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【十问工业APP】提升制造业企业数字化生产力的有效工具

来源:发布时间:2022-08-11 00:00:00.0浏览次数:415

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1工业APP是什么?

工业APP也是一种工业软件,比通常意义上的工业软件更聚焦到企业的应用场景之中。某种意义上来说,它是一种更个性化的工业软件。

通常意义上的工业软件是在解决一些通用化的问题,比如CAD在解决建模的问题,CAE在解决仿真的问题。有些仿真软件主要解决流体的仿真,有些仿真软件在解决固体的仿真,有些仿真解决的是材料的问题,有些仿真解决的是不同场景下的问题。

对于企业来说,要使用不同的工业软件满足企业设计生产销售运营产品的需求,需要根据需要把这些软件组合起来,根据产品的规范,企业的经验组织起来实现目标。而这个被组织起来的研发生产过程就是企业的经验和技术资产。

这个技术资产在过去是依靠人来积累的,所以有经验的工程师和工人是企业的宝贝。伴随着数字化的观念越来越深入人心,人们开始考虑能不能通过数字化的方式把这些经验也通过软件的方式留存下来。

目前在管理上已经有了很多好的尝试。比如管理过程中要处理很多的文档,所以现在的管理协同软件就提供了很多好用的模版。开会有开会的模版,项目管理有管理的模版。你既可以选择已有的,也可以自己定义。这种模版与办公软件的关系就如同工业APP和工业软件的关系一样。

随着人们对模版使用得越来越多,对于工业APP的需求也在增长。

工业APP作为一种适合特定场景的工业软件,是一种承载工业技术知识、经验与规律的形式化工业应用程序。是为了解决特定问题、满足特定需要而将工业领域的各种流程、方法、数据、信息、规律、经验、知识等工业技术要素,通过数据建模与分析、结构化整理、系统性抽象提炼,并基于统一的标准,将这些工业技术要素封装固化后所形成的一种可高效重用和广泛传播的工业应用程序。

工业APP是工业技术软件化的重要成果,本质上是一种与原宿主解耦的工业技术经验、规律与知识的沉淀、转化和应用的载体。工业APP所承载和封装的具体工业技术知识对象包括:

1)经典数学公式、经验公式。

2)业务逻辑(包括产品设计逻辑、CAD建模逻辑、CAE仿真分析逻辑、制造过程逻辑)。

3)数据对象模型、数据交换模型。

4)领域机理知识(包括航空、航天、汽车、能源、电子、冶金、化工、轨道交通等行业机理知识,机械、电子、液压、控制、热、流体、电磁、光学、材料等专业知识,车、铣、刨、磨、镗、热、表、铸、锻、焊等工艺制造领域的知识,配方、配料、工艺过程与工艺参数的知识,以及故障、失效等模型,还可以是关于设备操作与运行的逻辑、经验与数据)。

5)工具软件适配器,工业设备适配器。

6)数学模型(设备健康预测模型、大数据算法模型、人工智能算法模型)。

7)将多领域知识进行特征化建模形成的知识特征化模型。

8)人机交互界面。

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2、有了工业软件,为什么还需要工业APP? 

如果用一句玩笑话概括的话,工业软件是别人的,工业APP是自己的。

工业软件是通用化的,比如同样的CAD软件,可以为建筑建模,也可以为汽车建模。其中的经验,习惯,标准都是有区别的。

在实际应用过程中,不同行业在应用CAD软件中也进行了相应的配置和开发。比如在建筑行业里应用的CAD和在机械领域的CAD就有很大的差别。CAD厂商也正在适应这种需求,在为不同行业的用户提供不同的行业组件。

但是从根本意义上来说,对于一个企业,它会不断重复对一类产品的设计过程,这个过程中有大量需要重复建模,重复验证的过程,这个过程是可以通过软件来实现自动化的。而这个通过软件自动化积累下来的内容就是企业的技术资产。这个技术资产应用在企业内部可以提高效率,可以让员工快速掌握技能,提高产品设计生产制造过程的精确度,提高质量水平;应用在企业外部,就是独有的知识产品,就可以对外收费。

工业APP是工业技术的软件化载体,一直以来,工业技术、知识、方法作为无形资产,都存在于人的脑子里,工业企业随着人才流动、人员退休会造成知识的流失,不可避免的经历学习-培养-流失-再培养的怪圈。工业APP的出现,可以将无形的工业技术沉淀转化为“智能应用”,这个过程就可以实现工业技术软件化,从而减少企业无形资产流失,工业APP将工匠的经验与秘籍、企业的卓越实践在某种程度上可视化,可以转移、可以复用、唯一标识、可以交易,是工业企业隐形的“核心竞争力”和“数字资产”,工匠化身工业APP,传承皆可永恒。

工业APP将工业领域中的各个生产要素(包括设计、试验、仿真、验证、产品、服务、保障等全生命周期中的知识、经验、方法等)进行模块化和组件化、打造成可以重用的智能工业软件,为工程师提供工业函数库。人的知识和经验通过APP化身成智力资产,驱动工程师创新创业,企业的产品和服务通过APP化身为工业连接器,驱动供需订单,APP在工业领域将会展现生生不息的生命力,万众借力工业APP,创新皆可无界。


工业APP是工业软件的新型发展形态,无论是对于当下成为关注焦点的专精特新企业来说,还是任何一个希望在企业技术资产积累上有需求的企业来说,都应该关注工业APP的应用。

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 3、谁在使用工业APP? 

在回答谁在使用工业APP这个问题之前,笔者先分享一个真实案例,早在2010年左右,笔者所在公司接受航空发动机集团的委托购买一款叫做Airbus CADCAE Link的软件,了解一番后发现,该软件是空客公司针对飞机结构设计和有限元分析所研发的一款专用软件,自研、私有使用、不对外销售、没有报价。

Airbus CADCAE Link由截面切割工具(CUTTE)、理想化引擎(IDEM)和复合材料铺层提取器(PCOMPG)构成。工程设计人员清楚,飞机结构以加筋薄壁结构为主,在转换为有限元模型(主要是板杆梁)时需要做大量繁琐的几何简化、截面惯性矩测量计算、刚度等效工作。而空客自研的Airbus CADCAE Link针对这些过程,开发了专用功能,在通用的CATIA模型基础高效率地完成上述工作。

这就是空客用于积累并传承它的核心知识的工具。波音、空客以及发动机巨头们在研制过程中不但普遍使用工业软件,更开发了大量自研软件。波音787研制过程用到八千多种软件,其中只有不到一千种是商业件,其余七千多种是波音公司的私有软件,其中融入了波音公司几十年工程技术、知识和经验,正是这些软件造就并保护了波音公司的核心竞争力;NASA联合GE、普惠等公司经过二十年开发的NPSS软件,内嵌了大量发动机设计流程、方法和参数,一天就可完成一轮航空发动机方案设计保证了美国在发动技术上的绝对优势。

诸如此类的案例在其它制造业龙头企业中也屡见不鲜,在航空业行业尤为得到重视的原因是由于航空业的新产品研发周期很长,在一代产品与新一代产品之间的时间可能有一二十年,这个过程中如果没有好的方法实现技术、规范知识的传承和积累,就会带来很大的问题。这也是为什么航空业首先应用这一类的软件工具的原因。

索为在国内最早服务的客户也来自航空行业,国内航空业企业在这个过程中大量应用这一类的工具来实现技术的积累和重用。前中航工业副总经理张新国的著作《新科学管理》中大量列举了应用这样的管理工具来实现技术积累的案例,可以提供作为参考。

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4、怎么使用工业APP?

工业APP是模块化的,工业APP的使用也是模块化的。它既可以独立使用,也可以像乐高一样组合成为更大的系统,就像流水线一样完成更复杂的工作。

以汽车行业为例,汽车是一个复杂系统的工作。从研发设计制造及涉及到众多的环节,也设计到众多的供应商。

我们先看一个在车身供应商场景中的工艺环节,利用这个APP去提高夹具设计的效率。在没有APP的时候,工程师根据来的产品结合经验、公司设计规范去设计出新的夹具。这个过程重复而且比较繁琐,设计部门压力比较大;通过工业APP的引入,把将设计过程中重复率高的、可进行逻辑编排的流程、技术、方法等模块化和组件化,从而开发出以下单元:单支撑单元、 双气缸夹紧单元、纯支撑单元、双支撑单元、纯定位销&钩销单元、纯压紧单元、伸缩结构单元。在每个单元中,实现了用户可以根据需要输入不同的单元参数,程序可立即根据用户输入的参数,程序自动分析输入参数是否正确,如果输入参数是正确的,则程序驱动底层CATIA软件运行,自动生成符合要求的焊装夹具三维装配模型。如果分析输入参数有错误,则提醒用户去修改输入参数。

把问答题变成了选择题,效率成倍提升,这个环节的效率提高了。那么在整个的链条上,还有很多其他的环节,也可以考察是不是可以通过类似的工业APP的方式去解决。从使用者视角来看,工业软件是按照学科门类来进行纵向划分的,而业务流程是横向驱动的。工业APP就是从工程师的需求出发把工业软件的应用粘合在一起的工具。 

单个工业APP可以帮助工业企业实现优质模型重用、优质算法重用、研发步骤标准化、上下游赋能、降低培训门槛、知识产权可控。组合APP可以帮助工业企业实现产品和技术专业设计系统、多工况评估、多方案对比、多学科优化、型号对标。通过工业APP沉淀的技术体系可以帮助企业实现自主可控、关键数字化转型、建立交互式展示中心、定制体系界面、降本增效、保证质量。另外,还可以在管理系统协同 、数据看板式分析、云平台交易、与智能应用结合、作为数字空间单元等方向扩展广泛应用。

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5、工业APP的种类

工业APP有百万的数量,如何找到想要的工业APP?离不开对于工业APP的分类和标识。

      对于工业APP的分类有几种不同的分类方法:

第一、从工业APP定义区分

在工业APP专业书籍《《工业APP:开启数字工业时代 》(作者:何 强、李义章)中把工业APP被分为两大类型,即过程驱动型工业APP和数据驱动型工业APP。

过程驱动型工业APP关注对已有的工业技术知识的提炼与抽象,承载特定对象的定义、描述、实现,以及如何使用某个特定对象的工业技术、知识与经验,通常会把这些已有的知识还原成一系列的过程以及对应的方法与知识,所以我们称之为过程驱动型工业APP。数据驱动型工业APP关注对数据建模与持续优化,承载的是在一个时间跨度上的数据推演形成的规律与趋势,以判断事物走向与发展趋势为目标,我们称之为数据驱动型工业APP,今天再看来,书中描述的数据驱动型工业APP,类似人工智能的概念。目前工业APP发展的阶段,过程驱动型仍占据大多数,随着大数据与人工智能的逐渐成熟与应用,当这两类APP实现融合后,工业APP应该会进化到智能应用阶段。

第二、从应用场景区分

按照外部分类方法,即APP的外部特征属性分类,由于工业APP所附加的外部特性很多,可以从多个维度进行分类。例如,从行业维度分类;从生命周期维度分为研发设计类APP、制造类APP、运行维护类APP、企业管理APP等;从行业维度分为机械类工业APP、航空类工业APP、航天类工业APP、兵器类工业APP、汽车类工业APP等等。

第三、从开发者视角区分

有专门用于企业内部知识积累和复用的;有开发出来就是用于行业推广应用的,还有一些是体现了通用的基础知识类型的。目前来说,最具有商业变现价值的是行业通用型的工业APP。对于学校来说,最适合的是通过通用型的工业APP来熟悉,不断将适用于某一场景的技术成果转化成为工业APP。

由于工业制造涉及的行业非常广阔,不同行业的成熟性差距也是非常大的,目前工业APP已广泛应用于航天、航空、船舶、兵器等国家军工高端装备制造设计领域,国产C919、歼20、运20、长五等120多个国家重点型号的背后均有工业APP的身影. 

近年来,随着智能网联汽车行业的兴起,工业APP也得以进入更广泛的民用工业制造业领域。国家十三部委联合制造业设计能力提升专项行动中指出,在高档数控机床、工业机器人、汽车、电力机器人、石化装备、重型机械等行业,以及节能环保、人工智能等领域实现原创设计突破。在系统设计、人工智能设计、生态设计等方面形成一批行业、国家标准,开发出一批好用、专业的设计工具,工业APP将会发挥至关重要的作用。

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6、工业APP是怎么生成的?

低代码在软件开发领域正在越来越流行,这一趋势也拓展到了工业软件领域。国外软件中以Mendix为代表,国内软件中用友、航天云网也出台了工业APP行业标准。涉及到工业研发环节,索为的工业APP开发平台具有最强的实力。

SYSWARE.IDE是北京索为公司完全拥有自主知识产权的,面向工程领域的,集成化、综合化的设计仿真分析支持平台,通过提供统一的知识、工具封装和集成定位为工程师一体化工作环境,是工程师日常工作的统一入口。

进入SYSWARE.IDE,能够实现对任务进行快速访问和处理,对个人生成数据、知识进行统一管理,对设计分析过程中要使用的工具进行快速调用、对设计分析流程进行集成封装实现快速设计。SYSWARE.IDE统一了超过100种协议,打通了超过1万种接口,通过CAD适配器、CAE适配器、管理系统适配器及硬件适配器连接驱动超过300种工业软件和物理设备,形成控制组件;根据特定业务场景需求,新建所需参数,在各个控制组件之间构建数据流程,通过界面设计器自定义逻辑交互事件,从而将工业知识封装成工业APP。

在管理环节低代码开发的应用已经逐渐深入的形势下,软件的低代码会逐步向业务领域拓展,在这个过程中,与工业软件结合的APP开发将扮演越来越重要的角色。

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7、谁适合学习工业APP?

工业APP的目标用户不是程序员,而是业务人员,也就是使用工业软件从事业务的工程师。

当前背景下,随着企业纷纷投身数字化转型进程,提高人员的数字化能力、培养数字化复合型人才成为了企业的普遍需求。然而术业有专攻,让程序员学习工业知识或是让工程师深入学习计算机知识来开发所需的工业软件对于企业以及个人而言无疑是一件成本高昂、投资与回报不成正比的事情,因此学习工业APP是提升数字化能力性价比最佳的切入点。

工业APP是介于工业领域和软件领域之间的交叉领域:首先针对的是工程师群体。掌握了工业APP工具之后,能够将重复性、模块化的工作实现自动化。不仅可以提高效率,还可以将经验转化成为软件产品,实现技术增值;其次对于学习软件方面的学生和从业者来说,理解工业APP也对熟悉业务流程和组件化开发方法有帮助。

工程师

工程师是日常使用工业APP的主要用户群体。由于工业APP是针对特定场景的软件,作为岗位一线从业人员的工程师能够有效结合工作场景,易于将工业技术、专业知识和工作经验封装成工业APP,从而对知识资产进行积累沉淀。同时,工业APP的封装过程也是工程师对自身知识体系、工作经验的梳理过程。

程序员

程序员作为软件从业人员,对于软件开发中的编程语言、数据逻辑架构等要素有着清晰的认知以及丰富的经验,因此能够在学习工业APP的过程中快速上手。此外,程序员的数字化能力较强,面对需要封装的工业APP有着较为复杂的功能时,可以起到辅导或辅助工程师的作用。

从企业的角度出发,希望人才具备复合型的能力。懂业务的人员能够懂一些数字化工具;懂软件的人能够懂一些业务;与之相应的是,在人才能力的培养进程中,通过工业APP来促进双方对于彼此业务领域的理解,就是一个事半功倍的做法。

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8、怎么学习工业APP?

怎么学习工业APP?这个问题取决于学习者的角色和希望达到的目标。

1、如果您是工程师

具备工业软件应用经验,那么我们建议可以直接开始为期一周的工业APP课程。目前在索为的工业APP学院提供了对于工业APP的基础介绍以及操作案例。

2、如果您是在校学生,希望系统性掌握工业技术软件化能力

建议学生在上万工业软件基础课程之后开始工业APP的学习。比如有基础的CAD操作能力之后再来学习工业APP,将会对于知识封装的过程有更好的理解,更方便进入角色。

与此同时可以阅读《工业APP:开启数字工业时代》一书,能够获得对于工业APP行业的概况认识。 

3、如果您是学校老师,希望能够开设相关课程

建议和我们联系,获取对于工业APP职业标准、人才培养方案、课程资源以及实训平台的完整解决方案。在过去一段时间里,索为与广东部分高校开展了这方面的合作,并发布了《智能制造工业APP封装与运维职业技能等级标准》,并开发出系列课程,课程由浅及深让学员从认识了解工业APP到从事多界面、多事件交互的大型复杂工业 APP封装工作。

4、如果您是企业技术负责人

建议您和我们联系,可以获取针对您所在行业的工业APP案例。在此基础上引入精益研发、精益管理类相关的培训课程和产品解决方案。

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       9、学了工业APP有什么用?

       工具类的学习需要能够实现直接的目标。工业APP也不例外。

        首先、工业APP是一种生产力工具。 

        就像工作过程中写文件有模版一样,工业APP也是使用工业软件过程中的模版。既可以提高自己的效率,也可以提高同伴的效率。如果这个提高效率的工具能够被更多人接受,就具备了商业价值。

        其次、工业APP是一种技术载体

        对于有技术能力的人来说,之前所有提供的服务都不能离开他们的亲自参与。但工业APP是可以把这种能力从他们身上解耦,可以自动完成相应的工作。因此可以有效促进工业技术领域的服务外包。 

目前,由中国生产力促进中心协会联合全国各级生产力促进中心、相关机构和企业共同发起“中国好技术”评选活动,面向科技型中小企业创新创业领域,旨在把蕴藏在企业和广大科研人员手里贴近生活、面向需求、创造消费的有效技术推广应用,把好创意变成好产品,把好产品推向市场。 

工业企业可以将自身需求发布到工业APP平台,通过平台的需求牵引与服务商企业进行供需匹配,获得理想的解决方案。服务商企业及科研人员则可以根据平台上发布的需求将自身的知识资产封装成工业APP作为数字交付物,丰富企业的资源库。同时,工业APP也可以作为载体为企业实现科研成果转化以及专利布局,通过第三方技术评价进行知识产权融资。

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10、以工业APP为基础的技术软件化新生态

工业APP代表了工业软件领域和企业数字化领域的发展趋势,其本质是让工具越来越简单,让使用者自己生产好用的工具。

按照这个方向发展下去,将能够在工业技术这个土壤上生长出形形色色的小软件/工业APP出来,大的企业在其中寻找并购的机会,不断大鱼吃小鱼,成长为新的工业软件。

这种发展愿景,也正是工信部、教育部和国家知识产权局联合发布《“千校万企”协同创新伙伴行动》所希望实现的:“利用5年时间,聚焦国家重大战略需求和产业 发展共性问题,新增布局30个左右关键核心技术集成攻关大平台和100个左右教育部工程研究中心,推动建设一批校企创新联合体,打造一批创新联合体、攻关一批关键核心技术、突破一批产业发展共性技术、选聘一批专家教授作为中小企业技术导师、派驻一批博士生为企业提供技术服务、推进实施一批高校专利开放许可项目、培育孵化一批专精特新中小企业”;

工业APP及可以作为产业发展共性技术的载体,也可以成为高校专利开放许可的载体,当团队积淀到一定程度,就可以成为被孵化的创新型企业。

以工业APP为载体,服务机构是提供互联网平台、知识产权、交易平台、工业APP公共服务平台的基石,学校是培养新工科人才的教育基地,是输送人才到需求企业的主要通道,而企业结合自身优势与资源共享与学校联合进行人才培养,提高了人才培养质量,校企共赢:1、促进了更多更好的知识成果转化与科技成果经济产出;2、企业也可根据自身的项目需求,技术难点在培养过程中有针对性、目的性为学生提供实习场地和条件;3、充分利用行业企业的优质资源,建立稳定的校外实训实习基地和生产实习合作模式,弥补学校在实训设备方面的不足,切实加强了实践和实训环节的教学,实现了教育内容与就业岗位的“零距离”,为技能人才的培养奠定了坚实基础;4、新工科技术技能型人才培养的创新模式,通过学生、学徒的“双身份”,学校、企业的“双主体”来联合培育人才。学校教师、企业老师、服务机构共同确立人才培养方案、课程标准、人才评价体系等,实现校企深度融合。达到了学校与企业资源的良性新生态循环。

校企融合通过供需对接、资源共享和双赢发展,形成教育链、人才链、创新链、产业链的贯通融合,共同推动职业教育与行业产业协同发展。从而促进整个新生态产业链更大的发挥其在数字化进程中应有的经济价值与社会作用。

工业APP作为一个新兴的技术方向,希望能够在促进校企融合,促进数字化进程中起到一定的作用,能够促进产学研用的有序合作,形成相互促进的大生态。


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