动BOM数字链贯通

    2、工业软件与工业企业深度融合:借鉴美国和德国工业软件发展的模式,将中国电科14所作为公司自主工业软件的发源地,充分将自主工业软件与中国电科14所研制业务紧密融合。

工业软件打造与工业企业深度融合

图9 工业软件打造与工业企业深度融合

    2.3 融入“3”项先进信息技术

    国睿信维致力于打造融入物联网、大数据、人工智能等先进信息技术的中台产品,使其具备业务中台、数据中台、知识中台、技术中台的管理与应用能力。

    ●物联网技术:打造边缘侧与IT侧的工业连接能力,实现工业设备、智能终端、业务系统及工具的连接、数据采集能力。

    ●大数据技术:构建集大数据汇聚、大数据开发、大数据治理、大数据分析计算、大数据存储以及数据资产管理等能力。

    ●人工智能技术:通过应自然语言处理、机器学习等能力的构建,实现知识工程与装备健康管理等应用。

“3”项先进信息技术融入平台

图10 “3”项先进信息技术融入平台

    2.4 满足产品“4”性要求

    ●灵活性:平台具备高度可扩展性和灵活性,能够支持应用、服务、模型等的灵活配置与扩展。全面支持微服务架构。

    ●开放性:平台具备较好的兼容性,满足不同客户端/服务器应用的要求,同时,具备对外封装的API,具备良好的开放性。

    ●可靠性:平台可通过集群和负载均衡等方法来保证平台的稳定性,支持超大用户数情况下的高性能、高可靠性服务要求。

    ●安全性:平台所有的软件拥有全部源代码,并且软件不存在禁运、侵权与产业链制约风险,使得软件的应用具备强大的安全性。同时,软件内置三员管理以及相关安全管理能力,确保软件使用的安全。

自主工业软件“四性”要求

图11 自主工业软件“四性”要求

    2.5 实现“N”类系列化工业应用

    下图中,“3”代表产品全生命周期过程中3条横向端到端业务流程对应的解决方案:智能研发、智能生产、智能保障,围绕这三大解决方案,需构建基于模型的,虚实融合的工作环境(设计与试验、制造工程与制造执行、保障系统设计与保障系统运行)。

    “N”代表由N条贯穿自顶向下的端到端企业管理流程,这个领域的解决方案统称为智能管理解决方案,通过该解决方案促进管理流程的规范有序执行,实现上下穿透,透明决策。

    最后的“1”代表建立企业统一的知识中心,利用知识工程方法,促进企业知识应用模式的转变,加速“数据信息知识智慧”这一提取和转换过程,高效建立起沉淀了企业经验教训,可方便重用的知识条目、知识构件、知识智件,从而有效支撑产品和技术创新,以及新员工培养。

国睿信维3+N+1整体解决方案框架

图12 国睿信维3+N+1整体解决方案框架

    为了最终能够实现国睿信维3+N+1整体解决方案,帮助制造企业成功转型,我们为打造整体解决方案,需要提供完整的自主工业软件体系:

    ●智能研发套件:在系统层面,立足打造集成化研发平台、系统建模体验平台、集成测试与验证平台,满足系统工程V字流程的贯通。同时,在协同仿真工具与CAD/CAE工具层面,与国际一流友商合作,打造增值开发产品。

    ●智能生产套件:围绕集成化三维工艺平台、透明工厂系统、供应链协同平台、制造运营管理系统、高级排程系统方面,打造自主工业软件,推动智能制造模式的应用实践与落地。同时,在CAM工具等层面,与国际一流友商合作,打造增值开发产品。

    ●智能保障套件:全面打造自主可控工业软件。涵盖从六性一体化设计平台、综合保障分析平台、预测与健康管理系统、交互式电子手册与培训系统、售后服务与维修管理平台。

    ●智能管理套件:在全寿期质量管理系统、产品质量与可靠性数据包、企业经营管控与辅助决策系统层面打造自主可控工业软件。

    ●知识工程套件:全面打造自主可控工业软件,实现知识条目、知识构件、知识智件的应用。在知识图谱和智能检索引擎层面,与国际一流友商合作,打造增值开发产品。

    ●全生命周期产品数据套件:全面打造自主可控工业软件。使其具备图文档管理、xBOM多视图管理、多有效性配置管理、全局工程变更管理、CAD集成管理、可视化管理等能力。

国睿信维基于3+N+1打造的体系完整的工业应用

图13 国睿信维基于3+N+1打造的体系完整的工业应用

三、自主工业软件核心产品介绍

    3.1 核心产品一(集成化研发平台)

    Glaway IDS:通过项目计划、研发流程、专业流程、工作任务的有效衔接,形成可指导操作的细化流程。通过活动工作包的完整定义,从输入/输出、资源、工具、知识、质量等多个维度进行定义,提供实际研发活动的导航,对研发过程进行指导与帮助,驱动研发工作有序、规范、高效地开展。

集成化研发平台

图14 集成化研发平台

    3.2 核心产品二(系统建模体验平台)

    Glaway SMEX:转变传统的以文件为载体的系统设计方法,采用统一的系统建模语言来建立系统模型(运行分析模型、系统分析模型、系统架构模型、物理架构模型等),通过系统模型对象化、可视化、形式化和关联化将产品研发过程中的各类模型有机的组织起来,构建贯穿产品全生命周期的模型网络,实现基于模型的协同设计高效开展。

系统建模体验平台

图15 系统建模体验平台

    3.3 核心产品三(集成化三维工艺平台)

    Glaway MPM:基于可配置基础技术平台,建成三维化条件下的具备多方面集成化框架的全结构化三维工艺平台,支持良好用户体验的同时提高工艺设计及管理的标准化能力。

集成化三维工艺平台

图16 集成化三维工艺平台

    3.4 核心产品四(透明工厂系统)

    Glaway VFS:以系统仿真技术为核心,构建能真实模拟实际工厂运行的透明工厂,对物理工厂数据进行实时采集,通过虚实融合技术,实现制造系统的持续改进与优化。

透明工厂系统

图17 透明工厂系统

    3.5 核心产品五(供应链协同平台)

    Glaway SCE:面向订单、合同、计划、质量、工艺、生产、供应商等进行全要素的结构化、精细化的全面管控,构建企业与供应商在物资采购、制造外协管理层面的高效协作。

供应链协同平台

图18 供应链协同平台

    3.6 核心产品六(交互式电子手册与培训系统)

    Glaway IETM/Glaway ITS:将技术手册的内容以数字化格式存储,并以交互方式进行查阅,将维修技术人员所需的特定信息,精确地展现在使用者面前,并可基于此开展交互式培训,以促进装备使用和保障活动的实施。

交互式电子手册与培训系统

图19 交互式电子手册与培训系统

    3.7 核心产品七(预测与健康管理平台)

    Glaway PHM:基于OSA-CBM架构,提供免编程的PHM通用开发平台和发布单机或远程部署的PHM执行平台,实现装备的状态监测、健康评估、故障诊断与预测、寿命/性能预测和维修决策等。

    预测与健康管理平台

图20 预测与健康管理平台

    3.8 核心产品八(售后服务与维修管理平台)

    Glaway MRO:适用于承制方和使用方的装备全寿期售后服务和维修保障,提供单装状态与履历、临抢修/预防性维修/等级修理、资源管理与供应,故障和质量闭环、全资可视化等完整功能。

售后服务与维修管理平台

图21 售后服务与维修管理平台

    3.9 核心产品九(知识工程平台)

    Glaway KES:以提升知识运用能力为核心,结合先进的知识图谱、知识构件等手段,对各业务环节的知识进行有效的沉淀、组织、管理、应用以及改进,实现对企业内外部海量信息资源的知识挖掘和智能化的知识应用服务。

知识工程平台

图22 知识工程平台

    3.10 核心产品十(大数据分析与决策系统)

    Glaway DSS:实现自顶向下的“思维-战略-规划-计划-行动-结果”价值链管控;实现以目标/风险/问题为导向的大数据多维度分析、自动化预警和智能预测,提升决策能力。

大数据分析与决策系统

图23 大数据分析与决策系统

    3.11 核心产品十一(产品全生命周期数据管理系统)

    Glaway PLM:通过图文档管理、产品结构管理、产品全生命周期xBOM管理、全局变更管理、异构工具系统集成等能力构建,全面支撑产品研制全生命周期的数据有效、完整、准确管控与贯通。

全生命周期产品数据管理系统

图24 全生命周期产品数据管理系统

四、自主工业软件研发管理体系

    国睿信维自主工业软件研发秉持“卓越的产品成就卓越的企业”的研发理念与思想。对内:打造具有长久生命力的,获得市场成功和财务成功的完美自主软件产品,成为具有国际竞争力、拥有自主知识产权的知名中国工业软件供应商。对外:打造架构灵活、功能完备、体验优良、易实施、易维护,且承载最佳实践、领先理念、经验知识的共同载体。

    国睿信维构建“五维一体”的自主工业软件研发管理体系:

“五维一体”自主工业软件研发管理体系

图25 “五维一体”自主工业软件研发管理体系

    4.1 流程管控

    面向产品全生命周期的产品研发流程管控体系:国睿信维构建并持续贯彻规范的产品研发流程管控体系。确保产品策划、实现、上市、运行优化的规范有序。

面向产品全生命周期的产品研发流程管控体系

图26 面向产品全生命周期的产品研发流程管控体系

    4.2 技术管理

    技术开发与实现过程的全面技术管理:国睿信维在研发过程中建立了完整的技术管理体系,用于管理技术树、技术点、专利著作权、开源组件管理等。并持续构建对国产基础软硬件和上下游软件兼容能力,涵盖自主可控硬件、操作系统、数据库、中间件适配等能力,目前已适配通过:中标麒麟操作系统、人大金仓数据库、金蝶中件间、华为鲲鹏等。

技术体系管理规范

图27 技术体系管理规范

    4.3 质量管理

    完整的软件工程质量管理体系:构建完整的软件工程研发质量管控体系。确保产品的立项、研发、测试、发布、生命周期支持的质量可知、可管、可控。

全生命周期软件工程质量管理体系

图28 全生命周期软件工程质量管理体系

    4.4 组织团队

    国睿信维投入了一支懂市场、客户、技术、运营的强大的队伍,这支队伍是保障工业软件走向成功的基础。同时,按照IPD的研发管理思想,打造了一支编制健全、职能定位清晰、技术开发与产品开发分离的研发团队。

    4.5 研发投入

    国睿信维将自主工业软件研发视作公司核心竞争力的重要源泉,在战略定位、资金投入、人力投入等层面进行持续的战略投入。公司自2011年成立以来,投入的自有资金占公司整体营收的10%以上;同时,打造了一支超过150人的研发团队,约占公司总人数的25%。

五、总结与展望

    随着国家自主可控战略的进一步深化与推动,国睿信维公司将继续坚定以“帮助工业企业利用信息技术驱动数字转型,助推以工业强国为主要动力的中国梦实现”作为根本使命,以“成为中国领先的工业软件供应商”为主要目标,将进一步优化一体化产品研发策略、构建产学研用生态、升级市场营销体系、推动领军人才计划实施、进一步加大在自主工业软件上的投入等措施,助力国家工业软件全面国产自主可控。

责任编辑:程玥
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