人工智能

以两化融合为契机发展工业软件

作者:周宏仁来源:中国电子报发布时间:2008-09-04 15:28我要评论






  国家信息化专家咨询委员会常务副主任 周宏仁


众所周知,工业革命发生在英国,引发了一个工业化的过程,即由农业社会向工业社会转变的过程。关于工业化,经济学家们有很多不同的定义;怎样算是实现了工业化,也有很多不同的测度方法。但就字面而言,《美国传统字典(双解)》给出的解释是:“在一个国家或地区发展产业”或“将某种物品的生产组织起来建成一个产业。”从这个定义不难看出,“工业化”并不只是发展“工业”,即通常所说的第二产业,而是指发展“产业”,“工业化”的准确含义是“产业化”。事实上,“工业化”不仅导致了第二产业,如制造业、采掘业、建筑业的产业化,也使得第一产业的农、林、牧、副、渔等,以及第三产业的金融业、保险业、教育业、零售业、饮食业等,都向着产业化的方向发展。因为只有产业化才能发展规模经济,才能取得最大的经济效益。当然,第二产业的产业化尤其重要,特别是制造业的产业化在经济和社会发展中扮演着非常重要的、核心的角色。原因是没有制造业的产业化,第二产业其他部门的产业化,以及第一和第三产业的产业化,都不可能有实现产业化必须的装备。
毫无疑问,第二产业中的制造业,特别是装备制造业,应该成为信息化与工业化融合(以下简称两化融合)的战略重点。当然,“两化融合”不仅包括第二产业的信息化改造,也应该包括第一和第三产业的信息化改造,即农业的信息化和服务业的信息化。但是,推进“两化融合”,依然不能没有战略重点的思考。毛泽东同志在《矛盾论》中指出:“在复杂的事物的发展过程中,有许多的矛盾存在,其中必有一种是主要的矛盾,由于它的存在和发展规定或影响着其他矛盾的存在和发展。”
当然,以第二产业,特别是以装备制造业信息化作为“两化融合”的战略重点,并不意味着其他产业的信息化改造就不需要重视了,不重要了。正如党的十五届五中全会所指出的:“大力推进国民经济和社会信息化,是覆盖现代化建设全局的战略举措。”以“两化融合”改造我国各个产业部门的过程,就是一个实现信息化的工业化的过程,形成和发展现代产业体系的过程。当然,这是一个长期的、艰巨的任务,不可能一蹴而就。

两化融合需明确战略重点

“两化融合”的内涵不仅在于利用信息技术改造企业的研发、产品设计、生产装备、生产流程、产品检测、供销和市场等等环节,而且更要从宏观层面考虑,如何振兴我国的装备制造业,淘汰落后的生产能力,促进工业由大变强,发展现代服务业,发展现代能源产业和综合运输体系等,最终达到发展现代产业体系的目的。无论从投资、技术或管理角度而言,“两化融合”都比电子政务、电子商务的推进要复杂得多。因此,在明确“两化融合”战略重点的同时,也需要从我国当前面临的实际问题及需求的紧迫性出发,研究什么是“两化融合”应该关注的重点问题。

信息化提高企业竞争力

很多人以为,我国已经是一个制造业的大国,似乎全世界的制造业基本上都转移到中国来了,发达国家都没有制造业了,至少制造业不再是国民经济的支柱产业了。这是一个极大的误解。事实上,美国仍然拥有全球最先进的制造业。如果没有全球最先进的航天、航空、计算机、通信设备等先进制造业,美国不可能在当代的信息革命中遥遥领先于世界各国。2006年,美国、日本、西欧、中国占世界制造业的份额分别为25.5%%、13.9%%、26.1%%、12.1%%。在全球的制造业中,中国不仅所占份额少,而且制造业的科学技术含量和劳动生产率水平都很低。2004年,我国第二产业的全员劳动生产率只相当于美国的1/30、日本的1/18、法国的1/16、德国的1/12、韩国的1/7。2007年,美国制造业产量不仅创历史最高纪录,而且劳动生产率较2000年还提升了25%%。显然,对于我国制造业的水平不能估计过高,感觉太好。事实上,就制造业而言,我们与发达国家不仅有着非常大的差距,而且由于我国制造业信息化水平很低,这种差距很可能还在扩大。
因此,利用信息化手段提高企业的劳动生产率是一个紧迫的问题。解决低效率问题的办法,就是要提高企业,特别是装备制造企业生产装备和生产过程的科技含量,尤其是信息技术的含量。就我国目前的情况来看,机械、电力、钢铁、有色、建材、化工、石化、纺织、造纸、食品等是需要重点研究的10个行业。
利用信息化手段提高企业的研发和设计能力也是提高企业竞争力非常重要的一环。这一点已经受到了广泛的重视,我国很多企业已经开始使用三维CAD(计算机辅助设计)和各种可视化技术于产品的研发和设计之中。利用各种嵌入式的系统和软件提高企业产品的信息技术含量,对企业的产品进行智能化改造,对于增加企业产品的市场竞争力也非常重要。

信息化促进节能减排

与世界先进水平相比,我国单位产出的能耗和资源消耗水平明显偏高。火电煤耗比国际先进水平高22.5%%,大中型钢铁企业吨钢可比能耗高21%%,水泥综合能耗高45%%,乙烯综合能耗高31%%,机动车百公里油耗比欧洲高25%%、比日本高20%%、比美国高10%%。我国钢铁行业的单位耗能最高,其后是煤气生产和供应、石油加工、化学工业、有色、造纸、电力、食品。我国石化、电力、钢铁、有色、建材、化工、纺织主要产品单位能耗平均比国际先进水平高出40%%。因此这7个行业是信息化节能降耗研究的重点行业。
我国废弃物排放水平大大高于发达国家。每增加单位GDP(国内生产总值)的废水排放量比发达国家高4倍,单位工业产值产生的固体废弃物比发达国家高10多倍。2003年我国工业和生活废水排放总量453亿吨,其中,化学需氧量排放1348万吨,居世界第一;二氧化硫排放量2120万吨,居世界第一;二氧化碳年排放量仅次于美国,居世界第二。目前,我国工业固体废弃物年产生量约10亿吨。从行业来看,冶金有机污染物排放占18.8%%,化工占13.2%%,造纸占12.5%%,食品和饮料业占 30.1%%,纺织业占15.3%%。上述5个行业污染物排放接近90%%,是需要关注的重点。
有研究表明,如果将信息通信技术充分用于节能降耗、减污减排,可以在2020年使全球温室气体排放量减少15%%,所节约能源的总价值近9000亿美元。虽然按目前的趋势发展,信息通信产业排放的温室气体占全球总排放量的比例可能由现在的2%%增加至2020年的约4%%,但如果将信息通信技术充分应用于各行业的节能减排,则到2020年全球温室气体的年排放量有望减少15%%,即78亿吨二氧化碳。

发展现代物流和制造服务业

物流业约占生产性服务业的18%%,是服务业的重要支柱产业。物流业增加6%%,可以带动服务业提高一个百分点。制造业物流大约占我国物流总量的86.7%%。因此,研究我国的物流问题,关键在于提高工业物流的现代化和信息化水平。我国制造业从原材料到完成加工的时间大约只占全部生产时间的10%%,而包装、仓储、运输的时间却要占到90%%。因此,提高工业物流的现代化水平是“两化融合”必须关注的一个重要方面。
有研究表明,全球如果实现物流业的节能化,有望在2020年减少15.2亿吨二氧化碳排放,而所节约能源的价值可达3266亿美元。在欧洲,估计物流业在2002年至2020年间将增长23%%,而借助信息通信技术提高货物运输和存储过程中的能源使用效率,欧洲可以减少二氧化碳排放量约2.25亿吨。
发展制造服务业近年来已经受到了广泛的重视。但是,我们应该看到,制造服务业的发展是制造业信息化发展的一个自然的结果。因为没有制造业信息化的推进,就不会有制造服务的需求,也就不会有规模化的制造服务业的诞生。对于政府而言,则应该在看到这种需求产生之时,适时地采取有力的政策措施,扶持和推动制造服务业企业的成长和发展。

工业软件可作为两化融合切入点

工业革命所形成的新的生产力,例如钢铁、能源、材料、交通、制造业等,在很大程度上是物质的、有形的、可见的。而信息革命所形成的新的生产力,如信息的采集、处理和传送能力,各种软件,各种信息和知识的生产和利用的工具,通信系统等等,则在很大程度上是非物质的、无形的、似乎是不可见的。由于这两种生产力完全不同的特征,人们往往容易将二者对立起来,或以前者否定后者,或以后者否定前者,争论不休。事实上,工业革命所形成的产业优势是一种硬优势,而信息革命所形成的产业优势是一种软优势。在信息时代,两种优势缺一不可。软优势必须附着在硬优势上,才能显示出其意义和价值,而没有软优势的硬优势,在信息时代也只是一堆准备挨打的废铜烂铁。就我国实际情况而言,“两化融合”不仅要发展硬优势,更要发展软优势。

工业软件是融合剂

工业软件是信息化与工业化的融合剂,也正是这种软优势的体现。能够使传统工业化意义上的机械化、电气化、自动化的生产装备具备数字化、智能化、网络化特征的核心技术,就是微电子技术和工业软件技术。没有工业软件就不可能在工业化的硬优势基础上形成信息化的软优势,也就没有两化融合。因此,推进“两化融合”,工业软件扮演着极为重要的角色。促进我国工业软件的发展,不仅可以作为“两化融合”的切入点,也是促进我国软件产业调整升级的切入点。
顾名思义,工业软件指的是专门为工业部门所使用的软件,而不包括一般的通用计算机所使用的通用软件,如计算机操作系统、中间件、通信软件、通用数据库系统、办公软件等。工业软件大致可以分为两类。一类是嵌入式软件,又可以细分为操作系统、支撑软件(嵌入式数据库和开发工具)、应用软件等,他们被植入嵌入式系统之中,达到自动化、智能化的控制、监测、管理各种装备、机器和系统运行的目的。嵌入式系统和软件在各种工业产品、生产装备和过程控制系统中的应用极为广泛,不仅使企业的产品,而且使企业的生产装备、生产流程具备数字化、智能化和网络化的特征,因而是促进“两化融合”极为重要的技术手段之一。另一类则是各种工业部门专用的软件,从产品研发、产品设计、产品生产、流通、生产管理等不同方面,实现生产和管理过程的智能化、网络化管理和控制。各种计算机辅助设计(CAD)、辅助制造(CAM)、辅助工艺流程(CAE)、辅助生产计划(CAPP)、产品数据管理(PDM)等,都是非常重要的工业软件。
显然,工业软件不同于一般的通用计算机软件,有其自身的功能需求和行业特征。大力发展工业软件并不是否定通用的操作系统、通用应用软件、中间件等其他软件的重要性,而是从“两化融合”的需求出发,充分认识这类具有特殊功能的工业软件的重要性。没有发达的工业软件产业,我们永远不会拥有我们自己的、先进的、信息化的装备制造业和其他产业。

促进制造业信息化发展

制造业信息化的基本问题包括:数字化、智能化的设计方法及技术,计算机辅助工程分析与工艺设计技术,在线自动控制和智能化制造技术,设计、制造、检测、试验、数据通信、管理的一体化技术。解决这些基本问题的办法就是依赖工业软件,面向产品的全生命周期,提供一个智能化、网络化、协同化、开放式的产品设计与制造平台。例如,工业设计软件广泛地采用模拟仿真技术,自动地将各种设计创意转换成数字草图和实物模型,并实现设计对象的可视化和数据共享;同时,通过高效和准确的数据交换,不仅强化了零部件设计之间的沟通,而且自动校验设计的合理性、互换性和兼容性,从而大大加快了新产品研发的速度。工业软件还具有多学科交叉的特点,不仅注入了本专业的各种最新的知识和技术,而且还将相关的材料、工艺、能源、经济、环境等知识和技术有机地加以组合,通过丰富的多学科知识库,为生产流程的各个环节提供技术支撑。
不难看出,工业软件不是一般意义上的软件,而是科学研究和技术创新成果的软件体现,学术和技术水平都很高。工业软件(如各种二维、三维的CAD软件)的诞生至少需要经历四个阶段:建模,即利用代数方程或微分方程建立对象的数学模型;求解,即求得该数学模型的解析解或数值解;算法,即将该数学模型的求解过程编制成一套计算步骤;编程,即利用适当的计算机编程语言将算法变成软件。在这几个阶段中,往往包含有科学研究或者技术创新的过程,复杂程度很高,需要科学家或技术专家的直接和长期的介入。因此,没有“内行”的直接参与,仅仅依靠软件人员是编写不出工业软件的。

  发展工业软件需两类专家合作

相对于操作系统和通用软件而言,我国工业软件的发展还非常落后。在2007年《中国信息年鉴》所介绍的几十个行业信息化发展情况中,很少有著者讨论该行业工业软件的现状及其与行业信息化的关系。2006年,我国软件产业总产值约为4800亿元。其中,嵌入式软件为1028亿元,但大部分用于数字电视、手机、PDA(个人数码助理)等产品,涉及生产过程信息化的工业软件极少。目前,我国的工业软件绝大多数依赖引进,价格高昂。工业软件的落后和匮乏极大地制约了我国“两化融合”和产业现代化的进程。
针对工业软件的特点,发展工业软件必须促进两类专家的合作和融合。各行各业的科学家和工程技术专家往往认为工业软件的开发和生产不是发明创造,不是技术创新,只是科技成果的软件化,因此往往在某种程度上鄙薄工业软件,不愿意献身其中,并因而在很大程度上影响了工业软件的发展。这种观点没有“与时俱进”,非常落伍。因为它是工业时代看待科学技术的观点,而不是信息时代看待科学技术的观点。实际上,工业软件也具有极大的创新性,而且对生产力的提高帮助极大,经济效益也极好,绝对需要第一流的科学家和第一流的工程技术专家参与其事。为了推动工业软件的发展,必须从政策上鼓励、激励、促进科学家或工程技术专家与软件专家共同组成研发团队,合力开发工业软件。
大力发展工业软件既是我国信息化面临的艰巨挑战,也是我国信息化向纵深和高水平发展、向信息化核心领域前进的重要标志,对我国的现代化具有非常重要的战略意义。为此,工业软件的发展必须作为我国软件产业发展的战略重点之一。作为我国软件产业调整升级的一个重要方向,我们有必要深入研究我国工业软件的发展现状,以及国家需要采取的政策措施,促进和加快我国工业软件的发展,实实在在地达到推进“两化融合”的目的。

责任编辑:电子信息产业网
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