工业软件贯穿企业价值链：从研发、工艺、制造、物流到服务，打通从设备、产线、车间到企业运营，实现企业内外部整个生态的协同。

汽车产业是国家的支柱产业，工业软件在汽车产业中应用广泛，无处不在。全面探索汽车产业与工业软件相互促进、融合发展的深层次规律，深入研究工业软件在汽车企业数字化转型和智能制造中的价值创造，无论是对推动国产自主可控工业软件发展，还是对汽车企业在数字化时代赢得核心竞争力，都有重要的现实和战略意义。

1 新一代信息技术推动汽车产业数字化转型

1.1 信息技术发展与新一代信息技术

首先简要回顾信息技术的发展历程。早期的计算机主要是大型主机，服务于大学和科研单位的科学研究，用户人数非常少。从 1985 年开始，个人计算机得到广泛应用，随之而来的互联网技术推动了 BS架构和 CS架构的各种应用系统的快速发展，即企业信息化建设中开发和建设的一系列业务管理信息系统(例如 ERP、MES、PDM 等)，在企业业务工作中应用电脑和信息系统也越来越普遍，用户人数极大增加。

大约从 2005 年开始，以云计算、移动互联、大数据、社交平台为特征的新一代信息技术推动了计算机和智能产品在普通大众中的广泛应用。随着移动互联技术的商业化应用，手机得到快速普及。普通民众都用上了手机，用户从企业单位的计算机用户变成了社会用户。社会用户逐渐增多，移动应用也相应增多，各种移动应用蓬勃发展，数据量呈爆炸式增长。信息的获取、使用、控制以及共享变得快速和廉价，从而产生真正的大数据，进而形成大数据技术和数据科学。同时，企业的数据中心已经无法容纳和处理这么多数据，于是就有了云计算技术和云数据中心。

云数据中心具有海量存储和计算能力，使越来越多的产品和设备可以互联，从而推动了物联网的发展。移动互联、大数据、云计算、物联网等新一代信息技术催生了新产品、新模式、新业态不断涌现，使万物感知、万物互联、万物智能成为可能。人们进入了移动化、物联化、智能化、服务化的数字化时代。

1.2 汽车产品发展趋势及汽车企业数字化转型

汽车是不断集成最新科技成果的产物，新一代信息技术是当今最具影响力的科技成果。汽车一百多年的发展史就是不断集成最新科技成果的历史。最早的汽车属于机械产品，伴随着电子技术的不断发展演变成机械电子产品。今天的汽车，通过不断集成最新信息通信技术，正演变成为数字化智能产品。汽车产品的发展趋势是“电动化、智能化、网联化、共享化”，即汽车的“新四化”。

汽车企业过去是“以产品为中心”，通过精工极致工程、JIT(Just-in-Time)等技术和管理手段打造高品质的汽车。数字化推动了汽车企业向“以用户为中心”转变，如图1 所示。

图1 数字化推动传统汽车企业从”以产品为中心”向“以用户为中心”的科技型企业转型

新一代信息技术是数据、连接、智能的使能技术，也是智能驾驶、车联网、智能座舱等汽车智能化的底层技术。因为有了车联网，汽车企业随时连接着汽车产品;而通过移动应用(车主 App)随时连接着用户。车联网、移动应用、社交媒体等为汽车企业提供了汽车运行状况和驾驶员驾驶行为、购车意愿和倾向、对服务的个性化需求等大数据，汽车企业可以在产品研发、生产制造、供应链协同、营销服务等价值链各环节用数据开展工作，从而开发出用户真正喜爱的产品，并提供不断超出用户期待的服务，实现企业“以用户为中心”的新的经营理念。

随着汽车“新四化”的逐步实现，传统形态的汽车将不再有竞争力。大众CEO断言：传统汽车制造商的时代已经结束。数字化进程正推动着产品形态、生产方式、消费习惯、商业模式、产业组织和生态格局的深刻变革。以数字化为基础的智能产品、个性化定制、精准营销、网络化服务不断涌现，传统汽车企业必将通过数字化转型成为科技型企业。

2工业软件在汽车产业中从辅助走向支配

当今的汽车产业工业软件无处不在。这是在过去十几年信息化和工业化的两化融合过程中，中国汽车企业推进信息技术与产品、业务、技术等融合的结果。广州汽车集团、长安汽车集团、中国第一汽车集团、吉利汽车集团、小鹏汽车等汽车企业大力开展信息化建设，各类工业软件，包括研发设计类(CAD、PLM 等软件)、生产控制类(MES、DCS 等软件)、业务营运类(ERP、CRM 等软件)、嵌入式软件(工业通信、汽车电子等软件)等得到广泛应用，基本上覆盖了业务价值链各环节。

基于在重庆长安汽车公司建设支撑“五国九地”研发网的长安汽车数字化研发平台和广州汽车集团汽车工程研究院的“全球研发办公一张桌”等汽车企业工业软件开发和应用实践，通过对信息技术的发展历程及在汽车企业产品开发和业务营运两方面的典型案例分析与研究，本文提炼出其发展规律和数字化时代新的定位，提出信息技术与产品和业务融合三阶段的论断，即信息技术与产品和业务的融合可以分为辅助、支撑、支配 3 个阶段。在支配阶段，产品由软件定义，业务由数字化平台支配。

2.1 信息技术与产品融合的三阶段：辅助、支撑、支配

早在 30 多年前，信息技术便开始应用于汽车产品研发，在汽车产品设计中最具代表性的应用是利用软件进行三维设计和仿真。不过，那时的设计仿真软件主要起到辅助产品设计的作用，因而叫计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工程(CAE)。汽车产品是硬件，软件相对于汽车产品则是完全独立的(见图 2)。

图 2 信息技术与产品融合的三阶段：辅助、支撑、支配

一款汽车不包含软件代码，也基本上没有数据，这时候的硬件和软件是分离的。这是信息技术“辅助”产品开发阶段。软件融入汽车产品是从嵌入式系统开始。嵌入式系统是软件和硬件的综合体，是软件驱动产品智能化的技术基础。随着微处理器的性能以“摩尔定律”迅速提升，芯片的体积越来越小，存储能力越来越大，计算速度越来越快，因此在各种产品中迅速得到广泛应用。汽车产品中的各种功能采用嵌入式系统实现智能化，因而汽车产品中有了越来越多的软件和软件代码。硬件和软件有了一定程度的融合，软件支撑硬件实现产品功能。这是信息技术“支 撑”产品阶段。

今天的智能化产品中有了大量的软件代码，具有强大的数据处理和计算能力。产品通过软件定义实现其新的功能和功能的智能化，软件开始支配硬件。这是信息技术“支配”产品阶段。从最早的软件辅助硬件，到今天软件支配硬件，软件或者信息技术越来越重要。在信息技术支配阶段，软件支配硬件。过去只能通过硬件实现的产品功能，现在通过软件即可实现。

例如，早期的智能手机并没有手电筒的功能，但后来突然就有了。这一新的功能并不是通过硬件实现，而是手机的软件版本自动更新后通过软件产生。手机带有照相用的闪光灯，闪光灯是硬件，手机中的软件通过定义闪光灯的不同行为就可以产生不同的功能。照相时手机的软件通过一个脉冲信号控制闪光灯短暂地亮一下。闪光灯和手电筒的不同在于闪光灯只短暂地闪亮一下，而手电筒需要一直亮着。因此，要让手机具备手电筒的功能，只需要软件产生一个阶梯信号即可控制闪光灯一直亮着。硬件完全一样，只是控制它的软件不同，这就是软件定义硬件，产品功能通过软件实现。

通过软件实现过去只能通过硬件才能实现的功能可以有很多应用场景。例如，会议中演讲者常用的话筒和激光笔此类电子设备就可以被软件所取代，即通过软件在手机上实现它们的功能。因为，手机本来是用来通话的，演讲者可以用手机做话筒。要实现这一功能，只需要为手机开发高质量语音接收和连接音箱的软件。当一个人演讲时，手机就能接收到演讲者的语音信号，又由于万物互联，手机接收到的语音信号就可以传递给音箱。这样，手机通过新的软件就增加了话筒的功能。同理，既然手机有手电筒的功能，就再为手机开发一个应用程序(手机 APP)，手机就有了激光笔的功能。手机有了这样两个小的应用软件，今后任何人走上讲台拿着手机就可以讲话了。通过软件实现话筒和激光笔这些硬件的功能就是软件定义产品。今天的工业软件在产品中开始处于“支配”地位。信息技术与产品的融合进入了“支配”阶段。

2.2 信息技术与业务融合的三阶段：辅助、支撑、支配

信息技术与业务的融合也可以分成辅助、支撑、支配3个阶段。20 多年前，对于企业中的一项业务工作而言，信息技术也只是起辅助作用。以 4S 店汽车销售这一业务活动为例，当时的销售业务主要靠销售人员向来客介绍产品，因 此，业务的开展要求销售人员对车型及其性能等信息非常熟悉。一旦有来客愿意购买，销售人员就会将来客带到展厅后面的办公室，利用经销商管理系统(DMS)将客户信息、购车信息等录入并产生订单。销售活动应用信息系统，就是信息技术在“辅助”业务的开展，但销售人员是业务活动的主体。

平板电脑和 VR技术的出现为汽车销售业务提供了有力的技术支撑。尽管大多数 4S 店建得宽敞舒适，而汽车产品在款式、配置、颜色等方面有很多选择，4S 店却只能展示非常有限的车型。平板电脑和 VR 技术正好为 4S 店弥补这一局限。销售人员向来客介绍车型时就可以用平板电脑展示各种车的性能、配置等。这是信技术与业务融合的第二个阶段，即信息技术“支撑”业务工作的开展。

第三阶段即在数字化时代，汽车企业提供数字化营销平台，销售业务在数字化平台中开展。在数字化营销平台上，客户基本上都能找到想要的各种信息，也可以在线订购。数字化平台是工业软件的一种形式，在销售业务中处于“支配”地位。销售人员的作用已经大为降低，从过去的支配地位转换成辅助角色。

广州汽车集团建设的数字化营销平台，构建了客户、销售店、汽车企业这样一个黄金“金三角”。数字化平台“支配”营销和服务业务，实现了新的营销模式。信息技术与业务的融合也是从原来的“辅助”到“支 撑”，再到“支配”。

3 汽车智能化是工业软件新的主战场

汽车经过 100 多年的发展和变迁，按照产品主要特征，可以分为 3个阶段，即“机械产品”阶段、“机电产品”阶段以及今天的“智能网联产品”阶段。软件真正开始出现在汽车产品中，是为了实现汽车特定功能的智能化，在其“机电产品”阶段。 “智能”涉及 3 个基本步骤，即感知、决策、执行。例 如，汽车进入隧道，大灯会自动亮起;下雨时汽车的雨刮会自动开启，雨停了则会自动停下。在这一过程中，汽车首先感知到在隧道中日光变暗，下雨时挡风玻璃有雨点，汽车中的电子控制单元 ECU对感知的情况进行分析决策，从而驱动大灯亮起、雨刮开启去执行。整个过程涉及“感知—决策—执行”3 个步骤，实现汽车特定功能的智能化。

汽车的功能智能核心是电子控制单元。每个控制单元都可看作一台简化了的小型计算机，用来接受输入信息，然后对各种信息进行处理、分析，再将处理结果作为执行指令输出。电子控制单元是软件和硬件的结合体，而其中的“嵌入式”软件决定功能的智能化。

汽车的电子控制单元既可以用于为用户提供智能化功能(如大灯自动亮起)，也可以用于对汽车产品本身提供复杂工况下的智能化控制。例如，发动机的电子控制单元会接受来自进气压力传感器、发动机温度传感器、油门踏板位置传感器、发动机转速传感器等信息，在经过分析和处理后会发送相应的指令以控制喷油嘴的喷油量、点火提前角等。

为丰富汽车的智能化功能，汽车企业不断搭载各种电子控制单元。从防抱死制动系统、四轮驱动系统、电控自动变速器、主动悬架系统，到现在逐渐延伸到车身各类安全、网络、娱乐控制等领域。

20 世纪 90 年代初，一辆汽车上的平均电子控制单元(ECU)个数不到 10 个，而现在一辆车的 ECU 已超过 100个，高端汽车的 ECU 甚至达 300 个以上。例如，从 1993 年 到 2010 年，奥迪 A8 车型上使用的 ECU 数量从 5 个骤增至100余个。

ECU数量迅速增长带来很多问题。首先，随着ECU数量的增加，连接ECU的线束也越来越多(特斯拉Model S的线束总长度达 3km)，而各种 ECU的功能出现协同困难，系统互相排斥。尽管汽车上的软件代码越来越多，汽车的智能化却受到ECU的计算能力、数据处理能力等各种限制。真正实现汽车智能化，打造智能网联产品，首先要进行软硬件分离，以软件控制硬件，实现软件定义汽车。软件要控制硬件，就需要车载操作系统，应用软件运行在车载操作系统上，后台是强大的云平台。因此，智能网联汽车是基于全新电子电气架构，主要由硬件层、软件层、云服务平台构成。汽车产品从“机械产品”到“机电产品”是进化，而从“机电产品”到“智能网联产品”(见图 3)则是一种跃升，从而实现软件定义汽车。

图 3 汽车从机械产品演进到软件定义的智能网联产品，软件定义汽车

智能化汽车的自动驾驶通过环境感知、分析决策、控制执行3个步骤实现，如图4所示。

图4 汽车智能化数字化生态，传统汽车将成为智能化汽车的执行机构

在单车智能中，传统意义上的汽车已沦为智能化 3 个步骤中的执行机构。事实上，智能网联汽车还需要车路协同、大数据技术和云平台的支撑。智能网联汽车是一个数字化产品，是一个包括智能驾驶平台、智能座舱平台、云服务生态系统、大数据平台以及移动 APP等完整的数字化生态系统。

软件定义汽车的本质是基于软件打造系统、平台及数据处理能力，包括：①车载操作系统：软件对硬件的支配能力;②云服务平台：强大的应用、计算、生态服务能力; ③OTA：通过软件远程更新，实现功能不断增加和体验不断提升;④数据的上传下载：所有车的运行状态数据都会传到云端，围绕这些信息数据的是海量的应用场景;云服务平台可以下载各种数据如交通信息、气象信息、影音娱乐信息等;⑤大数据和人工智能技术应用：基于大数据对车和车主提供各种服务;通过机器学习，使汽车越来越智能。

汽车智能化不仅是传统汽车企业的主攻方向，也是科技型企业进入汽车产业的关键领域。不管是传统汽车企业，还是造车新势力，还是 ICT企业(如华为、百度、阿里等)都在全面或多个关键技术上发力。

广汽集团提出在智驾、智联、智享三大领域建设五大平台：电子电气架构平台、智能驾驶平台、数字座舱平台、智联终端平台、云服务生态平台，为用户提供先人一步的科技享受，力争成为汽车智能化的行业引领者。

华为的汽车战略是：华为不造车，华为帮助车企造好车，用户用好车。具体措施包括 5 个部分：智能驾驶、智能座舱、智能能源、智能网联、智能车云。华为的汽车战略五部分，其实质是打造智能网联电动汽车的一体化体系，而软件是其核心。

汽车从过去通过 ECU 提供的功能智能到今天由软件定义的整车智能(不管是单车智能还是车路协同的智能化)，都是通过软件加以实现。嵌入式软件属于工业软件的一种类型，在工业企业通常是指智能装备中的软件。汽车中的嵌入式软件是工业软件，今天智能化汽车的软件，包括车控软件平台、车载应用软件等，是嵌入式软件的延伸。因此，汽车智能化软件也应属于工业软件。

汽车产业是国家的支柱产业，是体现国家竞争力的标志性产业，其数字化转型对于产业结构优化升级，推动我国智能制造高质量发展都有十分重要的意义。汽车企业要构建数字化产品战略和生态战略思维，需要与下游供应商、互联网等企业共同打造智能化产品和智能化生态服务等。因此，汽车智能化是工业软件新的主战场。

4工业软件开发与应用是汽车产业转型升级的关键

工业软件作为信息技术的主体，是产业创新变革的核心，是产业转型升级的关键。工业软件应用广泛，贯穿企业全价值链：从研发、工艺、制造、物流到服务，打通从设备、产线、车间到企业运营，实现企业内外部整个生态的协同，为汽车产业的业务和产品创造价值。

4.1 工业软件在汽车产业业务中的价值创造

汽车产业的工业软件应用在各个层级，从特定场景应用到复杂的智能化生产。工业软件是工业知识和技术的软件化。特定场景的工业知识软件化的典型应用是工业APP。工业软件包括通用软件和基于知识的专业软件。通用软件只是帮助设计人员完成设计，真正设计的主角是人的知识通过工具软件去实现。例如，设计一款汽车或发动机，通用软件只是在计算机中实现人的设计创意，软件并不会自动告诉设计者如何设计好汽车或发动机，设计人员需要开发专业软件，这才是真正涵盖工业知识的软件，由企业内部自己开发而来。

工业企业的工程师们利用通用的软件工具研发设计各种产品。常用的通用软件包括达索公司的 Catia 和 Au⁃todesk 公司的 Inventor 等三维设计软件、MSC 公司的 NAS⁃TRAN 和十沣科技公司的 QFlux 等结构仿真和流体仿真软件。一个单位或研发团队既有经验丰富的工程师，也有缺乏设计经验的年轻工程师。可以设想，有经验的工程师利用这些通用软件就能高效设计出好的产品;而对于年轻的工程师，即使向他们提供这些工具软件，他们也不容易完成设计任务，因为他们没有设计产品的知识和经验。

为提升团队的整体能力和提高整体效率，通常这些经验丰富的工程师需要手把手地向年轻的工程师传授知识和经验。或者，能力更强、知识更丰富的专家可以写一本专业著作供年轻工程师们学习;有一定经验的工程师也可以写专题文章、规范指南、技术文献，甚至录制一些短视频供大家参考。企业的知识工程目前大多是以这种方式传授和复用知识。

在数字化时代，一切皆可数字化。知识和技术也可以数字化，即知识和技术可以封装成工业应用软件(工业APP)，以软件的方式得以传播和复用。

工业APP让有经验的工程师将他们的知识、技术、流程、方法等通过低代码或零代码实现模型化、软件化，从而封装成一个个的软件包，年轻的工程师通过应用工业APP就能够拥有通常只有资深工程师才具备的技能，如见图5所示。

图5 工业技术/知识封装成为工业APP并形成APP库，为研发工作通过软件方式开展工作

知识封装成为工业 APP的价值可以这样理解：设想一套新房子待装修，是装修成中式风格还是欧式风格?这两种风格的家具、灯饰、窗帘、厨房布局等都大不一样。一套好的方案，不管是中式风格还是欧式风格，都需要具有丰富家居经验和艺术涵养的专业人员才能设计出来。但是，只要将需求告诉装修公司，他们很快就能拿出两套方案。每套方案通常都是以三维渲染的方式呈现，每个房间看起来都精美而真实。为什么这么复杂的设计能够如此高效地完成?因为，这些需要专业知识才能设计出来的家具、灯饰、厨房布局等都已经存在，他们是一个个三维数模或模型，而且这些三维数模的尺寸、材料、颜色、材质等等都是可以调整的。每一件家具都是由经验丰富的设计人员之前就已经设计好了的，这就是一个个 APP。装修公司有着非常丰富的模型库，针对你家房子的布局和需要的装修风格，设计人员只要调用这些数模或者叫模板，就能够很快设计出一套令人满意的方案。这样的理念，用到汽车的研发、制造、服务各方面，就是要将汽车产业中各项工作的知识/技术封装成一个应用程序，即工业 APP，建立汽车企业自己的工业 APP平台和开发一系列工业 APP，就能有效复用各种知识，从而极大提高团队整体效能和工作效率。

因此，在企业建立工业 APP 的工业应用软件库，年轻的工程师就能像经验丰富的工程师一样通过应用这些APP做出有成效的工作，这就是知识的传承和复用。过去人们总结和传授知识，主要靠写书，写文档、写规范，现在将知识变成软件，变成工业 APP。工业 APP与传统方式相比具有明显优势。首先是“在线”，工业APP可以随时得到应用;其次是“交互”，用户通过工业 APP 的界面可以与封装的知识进行多层次的交互，从而为不同场景下各种工况的问题提供正确的解决方案。这是传统的文档、著作、视频等所不具备的功能。以工业 APP 的方式传承和复用知识是最有效的方式，也是数字化赋能业务的一种新的形式。国家工业和信息化部近年来在全国范围推动开发百万工业 APP 工程，企业应该积极参与其中，让各企业的知识和技能通过软件得到更有效的应用。

工业 APP 是针对特定功能，相对简单的知识封装，更复杂的知识、流程、技术、管理经验的封装是工业集成平台。工业集成平台可以凝聚最先进的制造、工艺、管理理念，从而实现高效的智能制造。过去最先进工厂的运营需要各种技术专家和管理专家，例如，广汽本田、广汽丰田在广州的汽车和发动机工厂，在当初建设时都是世界上最先进的，当时来了很多日本、德国及其他国家的专家。一个先进的工厂，其生产线、设备、信息系统、控制系统以及工厂的管理和运营，都需要很有经验的专家，靠他们的知识和经验来建设和运营，才能达到世界先进水平。而今这些专家们的管理知识、设备和产线技术、工艺管控理念都可以封装到工业集成平台中去。工业软件的集成平台成为企业运营和管理的“大脑”。

黑灯工厂、无人工厂、灯塔工厂是数字化时代智能制造最先进的代表，是建立在设备控制、生产管控、流程管理、人工智能等各种工业软件基础之上的。黑灯工厂既没有工人，也没有专家。而今天没有专家的工厂比过去有专家的工厂还要先进。基于各类工业软件的集成平台才是其先进性的核心因素。

工业集成平台是企业发展理念、发展战略、管理体系、组织流程、商业模式与新型生产工具的总集成，是信息技术和制造技术融合的典型代表，也是工业软件“支配”业务的生动体现。

4.2 工业软件在汽车产品中的价值创造

根据麦肯锡的预测，未来汽车品牌差异化要素主要体现在信息娱乐功能、自动驾驶能力的功能安全方面。因 此，软件将是未来差异化竞争的核心。智能化汽车关注的焦点将集中在自动驾驶、智能座舱、手机 APP、车联网服务、云平台生态服务等软件方面。

此外，由于 OTA(Over the Air)软件远程更新技术为车辆不断提供软件的迭代和更新，软件可以为汽车企业持续创造价值。例如，特斯拉通过预制硬件、软件激活更新的方式，在车辆售后持续获得收入。汽车企业可以通过软件的升级更新进行收费，是将汽车销售从价值变现的终点变成起点。

图6 汽车企业转型升级成为科技型企业，工业软件是关键

对公开发布的传统汽车企业(如奔驰、丰田、大众)和科技型企业(如谷歌、微软、苹果)营业利润率进行比较分析(见图6)，可以看出，尽管这些企业都是行业最成功的企业，传统汽车企业的营业利润率一般是 3%~5%，而科技型企业的营业利润率可以高达 20%~30%。特斯拉经过几年的发展，营业利润率持续提升，2022 年营业利润率已经达到 20% 左右，接近科技型企业的利润水平。特斯拉 Model3 在美国的售价是 4 万美元左右，而它的一套自动驾驶软件平台价格就是1万美元，占到了整个车的25%，因此特斯拉主要是靠软件盈利。越来越多的案例表明，工业企业对软件的开发能力、应用水平、集成能力和应用成效决定企业竞争力，为汽车产业转型升级发挥关键作用。

5 结语

本文以汽车产业中工业软件的发展和应用为主线，分析了信息技术与汽车产品和业务融合 3 个阶段的特征，提出了工业软件在汽车产业中正在从辅助走向支配这一论断，进而提出了汽车的智能化是工业软件新的主战场这一全新观点。

汽车产业的工业软件应用在各个层级，是汽车产业各种知识和技术的软件化。通过工业 APP 传承和复用知识是最有效的方式，封装复杂知识、流程、技术、管理经验的工业集成平台是智慧工厂的大脑。汽车企业对软件的开发能力、集成能力、应用水平决定企业在数字化时代的核心竞争力。工业软件是汽车产业转型升级的关键，也是推动我国智能制造高质量发展的核心要素。