工信科普|什么是工业软件?

工业软件的定义

 
 
 
  根据《中国工业软件产业白皮书(2020)》:工业软件是工业技术、流程的程序化封装与复用。通俗的理解:工业软件是指应用于工业领域, 以提高工业企业研发、生产、管理水平和工业装备性能的应用软件,是工业制造的“大脑和神经”,其核心作用在于帮助工业企业提质增效降本,并增强企业在高端制造的竞争力。
 

工业软件产业链

 
 
 
  工业软件产业链可分为上游、中游和下游三个环节。上游主要是为工业软件产品制造提供基础服务的软硬件,如计算机设备、操作系统、开发工具和中间件。中游主要包括研发设计软件、生产控制软件、业务管理软件、嵌入式软件及工业互联网平台软件等。其中,研发设计类软件主要应用于设计环节,是数字化研发创新的主要工具,能够提升产品开发效率、降低开发成本、提高产品质量;生产控制类软件主要应用于产品生产过程,帮助企业提高制造过程的管控水平,改善生产设备的效率和利用率;业务管理类软件主要用于提升企业的管理治理水平和运营效率;嵌入式软件是基于嵌入式系统设计的软件,用于实现其他设备的控制、监视、管理等功能;工业互联网平台是支撑制造资源泛在连接、弹性供给、高效配置的工业云平台,承载的APP为新型工业软件。在下游应用方面,工业软件广泛应用于机械装备、汽车制造、能源电力、航空航天、工业通信和安防电子等领域与环节中。 

 

工业软件的类别

 
 
 
  基于产品用途,工业软件可划分为研发设计软件、生产控制软件、经营管理软件、嵌入式软件等。

 

 

1、研发设计类

 

  三大基础设计软件:CAD/CAE/CAM

  研发设计类工业软件包括CAD、CAE、CAM、PLM、BIM、EDA等。其中CAD、CAE、CAM是三大工业基础设计类软件,功能分别是利用计算机辅助设计、求解复杂工程和分析计算、生产准备到生产制造。

  PLM(Product Lifecycle Management),即产品全生命周期管理系统,可以看做是CAD、CAE、CAM、PDM(Product Data Management)的集成,帮助扩展型企业整合数据、流程、业务系统以及人员信息,以经济高效的方式对产品的整个生命周期(创意、设计、制造到维修)的信息进行管理。

  EDA(Electronics Design Automation)即电子设计自动化,是指利用计算机技术完成大规模集成电路的设计、仿真、验证等流程的设计方法,由CAD、CAE、CAM衍生而来。EDA是集成电路产业的上游关键模块,对集成电路行业生产成本、生产效率和产品技术水平有着重要影响,被誉为“芯片之母”,是我国“卡脖子”关键技术之一。

 

2、生产制造类

 

  生产制造类工业软件包括生产控制类(DSC、SCADA、PLC等)和制造执行类(如MES等),主要是在工业产品生产和制造过程中进行数据采集、分析和决策,负责生产管理、物料管理、质量管理、设备管理、能耗管理等。

  DCS,即分布式控制系统,特点主要在于分散控制和集中管理。DCS主要由三站一网构成:工程师站(综合控制站)、操作员站(值班子系统站)、现场控制站和系统网络。工程师站主要负责对DCS进行离线的配置、组态工作和在线的系统监督、控制、维护;操作员站主要处理一切和运行操作有关的人机界面功能,例如HIS、OI、MMI;现场控制站是DCS的核心,对现场I/O处理并实现直接数字控制;系统网络是连接各个站的桥梁。

  SCADA,即数据采集与监视控制系统。SCADA主要分为管理端和场站端,管理端包括SCADA应用和前端采集,场站端包括PLC控制柜和工控机。一般来讲,SCADA主要有三个功能:数据采集和存储、数据分析和过程报警功能。另外,基本上SCADA还会支持多种触发形式的脚本,用户可扩展系统功能。

  MES,即制造执行系统。MES主要是用来连接计划决策层和生产执行层,起着承上启下的作用,上接ERP软件,下启PLC、DCS、SCADA等软件,实现了设备和工装工单派发、人员派工、质量管理、在产品管理等功能的集成应用,打通制造环节的信息流通。

 

3、经营管理类

 
  经营管理类工业软件包括传统的企业资源计划(Enterprise Resource Planning,ERP)、财务管理(Financial Management,FM)、营销管理(Customer Relationship Management,CRM)等传统经营管理类,也包括办公自动化(Official Automation,OA)等协作办公软件。
  其中,ERP是目前用到最多的传统经营管理类工业软件。ERP软件提供集成、连续、及时的业务流程数据,管理整个业务流程,包括供应链管理、会计管理、项目管理、风险管理和控制等。一个完整的ERP软件还可管理企业绩效,包括财务规划、财务预算、财务分析等。

 

4、运维服务类

 

  运维服务类软件包括维护维修运行管理(MRO)、故障预测与健康管理(PHM)、资产性能管理(APM)等。

  MRO(Maintenance,Repair and Operations),即维护维修运行管理,是专门生产设备进行维修和保养的系统,最早源于航空领域,目前普遍应用于航空、军事、轨道交通、工程机械等领域。

  PHM(Prognostic and Health Management),即故障预测与健康管理,通过采集数据和信息,然后通过人工智能算法与推理模型实现装备运行状态的监测、预测、判别以及管理。相比于传统的维修系统,PHM最有特点的是预测能力,通过对历史数据和维修记录的分析来预测故障、使用寿命、性能趋势等。目前,PHM主要用于对安全和可靠性更看重的关键领域,例如航空、轨道交通、石油开采等。

 

5、嵌入式软件类

 

  嵌入式软件指嵌入在硬件中的操作系统和开发工具软件,包括嵌入式操作系统、嵌入式应用软件、嵌入式支撑软件。嵌入式系统往往是某个大系统或产品的一部分,例如汽车中的防抱死制动系统。每一个嵌入式系统至少有一个嵌入式微处理器(或微控制器),运行在嵌入式微处理器中的软件就称为嵌入式软件,也称为固件(Firmware)。嵌入式软件特点是软件硬件可裁剪,对功能可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求。

 

6、工业互联网平台类(新型架构类)

 
  工业互联网平台由边缘层、IaaS 层、平台层、应用层组成,是支撑制造资源泛在连接、弹性供给、高效配置的工业云平台。部署在工业互联网平台上的APP普遍采用了微服务架构,因此,工业互联网平台本身及运行在其上的工业 APP,是新型架构的软件。
 
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