2.3 軟件定義：定義創新創業運行規則

當你早晨起床打開手機查看今天的天氣情況或瀏覽新聞時，你會不會想到你每天都會用到的軟件是從什么時候開始出現的？“軟件”這個詞出現于20世紀60年代，我們知道，那時電子計算機已經問世20年了，在那之前電子計算機的功能都是通過程序來實現的，也就是機器語言和匯編語言。之后為了獲得更高的工作效率，融合程序和文檔的軟件應運而生，并且作為獨立的產品從硬件中分離出來。20世紀80年代Windows操作系統的出現，標志著軟件成為獨立的產業。然后互聯網和軟件結合在一起，相互推動發展，使軟件進入了一個新的階段，即網絡化和服務化階段，軟件因此滲透到人們生活和工作的方方面面。

21世紀，軟件進入了飛速發展的時期。2008年全球發生金融危機，世界上絕大多數產業都面臨負增長的情況，而軟件行業依然保持強勁的增長勢頭。根據我國工業和信息化部發布的數據，從2013年到2018年，軟件和信息行業一直保持著較高的增長率。軟件行業在國家經濟層面也扮演著舉足輕重的角色，世界上有十幾個國家軟件的支出超過了國內生產總值的0.5%，其中美國更是超過了1%。軟件行業從業者的數量巨大，2014年全球從事軟件行業的人數就已經達到2900萬，這幾年軟件行業的從業人數依然保持著增長勢頭。可見，軟件已經是現在經濟發展中重要的一部分，不僅如此，其對于世界經濟的發展也起到了很大的推動作用。

2019年3月14日，谷歌宣布其公司一名女性工程師巖尾歷時四個月，通過云計算成功地將圓周率計算到3.14之后的31.4萬億個數字。由于圓周率在航空航天、工程制造、軌道交通等方面具有十分重要的作用，所以這一成果對于科學的發展具有很重要的意義。而在此之前人們都是通過超級電子計算機的超強計算能力來計算圓周率的，這次云計算取得的成功恰恰證明了軟件在數據運算中的重要地位。

目前，世界上制造硬件的能力在不斷突破，硬件產品的性能在不斷攀升，這當然是一件十分可喜的事情，但是目前存在的一大問題是如何通過合理的軟件運算使硬件得到合理的應用，如何使硬件的能力實現最大化。最好的一個例子就是目前極為火熱的無人駕駛技術。無人駕駛技術是利用裝配在車身上的攝像頭、紅外傳感器、雷達等傳感器收集車輛周圍的環境信息，然后通過軟件處理得到最優的行駛方案，從而達到不需要人為操控就可以自動駕駛的目的。無人駕駛技術如圖2-4所示。現在，發展無人駕駛技術的除了傳統廠商寶馬、福特等之外，一些科技公司也加入了它們的行列，如百度、谷歌、特斯拉等。在互聯互通的今天，各個廠商所用的硬件設施幾乎一樣，所不同的是如何處理硬件收集到的數據，從而得到最優的結果，也就是說軟件決定了無人駕駛的未來，也同樣決定了這些廠商未來的生死存亡。

圖2-4 無人駕駛技術

2013年4月，在德國漢諾威工業博覽會上，德國總理默克爾提出了“工業4.0”的概念。“工業4.0”是基于CPS（賽博物理系統）的工業革命。CPS是指虛擬與實體互聯，用“虛”控制“實”，虛實融合；“實”當然指的是硬件，而“虛”指的就是軟件。所以，為了“工業4.0”中“無人工廠”的實現，物理對象的數字化、虛擬化只能依靠軟件側來實現，而不是實體側。以前，工業中的自動化靠硬件來實現，現在都是靠數字化、軟件來實現。例如，西門子公司的安貝格電子制造工廠被稱為世界上最先進的制造工廠，它的核心是基于數據分享的合作平臺Team Center，實質是PLM、MES、TIA三位一體的工廠解決方案，也就是利用軟件來合理地管理硬件，使工廠的效率達到最高。無人工廠設想如圖2-5所示。

圖2-5 無人工廠設想

2015年的Gartner戰略報告中出現了“SDN”一詞，也就是“軟件定義網絡”。這是“軟件定義網絡”第一次出現，之后這一概念被廣泛應用和發展。軟件定義網絡是指利用應用程序編程接口（API）對網絡內的硬件進行編程操作，從而形成新的網絡結構，實現對網絡內的硬件進行操控的目的。軟件定義網絡是一個革命性的創造，它解決了以往網絡中存在的許多問題，如對硬件操控的靈活性低、網絡反饋緩慢、網絡中硬件虛擬化程度較低、維護成本高等。SDN的出現可以使網絡的虛擬化程度更高，讓網絡中的所有設備可以通過一個軟件整合在一起，實現網絡中設備操控的簡單化，使網絡的應用和控制具備更高的靈活性；而且SDN可以極大地減少人們對網絡的干預，減少網絡運行過程中的錯誤和故障，大大降低網絡的維護成本。

在電子計算機領域，從“軟件定義函數”“軟件定義硬件”發展到“軟件定義網絡”等；在制造業信息化領域，從“軟件定義圖紙”“軟件定義三維模型”“軟件定義流程”發展到“軟件定義樣機”等；在智能制造領域，從“軟件定義機器”“軟件定義裝備”發展到“軟件定義制造”等。當前，“軟件定義世界”成為工業OT技術與信息IT技術融合的新趨勢，對于推動制造資源數字化、網絡化、智能化發揮了引領作用，也為新興的信息物理系統在技術上創造了條件。

在萬物互聯的今天，“互聯網中的一切皆可編程”是我們目前追求的目標：向下將“人、機、物”融合環境的網絡資源、存儲資源、數據資源、計算資源、傳感資源等海量異構資源連接起來實現萬物互聯，向上通過編程提供社會計算、移動計算、云計算、工業互聯網、物聯網等眾多應用模式，在此基礎上支撐大數據、人工智能應用、共享經濟、智能制造等新應用、新模式、新業態，也就是說我們目前的機遇是軟件定義一切。我們看到軟件定義不斷泛化和延伸，我們要用軟件定義我們的物理世界，再進入我們的城市、我們的行業、我們的校園，從單一的資源管控到“人、機、物”融合環境下對各種資源全方位的互聯互通。

軟件應用無所不在，正在吞噬整個世界。隨著軟件定義在工業、工程領域的深度發展，信息空間與物理空間的融合呈現泛在化趨勢，設備的智能化水平越來越依賴工業技術軟件化水平。發展信息物理系統和打造中國工業軟件平臺成為落實“中國制造2025”的兩個重要方面。從軟件對智能化的重要意義來說，軟件定義創新創業的運行規則。