软件本质：聚智铸魂

知识供给 软件助力

制造过程乃至整个制造业，说到底，是在物料和知识等要素的共同驱动下前进的，而前进的步伐，就是一个接一个的业务活动，以及支撑这些业务活动的一批接一批的物料供给和知识“供给”。而知识这种“供给”要素，在制造过程中的任何一个使用场景中往往都是供给不足的。

首先，在传统载体下，指导人正确做事的知识严重不足。按照《三体智能革命》书中观点，经典的知识发生学是典型的“两体”作用，即知识源于意识人体与物理实体的相互作用。千百万年来，“人创造和积累了无数的知识：人对自然界认知的意识活动的结果，形成了对自然信息的记录、描述、分析、判断和推理，逐渐建立了经典的DIKW（Data-Information-Knowledge-Wisdom）金字塔体系，来描述人的知识体系及其演化路径：数据→信息→知识→智慧。数据可以比较大小，3比2大，5比6小；信息则体现了数据的含义，具有了时空意义；知识是模型化的、指导人做事的信息；智慧则是人的洞察力在意识上的体现，推断出未发生的事物之间的相关性，在既有知识的支持下产生创新知识。”

DIKW金字塔是以人为主体来产生作用与衡量结果的。“指导人做事”的意义在于，知识可以指导人来正确地、优化地做事。但是，当知识载体基于人脑、纸介质和物理实物而存在时，其流动性、分享性和多领域复用性受到了时空的严重制约，僵化、固化、局域化、碎片化的知识，一直无法被有效地集成、管理和利用，难以在较大范围内传播、分享、优化、指导人正确做事。传统的知识管理并没有很好地解决这些问题。

在今天，当工业技术/知识不断被软件化，当知识以芯片和软件为载体进入了机器等人造系统并且可以在其中自动流动之后，知识不仅可以指导人正确做事，也可以指导机器正确做事，由此而快速响应和减少复杂系统的不确定性，实现资源的优化配置——这是智能制造的内涵，也是知识作为制造过程中任何一个业务活动的关键“供给”要素的本质。

即使有了先进的工业软件，软件本身包含和承载了大量的知识，也不代表企业自动获得了产品研发能力。因为使用这些工业软件，同样还需要人类的使用者具备大量的专业知识，软件才能真正用起来。

我们经常看到这样的场景：许多企业，购买了很多好软件，但是熟练使用软件的员工跳槽了，这些软件就没有人玩得转，闲置在那里干不了活，领导往往急得团团转；或者是配置了最强的计算机、最新版的各类进口工业软件，但是就是开发不出来国外同行最好的产品，掌握不了最关键的核心技术。

问题出在哪里？

企业购买的那么多的先进软件不能解决问题吗？答案是不能。因为大部分软件都是通用软件，尽管软件中有不少通用知识，但是缺乏企业研发特定产品时真正需要的最适用的专业知识。这些专业知识是在长期的技术积累过程中形成的，要么由专业人士脑记忆携带，要么在资料室以纸介质保存。在知识“供给”中最容易产生的问题是：人跳槽则知识随之带走，锁在保险柜中的知识并不好用。最好的办法是在使用软件的过程中，不断把所获得的新的技术、诀窍、使用软件的经验提炼成新知识，写入既有软件或开发成为新软件。

上面讲的两个知识“供给”不足的场景，是在人脑智力系统和软件工具系统中严重供给不足的例子。

在很多工业场景中，都迫切需要知识但是往往又是同时隐含了知识的供给与支持作用，例如对工业大数据的分析就离不开知识，而分析的结果往往又以知识的形式呈现出来。但是，很多人看到的就是大数据，而看不到大数据背后的知识，更看不到默默无闻地承载了这些知识的软件。

知识供给，软件聚之。无论在软件内部还是在软件外部，都需要大量的知识作为支撑，软件才能真正在企业发挥应有的作用。

人智沉淀 机智提升

对于智能制造，不同的人有着不同的理解和定义。市场上使用的定义有很多种。但是，大多数的智能制造定义，往往是高大上的词汇组合，让读者听起来云里雾里，干起来不明就里。

对智能制造的理解，关系到人机关系的演变。机器，从它诞生的那一天起，就是对人的躯干、肢体和生物能量的模仿与延伸。从蒸汽机、热机到电机，替代了人的生物能量，从卡钳、老虎钳到专用卡具，替代了人的双手，从机架、箱体到塔吊，替代了人的躯体，等等。机器有力量，机器不疲劳，机器很精细，机器可以干人类能干但更多是干人类所不能干的事情。

但是，从工业革命到20世纪80年代，两百多年以来，机器一直是非常愚蠢的机器，没有丝毫智能可言。最明显的事情是，机器不“认识”人，没有视、听、嗅、味、触这“五觉”感官能力，更没有一个类人的“大脑”去理解人的意图。因此，愚蠢的机器伤人的事件时有发生。即使到了今天，绝大部分工业机器人的工作场所还必须用围栏和铁丝网隔离开来，防止人误入机械臂的工作范围，避免将人打伤。

今天，当我们给机器加上各种传感器来模拟人的感官，给机器加上芯片和软件来模拟人的大脑，机器就逐渐演变成了智能机器，制造业逐渐演变成了智能制造。智能制造并不是一个高深莫测、难以理解的术语。通俗地说，所谓智能制造就是一个“人智变机智”的过程——把人的智能（简称“人智”）以显性知识的形式提炼出来，进行模型化、算法化处理，再把各种模型化（机理模型、数据分析模型等）的知识嵌入软件，软件嵌入芯片，芯片嵌入某个数字装置/模块，再把该数字装置/模块嵌入到物理设备中，由此而赋予机器一定的自主能力，让机器具有一定程度的“智能”（简称“机智”），我们将这个过程称之为“赋能”。

如此，机器在软件支撑下具有了一定的人类思考能力，当软件算法越好，芯片算力越强，工业数据越多，“机智”程度就越高。于是，当“机智”达到一定程度后，就具备了部分或完全替代人体/人脑的功能。当人体/人脑离开了工作场景的系统回路后，机器在无人参与的情况下，仍然可以像人在现场时一样自主工作，甚至还可以工作得更好，较好地优化了制造资源的配置。如图1-16所示。

从上述描述过程不难看出，智能制造的关键使能要素就是工业软件。

工业软件是工业化的顶级产物。它如容器一般盛装了人类工业知识，给制造业带来两大巨变：第一改变了传统的设计、工艺、生产和运维方式，产品随时在赛博空间迭代优化，使制造过程敏捷精准；第二塑造了产品的“五官”和“大脑”，产品在物理空间的行为随场景而自动调整，变得更加聪明。两大巨变融汇，形成一种新工业智能模式——软件定义制造。

知识产生精炼于意识人体，泛在流动于数字虚体，创新作用于物理实体。三体交汇，数据自动流动，知识循环应用，智能显现并逐渐提升增强。智能制造中的本质与机理，理应如此。

软件不软 实力“五器”

如前所述，软件并非只有“软”的特性，而是软硬兼备，实力不凡，无论在设计、生产、试验、使用维护等环节，都在发挥着巨大的作用。作者曾经撰文给软件做出了“五器”的评价与定位，以期恰如其分地反映软件的巨大作用。

▶ 软件是替代器，替代了过去的机械零件、机电零件、电子元器件，甚至是人和企业等系统要素，由此而产生高柔性、高效率。例如在本章的例3指出，由软件驱动的显示屏替代了各种工作参数显示仪表的大量物理零件，原来的很多物理零件和显示过程都变成了软件中的一个个“函数”，供计算程序随时调用。

▶ 软件是粘接器，通过自动有序的数据流动，把不同零部件、不同系统要素连接、集成在一起，由此而产生新产品、新系统。不同的软件系统之间的数据格式是不一样的。软件中的数据在每个软件自己的内部结构中可以畅通无阻，但是在与其他不同软件交互时，就会遇到数据格式的相互转换问题。即使是在与软件自身不同的版本交换数据时，都会遇到“互不认识”的障碍，例如某CAD软件的5版本，就无法读4版本的数据，而此后的6版本，又无法读5版本的数据。工控领域存在同样的问题，不同的物理设备采用不同的总线，遵循不同的协议，当试图让两个设备联网时，也会遇到“互不认识”的障碍。解决这类研发软件互不相通、设备协议互不相认的问题，都需要开发二者之间的接口转换协议。最终，通过软件的“翻译”与转换，让互不认识的数据彼此认识，进而和谐地相互流动。

▶ 软件是赋能器，可以让原有事物的逻辑变得更加强劲有效，让不易实现、不可实现的事物变得可以实现，由此而产生新动力。软件嵌入芯片，芯片装入盒子，盒子融入机器，再加上各种必要的传感器，可以让原本没有任何运算与思考能力、只能根据所设定的程序来一成不变工作的物理机器，具有了根据外部场景变化而随时调整自身工作状态的能力，成了具有一定智能的机器，可以让操控机器的人离开而机器仍然保持自主工作。这个过程实际上是将软件中所装载的人类思考能力赋予了机器，是软件对机器实现了“赋能”。

▶ 软件是映射器，把物理世界的事物尽量以数字化形式予以精确映射，模拟其形、其态，其变化与运动规律，由此而产生新认知。人类已经使用软件几十年，用软件在数字世界创造了大量的数字虚体，这些数字虚体大都是物理世界的物理实体在数字世界的精确映射，如物理实体的轴，被以三维造型的方式做出了数字化的结构与外观模型，又在工艺软件中做出了加工该轴的工艺流程，随后在某台机床上做出了实际加工时的刀轨仿真，甚至还模拟加上了某种工况条件的载荷而给出了力学仿真结果等等。所有这些数字化的业务/技术活动，都是对物理世界的业务/技术活动的精确映射，二者之间的映射关系称为“数字孪生”。本书第五章将对数字孪生做详细讨论。

▶ 软件是创新器，可以在数字虚体空间赋予人类无限想象力，激发人们创造出自然界原本并不存在的事物，由此而产生新创意、新事物。毫无疑问，人们可以在数字化的软件环境中，尽情释放想象空间，激发创新激情，不仅用软件做出了物理世界已经存在的事物，也用软件做出了物理世界原本不存在的事物。在用途上也大致分两种，第一种是文化数字创意，主要用于动漫、游戏、平面设计等文化领域，可以尽情夸张、随意设计任何艺术形象（如阿凡达、龙凤、麒麟等）；第二种是高科技新产品开发，开发目前根本不存在或者从未生产过的产品，如未来人类在火星或其他星球上生活用的生存舱以及生产/生活器具等。

总之，在软件的世界里，既可以有物理世界的严格与规范，也可以有精神世界的不羁与畅想。二者之间的选取和平衡，完全由人来预先设定。

软件还有更多的“器用”，作者会在后续章节中阐述。

工业立国 软件铸魂

从2018年至2019年，西方等国对诸如中兴、华为等中国行业领头企业实施了多种形式的贸易封锁和货物断供，其中既有芯片类的硬件断供，也有工业软件断供。如果说芯片断供的结果是导致企业停产，而软件断供的结果则是扼杀企业的芯片设计和试验试制能力。长达两年的中美贸易战让很多人明白了此前不太明白的一些事情：首先是工业软件的概念，从过去与普通IT软件混为一谈，变得边界逐渐清晰，认同的人越来越多；其次是工业软件对工业的发展的不可估量、不可替代的支撑与提振作用，日益为人们所切身感受和深刻认知；再者是过去对中国工业不是很在意的人，特别是某些缺乏前瞻意识的行业领导，开始意识到中国工业“缺芯少魂”的窘境，没有工业软件之魂，社会可能停摆，企业可能断命，绝大多数先进设备就是废铜烂铁；最终，业界凝聚了共识，必须要以工业软件来铸造中国工业之魂，必须要工业立国。只依赖高度发达的社交/消费互联网、虚高的互联网金融和天价的房地产是无法形成强大国力的。

进入21世纪以来，各行各业都实施了多种形式和主题的“数字化/信息化工程”，软件的价值和作用得到了一定程度的体现和发挥。特别是近几年，新工业革命蓬勃兴起，带来了很多新概念和新技术，如物联网、大数据、云计算、区块链、智能制造、人工智能、虚拟现实、数字工厂/智能工厂、工业互联网、工业APP等，层出不穷。在这些新概念背后，支撑它的都有一个非常核心的关键的技术，就是工业软件。

但是各有关方面对软件明显重视不够，工业软件和普通IT软件混为一谈，软件的“使能作用”“灵魂作用”并未真正得到有效发挥，甚至有减弱甚至消失的危机。从政府资源投向来看，近几年国家推出了若干重大工程，重点在集成电路、大数据、智能制造等领域加大了资源投入力度，但是在工业软件这个核心的“工业灵魂”问题上，一直没有大的动作，以“软件”为名的重大工程几乎没有，更不用说专业化程度极高的工业软件了。对于不少行业主管部门来说，工业软件往往处于“说起来重要、落实起来次要、干起来不要”的尴尬境地。

反观国外，很多国家都把发展软件产业作为重要的产业方向（如印度、美国、德国、韩国、以色列、爱尔兰等）。在改革开放的40年里，由于认识上的缺位，中国已经错过了20世纪70～80年代的软件兴起期，90年代末的互联网软件高潮（仅少数中国因特网企业成功介入）期，作者希望不要再错过今天的智能技术重新洗牌、新工业革命已经到来的这一轮“窗口期”。在这一时期，软件特别是工业软件将成为新工业革命的关键要素。

作者梳理了新工业革命的内涵，总结了其五个基本特征：

1）“人智”转“机智”——人类知识不断进入软件，知识载体由以碳基知识为主转向以硅基知识为主，数字生产力激增；

2）传感器低价普及——传感器为产品增添了“五官”，极大增强了产品和设备感知能力，物理信息加速数字化；

3）软件定义制造——工业软件成为设备和企业的“大脑”，算法/算力急剧增加，软件定义了材料/零件/系统的时空表现；

4）真正两化融合（软件闭环）——比特拥抱原子，IT携手OT，赛博融合物理，软件给出的数字指令跨时空精准操控物理设备；

5）大范围优化配置制造资源——基于工业互联网，实现多域而非单域、大范围而非小范围优化配置制造资源。

上述五个基本特征中，每一个都是依靠工业软件来实现的。

软件已经无处不在。软件的“赋值”“赋能”“赋智”作用日益明显，正在带动各行各业的产品、业态、模式不断创新，刺激新需求，实现基于精细化运营、推动消除不确定性的“结果经济”蓬勃发展。在智能制造的大视野下，我们要以推动先进制造业与互联网融合发展为主线，以工业互联网、工业互联网平台、工业APP、工业软件的创新研发和推广部署为重点，进一步强化和推广“软件定义制造”的理念和模式。

我们要尽快从较为单一的重视“数字化/信息化”过渡到同时重视“软件化”。而重视“软件化”（特别是重视工业技术软件化），是对工业发展驱动力的认识上的巨大提升与进步。

于无声处，大隐于市，形软实硬，工业之魂。软件已经悄悄地融入了我们的生活、嵌入了我们身边的器物，成了很多工业与生活设备的数字“脑”和赛博“魂”，不可须臾或缺。一场以“铸魂”为主题的“软件定义制造运动”已经大范围展开，一场“软件赋能运动”也已经在悄无声息地行动。“软件化生存”已经向我们走来。未来智能社会的关键要素之一，就是无处不在的软件定义和软件赋能/赋智。