3. 供應(yīng)鏈管理橫向集成
供應(yīng)鏈管理橫向集成是指通過一體化的企業(yè)級(jí)供應(yīng)鏈管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)覆蓋原油采購(gòu)、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)調(diào)度、分銷網(wǎng)絡(luò)等供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)的橫向集成。該集成支持各部門的協(xié)同工作，不同角色的用戶均可訪問并參與相應(yīng)的決策制定。例如艾斯本的供應(yīng)鏈管理套件（Aspen Unified for Refinery Planning and Scheduling） 、KBC的供應(yīng)鏈管理套件（Visual MESA Supply Chain Scheduling，VM-SCS）、劍維的供應(yīng)鏈管理套件（Spiral Suite）、霍尼韋爾的供應(yīng)鏈與生產(chǎn)管理軟件（Symphosite）等。
（三）平臺(tái)化
任何單一軟件工具的品牌都不再重要，平臺(tái)成為一種頂層戰(zhàn)略。現(xiàn)在企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)不是單一產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)，而是平臺(tái)的競(jìng)爭(zhēng)、產(chǎn)品鏈的競(jìng)爭(zhēng)、生態(tài)圈的競(jìng)爭(zhēng)。這里的平臺(tái)包括2層含義：一是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。傳統(tǒng)工業(yè)軟件通過解耦與重構(gòu)，向SaaS化、微服務(wù)化發(fā)展，軟件開發(fā)向低代碼化發(fā)展，銷售模式向訂閱化發(fā)展。二是軟件產(chǎn)品平臺(tái)化、組件化。例如，多學(xué)科商業(yè)CAD軟件差不多需要用到70個(gè)組件，最核心的組件有幾何建模內(nèi)核（主要有西門子 Parasolid，達(dá)索 ACIS/CGM）、2D/3D約束求解器（主要有西門子 DCM）、圖形組件（主要有TECH SOFT 3D）、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（主要有達(dá)索與Tech Soft 3D）。CAE 軟件還需要網(wǎng)格剖分器的組件（主要有 Distene 的MeshGems）。達(dá)索系統(tǒng)、西門子、歐特克、PTC等公司既是CAD/CAE平臺(tái)型軟件供應(yīng)商，也是CAD/CAE商業(yè)組件供應(yīng)商。
化工流程模擬軟件同樣向平臺(tái)化發(fā)展。化工流程模擬軟件應(yīng)用于工藝設(shè)計(jì)、虛擬開車、操作員培訓(xùn)、生產(chǎn)優(yōu)化等工廠全生命周期。經(jīng)過40多年發(fā)展，領(lǐng)先供應(yīng)商的產(chǎn)品已經(jīng)集成穩(wěn) 態(tài)模擬與動(dòng)態(tài)模擬、集成煉油模擬與化工模擬，主要包括5大功能模塊，即工藝規(guī)范、過程結(jié)構(gòu)（流程圖） 、優(yōu)化求解器、過程單元模型和化工物性，如圖2（a所示，并通過CAPE- OPEN軟件接口標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)了通用流程模擬軟件平臺(tái)與單元模型、熱力學(xué)模型組件間的互操作。未來(lái)，化工流程模擬平臺(tái)軟件的5大模塊將進(jìn)一步融合生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、資產(chǎn)生命周期數(shù)據(jù)，進(jìn)一步集成第三方求解器、優(yōu)化器、大數(shù)據(jù)模型、專用反應(yīng)器模型、物性數(shù)據(jù)庫(kù)等，為打造石化工藝數(shù)字孿生提供平臺(tái)化支撐，如圖 2（b）所示。
圖 2 通用流程模擬軟件平臺(tái)組成及發(fā)展趨勢(shì)
三、國(guó)際工業(yè)軟件發(fā)展案例及啟示
（一）典型企業(yè)發(fā)展案例
1. 艾斯本公司
艾斯本公司軟件產(chǎn)品組合經(jīng)歷了三大發(fā)展階段。研發(fā)階段（1976—1981年）：為了應(yīng)對(duì)20世紀(jì)70年代的石油危機(jī)，1976年美國(guó)能源部聯(lián)合50家化工企業(yè)，投資600萬(wàn)美元，支持MIT的化學(xué)工程組用于研究過程工業(yè)的新技術(shù)，項(xiàng)目名稱叫ASPEN (Advanced System for Process Engineering)。
初創(chuàng)階段（1981—1994年）：1980年ASPEN 項(xiàng)目完成；1981年開發(fā)隊(duì)伍在風(fēng)險(xiǎn)投資公司支持下成立艾斯本公司（AspenTech）；1982年發(fā)布了第一款產(chǎn)品 Aspen Plus；1984年發(fā)布第一款煉油廠計(jì)劃軟件 Aspen PIMS；1986年發(fā)布第一款可投入商業(yè)應(yīng)用的模型預(yù)測(cè)控制軟件ApsenDMCplus；1994年在納斯達(dá)克上市。
并購(gòu)發(fā)展階段：從 1996 年起，艾斯本收購(gòu)了超過 25 個(gè)領(lǐng)域中最優(yōu)秀的公司，打造了涵蓋績(jī)效工程、制造與供應(yīng)鏈、資產(chǎn)績(jī)效管理三大類軟件的產(chǎn)品線，廣泛應(yīng)用于能源、化工、制藥、工程設(shè)計(jì)以及其他采用化學(xué)工藝生產(chǎn)產(chǎn)品的行業(yè)，如圖 3 所示。這與艾斯本從流程模擬、優(yōu)化到人工智能的業(yè)務(wù)發(fā)展邏輯保持同步。2021年 10 月，艾默生以 60 億美元現(xiàn)金獲得艾斯本55% 的多數(shù)股權(quán)，并將旗下 OSI 公司的電力軟件和地質(zhì)建模軟件業(yè)務(wù)并入艾斯本業(yè)務(wù)中。
圖 3 艾斯本軟件產(chǎn)品組合演變
2. 劍維公司
劍維（Aveva）成立于1964年，是與本特利、鷹圖齊名的工程設(shè)計(jì)公司，為造船和海洋工程、石油和天然氣、造紙、電力、化工和制藥等工業(yè)領(lǐng)域提供全生命周期解決方案及服務(wù)。
施耐德于2014年收購(gòu)英維斯（Invesys），2017 年反向收購(gòu)劍維，并將英維斯的業(yè)務(wù)與劍維整合。原來(lái)英維斯的軟件，包括用于化工流程模擬的 PRO/II、用于換熱設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的HEXTRAN、用于動(dòng)態(tài)過程模擬的 DYNSIM、用于在線實(shí)時(shí)優(yōu)化的ROMeo等，現(xiàn)在都集成在劍維品牌下，形成了工程設(shè)計(jì)集成平臺(tái)AVEVA E3D、IE&D、流程模擬平臺(tái)軟件、資產(chǎn)績(jī)效管理套件，提供從工程設(shè)計(jì)、工程建設(shè)、數(shù)字化交付到生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)全生命周期的解決方案，如圖 4 所示。
圖 4 劍維工廠全生命周期軟件解決方案
（二）國(guó)外工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展啟示
1. 國(guó)家的戰(zhàn)略重視和經(jīng)費(fèi)扶持
世界產(chǎn)業(yè)格局正在發(fā)生深刻變化，圍繞技術(shù)路線主導(dǎo)權(quán)、價(jià)值鏈分工、產(chǎn)業(yè)生態(tài)的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，在關(guān)鍵工業(yè)產(chǎn)業(yè)和領(lǐng)域，早已超出了企業(yè)、產(chǎn)業(yè)之爭(zhēng)，變成了國(guó)家之爭(zhēng)。無(wú)論出身科研機(jī)構(gòu)或制造業(yè)企業(yè)，歐美工業(yè)軟件巨頭的共同特點(diǎn)是背后始終有政府戰(zhàn)略和經(jīng)費(fèi)扶持的影子。近年來(lái)，美國(guó)將“把握最先進(jìn)的制造業(yè)中心軟件”視為確保本國(guó)制造業(yè)“繼續(xù)掌控全球工業(yè)布局主導(dǎo)權(quán)”的必要條件。為了維護(hù)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)地位，國(guó)外廠商對(duì)外出售固化了上一代甚至上幾代技術(shù)和數(shù)據(jù)的工業(yè)軟件，采取禁售或者禁運(yùn)高端模塊等手段進(jìn)行技術(shù)保護(hù)。從產(chǎn)業(yè)安全、大型工業(yè)系統(tǒng)尤其是流程型生產(chǎn)系統(tǒng)功能安全、信息安全來(lái)看，發(fā)展自主工業(yè)軟件技術(shù)、產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)具有重大意義。
2. 完善的產(chǎn)學(xué)研用合作機(jī)制
石化工業(yè)軟件研發(fā)涉及化工熱力學(xué)、傳遞過程、單元操作、化學(xué)反應(yīng)工程、化工系統(tǒng)工程、應(yīng)用數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)與軟件等眾多學(xué)科的交叉融合，唯有多類創(chuàng)新主體的共同參與才能促 進(jìn)石化工業(yè)軟件的技術(shù)進(jìn)步與產(chǎn)品創(chuàng)新。很多流程模擬軟件最早源自大學(xué)，例如AspenPlus 源自MIT, Spyro 最初源自Mario Dente教授提出的動(dòng)力學(xué)和數(shù)學(xué)模型，gPROMS 源自英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院，國(guó)內(nèi)的“化工之星”源自青島科技大學(xué)等。 這是自然科學(xué)原理的一種自發(fā)性外溢，之后需要很好的成果轉(zhuǎn)化機(jī)制和市場(chǎng)生態(tài)環(huán)境，才能促進(jìn)軟件不斷迭代完善，成為一款成熟的商業(yè)化軟件產(chǎn)品。
3. 自主研發(fā)與收購(gòu)并重
工業(yè)軟件研發(fā)周期長(zhǎng)、投入成本高。據(jù)估計(jì)，一款大型工業(yè)軟件的研發(fā)周期需要3—5年的時(shí)間，要被市場(chǎng)認(rèn)可則需要10年左右。例如，西門子2001—2019年收購(gòu)了23家工業(yè)軟件公司，平均成立時(shí)間為23.6年。因而，除了自主研發(fā)外，收購(gòu)兼并是軟件行業(yè)版圖巨變的助推器，成為國(guó)際自動(dòng)化企業(yè)擴(kuò)張和數(shù)字化轉(zhuǎn)型的一個(gè)重要手段。國(guó)際工業(yè)軟件巨頭通過長(zhǎng)時(shí)間研發(fā)和并購(gòu)，形成了龐大的產(chǎn)品鏈，甚至生態(tài)圈，構(gòu)建了以強(qiáng)打弱、以長(zhǎng)打短的競(jìng)爭(zhēng)戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)。
四、我國(guó)石化工業(yè)軟件發(fā)展路徑思考
關(guān)于工業(yè)軟件發(fā)展路徑，近年來(lái)文獻(xiàn)進(jìn)行了廣泛討論，其中也有細(xì)分行業(yè)軟件發(fā)展的研究，如鋼鐵行業(yè)、建材行業(yè)等。以下重點(diǎn)從體制機(jī)制、軟件頂層架構(gòu)和基礎(chǔ)共性技術(shù)三個(gè)方面進(jìn)行分析。
（一）創(chuàng)新聯(lián)合體機(jī)制
當(dāng)前是發(fā)展國(guó)產(chǎn)石化工業(yè)軟件的最好時(shí)機(jī)，但如何發(fā)揮國(guó)內(nèi)石化市場(chǎng)規(guī)模巨大、應(yīng)用場(chǎng)景豐富和工程數(shù)據(jù)積累的優(yōu)勢(shì)，如何把分散在高校、科研單位、軟件開發(fā)企業(yè)、裝備制造企業(yè)、工程設(shè)計(jì)公司、石化生產(chǎn)企業(yè)等不同組織中的技術(shù)資源、模型和數(shù)據(jù)資源、人力資源等整合起來(lái)，發(fā)揮新型舉國(guó)體制優(yōu)勢(shì)，是一項(xiàng)值得深入研究的課題。
截至2022年底，國(guó)家級(jí)的制造業(yè)創(chuàng)新中心總數(shù)已達(dá)到26個(gè)。比照制造業(yè)創(chuàng)新中心管理模式，以石化央企為主體，設(shè)立國(guó)家級(jí)石化工業(yè)軟件創(chuàng)新中心（具有獨(dú)立實(shí)體法人資格） ，構(gòu)建產(chǎn)學(xué)研用創(chuàng)新生態(tài)，不失為一種可行路徑。只有解決了體制機(jī)制問題，人才、資金、知識(shí)產(chǎn)權(quán)等激勵(lì)機(jī)制才會(huì)迎刃而解。
（二）軟件架構(gòu)頂層設(shè)計(jì)
以石化工程數(shù)據(jù)生命周期管理為例，該軟件涉及流程模擬軟件、二維P&ID軟件和三維CAD軟件的集成、多學(xué)科數(shù)據(jù)的共享和交換。國(guó)際領(lǐng)先供應(yīng)商已經(jīng)建立起一系列基于平臺(tái)化的支撐，覆蓋全業(yè)務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和交換的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)體系。而從國(guó)內(nèi)石化行業(yè)多年自研軟件發(fā)展看，此類軟件由于缺乏統(tǒng)一開發(fā)平臺(tái)、標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，不能有效對(duì)數(shù)據(jù)、功能和業(yè)務(wù)流程進(jìn)行整合，多是圍繞單點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行研發(fā)，軟件功能單一，技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力與適應(yīng)性不足，軟件研發(fā)不斷回到起點(diǎn)。
云架構(gòu)、人工智能、低代碼開發(fā)等都是軟件發(fā)展的新動(dòng)力，但想要將這一類技術(shù)在石化 工業(yè)軟件發(fā)展中的作用充分發(fā)揮出來(lái)，基于石化業(yè)務(wù)邏輯、兼容行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的頂層軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)便成為關(guān)鍵。
（三）基礎(chǔ)共性技術(shù)突破
石化工業(yè)軟件與鋼鐵、建材等流程制造的工業(yè)軟件，以及離散制造的工業(yè)軟件，在底層核心技術(shù)堆棧方面有不少通用共性。例如CAD/CAE軟件的三維建模引擎、幾何約束求解器、計(jì)劃優(yōu)化軟件的線性規(guī)劃求解器、先進(jìn)過程控制軟件的多變量預(yù)測(cè)模型控制算法等都是工業(yè)軟件基礎(chǔ)共性技術(shù)。實(shí)現(xiàn)共性技術(shù)突破需要統(tǒng)籌國(guó)家資源，包括開源資源，統(tǒng)一規(guī)劃，從而推進(jìn)跨行業(yè)融合。
總之，石化工業(yè)軟件發(fā)展是一個(gè)不斷投入、持續(xù)迭代的漫長(zhǎng)過程。集中攻關(guān)以便在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)個(gè)別軟件0-1的突破，并非不可逾越，但要形成一個(gè)完整的石化工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系，則需要一個(gè)漫長(zhǎng)的資源整合過程。
