第14章數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)第15章軟件定義第16章虛實(shí)融合第17章整體聯(lián)系第4篇智能制造精要及前沿趨勢(shì)第18章下一代智能制造14.1數(shù)據(jù)流動(dòng)與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)14.2數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品創(chuàng)新14.3數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)過程14.4數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)工作流和新的業(yè)務(wù)活動(dòng)第14章數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)14.5數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)企業(yè)戰(zhàn)略和模式14.6數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的企業(yè)需要新組織架構(gòu)14.7勿為迷幻的數(shù)據(jù)所驅(qū)動(dòng)14.1數(shù)據(jù)流動(dòng)與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)企業(yè)的絕大部分工作是信息工作，而信息工作最基本的特點(diǎn)是其流動(dòng)性。1.

數(shù)據(jù)流動(dòng)圖14-1

設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與工藝設(shè)計(jì)

僅僅依據(jù)確定的、靜態(tài)的數(shù)據(jù)及其單向的流動(dòng)而產(chǎn)生的“設(shè)計(jì)有序”不能帶來“運(yùn)行有序”。2.

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)不妨把這種不同于確定的、靜態(tài)的數(shù)據(jù)流動(dòng)，而是通過不確定的、動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)融合與關(guān)聯(lián)分析的方法視為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法?？梢酝贫鴱V之，智能制造與早期的制造信息化最基本的區(qū)別恐怕在于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和數(shù)據(jù)流動(dòng)。3.完整性與不完整性信息數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)與數(shù)據(jù)流動(dòng)的區(qū)別有時(shí)候在于是否能利用不完整信息。缺乏數(shù)據(jù)融合和關(guān)聯(lián)分析的數(shù)據(jù)流動(dòng)模式面對(duì)不完整信息可能束手無策。而具有數(shù)據(jù)融合和關(guān)聯(lián)分析的智能方法卻有可能通過不完整數(shù)據(jù)去驅(qū)動(dòng)某一活動(dòng)或進(jìn)程。4.預(yù)期的和非預(yù)期的結(jié)果從效果層面看，數(shù)據(jù)流動(dòng)的模式中，其產(chǎn)生的結(jié)果往往是既定的工作；而數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的模式中因?yàn)閿?shù)據(jù)的融合而產(chǎn)生的結(jié)果往往是新的、非預(yù)期的，如前面所述對(duì)不完整信息進(jìn)行智能分析后得出的判斷。5.常規(guī)數(shù)據(jù)和非常規(guī)數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)流動(dòng)的模式中，企業(yè)所利用的數(shù)據(jù)都是其所需要的常規(guī)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的模式則不然，某些看似和企業(yè)沒什么關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)在某種特殊情況下有可能產(chǎn)生利用價(jià)值。數(shù)據(jù)流動(dòng)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)靜態(tài)動(dòng)態(tài)確定性不確定性數(shù)據(jù)完整性不要求完整性非融合融合單向流動(dòng)復(fù)合流動(dòng)輸入數(shù)據(jù)有序輸入數(shù)據(jù)有序+無序設(shè)計(jì)有序運(yùn)行（結(jié)果）有序滿足既有活動(dòng)需要可能驅(qū)動(dòng)新的活動(dòng)常規(guī)數(shù)據(jù)也含非常規(guī)數(shù)據(jù)表14-1

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)與數(shù)據(jù)流動(dòng)的區(qū)別傳統(tǒng)模式中，工業(yè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)是普通的原材料；而智能制造模式下，工業(yè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)就是原材料加石油。問題：數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模式中含數(shù)據(jù)流動(dòng)的成分嗎？若把數(shù)據(jù)流動(dòng)模式中的數(shù)據(jù)視為線性流動(dòng)的，那么數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模式中的數(shù)據(jù)流動(dòng)是什么？為什么設(shè)計(jì)有序的數(shù)據(jù)流動(dòng)未必帶來系統(tǒng)運(yùn)行的有序，而無序的數(shù)據(jù)融合反而使系統(tǒng)運(yùn)行更有序？數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模式需要哪些支撐技術(shù)？何種情況下需要關(guān)注不完整信息以及非常規(guī)數(shù)據(jù)？14.2數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品創(chuàng)新1.數(shù)字技術(shù)在產(chǎn)品上的直接應(yīng)用1）讓產(chǎn)品產(chǎn)生數(shù)據(jù)（augmentingproductstogeneratedata）

問題：與企業(yè)的產(chǎn)品和使用相關(guān)的數(shù)據(jù)有哪些?哪些是企業(yè)已經(jīng)有的數(shù)據(jù)?哪些是需要開始獲取的數(shù)據(jù)?從這些數(shù)據(jù)中能分析出什么結(jié)論?這些結(jié)論給企業(yè)的業(yè)務(wù)、客戶、供應(yīng)商、競(jìng)爭(zhēng)者或其他行業(yè)帶來什么新價(jià)值?

2）產(chǎn)品數(shù)字化（digitizingassets）問題：企業(yè)有哪些已經(jīng)完全或基本實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的產(chǎn)品?怎么應(yīng)用產(chǎn)品的數(shù)字化特性提高價(jià)值?哪些產(chǎn)品可以全部或部分實(shí)現(xiàn)數(shù)字化?2.數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品創(chuàng)新通常數(shù)字孿生可能包括以下數(shù)據(jù)（以汽車為例）：（1）從數(shù)字孿生外部接收的外部數(shù)據(jù)，如道路狀況，運(yùn)行路線；（2）從物理部件接收到的觀測(cè)事件，例如視覺傳感器數(shù)據(jù)，來自發(fā)動(dòng)機(jī)的傳感器數(shù)據(jù)，儀表數(shù)據(jù)；（3）從其他來源收到的數(shù)據(jù)，如交通狀況，停車場(chǎng)數(shù)據(jù)；（4）衍生數(shù)據(jù)——由數(shù)字孿生內(nèi)的邏輯計(jì)算的數(shù)據(jù)；（5）指向鏈接數(shù)據(jù)的指針——如有關(guān)事物環(huán)境或與事物間接相關(guān)的對(duì)象的數(shù)據(jù)。3.客戶數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品創(chuàng)新圖14-3

客戶數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)天鉑空調(diào)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

延伸閱讀：賈偉.打造爆款產(chǎn)品的10大羅盤法則[J/OL].圖14-4

海爾小焙T3嫩烤箱（來源：海爾）4.產(chǎn)品數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品創(chuàng)新對(duì)產(chǎn)品本身的某些數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，可能導(dǎo)致新的產(chǎn)品功能。圖14-5數(shù)據(jù)湖解決方案驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品創(chuàng)新

問題：數(shù)據(jù)如何驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新？形式有哪些？PSS本身就是一種產(chǎn)品創(chuàng)新嗎？數(shù)字孿生數(shù)據(jù)在產(chǎn)品創(chuàng)新中有什么作用？數(shù)據(jù)融合及關(guān)聯(lián)分析需要什么手段？節(jié)點(diǎn)及關(guān)聯(lián)產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)：數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)形式，數(shù)據(jù)融合，PSS。數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)：產(chǎn)品自身數(shù)據(jù)，客戶數(shù)據(jù)，外部數(shù)據(jù)，孿生數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)湖。14.3數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)過程1.

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)協(xié)同設(shè)計(jì)過程協(xié)同設(shè)計(jì)是當(dāng)下企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)之技術(shù)進(jìn)步的一個(gè)重要方向，也是數(shù)字時(shí)代設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。它是把計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作與先進(jìn)制造技術(shù)相結(jié)合，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程進(jìn)行有效支持。圖14-6Teambition的“圈點(diǎn)”改稿2.

定制數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程舉例：紅領(lǐng)集團(tuán)（現(xiàn)酷特集團(tuán)）。3.

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)工藝過程舉例：英特爾公司。4.

孿生數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)制藥過程舉例：武田制藥（Takeda）。5.

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的服務(wù)舉例：西門子成都工廠。圖14-7PTC的智能服務(wù)（參考：PTC）問題：為何說很多孿生數(shù)據(jù)本身就是過程中的數(shù)據(jù)？孿生數(shù)據(jù)可以驅(qū)動(dòng)服務(wù)過程嗎？可以驅(qū)動(dòng)哪些過程？節(jié)點(diǎn)及關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)過程：協(xié)同設(shè)計(jì)，工藝過程，流程制造過程，服務(wù)過程，定制生產(chǎn)過程……技術(shù)關(guān)聯(lián)：傳感，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)，數(shù)字孿生，物聯(lián)網(wǎng)。14.4數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)工作流和新的業(yè)務(wù)活動(dòng)1.

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)工作流工作流（Workflow）屬于計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作（CSCW）的一部分，工作流管理是研究一個(gè)群體如何在計(jì)算機(jī)的幫助下實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作的。工作流管理聯(lián)盟的定義：工作流是一類能夠完全或者部分自動(dòng)執(zhí)行的經(jīng)營(yíng)過程，根據(jù)一系列過程規(guī)則，文檔、信息或任務(wù)能夠在不同的執(zhí)行者之間傳遞、執(zhí)行。IBMAlmadenResearchCenter的定義：工作流是經(jīng)營(yíng)過程中的一種計(jì)算機(jī)化的表示模型，定義了完成整個(gè)過程所需用的各種參數(shù)。包括對(duì)過程中每一個(gè)單獨(dú)步驟的定義，步驟間的執(zhí)行順序、條件以及數(shù)據(jù)流的建立，每一步驟由誰負(fù)責(zé)以及每個(gè)活動(dòng)所需要的應(yīng)用程序。2.數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)新的事務(wù)活動(dòng)企業(yè)中常常會(huì)出現(xiàn)一些新的問題，常規(guī)的數(shù)據(jù)流動(dòng)很難解決新的問題或困難。圖14-8數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的新業(yè)務(wù)活動(dòng)之運(yùn)行機(jī)理

14.5數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)企業(yè)戰(zhàn)略和模式14.5.1

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)企業(yè)戰(zhàn)略1.

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)略發(fā)展戰(zhàn)略涉及企業(yè)發(fā)展方向。當(dāng)然存在不同層面的戰(zhàn)略，如企業(yè)宏觀戰(zhàn)略、部門戰(zhàn)略、生態(tài)戰(zhàn)略、市場(chǎng)戰(zhàn)略、產(chǎn)品戰(zhàn)略等。2.

讓數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)成為企業(yè)戰(zhàn)略無論新老企業(yè)，這種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法已不僅僅是一種追求，而是正在迅速發(fā)展為一項(xiàng)戰(zhàn)略要?jiǎng)?wù)，關(guān)乎企業(yè)客戶留存、增加收入和保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的能力。3.

發(fā)現(xiàn)具有戰(zhàn)略意義的項(xiàng)目對(duì)于一個(gè)企業(yè)而言，其業(yè)務(wù)可能成千上萬，要善于發(fā)現(xiàn)具有戰(zhàn)略意義的項(xiàng)目。某一看似常規(guī)的項(xiàng)目在特別時(shí)期可能具有不一般的示范作用，或者在特別時(shí)期要善于發(fā)現(xiàn)具有潛在戰(zhàn)略意義的項(xiàng)目。欲做到這一點(diǎn)，就需要對(duì)數(shù)據(jù)的敏感。4.

商業(yè)智能助力戰(zhàn)略決策1996年高德納提出商業(yè)智能（businessintelligent，BI）概念，商界掀起了一股基于數(shù)據(jù)庫的革命浪潮，真正的商業(yè)智能時(shí)代到來。BI的特征就是從數(shù)據(jù)分析入手。14.5.2數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)企業(yè)運(yùn)營(yíng)模式改變1.

通過對(duì)數(shù)據(jù)的投入驅(qū)動(dòng)運(yùn)營(yíng)模式改善舉例：快的。2.

數(shù)據(jù)融合方式驅(qū)動(dòng)運(yùn)營(yíng)方式改變1）跨行業(yè)數(shù)據(jù)的整合biningdatawithinandacrossindustries)大數(shù)據(jù)科學(xué)和新的IT標(biāo)準(zhǔn)提高了數(shù)據(jù)的集成能力，也使得數(shù)據(jù)跨行業(yè)的交互成為可能。問題：企業(yè)的數(shù)據(jù)怎樣和別人的數(shù)據(jù)整合在一起創(chuàng)造出新的價(jià)值?能否扮演一個(gè)“催化劑”的角色，把別人的數(shù)據(jù)整合在一起創(chuàng)造新價(jià)值?誰能從數(shù)據(jù)整合中獲益?合的商業(yè)模式有興趣?2）數(shù)據(jù)交易(tradingdata)

數(shù)據(jù)的交賣是數(shù)據(jù)時(shí)代一個(gè)典型的業(yè)態(tài)。舉例：沃達(dá)豐(Vodafone)。3.

孿生數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新業(yè)務(wù)模式舉例：普利司通。4.

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)制造模式舉例：紅領(lǐng)模式。圖14-9

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智慧工廠（來源：酷特）問題：數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)本身就是一種戰(zhàn)略嗎？通過數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)如何發(fā)現(xiàn)有戰(zhàn)略意義項(xiàng)目？商業(yè)智能如何助力戰(zhàn)略決策？孿生數(shù)據(jù)何以驅(qū)動(dòng)制造模式？驅(qū)動(dòng)定制化生產(chǎn)的數(shù)據(jù)來自何方？節(jié)點(diǎn)及關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)運(yùn)營(yíng)模式改變：數(shù)據(jù)孤島、數(shù)據(jù)洞察、商業(yè)智能、戰(zhàn)略決策、數(shù)據(jù)交易、跨行業(yè)數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)孿生。14.6數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的企業(yè)需要新組織架構(gòu)圖14-10

新組織架構(gòu)

圖14-11

企業(yè)內(nèi)外邊界打通

問題：IT部門如何與傳統(tǒng)部門融合？誰該對(duì)數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用負(fù)責(zé)？CDO負(fù)責(zé)什么？對(duì)誰負(fù)責(zé)？酷特的無邊界組織有什么特點(diǎn)？“五去”的前提條件是什么？節(jié)點(diǎn)及關(guān)聯(lián)組織重構(gòu)：業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)化、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)化、統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理、首席數(shù)據(jù)官（CDO）、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)。新興數(shù)據(jù)部門：研發(fā)-運(yùn)營(yíng)，客戶成就管理、無邊界組織、細(xì)胞單元、網(wǎng)格組織。14.7勿為迷幻的數(shù)據(jù)所驅(qū)動(dòng)1.

數(shù)據(jù)質(zhì)量與數(shù)據(jù)治理企業(yè)中數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)作用發(fā)揮的前提是要有符合質(zhì)量的數(shù)據(jù)。錯(cuò)誤的、失真的、以及其他形式的不符合質(zhì)量要求的數(shù)據(jù)，就像迷幻的數(shù)據(jù)，只能產(chǎn)生迷失的結(jié)果。因此，企業(yè)的數(shù)字化或智能制造需要數(shù)據(jù)治理。圖14-12

數(shù)據(jù)治理體系的一般性框架

開展數(shù)據(jù)治理需要回答以下幾個(gè)核心問題：（1）有什么數(shù)據(jù)？（2）數(shù)據(jù)由誰負(fù)責(zé)？（3）對(duì)數(shù)據(jù)有何要求？（4）如何保證數(shù)據(jù)達(dá)到要求？節(jié)點(diǎn)及關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)質(zhì)量與數(shù)據(jù)治理：數(shù)據(jù)失真，臟數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)清洗，數(shù)據(jù)抽取，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)加載，數(shù)據(jù)倉(cāng)庫。2.

認(rèn)知偏差在利用數(shù)據(jù)的時(shí)候還是需要審視事物的本質(zhì)或內(nèi)在聯(lián)系，不能被某些現(xiàn)象所惑。3.

光榮與陷阱陷阱1：“大數(shù)據(jù)自大”陷阱2：算法演化陷阱3：看不見的動(dòng)機(jī)問題：需要怎樣的數(shù)據(jù)治理手段？需要組織重構(gòu)嗎？在利用數(shù)據(jù)的時(shí)候是否忽略了審視事物的本質(zhì)或內(nèi)在聯(lián)系？真的擁有總體的數(shù)據(jù)嗎？算法演化改變了什么？操縱數(shù)據(jù)有哪些形式？節(jié)點(diǎn)及關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)：產(chǎn)品創(chuàng)新，過程，事務(wù)活動(dòng)，戰(zhàn)略，運(yùn)營(yíng)模式，新組織架構(gòu)，數(shù)據(jù)治理。數(shù)據(jù)陷阱：大數(shù)據(jù)自大，算法演化，看不見的動(dòng)機(jī)。15.1華麗超越15.2軟件定義的含義15.3軟件定義產(chǎn)品功能和性能第15章軟件定義15.4軟件定義加工生產(chǎn)15.5軟件定義市場(chǎng)15.6軟件定義企業(yè)能力15.1華麗超越失敗案例：阿麗安娜５型火箭“愛國(guó)者”導(dǎo)彈阿波羅8號(hào)飛船成功案例：GE西門子成功與失敗之中，軟件的作用多么重要！然而，這些例子依然難以概全軟件在當(dāng)今的地位。隨著數(shù)字-智能技術(shù)的快速發(fā)展，軟件似乎在“定義”世界，當(dāng)然也“定義”制造。15.2軟件定義的含義圖15-1

軟件支撐智能制造（提供：黃培）【定義】軟件定義制造：如果軟件在制造系統(tǒng)的某些產(chǎn)品/過程中所發(fā)揮的作用是人力或傳統(tǒng)自動(dòng)化不可企及的，則言產(chǎn)品/過程是軟件定義的；如果軟件在制造中的關(guān)鍵作用是人力或傳統(tǒng)自動(dòng)化不可企及的，則言軟件定義制造。真正定義制造的是軟件中所沉淀的人的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)、才智以及由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的人工智能等。軟件定義制造——反映了制造中的一種趨勢(shì)，一種期盼，一種境界。問題：軟件定義這一術(shù)語的起源是什么？軟件定義網(wǎng)絡(luò)的實(shí)質(zhì)是什么？“軟件定義一切”的語義環(huán)境是什么？“軟件定義制造”的內(nèi)涵是什么？15.3軟件定義產(chǎn)品功能和性能軟件定義產(chǎn)品的功能和性能，主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：（1）產(chǎn)品中由軟件定義的產(chǎn)品功能和性能；（2）仿真軟件定義產(chǎn)品的功能和性能。1.

汽車與軟件圖15-2

汽車車載軟件（轉(zhuǎn)引自：）圖15-3

軟件推動(dòng)汽車行業(yè)關(guān)鍵創(chuàng)新

2.軟件定義產(chǎn)品的功能技術(shù)在發(fā)展，人們對(duì)汽車功能和性能的追求似乎沒有止境。近些年來，汽車行業(yè)對(duì)自動(dòng)駕駛乃至無人駕駛的探索即是如此。自動(dòng)駕駛及無人駕駛給汽車增加了諸多新的功能，幾乎所有的新功能都是靠軟件“定義”的。盡管功能的執(zhí)行需要硬件，但決策卻是軟件，正是在此意義上，軟件定義了那些新功能。可以看出，軟件的作用遠(yuǎn)不只是提高效率，還能夠產(chǎn)生新的功能，或者是行為邏輯判斷的決策者。因此說軟件定義了汽車的新功能，則是言之有據(jù)了。3.軟件定義產(chǎn)品性能汽車的很多性能取決于軟件。汽車安全性能在很大程度上為軟件制約。圖15-4

發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射控制

4.嵌入式系統(tǒng)和軟件很多智能產(chǎn)品中往往有嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)面向應(yīng)用，以ICT技術(shù)為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)硬件軟件的協(xié)同性與整合性，軟件與硬件可剪裁，以此滿足系統(tǒng)對(duì)功能、成本、體積和功耗等要求。其特點(diǎn)：（1）規(guī)模較?。唬?）開發(fā)難度大；（3）高實(shí)時(shí)性和可靠性要求；（4）軟件固化存儲(chǔ)。5.軟件定義智能互聯(lián)產(chǎn)品數(shù)字-智能時(shí)代產(chǎn)品的重要特性之一是智能互聯(lián)。智能互聯(lián)產(chǎn)品的基本功能是監(jiān)測(cè)、控制、優(yōu)化、自動(dòng)。實(shí)現(xiàn)上述基本功能，軟件起到關(guān)鍵作用。這些基本功能又決定了產(chǎn)品的應(yīng)用功能與性能，換言之，產(chǎn)品的應(yīng)用功能與性能為軟件所定義。節(jié)點(diǎn)及關(guān)聯(lián)軟件定義產(chǎn)品產(chǎn)品創(chuàng)新嵌入式系統(tǒng)，嵌入式軟件智能互聯(lián)：傳感，數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)，控制，優(yōu)化，自動(dòng)產(chǎn)品開發(fā)：仿真軟件，數(shù)字孿生。15.4軟件定義加工生產(chǎn)1.軟件定義加工

圖15-5

智能機(jī)床示意圖

圖15-6

表征工藝參數(shù)-主軸功率響應(yīng)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

表15-1

優(yōu)化結(jié)果圖15-8

擠壓成型仿真

圖15-9

塑料注射成形智能化（來源：）2.工控軟件定義工業(yè)過程控制工控軟件的出現(xiàn)是伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)用于工業(yè)控制開始的,經(jīng)歷了用二進(jìn)制編碼、匯編語言、高級(jí)語言編程,進(jìn)而發(fā)展到組態(tài)軟件,以致今天的用AutoCAD直接采用標(biāo)準(zhǔn)的過程控制流程圖和電氣原理系統(tǒng)圖的組態(tài)軟件。發(fā)展方向的特點(diǎn)：（1）集順控、模擬量調(diào)節(jié)、計(jì)算功能為一體;（2）全面采用AutoCAD編程技術(shù);（3）工控軟件與工廠信息化有機(jī)結(jié)合;（4）工控軟件的通用化。圖15-10典型的SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖15-11

為石油化工油庫的SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D

3.軟件定義車間生產(chǎn)圖15-12

某開關(guān)廠智能工廠/車間信息流圖（來源：）圖15-13

某汽車廠生產(chǎn)計(jì)劃制定之流程（來源：EpiHust）圖15-14

以總裝上線計(jì)劃為核心的前拉后推計(jì)劃（來源：EpiHust）節(jié)點(diǎn)及關(guān)聯(lián)軟件定義加工：感知與連接，監(jiān)測(cè)，工藝參數(shù)優(yōu)化，自動(dòng)補(bǔ)償，人工智能；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，學(xué)習(xí)，優(yōu)化，仿真，智能數(shù)控。工控軟件：傳感，監(jiān)測(cè)，軟PLC，軟DCS，監(jiān)控組態(tài)軟件，SCADA，面向?qū)ο?。軟件定義車間生產(chǎn)：多品種，中小批量，混流生產(chǎn)，計(jì)劃調(diào)度，物料精準(zhǔn)配送，計(jì)劃調(diào)度，MES、智能物流、智能生產(chǎn)監(jiān)控、設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與控制、ERP、大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)、PLM……問題：軟件與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)有什么關(guān)系？軟件在加工和生產(chǎn)中的哪些作用是人力無法企及的？大批量多品種混流生產(chǎn)的難點(diǎn)是什么？無軟件時(shí)代的制造和現(xiàn)在的制造的主要區(qū)別是什么？15.5軟件定義市場(chǎng)1.

軟件和互聯(lián)網(wǎng)定義市場(chǎng)案例：亞馬遜網(wǎng)站和數(shù)據(jù)庫的建立要靠軟件；網(wǎng)絡(luò)界面的人性化、舒適的視覺效果靠軟件實(shí)現(xiàn)；方便的選取服務(wù)也靠軟件體現(xiàn)；……。這些作用“定義”了在市場(chǎng)中被接受的程度。2.軟件定義定制市場(chǎng)產(chǎn)品個(gè)性化定制已成為制造業(yè)發(fā)展的重大需求。案例：海爾；寶馬；紅領(lǐng)圖15-15

紅領(lǐng)產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)架構(gòu)

3.App定義市場(chǎng)案例：蘋果谷歌圖15-162018和2019谷歌和蘋果某著名企業(yè)App消費(fèi)（來源：SensorTower）4.

軟件定義用戶體驗(yàn)用戶體驗(yàn)概念的內(nèi)涵之一是“以用戶為中心”,以用戶為中心的設(shè)計(jì)(UCD)是在設(shè)計(jì)過程中以用戶體驗(yàn)為設(shè)計(jì)決策中心,強(qiáng)調(diào)用戶優(yōu)先的設(shè)計(jì)模式。用戶體驗(yàn)的宗旨是滿足用戶需求并方便用戶使用，因此對(duì)用戶的研究和用戶需求的分析成為設(shè)計(jì)流程中的重要部分。情感化界面設(shè)計(jì)很重要。情感化界面設(shè)計(jì)的一個(gè)重要概念是視覺思維，作用如下：（1）視覺思維引導(dǎo)信息獲取。（2）視覺思維促使意象的形成。（3）視覺思維啟發(fā)用戶聯(lián)想與想象。延伸閱讀：申艷光.申思.軟件之美[M]．某著名企業(yè)出版社，2018.節(jié)點(diǎn)及關(guān)聯(lián)軟件定義市場(chǎng)：個(gè)性化定制，App，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，用戶體驗(yàn)，用戶為中心，情感化界面設(shè)計(jì)，視覺思維。問題：App對(duì)市場(chǎng)的作用主要體現(xiàn)在哪兩個(gè)方面？軟件在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的作用是什么？軟件和互聯(lián)網(wǎng)對(duì)市場(chǎng)的影響有哪些？

15.6軟件定義企業(yè)能力在數(shù)字-智能時(shí)代，一個(gè)優(yōu)秀企業(yè)之能力主體應(yīng)該是軟能力。圖15-17

冰山的質(zhì)量主體是隱形的部分（5）互聯(lián)集成。（6）利用合適的工具，即工具使能。（7）虛實(shí)融合。（8）整體聯(lián)系。企業(yè)軟件戰(zhàn)略的若干思考原則：（1）圍繞企業(yè)目標(biāo)，即目標(biāo)使能。（2）明確范疇。（3）明晰軟件工作內(nèi)容。（4）數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)。問題：“軟件定義”一詞的泛化可能產(chǎn)生什么歧義？所有的軟件都有“定義”的作用嗎？軟件與互聯(lián)網(wǎng)有什么關(guān)系？數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)與軟件有什么關(guān)系？API、App的作用是什么？企業(yè)應(yīng)該有什么樣的軟件文化？嵌入式軟件在產(chǎn)品中的形式、作用是什么？軟件能在哪些節(jié)點(diǎn)上提升企業(yè)的能力？16.1

CPS和虛實(shí)融合16.2虛擬空間中的產(chǎn)品狀態(tài)及場(chǎng)景16.3產(chǎn)品中的虛擬空間第16章虛實(shí)融合16.4虛實(shí)空間的疊加和融合16.5虛擬過程16.6虛實(shí)融合的交匯點(diǎn):人的體驗(yàn)16.1

CPS和虛實(shí)融合工業(yè)4.0的核心理念就是CPS，即數(shù)字空間（也稱為賽博空間、虛擬空間）與物理空間的深度融合。CPS的內(nèi)涵：CPS是賽博空間（cyberspace)中的通信munication)、計(jì)算putation)和控制（control)與實(shí)體系統(tǒng)在所有尺度內(nèi)的深度融合。CPS的狹義內(nèi)涵：實(shí)體系統(tǒng)里面的物理規(guī)律以信息的方式來表達(dá)；其廣義內(nèi)涵：對(duì)實(shí)體系統(tǒng)內(nèi)變化性、相關(guān)性和參考性規(guī)律的建模、預(yù)測(cè)、優(yōu)化和管理。只有在數(shù)字空間（賽博空間）才能真正反映實(shí)體的內(nèi)涵、特質(zhì)、動(dòng)態(tài)等。1.

產(chǎn)品的數(shù)字孿生體促成數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用所需基礎(chǔ)要素的部署一直在加速：（1）仿真；（2）新的數(shù)據(jù)源；（3）互操作性；（4）可視化；（5）儀器；（6）平臺(tái)。2.仿真

圖16-1

整車氣動(dòng)性能分析

3.虛擬現(xiàn)實(shí)等虛擬現(xiàn)實(shí)就是通過各種技術(shù)在計(jì)算機(jī)中創(chuàng)建一個(gè)虛擬世界，用戶可以沉浸其中。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過對(duì)攝影機(jī)影像的位置及角度精算，加以圖像分析技術(shù)，屏幕上的虛擬世界能夠與現(xiàn)實(shí)世界場(chǎng)景進(jìn)行結(jié)合、互動(dòng)?；旌犀F(xiàn)實(shí)技術(shù)，能結(jié)合真實(shí)和虛擬世界，創(chuàng)造新的環(huán)境，能讓物理實(shí)體和數(shù)字對(duì)象共存，實(shí)時(shí)相互作用，從而將現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)虛擬和虛擬現(xiàn)實(shí)混合在一起。圖16-2GravitySketch示意圖

廣義的虛實(shí)融合即建立在CPS概念上。狹義的虛實(shí)融合是建立在虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、混合現(xiàn)實(shí)（VR、AR、MR）或曰泛現(xiàn)實(shí)或擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)（XR）之上的。當(dāng)然，XR也是CPS理念的具體表象之一。節(jié)點(diǎn)及關(guān)聯(lián)CPS數(shù)字空間/賽博空間/虛擬空間:數(shù)字化技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)，大數(shù)據(jù)，傳感，建模，仿真，數(shù)字孿生體，VR，AR，MR，XR。16.2虛擬空間中的產(chǎn)品狀態(tài)及場(chǎng)景1.

產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的虛擬空間在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)階段所形成的數(shù)字模型，就是產(chǎn)品最初的數(shù)字孿生模型。

圖16-3

VR家裝設(shè)計(jì)示意圖

在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中，自然需要盡可能考慮產(chǎn)品運(yùn)行中的某些特別狀態(tài)，如汽車行駛中可能發(fā)生的碰撞。圖16-4

汽車碰撞仿真

在自動(dòng)化或智能化生產(chǎn)單元的設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，也需要建立其數(shù)字孿生體的虛擬空間，尤其是融合VR技術(shù)的數(shù)字孿生體。圖16-5

數(shù)字孿生用于新型可自我重組的工作單元

2.虛擬空間中對(duì)產(chǎn)品運(yùn)行狀態(tài)的檢視很多情況下，產(chǎn)品在運(yùn)行過程中的某些狀態(tài)是不所察覺的，尤其在某種初始萌芽狀態(tài)。通過在數(shù)字空間的分析使人們有可能捕捉到萌芽中的非常狀態(tài)。案例：軸承健康管理3.

虛擬空間中產(chǎn)品運(yùn)行系統(tǒng)場(chǎng)景有些產(chǎn)品的運(yùn)行與產(chǎn)品所處的系統(tǒng)及其環(huán)境有關(guān)。為了更好地優(yōu)化其運(yùn)行，需要對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行場(chǎng)景有更清楚的了解。此情此景，僅在實(shí)體空間中是無濟(jì)于事的。案例：智慧風(fēng)場(chǎng)問題：在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中虛擬空間的主要作用是什么？產(chǎn)品運(yùn)行狀態(tài)的檢視為何主要在虛擬空間？產(chǎn)品及系統(tǒng)運(yùn)行的場(chǎng)景涉及哪些因素？上述問題中虛實(shí)融合體現(xiàn)在何處？16.3產(chǎn)品中的虛擬空間1.

產(chǎn)品遠(yuǎn)程操控所關(guān)聯(lián)的虛擬空間有些產(chǎn)品需要遠(yuǎn)程操控，盡管它需要面對(duì)的是實(shí)體空間，但其操控的數(shù)據(jù)獲取、分析、以及控制卻離不開虛擬空間。2.

數(shù)字空間中展示的產(chǎn)品附加功能因?yàn)閿?shù)字-智能技術(shù)的應(yīng)用，某些產(chǎn)品除了其看得見、感覺到的基本功能外，還能在虛擬空間中顯示一些附加的功能。案例：智能冰箱3.帶有XR的產(chǎn)品本身所拓展的虛擬空間XR技術(shù)正在快速走進(jìn)工業(yè)界和我們的生活。案例：Icaros

開發(fā)的VR運(yùn)動(dòng)器械圖16-7

Icaros示意圖問題：數(shù)字孿生體對(duì)運(yùn)行中的產(chǎn)品有何作用？產(chǎn)品的數(shù)字孿生體需要哪些基礎(chǔ)技術(shù)的支撐？帶有XR的產(chǎn)品中，XR的關(guān)鍵作用是什么？XR與數(shù)字孿生的關(guān)系是什么？節(jié)點(diǎn)及關(guān)聯(lián)產(chǎn)品的虛擬空間：CAD，CAE，工藝設(shè)計(jì)，數(shù)字供應(yīng)鏈，產(chǎn)品運(yùn)行優(yōu)化，產(chǎn)品運(yùn)行維護(hù)。技術(shù)：三維建模，仿真，數(shù)據(jù)采集，物聯(lián)網(wǎng)，大數(shù)據(jù)分析，數(shù)字孿生，XR。16.4虛實(shí)空間的疊加和融合因?yàn)锳R和MR技術(shù)的發(fā)展，人們有可能把虛擬空間和現(xiàn)實(shí)空間疊加或融合在一起。1.

三維注冊(cè)技術(shù)為了實(shí)現(xiàn)虛擬信息和真實(shí)環(huán)境無縫結(jié)合，將虛擬信息正確地定位在現(xiàn)實(shí)世界中至關(guān)重要，這個(gè)定位過程就是注冊(cè)（registration）。三維注冊(cè)技術(shù)在一定程度上決定了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的性能優(yōu)劣。2.

標(biāo)定技術(shù)在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，虛擬物體和真實(shí)場(chǎng)景中物體的對(duì)準(zhǔn)必須十分精確，需提前對(duì)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。3.

人機(jī)交互技術(shù)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)需要通過跟蹤定位設(shè)備獲取數(shù)據(jù)，以確定用戶對(duì)虛擬信息發(fā)出的行為指令，對(duì)其進(jìn)行解釋，并給出相應(yīng)反饋結(jié)果。圖16-8AR裝配指導(dǎo)

16.5

虛擬過程1.

軟件生成虛擬過程有些軟件所涉及或?qū)С龅倪^程未必全是虛擬過程，但其中某些過程可能是虛擬過程。如PLM，并非其所涉及的所有過程都是虛擬過程，但它的確能夠?qū)С瞿承┨摂M過程。圖16-9

西門子數(shù)字化產(chǎn)品規(guī)劃與實(shí)際生產(chǎn)融合

2.

仿真軟件生成虛擬過程很多虛擬過程是由仿真軟件生成的。產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)中，為了判斷所設(shè)計(jì)的零部件在運(yùn)行時(shí)（包括特殊的運(yùn)行條件下）的狀態(tài)，需要對(duì)過程進(jìn)行仿真。圖16-10

輪轂彎曲、沖擊試驗(yàn)仿真

圖16-11Autodesk的一些仿真產(chǎn)品

圖16-12

預(yù)測(cè)3D打印變形過程

圖16-13

產(chǎn)品全生命周期中的仿真應(yīng)用3.

數(shù)字孿生體生成虛擬過程產(chǎn)品在運(yùn)行過程中所收集的各種數(shù)據(jù)是其數(shù)字孿生體的一部分。一個(gè)設(shè)備之完美的數(shù)字孿生體應(yīng)該能夠生成基于實(shí)際物理過程數(shù)據(jù)的虛擬過程，能夠展示其性能數(shù)據(jù)，并且能夠向物理系統(tǒng)反饋可優(yōu)化其運(yùn)行的控制參數(shù)。4.

VR、AR等系統(tǒng)生成虛擬過程用于裝配、維修等場(chǎng)合的VR、AR系統(tǒng)能夠指導(dǎo)工人按照展示的虛擬過程一步一步地操作，提高工作效率和質(zhì)量。16.6虛實(shí)融合的交匯點(diǎn)：人的體驗(yàn)1.

日?，F(xiàn)實(shí)體驗(yàn)“日本社會(huì)5.0”中人們思考的若干情景：無人機(jī)送貨。AI家電普及。智能醫(yī)療與介護(hù)。全自動(dòng)駕駛。不僅制造商要立足用戶體驗(yàn)，連經(jīng)銷商也可以從用戶體驗(yàn)中尋找銷售商機(jī)。2.

專業(yè)體驗(yàn)很多軟硬件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)都強(qiáng)調(diào)應(yīng)該統(tǒng)一考慮“人-機(jī)器-環(huán)境”系統(tǒng)總體性能的優(yōu)化，也就是說要使機(jī)器的設(shè)計(jì)符合人的生理、心理特點(diǎn)，有利于人安全、高效、舒適地工作。一個(gè)好的產(chǎn)品帶來的專業(yè)體驗(yàn)不僅是環(huán)境舒適之類的感覺，更重要的是使之對(duì)專業(yè)問題有更深的洞察，以有利于其創(chuàng)造性的發(fā)揮。圖16-14供宇航員訓(xùn)練的虛擬國(guó)際空間站

3.

塵世中的超現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)案例：谷歌的GoogleEarthVR；Overview1；谷歌的AccessMars4.

人感體驗(yàn)人感體驗(yàn)平臺(tái)趨勢(shì)顛覆了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，它首先確定我們想要實(shí)現(xiàn)的人性化和情感體驗(yàn)，而后決定使用何種情感和AI技術(shù)組合能夠達(dá)成這一效果。企業(yè)將面臨的一大挑戰(zhàn)是，如何針對(duì)不同的客戶群體、員工群體和其它利益相關(guān)者，確定能引起他們共鳴和引發(fā)他們情緒的具體響應(yīng)或行為，并進(jìn)一步開發(fā)情感技術(shù)，使其能夠識(shí)別和復(fù)制某一段體驗(yàn)中的特質(zhì)。節(jié)點(diǎn)及關(guān)聯(lián)主要體驗(yàn)類型：日常體驗(yàn)，專業(yè)體驗(yàn)，超現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，人感體驗(yàn)。關(guān)聯(lián)技術(shù)：數(shù)字化軟件，物聯(lián)網(wǎng)，大數(shù)據(jù)，AI，認(rèn)知技術(shù)，數(shù)字孿生，虛擬代理，智能機(jī)器人（無人機(jī)），XR，人因工程學(xué)，人機(jī)工程學(xué)。問題：為何說在數(shù)字空間（賽博空間）才能真正反映實(shí)體的內(nèi)涵、特質(zhì)、動(dòng)態(tài)？虛擬空間（賽博空間、數(shù)字空間）的主要形式是什么？支持產(chǎn)品開發(fā)之虛擬空間的主要技術(shù)是什么？產(chǎn)品及系統(tǒng)運(yùn)行的場(chǎng)景涉及哪些因素？仿真軟件可用在哪些虛擬過程？為何說人的體驗(yàn)是虛實(shí)空間融合的交匯點(diǎn)？對(duì)于專業(yè)應(yīng)用的產(chǎn)品而言，關(guān)于體驗(yàn)的最高境界是什么？“人的體驗(yàn)”應(yīng)該成為智能產(chǎn)品開發(fā)以及智能技術(shù)應(yīng)用的基本出發(fā)點(diǎn)嗎？17.1整體觀和系統(tǒng)觀17.2產(chǎn)品的整體觀17.3數(shù)字化、智能化生產(chǎn)系統(tǒng)中的整體聯(lián)系第17章整體聯(lián)系17.4企業(yè)戰(zhàn)略中的整體聯(lián)系17.5整體聯(lián)系的關(guān)鍵是數(shù)據(jù)分析17.6知識(shí)分工:也是一種整體聯(lián)系

17.1整體觀和系統(tǒng)觀1.

中國(guó)傳統(tǒng)文化中的整體觀企業(yè)經(jīng)營(yíng)之道，可以認(rèn)為企業(yè)之大道在于“人的存在”，恰如企業(yè)之“太極”。對(duì)于企業(yè)經(jīng)營(yíng)而言，考慮人的存在，則應(yīng)該基于“客戶”和“員工”（太極生兩儀）。從客戶考慮，制造（包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)等活動(dòng)）、商業(yè)活動(dòng)都應(yīng)該以客戶為中心，這是現(xiàn)代企業(yè)的基本理念，企業(yè)之戰(zhàn)略也應(yīng)該圍繞客戶中心展開；與員工直接關(guān)聯(lián)的是員工的業(yè)務(wù)活動(dòng)以及業(yè)務(wù)流程和組織的管理，這是企業(yè)管理的出發(fā)點(diǎn)，此即“兩儀生四象”。對(duì)某些企業(yè)的“制造”而言，則有“個(gè)性化（柔性）制造”和“客戶數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”，也就是說，欲以客戶為中心，就需要個(gè)性化制造，但一定要輔以“客戶數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”。這里個(gè)性化制造是“陽”，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)為“陰”。此乃“四象生八卦”之層面。圖17-1

企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理之道2.

系統(tǒng)觀1）自動(dòng)控制自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)本質(zhì)上是數(shù)學(xué)模型驅(qū)動(dòng)的。企業(yè)中稍微復(fù)雜一點(diǎn)的系統(tǒng)普遍存在不確定性、非結(jié)構(gòu)化和非固定模式問題，基于數(shù)學(xué)模型的控制理論，不管是經(jīng)典控制理論還是現(xiàn)代控制理論都顯得無能為力。大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的人工智能技術(shù)取得了革命性進(jìn)步。大數(shù)據(jù)、某著名企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算為人工智能驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)化開辟了新途徑。2.系統(tǒng)論系統(tǒng)工程的基礎(chǔ)學(xué)科主要有運(yùn)籌學(xué)、控制論、信息理論、基礎(chǔ)數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)。系統(tǒng)論與控制論、信息論，運(yùn)籌學(xué)、系統(tǒng)工程、電子計(jì)算機(jī)和現(xiàn)代通訊技術(shù)等新興學(xué)科相互滲透、緊密結(jié)合的趨勢(shì)。技術(shù)的發(fā)展使人們不再按照單個(gè)機(jī)器，而是按照“系統(tǒng)”去思考。不同的制造企業(yè)，情況不一，解決某類問題存在某種“系統(tǒng)方法”嗎？建立在大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)基礎(chǔ)之上的一般系統(tǒng)論能夠成為一種有用的工具嗎？一般系統(tǒng)論的主旨是：（1）各種不同的學(xué)科，包括自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)，有著走向綜合的普遍趨勢(shì)；（2）這樣的綜合看來要以系統(tǒng)的一般理論為中心；（3）這樣的理論可能成為非物理領(lǐng)域的科學(xué)而向精確理論的一種重要方法；（4）這一理論通過尋找出能統(tǒng)一“縱向地”貫穿于各個(gè)單個(gè)科學(xué)的共性的原理，可使我們更接近于科學(xué)大統(tǒng)一的目標(biāo)；（5）這一理論能夠?qū)е缕惹行枰木C合科學(xué)教育。企業(yè)實(shí)際上也是一個(gè)開放系統(tǒng)，經(jīng)典的數(shù)學(xué)、物理、以及自動(dòng)控制理論在企業(yè)的系統(tǒng)層面基本上無濟(jì)于事。17.2產(chǎn)品的整體觀1.

功能與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的整體觀設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)要從系統(tǒng)角度考慮問題，局部最優(yōu)不等于整體最優(yōu)，這是最簡(jiǎn)單的道理。圖17-2

新衛(wèi)星概念的虛擬仿真平臺(tái)：系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化

圖17-3MSC聯(lián)合仿真方案

2.

把產(chǎn)品放在應(yīng)用環(huán)境的整體中考慮要考慮運(yùn)行環(huán)境中的產(chǎn)品，就應(yīng)該實(shí)時(shí)掌握產(chǎn)品性能和使用數(shù)據(jù)。3.

重新定義產(chǎn)品的行業(yè)邊界若在產(chǎn)品應(yīng)用的更大體系內(nèi)考慮整體聯(lián)系時(shí)，有可能自然地突破產(chǎn)品的行業(yè)邊界。圖17-4

約翰迪爾公司（John

Deere）優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的整體效益

4.

通過智能互聯(lián)實(shí)現(xiàn)多種產(chǎn)品的整體聯(lián)系當(dāng)智能互聯(lián)技術(shù)飛速躍進(jìn)，行業(yè)的進(jìn)入壁壘反而會(huì)降低。5.

考慮產(chǎn)品的全生命周期在產(chǎn)品的開發(fā)階段就應(yīng)該考慮產(chǎn)品全生命周期的問題。6.

產(chǎn)品開發(fā)的其他整體考慮產(chǎn)品開發(fā)中考慮的問題越全面，產(chǎn)品的性能越好，產(chǎn)品開發(fā)成本越低，運(yùn)行成本越低，產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力也越強(qiáng)。節(jié)點(diǎn)及關(guān)聯(lián)產(chǎn)品關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)：功能，結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品應(yīng)用環(huán)境，產(chǎn)品應(yīng)用體系，大類產(chǎn)品，運(yùn)行優(yōu)化，運(yùn)行維護(hù)，個(gè)性化，標(biāo)準(zhǔn)化，全生命周期，行業(yè)邊界。技術(shù)關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)：仿真，傳感，大數(shù)據(jù)，物聯(lián)網(wǎng)，優(yōu)化，多學(xué)科物理融合，人工智能。問題：為何要把產(chǎn)品放在更大的產(chǎn)品應(yīng)用環(huán)境和產(chǎn)品體系中考慮？重新定義產(chǎn)品行業(yè)邊界的實(shí)質(zhì)是什么？產(chǎn)品之間的互聯(lián)可能產(chǎn)生什么效果？某一個(gè)產(chǎn)品環(huán)境或體系中產(chǎn)品整體聯(lián)系的關(guān)鍵是什么？關(guān)于產(chǎn)品開發(fā)，企業(yè)能力建設(shè)中應(yīng)該有怎樣的整體考慮？17.3數(shù)字化、智能化生產(chǎn)系統(tǒng)中的整體聯(lián)系1.

生產(chǎn)工藝視角的整體聯(lián)系現(xiàn)代生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，工藝過程一定要考慮非常周全。因?yàn)榉抡婕夹g(shù)的應(yīng)用，大大提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。工藝仿真是將車間的物理試驗(yàn)搬進(jìn)計(jì)算機(jī)中。通過虛擬仿真技術(shù)預(yù)先評(píng)估工藝方案的可行性和不同工藝方案的優(yōu)劣，可以減少后期物理試錯(cuò)的次數(shù)，節(jié)省開發(fā)成本并縮短開發(fā)周期。2.

功能視角的整體聯(lián)系對(duì)于一個(gè)智能工廠系統(tǒng)，情況就更為復(fù)雜。案例：?？怂箍?.

特定目標(biāo)視角的整體聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際中，哪怕是一個(gè)機(jī)器系統(tǒng)，影響其效能的因素非常復(fù)雜。如果希望機(jī)器系統(tǒng)能夠達(dá)到某一個(gè)特定的目標(biāo)，需要盡可能考慮可能的、潛在的影響因素，也就是要進(jìn)一步從系統(tǒng)、整體層面發(fā)現(xiàn)未知的影響因素及其規(guī)律。案例：酒鋼集團(tuán)高爐煉鐵4.

考慮客戶的整體聯(lián)系即使對(duì)于一個(gè)生產(chǎn)線，除了生產(chǎn)線的功能、質(zhì)量等的一般要求外，還有可能需要考慮其它的復(fù)雜因素以及與外部系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)。案例：?？怂箍蹬c寧波拓普合作解決拓普的生產(chǎn)系統(tǒng)的自動(dòng)化和數(shù)字化問題節(jié)點(diǎn)及關(guān)聯(lián)生產(chǎn)系統(tǒng)：生產(chǎn)線，車間，工廠；刀具，工夾具；工藝方法，工藝參數(shù)；加工，裝配；測(cè)量，質(zhì)量。目標(biāo)：高效，高質(zhì)量，節(jié)能，減排。技術(shù)：物聯(lián)網(wǎng)，大數(shù)據(jù)分析，傳感，測(cè)量，仿真，MES、ERP……

問題：發(fā)現(xiàn)工藝問題影響因素的主要手段是什么？生產(chǎn)系統(tǒng)與企業(yè)的管理信息系統(tǒng)如何聯(lián)系？生產(chǎn)系統(tǒng)與客戶之間有什么聯(lián)系？生產(chǎn)系統(tǒng)整體聯(lián)系的基本手段是什么？17.4

企業(yè)戰(zhàn)略中的整體聯(lián)系1.

戰(zhàn)略伙伴選擇中的整體考慮為了達(dá)到產(chǎn)品的高質(zhì)量和客戶滿意度，從技術(shù)需求的整體聯(lián)系上選擇戰(zhàn)略合作伙伴。案例：AE航空公司2.

供應(yīng)鏈戰(zhàn)略中的整體考慮供應(yīng)鏈融合被認(rèn)為是供應(yīng)鏈的最高境界，包括在橫向和縱向上全方位的融合。橫向融合：把大部分還是高度分割的供應(yīng)鏈部門統(tǒng)一在一個(gè)滿足企業(yè)供應(yīng)鏈戰(zhàn)略的框架下?？v向融合：供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)與其他系統(tǒng)的融合：新興數(shù)字化技術(shù)與整體供應(yīng)鏈的深度融合。3.

從更大的整體聯(lián)系中尋找機(jī)遇在數(shù)字-智能時(shí)代，由于數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用，使企業(yè)有可能在外部的數(shù)據(jù)聯(lián)系中發(fā)現(xiàn)新機(jī)遇。如果在行業(yè)以前從未關(guān)注的外部聯(lián)系中率先開展數(shù)據(jù)互聯(lián)和分析，可能會(huì)獲得意想不到的商業(yè)機(jī)會(huì)。案例：快遞4.

數(shù)字化、智能化戰(zhàn)略中的人才整體考慮企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過程中，人才的整體考慮也是數(shù)字化、智能化戰(zhàn)略能否成功的重要因素。案例：某著名企業(yè)旗下的“工業(yè)富聯(lián)”17.5

整體聯(lián)系的關(guān)鍵是數(shù)據(jù)分析企業(yè)的整體聯(lián)系一定需要數(shù)據(jù)，而且是經(jīng)過分析的數(shù)據(jù)。不管從哪個(gè)角度審視企業(yè)的整體聯(lián)系，都需要基于數(shù)據(jù)分析。通過對(duì)產(chǎn)品使用數(shù)據(jù)的累積和分析，可以更好地理解產(chǎn)品如何為客戶創(chuàng)造價(jià)值。在數(shù)據(jù)分析的幫助下，能以更先進(jìn)的方式對(duì)營(yíng)銷活動(dòng)進(jìn)行分層，為不同的客戶定制不同的產(chǎn)品和一攬子服務(wù)。還可以對(duì)這些產(chǎn)品和服務(wù)進(jìn)行更合理的定價(jià)，捕捉更多的利潤(rùn)。整體聯(lián)系的目的是為了發(fā)現(xiàn)某些未知的因果關(guān)系或規(guī)律，從而挖掘新的價(jià)值。只有借助數(shù)據(jù)分析方能使人擺脫認(rèn)識(shí)局限或固有偏見。大數(shù)據(jù)技術(shù)和思想的發(fā)展使得跨類型、跨領(lǐng)域的數(shù)據(jù)分析成為了可能。17.6

知識(shí)分工：也是一種整體聯(lián)系產(chǎn)業(yè)分工的發(fā)展階段：一是部門專業(yè)化，即農(nóng)業(yè)、手工業(yè)和商業(yè)之間的分工；二是產(chǎn)品專業(yè)化，即以完成的最終產(chǎn)品為對(duì)象的分工；三是零部件專業(yè)化，即一個(gè)企業(yè)僅僅生產(chǎn)某個(gè)最終產(chǎn)品的一部分；四是工序?qū)I(yè)化，即專門進(jìn)行產(chǎn)品或零部件生產(chǎn)的一個(gè)工藝過程；五是生產(chǎn)服務(wù)專業(yè)化，即在直接生產(chǎn)過程之外，但又為生產(chǎn)服務(wù)。今天正在進(jìn)入分工的第六個(gè)階段：知識(shí)創(chuàng)造的專業(yè)化分工。問題：多年前的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，相較航空航天和汽車，集成電路研發(fā)成本復(fù)合增長(zhǎng)率幾乎為0——這一現(xiàn)象告訴我們什么？整體聯(lián)系與知識(shí)分工之間的關(guān)系是什么？工業(yè)APP、微服務(wù)組件等的本質(zhì)是什么？工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)發(fā)揮什么作用？智能制造技術(shù)精要——十六字箴言：數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，軟件定義，虛實(shí)融合，整體聯(lián)系。18.1人機(jī)共融18.2云機(jī)器人18.3數(shù)字工程師18.4商業(yè)智能第18章過程進(jìn)化18.1

人機(jī)共融18.1.1

人機(jī)共融的概念與發(fā)展人機(jī)關(guān)系將由協(xié)作轉(zhuǎn)向共融?！径x】人機(jī)共融：在同一自然空間內(nèi)，充分利用人和機(jī)器人的差異性與互補(bǔ)性，通過人機(jī)個(gè)體間的融合、人機(jī)群體間的融合、人機(jī)融合后的共同演進(jìn)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)共融共生、人機(jī)緊密協(xié)調(diào)，自主完成感知與計(jì)算。實(shí)現(xiàn)人機(jī)共融后，機(jī)器人與人的感知過程、思維方式和決策方法將會(huì)緊密耦合。人機(jī)共融的內(nèi)涵：（1）人機(jī)智能融合，人與機(jī)器人在感知、思考、決策上有著不同層面的互補(bǔ)；（2）人機(jī)協(xié)調(diào)，人與機(jī)器人能夠順暢交流，協(xié)調(diào)動(dòng)作；（3）人機(jī)合作，人與機(jī)器人可以分工明確，高效地完成同一任務(wù)；（4）人機(jī)共進(jìn)，人與機(jī)器人相處后，彼此間的認(rèn)知更加深刻。人與機(jī)器人的關(guān)系也會(huì)朝著這四個(gè)方面發(fā)展。18.1.2

人機(jī)共融的特點(diǎn)1.

人機(jī)個(gè)體間的融合機(jī)器人具有數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、搜索、計(jì)算、排序等技術(shù)思維的優(yōu)點(diǎn)，人具有聯(lián)想、推理、規(guī)劃、總結(jié)等發(fā)散性思維的優(yōu)點(diǎn)。在復(fù)雜的工況條件下，將人的不斷自我規(guī)劃能力與機(jī)器人的計(jì)算能力相結(jié)合，進(jìn)行人機(jī)協(xié)作，充分利用二者的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的感知與計(jì)算。2.

人機(jī)群體間的融合機(jī)器人與機(jī)器人之間需要了解，人對(duì)機(jī)器人群體需要了解，機(jī)器人對(duì)人群體需要了解，人機(jī)共融也要體現(xiàn)群體智能，群體之間相互感知、共同認(rèn)識(shí)和進(jìn)行博弈，實(shí)現(xiàn)群體間的互聯(lián)互通互融。3.

人機(jī)融合后的共同演進(jìn)隨著人工智能的不斷發(fā)展，我們不希望機(jī)器人的智能超過人類，無法保證人類的安全。人機(jī)共融的目標(biāo)是：人與機(jī)器人可以相互理解、相互感知、相互幫助，實(shí)現(xiàn)人機(jī)共同演進(jìn)。18.1.3

人機(jī)共融的關(guān)鍵技術(shù)1.傳感器技術(shù)傳感器是支撐機(jī)器人獲取信息的重要手段，不同類型的傳感器在機(jī)器人上應(yīng)用的越常見，機(jī)器人獲取信息也就越豐富。這些信息可能有嵌入的、絕對(duì)的、相對(duì)的、靜態(tài)的和動(dòng)態(tài)的。降低傳感器的生產(chǎn)成本、提高傳感器的測(cè)量精度和減小傳感器的體積大小是市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，傳感器在機(jī)器人本體的應(yīng)用也會(huì)更加全面。傳感技術(shù)是智能制造的重要組成部分，能推動(dòng)人機(jī)共融的發(fā)展。2.人工智能技術(shù)（1）深度學(xué)習(xí)；（2）強(qiáng)化學(xué)習(xí)；（3）對(duì)抗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。3.人機(jī)交互技術(shù)（1）面向自然動(dòng)作的感知技術(shù)；（2）基于語音識(shí)別的對(duì)話交互；（3）面向穿戴的新型終端；（4）腦機(jī)接口技術(shù)。圖18-1百度AI平臺(tái)中的手勢(shì)識(shí)別圖18-2Siri的語音助手功能18.1.4人機(jī)共融在智能制造中的應(yīng)用1.人機(jī)共融在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用圖18-3ABBYuMi

機(jī)器人

圖18?4YuMi機(jī)器人生產(chǎn)插座圖18?5FANUCCRX－10iA機(jī)器人

2.人機(jī)共融在航天航空中的應(yīng)用圖18?9F－850太空機(jī)器人

圖18?10Robonaut2太空機(jī)器人

圖18?11iStuctDemonstrator猿猴機(jī)器人

圖18?12Lemur太空機(jī)器人

3.人機(jī)共融在醫(yī)療健康中的應(yīng)用圖18?13

達(dá)芬奇Xi機(jī)器人

圖18?14SL-HCR1物料配送機(jī)器人

圖18?15

并聯(lián)機(jī)器人

圖18?16GuardianXO外骨骼機(jī)器人

18.1.5人機(jī)共融未來發(fā)展趨勢(shì)人機(jī)共融面對(duì)的三大挑戰(zhàn)：（1）智能感知；（2）安全交互；（3）數(shù)據(jù)處理。人機(jī)共融的發(fā)展方向：（1）人機(jī)共融日常化；（2）人機(jī)共融自然化；（3）人機(jī)共融無障礙化。問題：還有哪些技術(shù)會(huì)應(yīng)用在人機(jī)共融中？人機(jī)共融會(huì)如何帶動(dòng)制造業(yè)的發(fā)展？如何保證人機(jī)共融的安全？節(jié)點(diǎn)及關(guān)聯(lián)人機(jī)關(guān)系：人機(jī)將由協(xié)作轉(zhuǎn)向共融。關(guān)鍵支撐技術(shù)：傳感器、人工智能、人機(jī)交互。發(fā)展方向：日?；⒆匀换?、無障礙化。18.2云機(jī)器人傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人在面對(duì)復(fù)雜生產(chǎn)環(huán)境時(shí)該如何解決以下需求？（1）大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理，（2）高計(jì)算能力，（3）強(qiáng)學(xué)習(xí)能力。18.2.1

云機(jī)器人的概念與發(fā)展傳統(tǒng)機(jī)器人借助機(jī)載電腦，具備一定計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，達(dá)到計(jì)算智能層級(jí)。云機(jī)器人借助于5G網(wǎng)絡(luò)，云計(jì)算與人工智能技術(shù)，達(dá)到了感知智能層級(jí)。云機(jī)器人的基本特征是由云上的“大腦”進(jìn)行控制。

18.2.2云機(jī)器人的特點(diǎn)與功能云機(jī)器人在云端管理與多機(jī)器人協(xié)作，自主運(yùn)行能力，數(shù)據(jù)共享與分析方面有極大優(yōu)勢(shì)。1.

云端管理與多機(jī)器人協(xié)作在工廠或倉(cāng)庫中使用大量工業(yè)機(jī)器人時(shí)，需要機(jī)器人具有多種拓展功能。為保障整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備的協(xié)同運(yùn)行，需要利用統(tǒng)一的軟件平臺(tái)進(jìn)行管理，需要與各種自動(dòng)化設(shè)備通信。2.

自主運(yùn)行的能力結(jié)合云端計(jì)算能力，機(jī)器人將可以擁有智能和自主性的同時(shí)有效降低機(jī)器人功耗與硬件要求，使云機(jī)器人更輕、更小、更便宜。3.數(shù)據(jù)共享和分析云端的數(shù)據(jù)服務(wù)可以連接到每一個(gè)機(jī)器人和自動(dòng)化設(shè)備，數(shù)據(jù)共享令機(jī)器之間更有默契。系統(tǒng)可以掌握機(jī)器設(shè)備的狀態(tài)，給每個(gè)機(jī)器人下達(dá)不同的任務(wù)指令，讓機(jī)器之間互相協(xié)作，高效地完成生產(chǎn)任務(wù)。云端技術(shù)將讓機(jī)器人效率更高、性能更好，人與機(jī)器之間的交互會(huì)更輕松。

18.2.3云機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)1.

5G通信技術(shù)5G網(wǎng)絡(luò)的主要應(yīng)用場(chǎng)景：（1）eMBB（3D/超高清視頻等大流量某著名企業(yè)寬帶業(yè)務(wù)）；（2）mMTC（大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)）；（3）URLLC（無人駕駛、工業(yè)自動(dòng)化等需要低時(shí)延、高可靠連接的業(yè)務(wù)）。圖18-175G應(yīng)用場(chǎng)景———機(jī)器人控制2.

云計(jì)算技術(shù)云計(jì)算是一種計(jì)算模型，可以隨時(shí)隨地的按需訪問共享的、可配置的計(jì)算資源池（如網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲(chǔ)、應(yīng)用程序和服務(wù)），只需最少的管理工作就可以快速配置和分發(fā)。云計(jì)算為用戶提供三種級(jí)別的效勞：基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）；平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）；軟件即服務(wù)（SaaS）。3.人工智能技術(shù)基于云計(jì)算的超強(qiáng)運(yùn)算能力和5G強(qiáng)大通信能力，使得人工智能技術(shù)在機(jī)器人上的應(yīng)用成為可能。機(jī)器學(xué)習(xí)，尤其是深度學(xué)習(xí)，可以更廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，云機(jī)器人將比傳統(tǒng)機(jī)器人更有能力、更加智能。18.2.4云機(jī)器人在智能制造中的應(yīng)用（1）通過敏捷物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)管與周邊各種自動(dòng)化設(shè)備以及其他機(jī)器人互聯(lián)協(xié)同；（2）通過IoT平臺(tái)以及多種傳感器完成數(shù)據(jù)收集，上傳云端平臺(tái)；（3）在后臺(tái)云計(jì)算的支持下，適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境，支持復(fù)雜行為，完成作業(yè)任務(wù)的敏捷切換與管控；（4）借助云平臺(tái)的大數(shù)據(jù)分析功能，實(shí)現(xiàn)智能維護(hù)與故障預(yù)診斷功能，同時(shí)具備進(jìn)化功能。圖18?18

云機(jī)器人在汽車工廠的應(yīng)用

18.2.5云機(jī)器人未來發(fā)展趨勢(shì)通過關(guān)鍵技術(shù)的不斷迭代，提升云機(jī)器人的智能化、信息化水平，使云機(jī)器人接近認(rèn)知智能層級(jí)。不斷增強(qiáng)機(jī)器人的擬人化和交互溝通能力，學(xué)會(huì)推理決策，最終實(shí)現(xiàn)人機(jī)共融，擴(kuò)大應(yīng)用范圍是未來重要的發(fā)展趨勢(shì)?？傮w來看在第四次工業(yè)革命浪潮的推動(dòng)下，人機(jī)共融將成為新一代機(jī)器人的發(fā)力點(diǎn)，也是世界機(jī)器人領(lǐng)域研發(fā)創(chuàng)新的主要方向。一方面，云機(jī)器人必須具備進(jìn)化能力；另一方面云機(jī)器人還要具備外部進(jìn)化的交互。問題：智能制造中云機(jī)器人比較傳統(tǒng)機(jī)器人有哪些優(yōu)勢(shì)？人工智能技術(shù)的大發(fā)展可以給云機(jī)器人帶來什么？云機(jī)器人最終發(fā)展形態(tài)如何？節(jié)點(diǎn)及關(guān)聯(lián)傳統(tǒng)機(jī)器人痛點(diǎn)：成本高，性能低，智能弱關(guān)鍵支撐技術(shù)：5G，云計(jì)算，人工智能應(yīng)用領(lǐng)域：多機(jī)器人協(xié)同，云管理，自主運(yùn)行，數(shù)據(jù)共享與分析。18.3

數(shù)字工程師18.3.1

數(shù)字工程師的概念和發(fā)展【定義】數(shù)字工程、知識(shí)管理、知識(shí)分析能力的智能系統(tǒng)，能夠處理某些專業(yè)領(lǐng)域工程師的工作，并能與人類工程師溝通交流，提供專業(yè)咨詢等服務(wù)。數(shù)字工程師是人機(jī)協(xié)作時(shí)代的一個(gè)典型產(chǎn)物，是能夠自我學(xué)習(xí)成長(zhǎng)的具有靈敏情感反應(yīng)的人類工作伙伴。18.3.2

數(shù)字工程師的特點(diǎn)和作用1.

知識(shí)獲取數(shù)字工程師能夠從外部獲取專業(yè)知識(shí)，擴(kuò)充自己的知識(shí)庫。2.

知識(shí)管理數(shù)字工程師利用人工智能的原理、方法和技術(shù)，設(shè)計(jì)、構(gòu)造和維護(hù)自身的知識(shí)庫系統(tǒng)，