智能制造与软件定义制造

发布时间：2017-09-13 作者：e-works整理来源：e-works

关键字：智能制造软件定义

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2017年9月2日，以“软件定义制造，融合驱动创新”为主题的2017（第二届）工业软件与制造业融合发展高峰论坛在北京辽宁大厦隆重召开，著名智能制造专家、中国发明协会常务理事赵敏在论坛上作了《智能制造与软件定义制造》的演讲。本文根据演讲内容整理而成。

图1 著名智能制造专家、中国发明协会常务理事赵敏

各位来宾，下午好！今天我的演讲内容分为五个部分：制造要素的变化以及由此而带来的工业转型升级、对三个制造范式的理解、对智能制造基本含义的理解、CPS（赛博物理系统）与软件定义、以及软件不软，实力“五器”。

一、制造要素变化与工业体系转型升级

首先来看制造本身的基本含义。所谓制造是企业根据市场的需求，按照一定的方式、方法，把原材料（制造资源）加工成用户满意的产品的过程。制造资源种类很多，包括材料、能量、信息、技术、知识、资金、人力、软件、芯片、网络、服务等所有有形与无形的资源。而制造对象，就是最终制造出来的产品，这个产品可能是用来生产别的产品的产品，如工具/设备，或者是某种终端产品。

对于产品的定义，如果更通俗的来讲，产品可以说是人造系统。人造系统即相互作用、相互联接的元件和运作所组成的实现某种功能的事物的集合，例如手机、现场架构的摄像机、头顶上的吊灯都可以这样来定义。从古至今，制造的基本内涵，并没有什么不同，但是制造资源，制造方式方法都发生了巨大的变化，产品与工具越来越复杂。如下图2是考古界发现的2000多年前希腊人做出来的安蒂基西拉仪器（左上方），复原出来是这样的产品（左下方），但是历经2000年，可以看到有小齿轮、金属框架、螺丝钉等；我们还可以看到有数千零部件组成的发动机也不过是由这些精细的原材料半成品组装而成的，但却越来越复杂；而在一台计算机中，除了机箱、硬盘、键盘、显示器、导线等零部件，更重要的是，软件也成为了计算机的零部件。

图2 历经2000年，产品日趋复杂

其实，历次工业革命的机器产品也是由这些标志性工具和系统构成，且制造资源、制造方式都在发生变化。第一次工业革命是钢铁+蒸汽，以蒸汽机为动力的机器；第二次工业革命最大的变化就是有了电，用电机驱动、热机驱动，机器有了更好的动力系统；再往后发展到第三次工业革命，也就是当前我们所身处的时代，不仅仅是钢铁，各式各样的合金，以及强电、弱电、芯片、软件等等都成为了机器产品的组成部分，构成了人造系统当中的基本系统要素。

图3 历次工业革命中的标志性工具及系统组件

过去是零件定义机器，所谓的机器，对它的基本定义是各种金属和非金属部件组装成的装置，它可以耗能、运转、做功，能让零部件运动起来。自从电子元器件出现以后，即第三次工业革命的早期，对于机器的定义就产生了争议，有人就提出机械零件运转的晶体管、集成电路算不算零部件？很明显，晶体管也是，因为里面的电子在高速运动。于是就对机器进行了重定义，改良后的定义为无零部件运动的电子设备也归类为机器。其实在这一时期的机器都是刚性、缺乏柔性的，一旦功能确定、加工出来后，想要改动机器的某项功能就非常困难，常常要改动大部分零件（元器件），例如刨床很难再改成钻床。

发展到第三次工业革命中后期，越来越多的电子元器件替代了过去的机械零件，一些超大规模集成电路和芯片替代了早期的、模拟的电子元器件，运行在芯片中的软件成为了现代设备中不可或缺的新型零部件，并逐渐成为嵌入在金属之中的“思想者”、“统治者”与“定义者”，机器又有了新定义。机器包含各种软件等新型“零部件”。现在很多的机器如果没有软件几乎就无法运行。

可以看到，对机器的定义历经了从“零件定义机器”过渡到了“软件成为零件”，再过渡到“软件定义机器”。那么，如何来理解软件？软件即运行在芯片中的数字化指令和数据的集合，是一系列按照预定的逻辑和格式编辑好的“0/1”代码序列（程序），它把工业知识和经验进行封装，并按照一系列逻辑规则和格式，最终以“0/1”的机器代码格式，驱动芯片（硬件）底层功能，驱动工业设备。

软件在历史上也经历了三次重要的“技术解放”，第一次是电子学从电力学中解放出来；第二次是计算机科学从电子学中解放出来；第三次是计算机软件从附属于计算机硬件中解放出来。因此，软件独立发展以来，变得更具有专业目的性，而且不断融入到物理实体的机器工具中，成为了新型的机器零部件。因此，软件与物理机器的关系是：从分离、到交汇、到融合、再到一体化的过程。

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