電子信息行業(yè)制造過程中的工業(yè)軟件應(yīng)用創(chuàng)新發(fā)展趨勢研究

韓國權(quán)，黃海峰，周偉

（太極計(jì)算機(jī)股份有限公司，北京 100102）

近年來，我國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，但與國際先進(jìn)水平比較，目前國內(nèi)企業(yè)技術(shù)研發(fā)投入相對(duì)較少，核心技術(shù)仍主要依賴海外技術(shù)，這已成為制約該產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的瓶頸。為了促進(jìn)電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，必須在國家政策指引下逐步把工業(yè)軟件引入電子信息產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)制造全過程中。工業(yè)軟件作為支持工業(yè)生產(chǎn)、研發(fā)和管理等方面的技術(shù)支撐，它能夠在生產(chǎn)制造中起到很大的推動(dòng)作用。在電子信息產(chǎn)業(yè)中，工業(yè)軟體對(duì)提升企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)、縮短研發(fā)時(shí)間、提高企業(yè)產(chǎn)能等都具有舉足輕重的作用。目前，國內(nèi)的工業(yè)軟件行業(yè)存在核心技術(shù)不足，專業(yè)人才缺乏等一系列問題。所以，應(yīng)持續(xù)加大對(duì)工業(yè)軟件的研發(fā)投資，加大專項(xiàng)人才的培養(yǎng)，促使電子信息產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平和核心競爭力得到實(shí)質(zhì)提升。

1 工業(yè)軟件在電子信息行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及技術(shù)設(shè)計(jì)

電子信息行業(yè)是國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要組成部分，也是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展的重要體現(xiàn)，是發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和未來產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)領(lǐng)域。電子信息行業(yè)制造涉及大量電子元器件、IC 芯片、連接器、傳感器、電路板等原材料和元器件，還涉及多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，這些都為工業(yè)軟件應(yīng)用創(chuàng)新提供了良好的市場環(huán)境。在電子信息行業(yè)中，工業(yè)軟件的應(yīng)用主要集中在企業(yè)研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、運(yùn)維管理等各個(gè)環(huán)節(jié)，具有較高的復(fù)雜性。其中以CAD軟件為例，它是電子信息行業(yè)中重要的應(yīng)用軟件之一，被廣泛用于電子信息行業(yè)中的研發(fā)設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃和加工制造等環(huán)節(jié)。

當(dāng)前，全球工業(yè)軟件已進(jìn)入快速發(fā)展期，世界科技強(qiáng)國紛紛出臺(tái)了相關(guān)的支持政策，我國也發(fā)布了一系列支持發(fā)展的措施。工業(yè)軟件可以幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化、智能化、高效化和可追溯性，提高生產(chǎn)效率和工作質(zhì)量，也能夠減少生產(chǎn)成本和人力資源投入。目前，我國自主研發(fā)的CAD 軟件仍然無法滿足企業(yè)的設(shè)計(jì)要求，也無法滿足電子信息行業(yè)用戶對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求。隨著數(shù)字化技術(shù)的逐漸普及和工業(yè)行業(yè)對(duì)智能化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型的需求不斷增強(qiáng)，工業(yè)軟件的需求和應(yīng)用范圍也在不斷拓展。對(duì)于企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)來說，工業(yè)軟件可以為企業(yè)提供全方位的數(shù)字化解決方案，實(shí)現(xiàn)信息的共享、協(xié)作與創(chuàng)新，同時(shí)也可以幫助企業(yè)構(gòu)建可靠的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和智能化的預(yù)測分析系統(tǒng)，提高了企業(yè)的綜合競爭力和持續(xù)發(fā)展能力。在軟件定義中，通常將軟件分為通用軟件和專用軟件，通用軟件是能應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域的軟件，而專用軟件則主要是針對(duì)特定領(lǐng)域的軟件。對(duì)于工業(yè)軟件而言，其主要是指能夠應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用程序，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)、研發(fā)和管理過程給予技術(shù)支撐。由于電子信息行業(yè)屬于新興產(chǎn)業(yè)，需要將其與傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行區(qū)分。

工業(yè)軟件的頂層設(shè)計(jì)主要包括對(duì)軟件功能的設(shè)計(jì)以及對(duì)軟件架構(gòu)的設(shè)計(jì)兩個(gè)方面，工業(yè)軟件的功能設(shè)計(jì)主要是指將工業(yè)軟件的功能進(jìn)行細(xì)化，以滿足不同層次用戶的需求。在對(duì)CAD 進(jìn)行功能設(shè)計(jì)時(shí)，可將其劃分為二維圖形、三維模型以及二維設(shè)計(jì)等幾個(gè)主要模塊。對(duì)于三維模型而言，可根據(jù)用戶需求進(jìn)行不同的建模方式，如使用UG 軟件可將三維模型進(jìn)行實(shí)體化并通過布爾運(yùn)算對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化，在滿足用戶需求的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了對(duì)模型的優(yōu)化。其次，工業(yè)軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)主要是指對(duì)工業(yè)軟件系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的互聯(lián)互通。在進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮系統(tǒng)中不同模塊間是否存在數(shù)據(jù)交換現(xiàn)象。在對(duì)產(chǎn)品CAD 系統(tǒng)進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮是否存在數(shù)據(jù)交換等問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同模塊之間信息的交互使用，工業(yè)軟件頂層設(shè)計(jì)流程如圖1 所示。

圖1 電子信息行業(yè)中工業(yè)軟件頂層設(shè)計(jì)圖

如圖1 所示，在電子信息行業(yè)中工業(yè)軟件的頂層設(shè)計(jì)主要包括兩方面內(nèi)容：（1）將工業(yè)軟件分為不同級(jí)別；（2）對(duì)不同級(jí)別的軟件再進(jìn)行功能劃分，通過將不同級(jí)別的軟件功能劃分到不同級(jí)別中，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)軟件應(yīng)用系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì)。對(duì)于工業(yè)軟件的分類，常見的方法是按照其功能和應(yīng)用范圍進(jìn)行劃分?？梢詫⒐I(yè)軟件分為PLC 編程軟件、HMI 界面設(shè)計(jì)軟件、SCADA 監(jiān)控軟件、CAD 繪圖軟件等，其中的每種軟件都有不同的應(yīng)用場景和目標(biāo)用戶，對(duì)于不同級(jí)別的工業(yè)軟件，其功能劃分也不盡相同。

2 電子信息行業(yè)制造過程中工業(yè)軟件發(fā)展趨勢與應(yīng)用創(chuàng)新

隨著全球信息化的發(fā)展，工業(yè)軟件的應(yīng)用已成為推動(dòng)行業(yè)發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力，工業(yè)軟件的應(yīng)用將會(huì)朝著智能化、綠色化、服務(wù)化的方向發(fā)展。智能化是指利用工業(yè)軟件對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化和升級(jí)，不斷提高產(chǎn)品的性能；綠色化是指在開發(fā)和應(yīng)用工業(yè)軟件過程中，不斷減少資源消耗和環(huán)境污染，提升資源利用率；服務(wù)化是指將產(chǎn)品售后服務(wù)進(jìn)行升級(jí)和優(yōu)化，降低產(chǎn)品使用成本。未來，工業(yè)軟件將會(huì)與多種技術(shù)進(jìn)行融合，從而實(shí)現(xiàn)技術(shù)升級(jí)并提高其應(yīng)用效率。例如，利用云技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化和升級(jí)；利用人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和監(jiān)測；利用先進(jìn)的通信技術(shù)對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析；利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)產(chǎn)品的使用情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。還可以將電子信息行業(yè)中的新工藝、新材料、新設(shè)備等納入工業(yè)軟件中，從而推動(dòng)工業(yè)軟件的創(chuàng)新發(fā)展。工業(yè)軟件創(chuàng)新發(fā)展趨勢分析如圖2 所示。

圖2 電子信息行業(yè)中工業(yè)軟件創(chuàng)新發(fā)展趨勢

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，人工智能技術(shù)可作為一個(gè)有效的輔助工具。人工智能技術(shù)對(duì)工業(yè)軟件的應(yīng)用主要體現(xiàn)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面：（1）可以應(yīng)用于產(chǎn)品的材料選擇、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等；（2）可以應(yīng)用于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝過程等。例如，利用人工智能技術(shù)對(duì)材料進(jìn)行優(yōu)選、結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及工藝過程的控制等。在材料優(yōu)選方面，可以利用人工智能技術(shù)對(duì)不同材料進(jìn)行對(duì)比和選擇；在結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面，可以利用人工智能技術(shù)對(duì)產(chǎn)品的外形進(jìn)行優(yōu)化；在工藝過程控制方面，可以利用人工智能技術(shù)對(duì)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化，還可以應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、仿真和生產(chǎn)過程優(yōu)化等方面。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種綜合計(jì)算機(jī)科學(xué)、材料科學(xué)、生物學(xué)等多學(xué)科的綜合性技術(shù)，具有很強(qiáng)的交互性和沉浸性，能夠?qū)⒂脩魩нM(jìn)一個(gè)虛擬世界中，實(shí)現(xiàn)與真實(shí)世界一樣的感受。通過對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，可對(duì)工業(yè)軟件進(jìn)行升級(jí)，從而在電子信息行業(yè)中進(jìn)行廣泛應(yīng)用。例如，在汽車制造過程中，通過使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以將汽車制造的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行仿真模擬，從而更好地掌握汽車制造過程中的各種參數(shù)。在醫(yī)療領(lǐng)域中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可用于醫(yī)療教學(xué)和培訓(xùn)。例如，在醫(yī)學(xué)教學(xué)過程中，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以為學(xué)生創(chuàng)建一個(gè)虛擬的醫(yī)學(xué)場景，使學(xué)生可以在其中對(duì)疾病進(jìn)行相關(guān)操作，從而幫助學(xué)生更好地掌握醫(yī)學(xué)知識(shí)。在工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以幫助設(shè)計(jì)人員建立一個(gè)更加逼真的三維模型，并將其應(yīng)用到設(shè)計(jì)過程中。在制造領(lǐng)域中，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以構(gòu)建一個(gè)仿真環(huán)境，使制造人員能夠更好地模擬實(shí)際生產(chǎn)過程?？傊?，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電子信息行業(yè)中的應(yīng)用是非常廣泛的。

在工業(yè)軟件發(fā)展過程中，其核心是將各種不同的軟件系統(tǒng)集成在一起，實(shí)現(xiàn)信息資源的共享和統(tǒng)一管理。具體可分為兩種，即數(shù)據(jù)集成和功能集成。數(shù)據(jù)集成是指不同的工業(yè)軟件系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和共享，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的綜合應(yīng)用。功能集成是指在不同的工業(yè)軟件系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)相互調(diào)用，從而滿足用戶的需求。未來，將會(huì)出現(xiàn)更多的數(shù)據(jù)集成和功能集成的工業(yè)軟件，為用戶提供更多的服務(wù)。例如，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，將CAD/CAM、PDM、CAPP、MES 等系統(tǒng)進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和信息傳遞；在制造過程中將工業(yè)機(jī)器人、MES、ERP 等系統(tǒng)進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息共享和業(yè)務(wù)協(xié)同。最終形成了電子信息行業(yè)中應(yīng)用較多的數(shù)據(jù)集成軟件主要包括SAP、ERP、PLM 等，具有較廣闊的應(yīng)用前景。

3 結(jié)語

通過分析電子信息行業(yè)的生產(chǎn)制造和信息化深度融合的現(xiàn)狀，闡述了工業(yè)軟件對(duì)電子信息行業(yè)的重要作用，并結(jié)合其特點(diǎn)提出了在電子信息行業(yè)中工業(yè)軟件的應(yīng)用創(chuàng)新與發(fā)展趨勢，具體為：在電子信息行業(yè)中應(yīng)用工業(yè)軟件應(yīng)從頂層設(shè)計(jì)入手，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)、應(yīng)用和維護(hù)；提供具有針對(duì)性的軟硬件技術(shù)，為工業(yè)軟件應(yīng)用系統(tǒng)提供技術(shù)支撐；完善工業(yè)軟件人才培養(yǎng)機(jī)制，為電子信息行業(yè)提供人才支撐。在此基礎(chǔ)上，還提出了工業(yè)軟件發(fā)展趨勢與應(yīng)用創(chuàng)新的具體路徑：（1）加大政策扶持力度；（2）加大對(duì)企業(yè)的資金支持力度；（3）推動(dòng)企業(yè)實(shí)現(xiàn)信息化升級(jí)改造；（4）推進(jìn)人工智能技術(shù)在工業(yè)軟件中的應(yīng)用。