工业互联网的攻坚目标

+倪光南（中国工程院院士）

关于这个问题，我在这里首先引述习近平总书记在去年8月关于高质量发展区域经济方面的一个重要指示：“要充分发挥集中力量办大事的制度优势和超大规模的市场优势，打好产业基础高级化、产业链现代化的攻坚战”，其中特别讲到两个方面，一个产业基础高级化，一个产业链的现代化，这两个目标，我觉得也是中国工业互联网的主要攻坚目标。

工业互联网是为了提升高质量发展，把我们从制造强国转变为制造大国，把一般制造转变为智能制造。所以这两个目标是非常重要的，目前，“产业链现代化”已得到重视，前一段时间我们在工业互联网强调的也是做的很有成绩的，是关于产业链现代化方面的工作，但是对于“产业基础高级化”的问题，仍有强调的必要，我觉得这是我们的一个薄弱环节。因此，我们应该探讨一下能不能加强产业基础高级化方面的事情。

“产业基础高级化”，是中国制造进入价值链高端的关键。这个简单来看，就是说假如产业链打通了，但是并不一定整个价格就会有所提高，比如这里讲中国传统制造，现在做得很好，那么我们在产业链、供应链、销售各方面都打通以后，可能效率很高了，在市场上也能拿到很多的增值。但在研发这方面如果不做，比如iPhone在中国制造，只能分到1.18%的价值份额，而市场+研发则占据了超过98%的份额，那么如何提高你的价格？不管效率如何高，生产如何快，假如不能提高自身的质量，提高自己的产业基础，那么就升不到高质量的环境，也就是高附加值的研发，各种各样的环节就很难进入。只有产业链的现代化很难改变制造端的价值格局。

工业软件经过几十年的发展和应用，现在对制造业有着强大的支撑，我觉得这是非常有利的地方。但我们却面临着一个短板，就是卡我们脖子的供应软件，像去年的华为不使能用ANSIS的事件，就非常值得我们警惕。

就工业互联网而言，大家看到，我们注重应用层，应用层数据都是管理，我们在打通提高产业链现代化方面做了很多工作，取得很多成效。但是我们在工业基础高级化方面的一些环节做的工作很少，它作为平台上的APP，大部分偏重于大数据的一些应用。大数据是很重要，但不是全部。这些应用通过大数据会对整个工业生产管理方面的很多环节有作用，比如质量的环节、经济的环节，但是未必能够成为我刚才说的价值链的高端。比如说做不出非常精密的加工、发动机叶片的加工，那将使我们诸多新的大发动机的研制都会受到阻碍。因为这些产业链打通以后还不够，我们在这方面还没有足够的能力。

这里提到了一些工业软件，但我认为我们的工业软件还不是管理软件，我们所做的工业软件还达不到发达国家像SIEMENS、DaSSault、ANSYS的工业链水平，有关工业软件，我们在整个工业互联网体系的体现不够。

那么我们的方向在哪里？以德国工业4.0为例，它比较强调CPS，CPS就是信息物理系统，它比较强调工业软件的作用，我下面会讲到这方面。

再看一下美国。美国最有名的GE的工业互联网非常强调数字孪生。我想这是因为它的工业能力和互联网两个方面都有很好的基础。就像我们的工业互联网比较偏重于产业链现代化，比较不够的、不做的就是工业软件相关的工业技术高级化，我们反过来看，数字孪生这个技术现在提出来可能要注意是不是对我们来讲很有意义。

我们回顾一下，其实当时美国的国防部长提出将数字孪生技术用于航空器，比如火箭，需要通过传感器去设计很多数据，分析以后，需要知道哪些部件还有问题，要维修，所以要建模，就是把一些数据传进去，能够经过建模分析以后得出结论，因为有些东西不一定能够回收，但你要知道它有没有问题，或者哪里需要改进等等，就需要用孪生技术做建模把这些数据放进去，反馈出来后就又可以进行改进，知道哪些问题可能有需要提高的地方，哪些东西可靠性不够。作为维修测试的辅助手段，这是早期，但是情况在变化。

到了现在，就像刚才我说的GE工业互联网，他们强调的已经是软性技术的扩大化，用一般的话来讲，有点像CPS的意思，就是我们有两个空间，一个虚拟空间，一个实体空间，希望将来发展到虚拟空间和实体空间是对应的，实体空间有一个加工系统，比如一个加工机床、一个车间、一个生产线，可大可小，我们需要在虚拟空间有个对应的模型，我们有实体空间的实物，虚拟空间也有一个通过仿真建模的相应的实物。实体空间的产品装配以后有一个系统运行的数据，虚拟空间同样通过我的经验、仿真，可以知道这个东西怎么样。这个项目如果做得好，有希望将实体空间里的一个生产线，在虚拟空间里通过建模完成全部流程，实体产品不用出来，我这个生产线在虚拟空间运转。

这有什么好处呢？以发动机为例，我看到有些工业软件做得好，它可以在绑定以后，发动机实际上在虚拟空间已经运转了，它的速度、温度、应用都知道，你可以进行改进。改进以后，再试，这个时候实体空间可以什么都不做，等到虚拟空间几十次几百次试错以后，最后的数据灌到实体空间之中，基本上就可以直接成功或者只需很少的调整。当然调整以后我们还可以反馈，使建模仿真更加真实。

所以，我认为现在的软件比过去范围大得多，真正能使得这两个空间能够对应的很好，这要看我们的技术，如果对应的好，就能产生极佳的效果。我看到一个案例，比如说燃气轮机，它用计算机从设计到绑定做得很好以后，它可以运转起来，最后经过沟通不断地改进，把效率提高了8%～9%。

实际上在实体空间很难完成的很多实验，都可以放在虚拟空间完成，发动机运转以后再改个叶片，改好之后生产出来，再做一个试验……而在计算机的虚拟空间就可以轻松做到这一点，可以试错几十次甚至几百次，最后将一个满意的结果拿到实体空间真正做出来，再反馈、再检验，再准确地不断提升。

所以输入孪生技术应该很重要，真正把现在的信息技术与传统技术融合起来。所以我觉得德国4.0强调CPS，美国工业互联网强调数字孪生有道理，他们有这个基础。

我们缺，缺在什么地方？我们最大的缺陷就是工业软件是短板。这个是数字孪生技术里面很重要的，特别是CE的一个非常重要的环节，能够把制造加工过程中的物理过程在电脑上重现，这是很难的。这里面大数据有用吗？大数据没有因果关系，大数据看结果，可以做几万次以后告诉你分布情况、质量如何，而基于内在的东西它不能告诉你。所以我觉得工业软件是绕不过去的，特别是关于核心的一些仿真非常重要，举一个例子：我要冲一个东西出来，左边的模具一个材料冲下去，冲出来一个东西，大家看的是最后结果，看到的是冲出来的东西，这个过程如果用软件来看，就可以知道这个过程。

如果是动态图，就可以看到冲压的过程中应力的分布，根据颜色看出应力的分布形状，因为这个形状也看出是不规则的，一般认为出来应该很整齐的，不整齐但它也能仿真出来，就说明这个软件做得比较准。

我们就需要这类软件，数字软件可以覆盖每一个环节，真正达到所谓孪生的作用。同样，比如拉伸，怎么来体现整个拉断过程，电脑上能看出逐步变化、变形、应力的分布以及最后断裂的情况。你不需要把真正的材料拉了，在拉的过程之中，也可以知道它的应力的情况，拉伸的材料或者拉伸的工艺有什么问题，所以数字孪生是我们最需要的。

工信部要实施国家重大工程，我认为重点在两个方面，一个是基础软件，包括工业软件、工业技术的软件化，还有云计算，包括工业互联网，其实这两方面我觉得也是数字孪生的角度，这两个方面在工业互联网这样一个大栏目里业务应该是可以融合在一起的。

最后我提几个建议供大家参考：第一，工业互联网，我们要特别注意高级化，因为别人现代化做的比较好。第二，我们应该实现工业互联网和工业软件的协调发展、融合发展或是工业技术软件化等等。此外，我觉得工业互联网中的数字孪生技术的平台，也许可以作为一个载体，使工业软件和工业文化能够融合在一起。