近年來(lái)，機(jī)械工程設(shè)計(jì)的產(chǎn)品生命周期在不斷縮短，而產(chǎn)品定制化的趨勢(shì)正日益顯著。市場(chǎng)對(duì)設(shè)備制造商提出了各種的要求，如：

◆不斷要求縮短的交期和調(diào)試的時(shí)間。

◆在其產(chǎn)品中提供更高程度的模塊化水平。

◆提升其設(shè)備的生產(chǎn)率——尤其通過(guò)縮短停車時(shí)間和設(shè)置時(shí)間。

◆能夠通過(guò)操作簡(jiǎn)便的用戶界面來(lái)應(yīng)對(duì)設(shè)備的復(fù)雜性。

以上的要求主要聚焦于設(shè)備的使用功能。

圖1：軟件將有助于一家中型機(jī)械工程設(shè)計(jì)企業(yè)平衡不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求。

上述要求勢(shì)必導(dǎo)致必須投入軟件的資源呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，并且這種增長(zhǎng)不再受傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)及研發(fā)方法的影響。作為一家面向未來(lái)的企業(yè)，如果一家機(jī)械工程設(shè)計(jì)企業(yè)旨在滿足快速增長(zhǎng)的軟件需求，那么全球性研發(fā)團(tuán)隊(duì)和創(chuàng)新合作伙伴的參與將是不可或缺的。

軟件在設(shè)備功能性方面正起著前所未有的重要作用。如今，重點(diǎn)已不再是替代電氣或機(jī)械功能。目前更有可能的是找到軟件功能，并不斷將其添加至現(xiàn)有的系統(tǒng)，或設(shè)備控制器之中，從而推動(dòng)或拓展系統(tǒng)的邊界。

因此，這些公司必須將新的資源投資納入考量，并且可能需要在迄今為止尚未與其產(chǎn)品組合發(fā)生關(guān)聯(lián)的問(wèn)題領(lǐng)域累積新技能[5]。

變革中的中型機(jī)械工程設(shè)計(jì)企業(yè)

這一工程設(shè)計(jì)與IT日益加強(qiáng)的相關(guān)性意味著機(jī)械工程設(shè)計(jì)企業(yè)未來(lái)需要具體說(shuō)明對(duì)軟件系統(tǒng)的要求，以及/或者針對(duì)其自身軟件進(jìn)行編程、測(cè)試，以及維護(hù)[8]。

圖2：盡管軟件在機(jī)械工程設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程中的重要性正在日益上升，該行業(yè)的根基仍在于機(jī)械學(xué)。

盡管軟件的重要性正在日益增長(zhǎng)，軟件勢(shì)必將帶來(lái)方方面面的新視野，但在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中，機(jī)電系統(tǒng)永遠(yuǎn)都將是任何成功產(chǎn)品的起點(diǎn)（圖2）。因此，軟件必須至少根據(jù)客戶的特定需求模擬相關(guān)設(shè)備和車間的定制化程度。

模塊化軟件架構(gòu)——是成功的關(guān)鍵嗎？

可配置的設(shè)備模塊與功能模塊系統(tǒng)現(xiàn)已廣泛常見(jiàn)于機(jī)械工程設(shè)計(jì)之中，并已被用于高效地實(shí)現(xiàn)特定的客戶解決方案，且已通過(guò)相容的接口標(biāo)準(zhǔn)化和設(shè)備功能的模塊化實(shí)現(xiàn)。除此之外，軟件還必須滿足系統(tǒng)的模塊性和可擴(kuò)展性，從而以最少的精力和成本重復(fù)使用這些功能。

圖3：如果無(wú)法直接跨代維護(hù)，軟件架構(gòu)將會(huì)發(fā)生退化。結(jié)果將產(chǎn)生難以維護(hù)的龐大結(jié)構(gòu)——或稱羊毛球結(jié)構(gòu)。

原則1

軟件架構(gòu)應(yīng)以結(jié)構(gòu)化方式設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)的大致結(jié)構(gòu)由軟件架構(gòu)決定。軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)是管理系統(tǒng)復(fù)雜性的核心要素。軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)方面的主要影響因素包括性能、可維護(hù)性、可靠性及安全性等質(zhì)量要求，而純功能性系統(tǒng)要求原則上也可利用完全未經(jīng)結(jié)構(gòu)化的軟件執(zhí)行。未結(jié)構(gòu)化、演化而來(lái)的軟件（常被稱為羊毛球、毛線球和泥球）很快便會(huì)帶來(lái)小功能擴(kuò)展的風(fēng)險(xiǎn)，從而導(dǎo)致整個(gè)軟件解決方案的變化（見(jiàn)圖3及圖4）。

圖4：一個(gè)理想的系統(tǒng)架構(gòu)可在系統(tǒng)中清晰地分隔各項(xiàng)任務(wù)（問(wèn)題分隔）。這反過(guò)來(lái)也將使得利用界面相應(yīng)擴(kuò)展系統(tǒng)成為可能。

原則2

每個(gè)系統(tǒng)組件應(yīng)只被分配一項(xiàng)任務(wù)

基本的主要設(shè)計(jì)原則應(yīng)當(dāng)確保這些質(zhì)量要求得到滿足。這些原則可被視為軟件設(shè)計(jì)的基本原則。在問(wèn)題分隔的原則中，每個(gè)系統(tǒng)組件都只被分配了一項(xiàng)任務(wù)。單個(gè)組件能愈好地進(jìn)行一項(xiàng)邏輯任務(wù)時(shí)，一致性愈佳。為了避免共享的功能性被復(fù)制而非被重用，有必要確保統(tǒng)一性。

原則3

軟件架構(gòu)須應(yīng)用于各個(gè)層級(jí)

軟件架構(gòu)一般的結(jié)構(gòu)都是等級(jí)式或階梯式的，而此前描述的原則必須應(yīng)用于各個(gè)層級(jí)。與構(gòu)建元素相類似，架構(gòu)模式或參考架構(gòu)為基本組織架構(gòu)提供設(shè)計(jì)模板，以及基于可靠解決方案的軟件組件互動(dòng)。

圖5：根據(jù)德國(guó)聯(lián)邦行政管理局（BVA）的規(guī)定，架構(gòu)模式采用3層架構(gòu)。

實(shí)際使用中的不同原則

出售或交付以這種方式生產(chǎn)的軟件，選擇退出（opt-out）與選擇加入（opt-in）原則常被用以實(shí)現(xiàn)各類機(jī)械工程設(shè)計(jì)場(chǎng)景下的多種功能。如果使用opt-out方式，交付的軟件實(shí)質(zhì)上包括所有可在模塊系統(tǒng)中使用的功能。然而，在特定設(shè)備和客戶配置中，僅客戶需要的或指定的功能才會(huì)被激活。如果使用opt-in方式，每個(gè)必要的軟件擴(kuò)展都將根據(jù)配置被添加進(jìn)基礎(chǔ)系統(tǒng)。兩種方式均可實(shí)現(xiàn)直接配置以及/或者構(gòu)建基于企業(yè)ERP系統(tǒng)中客戶訂單數(shù)據(jù)的軟件（圖6，上半部分）。

圖6：軟件供應(yīng)中opt-out與opt-in原則的應(yīng)用：opt-out原則的優(yōu)勢(shì)在于功能激活簡(jiǎn)單，而opt-in原則在柔性化軟件模塊系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)在于能夠利用新軟件模塊對(duì)其加以擴(kuò)展。

軟件作為成本驅(qū)動(dòng)？

1

軟件作為成本驅(qū)動(dòng)

利用一款面向未來(lái)的框架開(kāi)發(fā)軟件時(shí)，企業(yè)的組織架構(gòu)及流程往往會(huì)帶來(lái)障礙。這一決策及信息瓶頸問(wèn)題在軟件開(kāi)發(fā)中具有一定的因果關(guān)系，并已反映在圖7中。

圖7：相比機(jī)械或電子項(xiàng)目，軟件開(kāi)發(fā)在研發(fā)過(guò)程中所需的決定要集中得多。

因此，企業(yè)在開(kāi)發(fā)流程中的短板往往會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量及時(shí)間問(wèn)題，從而抬升成本。于是，可高效管理的軟件架構(gòu)，以及企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的優(yōu)勢(shì)關(guān)鍵就在于企業(yè)的組織架構(gòu)。

圖8：限制條件變化后，軟件研發(fā)方式也需要相應(yīng)變更。如果無(wú)法相應(yīng)調(diào)整研發(fā)方式，軟件研發(fā)就會(huì)落后。

2

機(jī)械工程設(shè)計(jì)企業(yè)軟件開(kāi)發(fā)的現(xiàn)狀

目前而言，不少中型機(jī)械工程設(shè)計(jì)企業(yè)通常僅有少數(shù)幾名軟件開(kāi)發(fā)人員負(fù)責(zé)創(chuàng)建整個(gè)應(yīng)用軟件，以及可視化界面。這些研發(fā)人員往往會(huì)直接將軟件裝在設(shè)備上運(yùn)行。與此同時(shí)，他們還負(fù)責(zé)搭建通信網(wǎng)絡(luò)。

圖9：軟件開(kāi)發(fā)中，基于最新研發(fā)方法的改良方式將確保該組織能夠適應(yīng)未來(lái)。

未來(lái)，這些問(wèn)題將變得更為嚴(yán)峻——正如上文所描述地那樣——軟件在現(xiàn)代生產(chǎn)系統(tǒng)中的重要性及作用正在日益上升，并且這一趨勢(shì)還會(huì)繼續(xù)加劇。

這一兩難境地可通過(guò)引入最新的軟件開(kāi)發(fā)方式，以及模塊化軟件架構(gòu)迎刃而解。帶協(xié)調(diào)同步點(diǎn)的、緊密交織且迭代式的硬件和軟件開(kāi)發(fā)流程可優(yōu)化項(xiàng)目規(guī)劃。易于維護(hù)、連貫、可重用且可識(shí)別的軟件將在一年中為機(jī)械工程設(shè)計(jì)企業(yè)帶來(lái)數(shù)項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。