近年來，機械工程設(shè)計的產(chǎn)品生命周期在不斷縮短，而產(chǎn)品定制化的趨勢正日益顯著。市場對設(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——尤其通過縮短停車時間和設(shè)置時間。

◆能夠通過操作簡便的用戶界面來應(yīng)對設(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械工程設(shè)計企業(yè)平衡不斷增長的市場需求。

上述要求勢必導(dǎo)致必須投入軟件的資源呈指數(shù)級增長，并且這種增長不再受傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)及研發(fā)方法的影響。作為一家面向未來的企業(yè)，如果一家機械工程設(shè)計企業(yè)旨在滿足快速增長的軟件需求，那么全球性研發(fā)團隊和創(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，重點已不再是替代電氣或機械功能。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)的問題領(lǐng)域累積新技能[5]。

變革中的中型機械工程設(shè)計企業(yè)

這一工程設(shè)計與IT日益加強的相關(guān)性意味著機械工程設(shè)計企業(yè)未來需要具體說明對軟件系統(tǒng)的要求，以及/或者針對其自身軟件進行編程、測試，以及維護[8]。

圖2：盡管軟件在機械工程設(shè)計開發(fā)流程中的重要性正在日益上升，該行業(yè)的根基仍在于機械學。

盡管軟件的重要性正在日益增長，軟件勢必將帶來方方面面的新視野，但在機械工程設(shè)計中，機電系統(tǒng)永遠都將是任何成功產(chǎn)品的起點（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)已廣泛常見于機械工程設(shè)計之中，并已被用于高效地實現(xiàn)特定的客戶解決方案，且已通過相容的接口標準化和設(shè)備功能的模塊化實現(xiàn)。除此之外，軟件還必須滿足系統(tǒng)的模塊性和可擴展性，從而以最少的精力和成本重復(fù)使用這些功能。

圖3：如果無法直接跨代維護，軟件架構(gòu)將會發(fā)生退化。結(jié)果將產(chǎn)生難以維護的龐大結(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

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)計是管理系統(tǒng)復(fù)雜性的核心要素。軟件架構(gòu)設(shè)計方面的主要影響因素包括性能、可維護性、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、演化而來的軟件（常被稱為羊毛球、毛線球和泥球）很快便會帶來小功能擴展的風險，從而導(dǎo)致整個軟件解決方案的變化（見圖3及圖4）。

圖4：一個理想的系統(tǒng)架構(gòu)可在系統(tǒng)中清晰地分隔各項任務(wù)（問題分隔）。這反過來也將使得利用界面相應(yīng)擴展系統(tǒng)成為可能。

原則2

每個系統(tǒng)組件應(yīng)只被分配一項任務(wù)

基本的主要設(shè)計原則應(yīng)當確保這些質(zhì)量要求得到滿足。這些原則可被視為軟件設(shè)計的基本原則。在問題分隔的原則中，每個系統(tǒng)組件都只被分配了一項任務(wù)。單個組件能愈好地進行一項邏輯任務(wù)時，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)用于各個層級

軟件架構(gòu)一般的結(jié)構(gòu)都是等級式或階梯式的，而此前描述的原則必須應(yīng)用于各個層級。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)計模板，以及基于可靠解決方案的軟件組件互動。

圖5：根據(jù)德國聯(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）原則常被用以實現(xiàn)各類機械工程設(shè)計場景下的多種功能。如果使用opt-out方式，交付的軟件實質(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被激活。如果使用opt-in方式，每個必要的軟件擴展都將根據(jù)配置被添加進基礎(chǔ)系統(tǒng)。兩種方式均可實現(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)勢在于功能激活簡單，而opt-in原則在柔性化軟件模塊系統(tǒng)中的優(yōu)勢在于能夠利用新軟件模塊對其加以擴展。

軟件作為成本驅(qū)動？

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軟件作為成本驅(qū)動

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

圖7：相比機械或電子項目，軟件開發(fā)在研發(fā)過程中所需的決定要集中得多。

因此，企業(yè)在開發(fā)流程中的短板往往會導(dǎo)致質(zhì)量及時間問題，從而抬升成本。于是，可高效管理的軟件架構(gòu)，以及企業(yè)競爭力的優(yōu)勢關(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。如果無法相應(yīng)調(diào)整研發(fā)方式，軟件研發(fā)就會落后。

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機械工程設(shè)計企業(yè)軟件開發(fā)的現(xiàn)狀

目前而言，不少中型機械工程設(shè)計企業(yè)通常僅有少數(shù)幾名軟件開發(fā)人員負責創(chuàng)建整個應(yīng)用軟件，以及可視化界面。這些研發(fā)人員往往會直接將軟件裝在設(shè)備上運行。與此同時，他們還負責搭建通信網(wǎng)絡(luò)。

圖9：軟件開發(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。

未來，這些問題將變得更為嚴峻——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，并且這一趨勢還會繼續(xù)加劇。

這一兩難境地可通過引入最新的軟件開發(fā)方式，以及模塊化軟件架構(gòu)迎刃而解。帶協(xié)調(diào)同步點的、緊密交織且迭代式的硬件和軟件開發(fā)流程可優(yōu)化項目規(guī)劃。易于維護、連貫、可重用且可識別的軟件將在一年中為機械工程設(shè)計企業(yè)帶來數(shù)項優(yōu)勢。