離散制造通常是指多個零件經過一系列不連續的工序加工，再進行裝配而成的制造方式，例如消費電子、汽車制造、航空裝備制造等都屬于離散制造行業。隨著我國新一代信息技術在傳統行業領域加速創新融合，離散制造業數字化和智能化水平逐步提高，傳統的離散制造企業業務系統開始與云計算結合，形成云化業務系統，并呈現系統化與平臺化的特征。

 

云化業務系統的商業模式與服務能力明顯區別基于傳統業務系統。一是云化業務系統可以基于工業生產的全生命周期數據，從多個維度開展知識挖掘與智能分析活動，并產出對工業生產的行為導向、價值判斷和決策支撐；二是云化業務系統不再以單體產品的方式面向用戶提供點對點的服務，而是在云平臺的基礎上，通過多個業務系統之間的協同工作，形成了企業的統一業務系統。

 

然而，我國離散制造行業的云化業務系統市場剛剛起步，國產云化業務系統在工業環境中的應用尚處于探索階段。云化業務系統需要從方法研究、產品實踐和業務推廣等多方面進行深入研究和探索。本文旨在通過對離散制造 行業業務系統云化國內外現狀的調研，從云化業務系統框架、企業上云路徑、實施方法和未來發展趨勢等四個方面進行探討，以幫助和引導國內企業盡快建立符合市場規律的商業模式，推動國產離散制造行業云化業務系統的發展與應用。

 

一、云化業務系統國內外現狀

 

隨著工業互聯網產業的迅速發展，工業領域的軟件系統架構正在經歷徹底改變。越來越多的工業軟件通過云端實現數據的處理、存儲、查詢、管理和發布，脫離了原有的單機或局域環境部署方式。

 

歐美發達國家憑借著工業軟件的技術優勢和經驗，已經迅速完成了云化業務系統的布局、發展和應用。2012年，法國達索公司推出了3D EXPERIENCE，為制造業用戶提供了從研發設計、仿真管理、生產制造和全生命周期管理的云端平臺。2019年，美國參數技術(PTC)收購了 SaaS CAD廠商OnShape，并在云端平臺實現了CAE和CAM 集成應用，為用戶提供設計、仿真、加工一體化解決方案。德國西門子公司不僅發布了MindSphere、Xcelerator 等云化工業軟件產品，而且推出了基于模型的企業(Model Based Enterprise，MBE)和數字孿生(Digital Twin)等構建制造業數字化管理體系的方法論，用以統一工業領域用戶對云化業務系統應用模式的認知。

 

相比之下，我國的云化業務系統行業還處于起步階段，缺少能夠覆蓋經營管理、研發設計和生產制造等完整離散制造業務系統產業鏈的龍頭企業。國內廠商面臨國外傳統工業軟件巨頭轉型和互聯網廠商利用云計算技術向工業領域滲透的雙重壓力。不過，各廠商在云化業務系統產業生態方面也進行了積極布局。傳統工業軟件企業，如金蝶、用友、安世亞太等，先后推出了云化業務系統產品，通過多個功能模塊之間的協同工作，為用戶提供從數據采集到智慧決策的完整解決方案。新興廠商方面，黑湖智造、恒遠科技等廠商通過微服務架構為 制造企業提供模塊化、可訂閱的制造協同管理服務?；ヂ摼W廠商也紛紛布局，阿里、騰訊、華為等均啟動了各自的云化業務系統戰略。

 

二、離散制造企業云化業務系統框架

 

離散制造企業特別是中小企業通常關注成本降低、技術獲取、渠道建設、規模生產等內容。然而隨著用戶個性化需求增長，制造模式逐步向小批量柔性化生產過渡，如何通過數字化系統貫通全要素、全環節、全鏈條，實現成本精細化控制、研發設計協同、用戶需求快速響應、柔性生產和產品全生命周期質量追溯成為制造企業數字化轉型的重中之重。

 

(一)基于工業互聯網平臺的云化業務系統

 

通過工業軟件系統集成，支撐企業業務運行的數字化系統被稱為企業業務系統。傳統的企業業務系統供應鏈復雜、集成難度大、運維成本高且無法實現彈性擴展，僅能滿足特定領域的需求，無法靈活應對數字化浪潮帶來的新 業務與新模式。面對離散制造企業數字化轉型的現實需求，基于云平臺實現工業軟件集成連接，構建云化業務系統實現企業內部數據和業務的一體化是企業數字化轉型升級的必然。

 

傳統工業軟件搭建的業務系統通常采用橫向集成方式，各工業軟件之間通過接口相互調用，數據和業務難以貫通。由于工業互聯網平臺能夠向下對接海量工業裝備、儀器、產品，向上支撐工業智能化應用的快速開發與部署，因此成了解決工業軟件集成的關鍵基座。工業軟件企業在工業互聯網平臺基礎上，構建模塊化、可拓展的云化業務系統解決方案成為我國企業業務系統產業發展的最佳路線。

 

(二)云化業務系統框架

 

云化業務系統由云化工業軟件構成，其主要特點是可以實現數據的實時采集、存儲、處理和分析，同時可以提供多種應用服務。相比傳統工業軟件，云化工業軟件突破了傳統工業軟件的桎梏，打通了數據從采集到決策的流通途徑，實現了數據的共享和交流，提高了工業生產的效率和質量。

 

然而，工業軟件廠商通常以提供傳統產品的SaaS化服務為主要商業模式，這導致本應具備跨平臺訪問和跨系統集成能力的云化工業軟件僅能在封閉體系內實現效率的提升，不同系統間的數據共享和信息交流依然受限。因此，需要建立統一的云化業務系統框架，通過數據層級、功能模塊和應用接口的標準化實現不同系統間的數據交換和共享，從而提高整個工業生產系統的效率和質量。

 

工業互聯網連接了各類設備、系統和數字資產，是實現數據的實時采集、存儲、處理和分析的載體。云化業務系統可以與工業互聯網緊密結合，實現數據的共享和交流、系統的集成和升級以及數據的安全和可靠。參考現有的工業互聯網體系架構，可以總結出離散制造企業的云化業務系統框架，如圖 1 所示。

離散制造企業云化業務系統框架由邊緣層、執行層和企業層構成。

 

邊緣層包含了數據采集與監控系統和智能終端，運用邊緣計算技術實現設備數據采集、參數調整、遠程監控、數據統計、任務調度和設備管理。

 

執行層打通了生產管理(MES)、質量控制(QMS)、維護管理(EAM)和庫存管理(WMS)之間的聯系，實現了系統間基礎數據、生產資源、生產計劃、生產執行、績效分析、質量測試、設備維護和庫存盤點的一體化管理。

 

企業層可以分為運營系統和數據分析系統兩個部分。其中，運營系統負責打通研發管理、項目管理、生產管理、財務管理、質量管理、營銷管理、供應鏈管理和售后管理的各個環節，形成統一的運營管理平臺。數據分析系統則是利用數據采集系統、生產制造系統、運營管理系統等各部分產生的數據進行智能分析。通過大數據應用對業務趨勢進行研判，規避客戶和經營中的風險點，對工作實績進行數據分析， 最終形成經營策略的優化。

 

三、離散制造企業上云路徑選擇

 

理想狀態下，企業的業務系統應是打破原有工業軟件的邊界，將數據和業務功能按照微服務架構重新整合，采用云原生技術在云端構建業務系統。然而，我國企業的數字化程度差異性較大，大型企業基本建設完成了完整的傳統業務系統，并對傳統業務模式、組織架構等進行了升級和優化。但是現有的業務系統依賴于傳統工業軟件系統集成，正處于逐步遷移到 云化業務系統的階段。中小型企業普遍數字化程度較低、缺乏工業軟件的系統化應用，目前的數字化轉型方向應是直接采用云化架構，構建自身的云化業務系統。因此，大型企業和中小型企業在設計自身的云化業務系統時，應采用不同的戰略規劃和實施路徑。

 

(一)大型離散制造企業上云路徑選擇

 

大型離散制造企業普遍具備管理制度完善、業務流程成熟的特點。因此，大型企業的業務系統云化不是為了實現組織與業務的全面變革，而是為企業提供針對具體業務中的某一個環節進行單點深入優化的能力。

 

傳統業務系統中，此類優化對系統開發和運維團隊的能力要求非常嚴格。因為，針對業務環節的優化通常會涉及多個工業軟件的不同功能，開發和運維團隊需要明確分析出這種單點優化帶來的隱藏約束、功能耦合、數據一致性風險和其他不確定性風險，并且需要升級全部涉及的工業軟件、進行全系統的完整測試，所需的人力成本和資金成本高昂。因此，在通常情況下，傳統業務系統不會得到頻繁變更。

 

由此可見，大型企業實現業務系統的云化遷移是為了獲得能夠持續優化自身業務的能力。大型企業的云化業務系統可以自行建設，按照自身的組織機構和業務模式梳理數據、流程和功能，打破原有工業軟件的邊界，按照數據管理與業務功能相分離的原則進行設計。在數據方面，通過數據治理體系建設，實現數據從采集、存儲到應用和退役的全生命周期管理體系。在業務功能方面，應采用微服務架構，實現業務的模塊化和可擴展性，降低開發和運維成本。

 

(二)中小型離散制造企業上云路徑選擇

 

離散制造業中小企業普遍具備數字化程度較低的特點。由于市場環境快速多變，企業需要具備應對靈活多變業務模式的能力，傳統業務系統無法靈活變化的問題直接阻礙了中小型離散制造企業的應用。此外，在數字化轉型過程中，中小企業同時承擔組織結構和業務模式調整、業務系統建設和運維的成本。這也降低了中小型企業數字化轉型的積極性。

 

云化業務系統的出現為中小型離散制造企業數字化轉型提供了全新的解決方案。云化業務系統服務商利用微服務架構功能耦合的特性，支持企業采用訂閱方式選擇所需的模塊來構建企業業務系統。一方面，訂閱制或分模塊私有部署的模式，可以降低中小企業一次性信息化投入；另一方面，云化工業業務系統的靈活配置也為中小企業快速轉型提供了基礎。

 

因此，中小型離散制造企業可以按照自身業務特點，與云化業務系統服務商合作，采用訂閱制或按照業務模塊單獨定制的方式，形成支持增量擴展的云化業務系統。在確定數字化轉型的優先級時，應遵循成本優先的原則，對企業業務系統的各模塊進行成本效益分析。此外，中小型離散制造企業在與云化業務系統服務商合作時，也應該注意選擇具有穩定可靠的技術支持和服務體系的服務商。同時，企業還需要充分了解自身業務特點和數字化轉型需求，以便與服務商合作時能夠提供準確的業務需求和數據，確保云化業務系統能夠滿足企業的實際需求。

 

四、云化業務系統實施方法

 

由于云化業務系統剛剛起步，行業的研究人員尚處于關注功能實現的階段，目前缺少如何從原有的信息化系統向云化業務系統遷移的體系化研究工作。

 

現實中，不論大型、中型還是小型企業對于云化遷移的流程要素和關注重點是一致的，都是依據需求的緊迫程度及先易后難的原則逐步進行云化遷移。具體而言，一般是依照數據分析系統、運營系統、生產管理系統和數據采集系統的順序進行遷移，以保障業務系統從本地到云端的平穩過渡。

 

本文通過總結大中小型離散制造企業云化業務系統建設和遷移的經驗，提出離散制造業企業業務系統云化的技術路線、實施方法和管理體系，分為規劃、設計、實施、驗證和維護五個階段。

 

(一)規劃階段

 

規劃階段是企業云化業務系統實施中最重要的階段，需要詳細調研企業現狀和發展目標，確定云化業務系統的目標和需求。本階段需要制定詳細的實施計劃，作為后續所有階段的執行依據，具體可分為以下五點：

第一，企業首先建立包含最高決策層領導在內的業務系統上云工作組，工作組應兼顧組織的長遠發展和近期目標，促使組織達成深入推進業務系統上云的共識。

第二，依托離散制造企業業務系統框架，按照功能模塊對業務系統上云的價值進行充分分析。價值分析可以從業務效率提升、經營成本優化和新型能力效益的角度考量業務系統上云的綜合效能。

第三，應收集現有業務流程痛點和需求清單，并從利益相關方分析、痛點與上云相關性分析和業務預期效果確認上云需求的優先級。

第四，應對企業現有的工業軟件系統進行全面盤點。盤點過程不僅是收集工業軟件系統的清單，也應詳細記錄工業軟件與業務系統框架中的功能點和企業組織架構的對應關系。為確保上云后數字資產不丟失、業務應用資源可用以及上云后業務系統優化做好準備。

第五，應對業務系統上云進行組織、技術和能力上的準備，要形成具備云計算、云架構和云安全開發運維經驗的團隊。

 

(二)設計階段

 

根據規劃階段的要求，設計階段應制定完整的云化業務系統方案、數據遷移策略和遷移計劃，具體可分為以下五點：

第一，對云化業務系統的設計方案進行詳細驗證，確保滿足實施計劃中的系統需求。

第二，對本次遷移的工業軟件或信息系統對象和邊界進行全面確認，給出遷移的詳細步驟和割接方案，并明確遷移后所需實現的功能、性能和負載指標，并準備對應的測試用例。

第三，根據本次云化遷移的功能、性能和負載目標，完成云基礎設施的選型，并設計完成對應的云架構。

第四，根據新的架構對業務功能和業務流程進行優化。

第五，全面梳理云化遷移可能遇到的風險，準備好對應的回滾方案和數據備份方案，防止遷移過程中出現數據丟失。

 

(三)實施階段

 

實施階段需按照設計階段的要求，開始系統的安裝、配置和測試，并進行數據遷移和培訓，具體可分為以下三點：

第一，在進行正式的業務系統云化遷移前，應先對整個遷移過程進行模擬，包括回滾和數據備份的一致性檢測。

第二，正式進行業務系統的云化遷移，在正式遷移完成前，應保持舊系統的正常運行。

第三，所有業務和數據遷移到云化業務系統后，應采用設計階段準備好的測試用例，對系統的功能、性能、數據和安全進行全面測試。在全面完成系統測試后再進行業務割接。

 

(四)驗證階段

 

驗證階段，不僅需要對系統進行全面測試和驗收，確保系統達到預期效果，還需要從組織、業務、系統等各方面進行持續性優化，最大限度提升云化業務系統的效率。具體可分為以下兩點：

第一，企業業務系統遷移上云后，需要對系統進行持續性評估與檢查，檢驗是否解決了規劃階段預期的業務痛點問題，是否實現了規劃目標。出現差異問題時，要尋找問題根源，并制定相應的解決方案。

第二，業務系統上云后，需要實現數據、技術、業務流程與組織結構相互磨合、動態匹配。企業應確保全面、有效收集各方反饋意見，識別問題或缺陷，并采取適宜的措施，確保其得到及時解決，必要時，應制定調整方案。

 

(五)維護階段

 

維護階段，企業的運維團隊需要對系統進行長期監控和維護，確保系統的穩定性和安全性，具體可分為以下三點：

第一，企業需要建立完善的運營和運維隊伍。建設團隊應與運營團隊進行完整的業務與文檔移交，確保業務系統的平穩遷移和運行。

第二，為確保云化業務系統的數據、技術、業務流程和組織結構規范，企業需要建立相關制度。這些制度需要明確規定業務流程、組織結構以及數據和技術的規范使用和保護。

第三，企業需要建立安全管理體系，并持續進行日常維護和系統優化。此外，應該定期對運維人員進行培訓，以提高他們的技能水平 和應對能力，確保系統的安全、穩定運行。

 

五、離散制造企業云化業務系統發展趨勢及建議

 

(一)集中發力基于云原生的業務系統

 

云原生是一套以云操作系統為核心的全新的IT技術體系，具備松耦合、自動化、彈性調度、按需分配計算資源、易于觀察、容錯性好等特點，因此云原生是云化業務系統的良好載體。云原生技術體系一經面世就在云計算領域迅速擴張。

 

然而，在工業軟件領域，雖然工業軟件廠商紛紛開啟了云原生產品的推廣與發展，但是上下游的工業應用廠商在原本的技術路線上已經持續研發了十年甚至更長時間，各種接口、各種場景進行了完備適配，短時間內無法采用云原生體系進行替代。在基于云原生的云化業 務系統領域，國外工業軟件巨頭的生態優勢被極大削弱，出現了國產工業軟件從技術領域換道超車的歷史性機遇。

 

因此國產工業軟件廠商應積極推動云原生技術體系在業務系統中的應用，一方面，利用云原生靈活快速的特點，實現業務系統部署、訂閱、使用的業務閉環，降低運維成本和中小企業工業應用使用門檻；另一方面，積極扶持行業生態體系，采用開源軟件戰略，豐富云原生業務系統的工業協議、適用場景和系統功能，建立起我國工業軟件的護城河。

 

(二)亟須完善云化業務系統標準體系

 

經過幾十年的發展，工業軟件領域已經建立了完備的標準體系。然而，隨著工業軟件云化的興起，如何在新興技術架構下保持工業軟件既能夠兼容原有的技術標準，又能夠通過新特性、新能力實現創新發展，是云化業務系統標準體系面臨的重要問題。

 

為解決上述問題，云化業務系統標準體系應包括基礎標準、開發標準、集成部署標準、產品標準和安全標準。其中，基礎標準用來統一對云化業務系統的認識，給出云化業務系統的定義，并對云化業務系統術語、體系結構以及實施方法提出總體要求。開發標準負責指導云化業務系統開發的過程和方法，解決共性關鍵問題。集成部署標準圍繞云化業務系統之間、云化業務系統與不同軟件和平臺之間的互聯互 通互操作，對云化業務系統的接口、協議、數據和集成部署環境等提出要求。產品標準用于規范各種類云化業務系統具備的產品質量和測試要求。安全標準用于指導實現云化業務系統的隱私和安全。

 

由于云化業務系統應以工業互聯網平臺為基礎，采用云原生技術體系，構建無縫集成、相互融通的業務系統。因此，云化業務系統標準體系應由政府牽頭，工業互聯網行業、工業軟件行業、離散制造業的服務商研究機構和用戶共同參與研制，共同促進云化業務系統行業的健康發展。

 

(三)加快探索業務系統上云路徑

 

隨著工業軟件云化的不斷推進，離散制造企業在上云路徑上依然面臨許多問題。工業軟件種類繁多，并非全部適用于云化遷移，有些工業軟件還需根據用戶的具體應用場景才能判斷是否適合云化，難以形成統一的判斷標準。這就需要通過加強以下兩方面的研究來解決這些問題。

 

首先，云化業務系統的底層架構適配方面需要加強研究。這方面的研究主要集中在如何將本地數據遷移到云端、如何實現工業通信協議與云架構的適配等問題。在工業企業中，數據的安全性和穩定性非常重要，因此需要研究如何實現數據的安全傳輸和存儲，同時也需要考慮如何保證工業軟件在云端的穩定性和可靠性。此外，針對不同的工業軟件，需要研究不同的遷移方案和適配方案，以實現業務系統的 順利上云。

 

其次，云化遷移過程中的數據治理方面也需要加強研究。在工業企業中，數據的質量和有效性對于生產和管理的決策至關重要，因此需要研究如何針對業務特征分配數據離線或者在線存儲，實現企業數據的有效整合。此外，還需要研究如何實現數據的分析和挖掘，以提高生產效率和降低成本。

 

綜上所述，我國的云化業務系統發展仍需要從技術架構、標準體系和實施路徑方面加強研究投入，這樣才能更好地解決工業企業在數字化轉型過程中面臨的問題，提高企業的生產效率和競爭力。