建自主工业软件体系，筑制造业转型基石

一、背景及启示

1.1. 从大飞机研制看完整工业体系

一架大型客机，需要线缆近千根、导管两三千根、管线近百公里，零部件总数达数百万个。而要把海量零部件按照复杂结构“组合”在一起并安全飞行五六万个小时，更是顶级考验。正因为如此，大飞机研制被称为“现代工业的王冠”和“大国标配”，检验着一个国家的人才水平、工业水平、科技水平和综合管理水平。因此，大飞机的研制必须有完整的工业体系、雄厚的经济实力和庞大的市场空间作为支撑。

图1.大飞机研制体系

工业产品（大飞机）与工业体系之间的关系如同一座浮游在海面上的冰山，人们所能看到的耀眼夺目的工业产品其实那仅仅是冰山的一角，工业体系如同深埋在海面之下的巨大冰基，若要冰山越突出显赫，必然需要冰基越博大雄厚。完整的工业体系包括工业技术、工业装备以及转换形成的工业能力和支撑工业活动，工业体系水平决定了工业产品的技术水平和质量。

工业技术是在数百年工业发展中工业知识和技术积累的总和，是工业化完成的重要标志之一。工业界各行各业的领域知识、行业知识、专业知识、个人知识和工作经验、技术诀窍（Know-How），包括标准、规范等，都属于工业知识的范畴。工业装备一直是工业体系的基础，是推进工业化的关键，是工业持续发展的基础，是工业技术积累和发展后的成果。工业装备的技术水平很大程度上决定了工业体系所具有的工业能力和整体素质，体现了工业化的进程和高度，使得机械化、规模化、自动化、智能化等工业化的特征能够实现。

图2.从大飞机研制看完整工业体系

1.2．工业软件：信息技术与工业要素的深度融合

信息化与工业化是人类文明进程中的两个重要社会发展阶段，是人类现代化和后现代化的两个基本标志。工业化是信息化发展的必要条件，信息化是工业化发展到一定阶段的产物。工业革命孕育了信息技术的因素，并为信息化的问世奠定了坚实的基础。工业化和信息化的融合是完成战略性的产业升级，构建可持续发展的新型工业体系的必然要求。

图3.信息技术与工业要素深度融合

没有优秀的工业软件，就无法开发出优秀的工业产品；没有工业技术积累和大手笔的研发投入，就无法开发出优秀的工业软件；没有经历完整的工业化进程，就没有工业技术的深厚积累。

1.3．我国工业软件的基本情况及存在的问题

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）。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。

图4.我国工业软件产品结构分布

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。但在工业机器人等领域仍与外资存在较大差距。

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：

1）缺乏工业行业背景和实践：工业软件的发展需求不明确，与工业业务流程的结合不紧密；缺乏实现从工程中来到工程中去的发展模式。

2）缺少核心技术，自主研发能力弱：关键技术和核心系统为国外所垄断，我国相当部分的关键技术和核心系统尚属空白。

3）缺乏持续的战略，投入不足：企业的发展大多以市场为导向，以盈利为目标，缺乏对产品研发的持续投入。

4）缺乏工业软件发展的标准规范：缺乏基础编码、软件开发、实施规范、集成接口等相关标准与规范，软件的可扩展性、可配置性、可重构性较差。

1.4. 国外典型工业软件公司发展情况及启示

图5.达索析统发展历程

图6.西门子PLM发展历程

图7.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、国睿信维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，确立了自主工业软件的“1-N-5”的发展体系。

图8.国睿信维自主工业软件发展体系

2.1  “1”套框架：成熟/稳定/开放/高效/扩展的技术框架

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，将作为所有自主工业软件的“底座”。

图9.国睿信维基础技术开发框架平台

△ 企业级云数据中心：数据层负责大数据的采集、管理、存储、训练与计算等，为系统的框架与应用提供数据支撑。

△ 系统开发/运行/维护：框架层负责提供系统开发、运行和维护的基本框架，使其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”。从而可以基于这些通用组件，快速进行各类应用的开发、运行和维护。

△ 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。

2.1  “N”类应用：打造体系完整的工业应用（Apps）

△ 基于统一框架平台（底座），打造体系完整、相互关联的工业应用，我们一方面需要结合国家及行业在自主可控方面的要求，另一方面需要正视在某些领域与国际厂商之间技术上的差距。基于此，在工业应用中的打造中将定义两类策略：

△ 在“专用领域”方面，我们将充分借鉴国外先进理念与实践，并深度结合国内装备研制业务特点，全面打造自主可控工业应用；

△ 在“货架产品”方面，我们将立足与国际一流厂商合作，同时，也将深度结合国内装备研制与业务管理特点，进行增值产品开发，以满足国内用户业务特点和应用体验的要求。

图10.国睿信维N类工业应用打造的策略

图11.国睿信维3+N+1整体解决方案框架

上图中，“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。

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工具与设备联网采集层面，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系统层面打造自主可控工业软件，在企业经营管控与辅助决策系统上，与国际一流友商合作，打造增值开发产品。

△ 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、BOM复杂配置管理、全局工程变更管理、CAD集成管理、可视化管理等能力。

图12.国睿信维基于3+N+1打造的体系完整的工业应用

2.3 “5”大理念：确保软件扎实、可靠，快速迭代

确定工业软件与工业企业深度融合的“1”种模式，树立成就卓越产品体系和品牌的“1”类理念，建立“1”套完备的产品研发管控体系，秉持“1”系列的战略投入和“1”支强大的工程队伍。

“1”种模式（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14所研制业务紧密融合。

图13.工业软件打造与工业企业深度融合

“1”类理念（卓越的产品成就卓越的企业）:

建立一套完备的研发理念、思想和策略来指引自工主业软件的发展。在企业内部形成“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

打造公司内部统一的面向业务、平台、应用、技术、四性等的研发策略。

△ 承载先进的业务理念和实践：业界先进理念和模式的承载，领先企业最佳实践的沉淀；

△ 产品平台化战略：共用基础模块组件化、平台化，技术平台、产品平台解耦化；

△ 工业应用的系列化：基于产品平台打造各类工业应用，工业应用间的业务逻辑；

△ 技术研发异步化：核心技术先行突破，技术成果货架发布，技术开发产品开发异步分离；

△ 产品四性要求：以灵活性、开放性、可用性、可维护性作为产品研发的指导原则。

“1”套体系（卓越的产品研发管控体系）:

需要构建并持续贯彻规范的产品研发管控体系。确保产品策划、实现、上市、运行优化的规范有序。

△ 产品策划：完整的产品策划全过程管控。根据VOC/QFD/竞争产品信息的收集与分析，对产品进行研发立项、规格定义以及评审，实现项目实施成果以及战略客户项目成果的产品化。

△ 产品实现：详细的产品实现过程管理。根据客户需求进行分析，对系统进行架构设计、模块划分以及技术路线的定义，通过用户体验、人机交互性设计以及关键技术的攻关，实现产品完整功能的开发与测试，并落实文档数据进行准备与管理。

△ 产品上市：充足的产品上市准备。根据产品市场分析进行合理定价，完善License控制策略，对产品白皮书、市场宣传材料、用户介绍材料（PPT）、市场竞争材料等进行充分准备，并对销售/实施/售前等团队制定完善的培训体系。

△ 营销运行：完善的产品营销与运行服务。支持丰富的市场销售活动，对产品缺陷的反馈与问题进行跟踪，并结合客户需求进行分析，对产品功能进行完善。结合产品的市场情况跟踪进行总结，实现产品新版本的规划与发布。

图14.    国睿信维研发流程体系架构

△ 知识产权自主可控：信维公司在“智能研发”、“智能生产”、“智能保障”、“智能管理”、“知识工程”领域获得70余项自主知识产权。

△ 技术能力自主可控：信维公司打造的工业软件核心技术全面自主可控，在参考国外先进技术体系框架的基础上，全面全新打造完全自主可控的工业软件。确保软件拥有全部源代码、技术团队吃透全部源代码、软件不存在禁运与侵权问题、不受产业链上下游的制约、安全保密自主可控。

“1”系列投入（持续的战略投入与支持）

公司将自主产品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，利用自有资金，投入超过1.239亿人民币，约占公司整体营收的14.07%；同时，截至2018年6月份，研发人数共计109人，约占公司总人数的24.82%。

 “1”支队伍（懂市场/客户/技术/运营的卓越队伍）

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。

图15.    国睿信维自主工业软件完整资源体系

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。

图16.    编制健全、职能定位清晰的产品研发团队

以“1-N-5”的自主工业软件体系作为指导思想，全面打造自主可控工业软件。

三、国睿信维自主工业软件介绍

核心产品一（集成化研发平台）：

通过项目计划、研发流程、专业流程、工作任务的有效衔接，并集成输入/输出、资源、工具、质量、知识等工作要素，驱动研发工作有序、规范、高效地开展。

图17.    集成化研发平台

核心产品二（系统建模体验平台）：

通过指标体系建模、多视图建模（运行分析、系统分析、系统架构、物理架构等）以及协同建模与技术状态管控环境，实现基于模型的协同设计高效开展。

图18.    系统建模体验平台

典型客户实践案例：

核心产品三（集成化三维工艺平台）：

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。

图19.    集成化三维工艺平台

核心产品四（透明工厂系统）：

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。

图20.    透明工厂系统

核心产品五（供应链协同平台）：

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。

图21.    供应链协同平台

典型客户实践案例：

核心产品六（综合保障分析平台）：

基于S3000L等标准，通过规范的保障性分析过程，规划保障方案和保障资源，形成综合保障基础数据库，并为IETM编制、初始备件规划、保障仿真评估等提供数据基础。

图22.    综合保障分析平台

核心产品七（预测与健康管理（PHM）平台）：

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。

图23.    预测与健康管理（PHM）平台

核心产品八（售后服务与维修管理平台）：

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。

图24.    售后服务与维修管理平台

典型客户实践案例：

核心产品九（知识工程平台）：

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，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。

图25.    知识工程平台

核心产品十（单机质量与可靠性数据包）：

构建统一的产品数据包管理环境，提升数据包组织策划的系统性、数据采集的完整性，形成数据结构化处理及应用能力，为产品质量控制及风险预防提供支撑。

图26.    单机质量与可靠性数据包系统

典型客户实践案例：

核心产品十一（全生命周期产品数据管理系统）：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。

图27.    全生命周期产品数据管理系统

四、总结与展望