關于工業軟件之工業屬性的思考和探討

趙敏 楊春暉

（1.走向智能研究院，北京 100083；2.工業和信息化部電子第五研究所，廣東廣州 511370；3.工業軟件工程化與應用技術工業和信息化部重點實驗室，廣東廣州 511370）

隨著新一代信息通信技術的發展，工業軟件、工業APP、工業互聯網、工業通信、工業操作系統、工業大數據、工業元宇宙等名詞如雨后春筍般涌現。這些軟件和系統一般可劃分為基礎、工具、平臺等類別，都具有一個共同的身份——工業，均冠之以“工業”名義并與工業軟件相伴相生。這種源自工業的、與生俱來的、標簽化的、區別于其他事物的特征或性質，稱為工業屬性。

一、對工業屬性的定義

工業屬性目前并沒有明確定義，工業軟件的“工業屬性”更是缺乏研究，沒有明確界定。加強對工業屬性的分析研究，準確識別工業軟件的工業屬性，彌補該知識點空缺，對于工業整體高質量發展十分必要。但是如何定義工業軟件的工業屬性？本文認為可以從屬性、工業內涵和范疇、工業軟件構成等方面分析和定義工業軟件的工業屬性。屬性一般指實體的本性，即實體本質方面的特性[1]。在《辭?！泛投喾N“百科”釋義中，屬性就是人類對于一個對象抽象方面的刻畫。人們通常把一個事物的性質與關系，都叫作事物的屬性。按照上述定義，人們可以把工業屬性理解為工業的性質與關系。

工業是采掘自然物質資源和對工農業生產的原材料進行加工或再加工的社會生產部門。它為國民經濟其他部門提供生產資料和消費資料，為人民提供日用工業品。工業可分為采掘工業和加工工業，又可分為重工業和輕工業。

工業軟件[2]是工業技術和信息技術融合發展的產物，是發展工業的超級工具，是實現新型工業化的“軟裝備”，是一種特殊的工業品。工業軟件是工業技術軟件化的結果，是面向特定場景的工業技術和知識、經驗、技術訣竅、流程的程序化封裝與復用，能夠在數字空間和物理空間定義工業產品和生產設備的形狀、結構，控制其運動狀態，預測其變化規律，優化制造和管理流程，變革生產方式，提升全要素生產率，是現代工業的“靈魂”。

工業軟件具有諸如工業屬性、軟件屬性、數字資產屬性、交易屬性等多種屬性。工業屬性是工業軟件所獨有的關鍵、核心、高維度屬性，沒有工業屬性的軟件將會降維成“計算器”。工業屬性既蘊含在表達工業機理的數理化方程、專業知識、經驗、訣竅、生產運營過程的最佳數據、算法、標準、流程之中，也蘊含在輸入工業軟件的、帶有生產現場時空背景的數據以及從工業軟件輸出到工業終端、精準控制其顯示或動作的數據之中。

綜上所述，工業軟件必然具有工業屬性，具有工業屬性的軟件是工業軟件。二者互為充要條件。

二、工業屬性概念辨析

（一）工業分類

國家原質檢總局、國家標準委發布的GB/T 4754—2017《國民經濟行業分類》[3]中規定，工業可以分為采礦業、制造業、能源業（電力、熱力、燃氣及水生產和供應業）三大門類，每個門類下面有逐漸細分的大類、中類、小類。三大工業門類共計包含了41 大類、207 中類、666 小類的工業分類（以下簡稱“41-207-666”）。這是國家標準定義的工業基本構成。從工業基本構成可以認識到，凡是包含在“41-207-666”中的生產要素或生產系統，都具有工業基本性質，歸屬于工業。

由此引申出，凡是在軟件中包含“41-207-666”工業知識（如常識、經驗、訣竅、標準、機理模型、算法、最佳工藝數據、流程等），服務于“41-207-666”產品的研發設計、生產制造、運維保障和經營管理等業務環節的軟件，都是工業軟件且具有工業屬性。

（二）數據來源

工業現場的產品、人、機、料、法、環、側等企業資源，以及企業實體之間的合作關系，逐漸聯入某種類型的工業網絡（如工業互聯網），成為廣義“工業終端”。這些終端通過內嵌數字模塊（如PLC）和內置傳感器，或因業務需要加裝的傳感器，不斷產生帶有特定時空背景的數據，反映了工業現場的多種關鍵作業參數、參數之間的關聯關系以及參數的實時變化規律。

來自上述廣義“工業終端”的數據，必然具有工業屬性。通過驅動內嵌數字模塊和傳感器來采集、傳輸、計算上述數據的軟件，都是具有工業屬性的工業軟件。

（三）數據應用

軟件按照內嵌的數字化工業知識（常識、經驗、訣竅、標準、機理模型、算法、最佳工藝數據、流程等）計算后所產生的數據，將會按照軟件預先設定的流動規則和輸送路徑，輸出到兩類目的地：一是用于在各種屏幕上顯示某種計算結果（3D 模型、圖表、工單、圖像、音頻視頻、文件等），輔助人決策，指導人行動；二是按照人在軟件中預置的規則進行自主決策，直接以數字指令形式進入各種CU（控制單元），操控機器的執行機構做出精準且智能的動作，形成數據閉環。這些軟件輸出的數據具有工業屬性。計算、應用這些數據的軟件都是具有工業屬性的工業軟件。

（四）遣詞用句

語言和語義是人類思想的映射與表達，是對所思考、所描述的事物性質和關系的刻畫。談及工業，人們的直觀感覺和基本認知往往用詞語描述為天量、龐大、長期、沉淀、沉重、確定、精準、高速、固化、僵化、油泥、鐵銹、噪聲、高溫、壓力、實驗、耗能、運轉、磨損、冷卻等。反之，當上述詞語中的幾個同時描述一個事物時，該事物也往往被認為屬于工業范疇。某些金融專家在談論貴金屬時，也經常使用“工業屬性”詞語，以區別于“金融屬性”詞語。在這里，“屬性”二字指的是“用途”，與本文討論的工業屬性在含義上有一定重合度。因此，遣詞用句也可以作為認識和判斷工業屬性的參考。

源于工業、優于工業、用于工業是工業屬性天然的、原生的本質特征。這種工業屬性體現在包括但是不限于工業軟件、工業互聯網、工業APP、工業區塊鏈、工業大數據、工業通信、工業操作系統、工業安卓、工業元宇宙之中。

三、融合類產品如何判斷其工業屬性

工業屬性是在工業發展過程中自然而然形成的。工業事物（要素）具有工業屬性，沒有任何爭議。所有的工業現場、工業過程和工業實踐都在時刻檢驗和強化工業事物的工業屬性。稍有差異或者不符合工業現場實際情況的內容，都會立刻被企業棄用，形成自然選擇或淘汰。

在實際生產生活中，由于非工業要素融入工業之后人們產生對融合類產物的最初判斷和定性，造成對工業屬性的判斷產生模糊和混淆。例如，現在最常見的說法是，新一代信息與通信技術融入工業實體（制造業、實體經濟等），其融合的結果是產生了工業軟件、工業互聯網、工業APP、工業區塊鏈、工業大數據、工業通信、工業操作系統、工業安卓、工業元宇宙等新生事物。信息與通信技術的英文縮寫是ICT，芯片、軟件、傳感器、網絡、通信、大數據、AI、區塊鏈、5G、互聯網、云計算等，都是ICT 中的具體組成要素。如果從更高一級層面上歸類，所有這些ICT組成要素都可以歸類為Cyber（賽博）要素，統稱為C 類要素或系統。

前面提到的“41-207-666”，本質上都是物理（Physical）系統，它們以物理要素為核心形成產品，統稱為P 類要素或系統。

新工業革命的基本特征和演進規律是，C類要素或系統與P 類要素或系統正在加速融合成為CPS 類系統。CPS（Cyber physical systems，譯作賽博物理系統、信息物理系統）被德國人稱之為第四次工業革命的使能技術。《中國制造2025》指出，基于信息物理系統的智能裝備、智能工廠等智能制造正在引領制造方式變革。CPS 的重要性不言而喻。但問題在于，當C 類要素或系統融入P 類要素或系統后，或者說，新一代信息與通信技術融入工業實體后，所產生的“融合體”是否具有工業屬性？該如何判斷？本文認為，即使是CPS 類的“融合體”，也具有鮮明的工業屬性。在系統組成要素比例上，P 類要素或系統的零件占據了大多數空間位置和最大重量占比，而C 類要素或系統幾乎都是極小重量（如芯片、傳感器、導線和天線等）或者是無重量（如軟件、電磁波等）以及很小體積。

在產品構成上，TRIZ 創新方法論認為產品可以劃分為4 大子系統，即執行系統、傳動系統、動力系統、控制系統。C 類要素或系統的融入往往是替換掉了原有的機械式、電氣式、模電式的控制系統，實現了用軟件編程控制設備動作，具有CPS 的產品往往是更可控、更智能的產品，但是執行系統、傳動系統、動力系統通常沒有明顯變化。

在產品功能上，P 類要素或系統融入C 類要素或系統，絕大多數情況下并不改變產品的基本功能，如汽車變成智能網聯汽車，其基本功能還是載客與拉貨，但是C 類要素或系統會給汽車增加很多輔助性的智能功能（如自動駕駛、智能座艙等），讓汽車從傳統工業品變身為現代化智能工業品，通過軟件定義增加了很多智能功能之后，汽車的工業屬性和ICT（軟件、網絡、數據資產等）屬性都獲得了較大增長。

工業的巨大體量和基本功能決定了C 類要素或系統融入工業后變成了新工業要素，通過與P 類要素或系統相互融合，形成新的CPS，從而讓傳統實體類產品變成數物融合的智能產品，讓傳統工業變成了新型工業，演進出了新型工業化發展范式。但是，無論是產品、企業還是工業如何演變，工業屬性仍然占主導和支配地位。

四、工業技術決定數字技術的工業屬性

通常大家認為數字技術具有ICT 屬性，而不是工業屬性。本文通過研究分析后得出的結論恰恰相反，數字技術必須建立在高度發達的工業基礎之上，其本質和內涵都是由工業技術決定的。

眾所周知，光刻機是關鍵、核心工業裝備，沒有光刻機就無法制造超大規模集成電路芯片。其實，芯片制造是由一系列工業技術決定的，除光刻機之外，僅從材料上看，晶圓制造的主要材料包括硅片、光掩模、光刻膠、光刻膠輔助材料、濕電子化學品、拋光材料、電子特種氣體、拋光材料、濺射靶材及其他材料，封裝材料包括封裝基板、陶瓷基板、引線框架、鍵合絲、包裝材料及芯片粘接材料等各種工業產品。

從上述簡單事實可知：沒有光刻機、各種工業材料和裝備，就沒有各式各樣的電腦（臺式機、膝上機、平板、服務器、手機、工業機等）和網絡，就沒有各類數字化技術。換言之工業軟件、傳感器、芯片、網絡等數字技術，并不是因其用于工業才具有工業屬性，而是從其出生的那一刻起，就先天帶有工業基因，由工業技術所承載、所決定。

工業和信息化部原副部長楊學山曾提出過相同的觀點[4]。他認為，“數字產生于實體”“無論何種數字或數字能力，都基于工業技術發生、發展”。本文認為，數字技術由工業技術決定，基于工業技術發展，數字技術具有間接的工業屬性。說到底，軟件屬性、網絡屬性、大數據屬性、ICT 屬性，本質上是以工業屬性為基礎所展現出來的多元化屬性。

五、工業軟件必然具有工業屬性

在工業軟件的基因傳承上，軟件是數字原生產品。由于工業技術決定了數字技術，即使是非工業軟件，也具有間接的工業屬性，工業軟件具有直接的工業屬性。

在工業軟件的內容發展上，無論是交互式工業軟件，還是嵌入式工業軟件，都在不斷增強其自身的工業內容，例如CAX 類工業軟件可以對物理實體對象各個方面的特征進行可視化建模和行為模擬，如系統架構模型、結構幾何模型、應力分析模型、動力學模型、疲勞損傷模型、控制模型、嵌入式軟件模型等。這些數字化模型是對工業系統中物理實體行為的精準抽象和封裝，是將大量工業技術原理、行業知識、基礎工藝、模型機理等通過抽象轉化為規則化、模塊化的數字表達，從而實現在數字空間中對物理產品的工業屬性和狀態（比如形狀、運動、特性等）進行模型化表達。

在工業軟件所實現的工業控制上，筆者在《鑄魂：軟件定義制造》前言[5]中寫道：未來的智能制造，是每一個原子都可以被軟件給出的比特數據精準控制的制造。這種控制體現在機器、材料的構成上，比特數據將會恰當地安排和控制每一個原子的位置以及原子之間的相對位置，會精準地控制每一個零件的形狀和屬性，精準地控制各個零件所在位置，還會精準地控制這些零件之間的相互運動以及耗能等。

綜上所述，工業軟件是工業化的頂級產物。它如容器一般盛裝了人類工業知識，展現了工業機理和計算依據，承接了工業現場數據，輸出了輔助決策的可視化數據和操控設備的數字指令，同時，也展示和確定了工業軟件所具有的強大工業屬性。

六、如何判斷工業互聯網的工業屬性

工業互聯網與工業軟件的關系密不可分。第一，二者都帶有“工業”這個與生俱來的標簽，因為工業軟件和工業互聯網，都是誕生于工業領域，例如早期的工業互聯網誕生于工業現場總線，后演變成為工業以太網。第二，在機器設備的PLC 和CU 中就有嵌入式工業軟件，它們往往以固件的形式運行在機器設備的嵌入式系統中，打包在設備中整體銷售，不單獨計算或統計，因此大多不為人知。第三，伴隨著軟件工具上云、業務統上云、工業APP 的開發，很多傳統架構的工業軟件已經開始有部分或全部功能向云端遷移。新型架構的工業軟件在工業互聯網平臺上安家落戶。第四，工業互聯網平臺在朝著“工業操作系統”“工業安卓”的方向發展，成為一種新型的工業基礎類軟件。工業互聯網是工業軟件的一種新型應用，基本功能由工業軟件決定，因此工業互聯網原生具有工業屬性。

七、小結

本文提出的工業屬性屬研究階段結論，對于系統認識系列的“工業XX”事物，有較強的指導意義。

第一，凡是包含41 大類、207 中類、666小類工業知識（如常識、經驗，訣竅、標準、機理模型、算法、最佳工藝數據、標準等）并服務于“41-207-666”產品的研發設計、生產制造、運維保障和經營管理的軟件，都是工業軟件并具有工業屬性。

第二，當一個軟件中的數據源于工業現場，優于工業模型，應用于工業終端，這些數據必然具有工業屬性，而處理這些數據的軟件必然是工業軟件且具有工業屬性。進一步分析后認為：數字技術具有間接的工業屬性。軟件屬性、網絡屬性、大數據屬性、ICT 屬性本質上是以工業屬性為基礎所展現出來的多元化屬性。

第三，工業軟件是工業化的頂級產物。它如容器一般盛裝了人類工業知識，形成了豐富、完整的數字化工業知識體系，具有超越工業實體的、更為強大的工業屬性。

第四，工業互聯網的基本功能由工業軟件決定，因此工業互聯網原生具有工業屬性。

工業軟件的工業屬性具有豐富而深刻的內涵，目前的研究還處于初級階段。研究工業屬性的方式、方法和技術路徑有很多，本文僅從幾個方面做了一些初步思考。只有厘清事物發展的規律和相互關系，界定工業屬性的明確內涵和范疇，才能讓研究漸入佳境。本文旨在起到拋磚引玉作用，讓工業屬性研究走向深入。