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軟件視角中的未來工業(yè)（三）

2016-10-24 來源：轉(zhuǎn)載作者：安筱鵬

2016年9月2日，在中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院和e-works主辦的首屆“工業(yè)軟件與制造業(yè)融合發(fā)展高峰論壇”上，安筱鵬發(fā)表了《軟件視角中的未來工業(yè)》主題演講，從軟件支撐和定義的產(chǎn)品、管理、生產(chǎn)方式、新型能力和產(chǎn)業(yè)生態(tài)五個(gè)視角，探討軟件及未來工業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。本文根據(jù)演講內(nèi)容整理，將分四期刊出，本期是第三期。

站在軟件的視角來審視，從未來10年的時(shí)間尺度去觀察，信息通信技術(shù)與制造業(yè)融合帶來的將是一場(chǎng)制造范式的遷移和一種制造模式的變革，也將是制造體系的重建。其核心在于，軟件作為一種工具、要素和載體，為制造業(yè)建立了一套賽博空間（Cyber）與物理空間(Physical)的閉環(huán)賦能體系，實(shí)現(xiàn)了物質(zhì)生產(chǎn)運(yùn)行規(guī)律的模型化、代碼化、軟件化，使制造過程在虛擬世界實(shí)現(xiàn)快速迭代和持續(xù)優(yōu)化，并不斷優(yōu)化物質(zhì)世界的運(yùn)行。

（一）制造范式的遷移：從實(shí)體制造到虛擬制造，以快速迭代、持續(xù)優(yōu)化、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)重建制造效率、成本、質(zhì)量管控新體系

新概念泛濫反映了制造范式的遷移。新技術(shù)帶給人們的最大困惑之一是各種層出不窮的新概念。從網(wǎng)絡(luò)制造、協(xié)同制造、柔性制造、虛擬制造、云制造到服務(wù)型制造，從MRP、ERP、MES、MOM、PLM到SysLM，從工業(yè)4.0、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)到第三次工業(yè)革命，從規(guī)模經(jīng)濟(jì)、大規(guī)模生產(chǎn)、C2B到產(chǎn)費(fèi)者（prosumer）。這些令人眼花繚亂的新概念的涌現(xiàn)往往意味著傳統(tǒng)概念體系已經(jīng)難以描述新事物發(fā)展特征和規(guī)律，意味著新事物對(duì)傳統(tǒng)既有概念體系的挑戰(zhàn)，意味著傳統(tǒng)范式的遷移和新范式的出現(xiàn)。

1 虛擬制造：軟件定義的新空間

ICT對(duì)人類社會(huì)帶來的重大變革是創(chuàng)造一個(gè)新世界：賽博空間（Cyberspace）。制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的過程，是在賽博空間（Cyberspace）重建制造流程，并基于此不斷提升制造效率的過程。2010年美國(guó)國(guó)防預(yù)研局（DARPA）發(fā)起的自適應(yīng)運(yùn)載器制造（AVM）計(jì)劃，提出“重新發(fā)明（Reinvent）制造”，目標(biāo)是通過徹底變革和重塑裝備制造業(yè)，將武器裝備研制周期縮短到現(xiàn)在的五分之一。AVM的核心思想，就是顛覆“設(shè)計(jì)——制造——測(cè)試——再設(shè)計(jì)”的流程，通過實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、仿真、試驗(yàn)、工藝、制造等活動(dòng)全部在數(shù)字空間完成，重建制造新體系。虛擬制造將重新定義制造方式。

軟件支撐和定義的虛擬設(shè)計(jì)。

回顧過去40多年工業(yè)軟件的發(fā)展歷程可以看出，研發(fā)設(shè)計(jì)、虛擬仿真、試驗(yàn)驗(yàn)證、產(chǎn)品全生命周期管理等軟件的發(fā)展，就是把支撐需求分析、概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、虛擬仿真、驗(yàn)證測(cè)試和的信息系統(tǒng)融入賽博空間并實(shí)現(xiàn)集成融合，最終實(shí)現(xiàn)基于賽博空間的協(xié)同研發(fā)，今天來看這一進(jìn)程才剛剛開始。

CAD、CAE、PLM等軟件技術(shù)的發(fā)展實(shí)現(xiàn)了基于模型的產(chǎn)品定義（MBD），這一模型正成為產(chǎn)品制造過程中賽博空間信息流轉(zhuǎn)的載體，數(shù)字樣機(jī)從傳統(tǒng)的幾何樣機(jī)向性能樣機(jī)、制造樣機(jī)和維護(hù)樣機(jī)拓展，并將進(jìn)一步進(jìn)化為與實(shí)體產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品數(shù)字孿生體（Digital Twin）。波音787、空客380的設(shè)計(jì)制造過程生動(dòng)地闡釋了這一生產(chǎn)方式。

軟件支撐和定義的虛擬制造。

在產(chǎn)品數(shù)字孿生體的基礎(chǔ)上，企業(yè)的工藝路線、生產(chǎn)布局、生產(chǎn)設(shè)備、制造流程和運(yùn)營(yíng)服務(wù)等都可以一一映射到虛擬生產(chǎn)環(huán)境中，基于三維設(shè)計(jì)和仿真工具，在賽博空間構(gòu)建起虛擬產(chǎn)線、虛擬車間和虛擬工廠。

伴隨工廠生產(chǎn)設(shè)備數(shù)字孿生體、生產(chǎn)工藝數(shù)字孿生體的推廣普及，無論在離散行業(yè)或流程行業(yè)，都將實(shí)現(xiàn)實(shí)物生產(chǎn)過程與虛擬生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)映射。例如，制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）與三維數(shù)字模型相結(jié)合的典型實(shí)踐為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)過程虛擬化提供了最初的探索，將為企業(yè)生產(chǎn)進(jìn)入虛擬世界、開啟虛擬制造模式提供可行選擇。

2 軟件與制造范式的遷移

工業(yè)革命300年來，技術(shù)變革是永恒的主題，而不變的主題是對(duì)制造效率、成本、質(zhì)量永恒的追求。如果說制造范式是一定時(shí)期，在特定技術(shù)條件下對(duì)制造業(yè)價(jià)值觀、方法論、發(fā)展模式和運(yùn)行規(guī)律的認(rèn)識(shí)框架，那么這一認(rèn)識(shí)框架變革的原因之一是，軟件通過創(chuàng)造一個(gè)與實(shí)物制造相對(duì)應(yīng)的虛擬制造空間，實(shí)現(xiàn)了研發(fā)設(shè)計(jì)、仿真、試驗(yàn)、制造、服務(wù)在虛擬空間的仿真測(cè)試和生產(chǎn)，形成人類認(rèn)識(shí)和改造世界新方法。這一新方法推動(dòng)了制造范式的遷移，通過構(gòu)建制造業(yè)快速迭代、持續(xù)優(yōu)化、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的新方式，重建制造效率、成本和質(zhì)量管控新體系。

快速迭代。

人類認(rèn)識(shí)世界的傳統(tǒng)方法是觀察、實(shí)驗(yàn)、歸納、理論化，傳統(tǒng)工業(yè)時(shí)代愛迪生“試錯(cuò)法”是對(duì)這一方法論最好的闡釋。面對(duì)快速變化的市場(chǎng)和競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，傳統(tǒng)的“試錯(cuò)法”已難以滿足競(jìng)爭(zhēng)的需要，基于數(shù)字仿真的“模擬擇優(yōu)法”，依托基于模型的產(chǎn)品定義（MBD）、全數(shù)字化樣機(jī)、數(shù)字孿生體等一系列新技術(shù)、新理念，通過推動(dòng)產(chǎn)品研發(fā)、驗(yàn)證、制造、服務(wù)業(yè)務(wù)在賽博空間的快速迭代，實(shí)現(xiàn)研發(fā)生產(chǎn)效率的大幅提升。

“飛豹”通過采用全數(shù)字化樣機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)，利用多次模擬仿真代替了大量反復(fù)實(shí)驗(yàn)，大大減少了耗資巨大的模型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)周期縮短了一半，工程量減少80%左右。現(xiàn)在，數(shù)字化樣機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)正從單件小批量的軍工產(chǎn)品領(lǐng)域向多品種大批量的家電等產(chǎn)品領(lǐng)域延伸，快速靈活的設(shè)計(jì)方式幫助設(shè)計(jì)人員減少了設(shè)計(jì)失誤和大量的實(shí)物試驗(yàn)驗(yàn)證。

持續(xù)優(yōu)化。

智能制造的本質(zhì)是通過對(duì)制造要素和過程的實(shí)時(shí)感知、科學(xué)決策和精準(zhǔn)執(zhí)行，不斷優(yōu)化制造資源配置效率。這種優(yōu)化從單機(jī)設(shè)備、單一環(huán)節(jié)、單一場(chǎng)景、單一要素的局部小系統(tǒng)優(yōu)化不斷向大系統(tǒng)、巨系統(tǒng)優(yōu)化演進(jìn)，從部門內(nèi)優(yōu)化到企業(yè)級(jí)優(yōu)化，再到產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)化，乃至產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)化演進(jìn)。

智能制造發(fā)展的過程，將是研發(fā)設(shè)計(jì)、制造裝備、工藝流程、產(chǎn)品服務(wù)等制造資源和生產(chǎn)過程不斷數(shù)字化并在賽博空間建立虛擬鏡像的過程，是在賽博空間重建制造全要素、全流程的過程，是實(shí)體制造與虛擬制造實(shí)時(shí)交互的過程。賽博空間制造過程優(yōu)化的實(shí)時(shí)高效、零邊際成本、靈活構(gòu)架等特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，從根本上變革了資源配置方式和配置效率。軟件是物理世界虛擬化的重要手段，是構(gòu)建賽博空間的重要載體，是虛實(shí)空間資源調(diào)配的關(guān)鍵工具，對(duì)于生產(chǎn)方式持續(xù)優(yōu)化起到至關(guān)重要的作用。

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)。

企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的本質(zhì)是在不確定環(huán)境下為謀求自身生存與發(fā)展而展開的對(duì)資源爭(zhēng)奪的較量，競(jìng)爭(zhēng)的內(nèi)在動(dòng)力決定了企業(yè)需要適應(yīng)動(dòng)態(tài)變化的市場(chǎng)環(huán)境。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的本質(zhì)是企業(yè)通過支撐設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、采購(gòu)、銷售、經(jīng)營(yíng)及財(cái)務(wù)等部門的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)全過程、產(chǎn)品全生命周期、供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、分析和挖掘，確保企業(yè)所有部門以相同的數(shù)據(jù)協(xié)同工作，從而通過數(shù)據(jù)價(jià)值再造實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、業(yè)務(wù)、管理和決策等過程的優(yōu)化，提升企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)效率。

面對(duì)工業(yè)領(lǐng)域總量大、種類多、情況復(fù)雜的大數(shù)據(jù)，軟件作為虛擬空間中承載、管理、挖掘數(shù)據(jù)的核心載體，將從原來的以流程為中心向以數(shù)據(jù)為中心轉(zhuǎn)變，形成數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型企業(yè)。

3 虛擬制造的三個(gè)階段

虛擬制造的應(yīng)用，將會(huì)經(jīng)歷從碎片化到一體化、從局部到全局、從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)的過程，逐漸涵蓋研發(fā)設(shè)計(jì)、制造過程、服務(wù)運(yùn)營(yíng)的全流程。虛擬制造大致分為三個(gè)階段：

局部虛擬制造階段。

虛擬設(shè)計(jì)、虛擬產(chǎn)品、虛擬工廠、虛擬工藝等伴隨著設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理軟件及工具的出現(xiàn)而興起，當(dāng)前仍處于碎片化、局部虛擬制造階段。軟件和信息系統(tǒng)散落在工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，在虛擬空間尚沒有形成一個(gè)系統(tǒng)的整體，單機(jī)設(shè)備、單項(xiàng)環(huán)節(jié)、單一場(chǎng)景的虛擬化應(yīng)用帶來的是局部環(huán)節(jié)效率的提升，不同環(huán)節(jié)之間的整合尚需要人為活動(dòng)的介入和物理過程的實(shí)現(xiàn)。

波音公司自1986年開始采用三維數(shù)字化技術(shù)以來，分別在737三維生產(chǎn)過程、747三維概念設(shè)計(jì)、757數(shù)字化預(yù)裝配、767三維數(shù)字樣機(jī)及制造、777全三維數(shù)字化樣機(jī)等新產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)中逐步提高虛擬設(shè)計(jì)和虛擬制造應(yīng)用的廣度和深度。作為世界領(lǐng)軍制造商的波音在過去的30多年逐步實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)、制造等環(huán)節(jié)的虛擬制造。

靜態(tài)虛擬制造階段。

隨著虛擬化進(jìn)程的不斷深入，制造業(yè)產(chǎn)品、裝備、工藝及制造過程各環(huán)節(jié)在賽博空間構(gòu)建起數(shù)字孿生體、實(shí)現(xiàn)虛擬映射，在虛擬環(huán)境下構(gòu)建起與現(xiàn)實(shí)世界制造全流程對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)體系，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)互聯(lián)互通、流程銜接有序和資源高效配置，虛擬世界可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物理世界運(yùn)行規(guī)律的模擬、仿真并持續(xù)優(yōu)化。但這種優(yōu)化發(fā)生在建立物理制造過程運(yùn)行一個(gè)周期之后。

通常情況下，離散工業(yè)以周、天為周期，流程工業(yè)以批次為周期。企業(yè)將運(yùn)轉(zhuǎn)的過程和結(jié)果輸入到虛擬空間進(jìn)行模擬優(yōu)化，可以對(duì)下一周期的工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行有效指導(dǎo)。西門子等公司的工廠經(jīng)過多年技術(shù)改造，部分工廠實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)到物流配送全過程的數(shù)字化映射，能夠通過對(duì)虛擬空間的歷史數(shù)據(jù)分析，不斷優(yōu)化下一個(gè)生產(chǎn)周期資源配置。

動(dòng)態(tài)虛擬制造階段。

在靜態(tài)虛擬制造的基礎(chǔ)上，人員、機(jī)器、物料、工藝、環(huán)境、產(chǎn)品等各種要素在虛實(shí)空間進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)完整、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)對(duì)應(yīng)，現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)運(yùn)行狀況都能夠?qū)崟r(shí)反映到虛擬空間，虛擬空間優(yōu)化后的決策能夠?qū)崟r(shí)地反映到現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)活動(dòng)中。虛擬與現(xiàn)實(shí)已不是存在簡(jiǎn)單映射關(guān)系的“孿生體”，而是相互聯(lián)接、相互傳控、相互作用的統(tǒng)一體。

物理世界任何變化都會(huì)體現(xiàn)在虛擬世界，虛擬世界任何調(diào)整都會(huì)反饋到物理世界，因此，將會(huì)形成虛實(shí)結(jié)合、動(dòng)態(tài)交互、高度智能的生產(chǎn)制造方式。這將是虛擬制造的最高級(jí)階段，也將是一個(gè)需要長(zhǎng)期努力才能實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)場(chǎng)景，其實(shí)現(xiàn)過程將會(huì)是長(zhǎng)期、復(fù)雜并富有挑戰(zhàn)的。

（二）制造模式的變革：從規(guī)模生產(chǎn)到定制生產(chǎn)，以數(shù)據(jù)的自動(dòng)流動(dòng)解決復(fù)雜制造系統(tǒng)的不確定性、多樣性和復(fù)雜性

在當(dāng)前全球產(chǎn)能過剩的大環(huán)境下，企業(yè)面對(duì)的產(chǎn)品和服務(wù)需求越來越差異化、多元化、快變化，這大幅增加了研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、產(chǎn)品服務(wù)等過程的不確定性、多樣性和復(fù)雜性，規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化、預(yù)制化的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式已無法滿足日益增長(zhǎng)的定制化需求。智能制造關(guān)鍵在于承載著信息和知識(shí)的數(shù)據(jù)能夠沿著產(chǎn)品價(jià)值方向自由流動(dòng)，從而解決制造系統(tǒng)的不確定性、多樣性和復(fù)雜性等問題。數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)的背后需要制造全過程的隱性數(shù)據(jù)顯性化、隱性知識(shí)顯示化。

1 隱性數(shù)據(jù)的顯性化——數(shù)據(jù)的完整性、及時(shí)性和準(zhǔn)確性

智能制造與傳統(tǒng)制造的本質(zhì)區(qū)別在于，在生產(chǎn)制造過程中人員、機(jī)器、產(chǎn)品之間信息交流的載體、方式、效率不同。智能制造的基礎(chǔ)是數(shù)字化，傳感器、智能裝備和終端、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)軟件的大量使用促進(jìn)了生產(chǎn)制造全過程的數(shù)字化，數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)、分析和挖掘的手段相比傳統(tǒng)制造更加豐富，大量蘊(yùn)含在生產(chǎn)制造過程中的隱性數(shù)據(jù)不斷被采集、匯聚、加工，形成新的知識(shí)、決策，不斷優(yōu)化制造資源的配置效率，數(shù)據(jù)的自動(dòng)有序流動(dòng)實(shí)現(xiàn)了物資流、資金流的高效利用。

當(dāng)感知無所不在，連接無所不在，數(shù)據(jù)一定無所不在。在信息化的背景下，數(shù)據(jù)正成為一種新的資產(chǎn)，新的資源和新的生產(chǎn)管理要素，數(shù)據(jù)的及時(shí)性、完整性和準(zhǔn)確性，數(shù)據(jù)開發(fā)利用的深度和廣度，數(shù)據(jù)流、物流和資金流的協(xié)同水平和集成能力，數(shù)據(jù)流動(dòng)的自動(dòng)化水平，決定了企業(yè)未來核心競(jìng)爭(zhēng)力的來源。

紅領(lǐng)集團(tuán)能夠做到個(gè)性化定制服裝的根本在于紅領(lǐng)內(nèi)部建立了一個(gè)數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)的生產(chǎn)體系，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、自動(dòng)傳輸、自動(dòng)處理、自動(dòng)執(zhí)行，把正確的數(shù)據(jù)在正確的時(shí)間發(fā)送給正確的人和機(jī)器，解決了生產(chǎn)定制化過程中的不確定性、多樣性和復(fù)雜性。

2 隱性知識(shí)的顯性化——工業(yè)知識(shí)的軟件化

工業(yè)發(fā)展的過程是知識(shí)轉(zhuǎn)化和積累的過程，越來越多的知識(shí)融入到各種載體，與專利、工藝、創(chuàng)新能力以及企業(yè)的know-how等一起成為工業(yè)知識(shí)的具體表現(xiàn)形式。智能制造推進(jìn)過程中，流程和系統(tǒng)軟件是工業(yè)知識(shí)顯性化的重要載體，工業(yè)知識(shí)軟件化的過程也是隱性知識(shí)顯性化的過程。工業(yè)知識(shí)的軟件化，是對(duì)工業(yè)研發(fā)技術(shù)、生產(chǎn)工藝、業(yè)務(wù)流程、員工技能、管理理念等知識(shí)的邏輯化、數(shù)字化和模型化，使得大量隱性工業(yè)知識(shí)被固化在各類軟件和信息系統(tǒng)中。

工業(yè)知識(shí)的軟件化，一方面，通過軟件完成大量原本需要人參與的重復(fù)性工作，將人解放出來去做更高級(jí)、更具創(chuàng)造性的工作；另一方面，通過對(duì)記錄在軟件和信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘，利用機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)獲得新的知識(shí)。高質(zhì)量的工業(yè)軟件是一個(gè)優(yōu)秀制造企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的集中體現(xiàn)，波音、GE等企業(yè)擁有大量不為行業(yè)其他企業(yè)所掌握的工業(yè)軟件。波音在787研制過程使用了8000多種軟件，其中有7000款是非商業(yè)化專業(yè)軟件，這是波音多年工程技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和方法的載體。

3 軟件——構(gòu)筑數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)的規(guī)則體系

美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）曾經(jīng)提出，智能制造就是要解決差異性更大的定制化服務(wù)、更小的生產(chǎn)批量和不可預(yù)知的供應(yīng)鏈變更。智能制造的一個(gè)重要任務(wù)就是應(yīng)對(duì)制造復(fù)雜系統(tǒng)的不確定性，這種復(fù)雜性既來自于產(chǎn)品的復(fù)雜性，也來自于定制化生產(chǎn)等新生產(chǎn)方式所帶來的制造成本、質(zhì)量和效率的挑戰(zhàn)。從這個(gè)意義上講，制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的過程，就是要促使承載信息和知識(shí)的數(shù)據(jù)在產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)執(zhí)行、市場(chǎng)營(yíng)銷、售后服務(wù)等環(huán)節(jié)有序自由流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全過程、產(chǎn)品全生命周期、全產(chǎn)業(yè)鏈的高效運(yùn)轉(zhuǎn)和價(jià)值再造。實(shí)際上，是數(shù)據(jù)流動(dòng)的自動(dòng)化解決了制造系統(tǒng)的不確定性、多樣性和復(fù)雜性等問題。

實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)流動(dòng)必須在虛擬空間構(gòu)建一個(gè)數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)的規(guī)則體系，這套體系的核心是軟件。軟件是算法的代碼化，算法是對(duì)現(xiàn)實(shí)問題解決方案的系統(tǒng)描述，是人類認(rèn)識(shí)世界運(yùn)行規(guī)律的思想結(jié)晶。仿真模型的核心是一套算法，排產(chǎn)計(jì)劃的核心是一套算法，搜尋引擎也是一套算法。賽博物理系統(tǒng)（CPS）是軟件（算法）的集成，是虛擬空間與物理空間交互的實(shí)現(xiàn)載體，其本質(zhì)是要打造“物理感知-虛擬控制-虛擬驅(qū)動(dòng)-物理執(zhí)行”的數(shù)據(jù)閉環(huán)，構(gòu)筑數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)的規(guī)則體系，應(yīng)對(duì)制造系統(tǒng)的不確定性，實(shí)現(xiàn)制造資源的高效配置。更具體來講，制造過程數(shù)據(jù)的自動(dòng)流動(dòng)，是指在給定的時(shí)間、目標(biāo)背景下，實(shí)現(xiàn)企業(yè)制造資源最優(yōu)化配置的數(shù)據(jù)“自動(dòng)”流動(dòng)。數(shù)據(jù)在流動(dòng)中產(chǎn)生知識(shí)、知識(shí)成為信息、信息成為決策、決策優(yōu)化資源配置。

（三）制造系統(tǒng)的重建：從封閉體系走向開放體系，以網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同實(shí)現(xiàn)制造資源局部?jī)?yōu)化向全局優(yōu)化的演進(jìn)

制造業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，帶來了制造過程感知無所不在、連接無所不在、數(shù)據(jù)無所不在，各種制造資源逐步形成一個(gè)相互作用的復(fù)雜系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，制造業(yè)正在構(gòu)造成一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)。制造系統(tǒng)的演進(jìn)將經(jīng)歷從單個(gè)系統(tǒng)、局部系統(tǒng)向全局系統(tǒng)拓展，從企業(yè)內(nèi)部、產(chǎn)業(yè)鏈延伸到全社會(huì)，不斷突破地域、組織、機(jī)制的界限，實(shí)現(xiàn)對(duì)人才、技術(shù)、資金等資源和要素的高效整合，從而帶動(dòng)產(chǎn)品、模式和業(yè)態(tài)創(chuàng)新。制造系統(tǒng)演進(jìn)的過程，是網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同生產(chǎn)不斷深化的過程，是從封閉系統(tǒng)不斷走向開放的過程，其將經(jīng)歷三個(gè)階段：

1 從部門級(jí)協(xié)同到企業(yè)級(jí)協(xié)同

傳統(tǒng)組織的邊界是資源管理、優(yōu)化的邊界，制造資源的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化為打破部門邊界，重建企業(yè)內(nèi)部資源管理邊界和優(yōu)化管理模式創(chuàng)造了條件。在研發(fā)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，研發(fā)設(shè)計(jì)工具及管理平臺(tái)的普及，有效整合企業(yè)內(nèi)部研發(fā)設(shè)計(jì)資源，也在加速重構(gòu)企業(yè)傳統(tǒng)的研發(fā)模式、重建企業(yè)創(chuàng)新業(yè)務(wù)的邊界。

當(dāng)前，許多企業(yè)研發(fā)的定位正在從基于產(chǎn)品功能和性能的研發(fā)，向物料可采購(gòu)性、客戶需求實(shí)時(shí)響應(yīng)性、產(chǎn)品可維護(hù)性、產(chǎn)品可盈利性轉(zhuǎn)變；研發(fā)參與主體從單純的研發(fā)部門向制造、采購(gòu)、營(yíng)銷等其他部門拓展，突破了原有研發(fā)部門的邊界；研發(fā)創(chuàng)新的流程從串行向并行轉(zhuǎn)變，大大縮短了研發(fā)周期、提高了研發(fā)效率。華為借助協(xié)同研發(fā)平臺(tái)構(gòu)建的集成研發(fā)流程（IPD），解決了早期研發(fā)產(chǎn)品和規(guī)劃的匹配度低、客戶滿意度低、產(chǎn)品方向決策失誤頻繁、版本混亂、開發(fā)效率低等諸多問題，實(shí)現(xiàn)了由技術(shù)驅(qū)動(dòng)向客戶需求驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)變。

2 從企業(yè)級(jí)協(xié)同到產(chǎn)業(yè)鏈級(jí)協(xié)同

所有的企業(yè)都是產(chǎn)業(yè)鏈上的一環(huán)，如何構(gòu)建一個(gè)面向產(chǎn)業(yè)鏈目標(biāo)一致、信息共享、資源與業(yè)務(wù)高效協(xié)同的跨企業(yè)生產(chǎn)體系，是許多企業(yè)面臨的共同挑戰(zhàn)。伴隨著信息技術(shù)應(yīng)用不斷深化，傳統(tǒng)制造企業(yè)與產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)的業(yè)務(wù)協(xié)同不斷地被在線化、網(wǎng)絡(luò)化，企業(yè)級(jí)的業(yè)務(wù)協(xié)同正在向產(chǎn)業(yè)鏈級(jí)的業(yè)務(wù)協(xié)同演進(jìn)，企業(yè)內(nèi)部的協(xié)同研發(fā)創(chuàng)新平臺(tái)、供應(yīng)鏈管理平臺(tái)等不斷向產(chǎn)業(yè)鏈上下游拓展，實(shí)現(xiàn)跨企業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的互聯(lián)、互通、互操作，不斷提升面向最終客戶的產(chǎn)品和服務(wù)的質(zhì)量和效率。

無論是美國(guó)波音研制787、洛克希德·馬丁研制聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)(JSF)，還是中國(guó)商飛研制C919,都構(gòu)建了面向供應(yīng)商的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同研發(fā)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了多國(guó)、多地、多家研發(fā)人員的協(xié)同，其本質(zhì)是企業(yè)信息系統(tǒng)集成邊界的拓展，是企業(yè)資源優(yōu)化的邊界從內(nèi)部走向全產(chǎn)業(yè)鏈、從封閉走向開放。

3 從產(chǎn)業(yè)鏈級(jí)協(xié)同到構(gòu)筑產(chǎn)業(yè)生態(tài)

制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化步伐加快，不僅僅推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈合作從線下走到線上，而且不斷催生出新的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造的新業(yè)態(tài)、新模式，從產(chǎn)業(yè)鏈級(jí)的協(xié)同向構(gòu)筑產(chǎn)業(yè)生態(tài)演進(jìn)。航天云網(wǎng)平臺(tái)、GE的Predix平臺(tái)、西門子的MindSphere云平臺(tái)體現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)生態(tài)的發(fā)展方向。

這種面向智能制造的產(chǎn)業(yè)生態(tài)正在不斷催生出網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造的新模式，它與傳統(tǒng)的協(xié)同制造的不同表現(xiàn)在三個(gè)方面：一是企業(yè)間合作模式從傳統(tǒng)的確定性的長(zhǎng)期固定合作向不確定性隨機(jī)合作演進(jìn)；二是網(wǎng)絡(luò)協(xié)同平臺(tái)的功能從傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)協(xié)作平臺(tái)向產(chǎn)品、要素、能力的交易平臺(tái)演進(jìn)；三是網(wǎng)絡(luò)協(xié)同平臺(tái)從傳統(tǒng)研發(fā)、供應(yīng)鏈協(xié)同向制造、產(chǎn)品全生命管理等業(yè)務(wù)協(xié)同演變，從線性協(xié)作走向網(wǎng)絡(luò)協(xié)作。這將意味著網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造2.0時(shí)代的到來。

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