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

數(shù)據(jù)流動圖14-1

設計數(shù)據(jù)與工藝設計

僅僅依據(jù)確定的、靜態(tài)的數(shù)據(jù)及其單向的流動而產(chǎn)生的“設計有序”不能帶來“運行有序”。2.

數(shù)據(jù)驅(qū)動不妨把這種不同于確定的、靜態(tài)的數(shù)據(jù)流動，而是通過不確定的、動態(tài)的數(shù)據(jù)融合與關聯(lián)分析的方法視為數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法?？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)動和數(shù)據(jù)流動。3.完整性與不完整性信息數(shù)據(jù)驅(qū)動與數(shù)據(jù)流動的區(qū)別有時候在于是否能利用不完整信息。缺乏數(shù)據(jù)融合和關聯(lián)分析的數(shù)據(jù)流動模式面對不完整信息可能束手無策。而具有數(shù)據(jù)融合和關聯(lián)分析的智能方法卻有可能通過不完整數(shù)據(jù)去驅(qū)動某一活動或進程。4.預期的和非預期的結(jié)果從效果層面看，數(shù)據(jù)流動的模式中，其產(chǎn)生的結(jié)果往往是既定的工作；而數(shù)據(jù)驅(qū)動的模式中因為數(shù)據(jù)的融合而產(chǎn)生的結(jié)果往往是新的、非預期的，如前面所述對不完整信息進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)動的模式則不然，某些看似和企業(yè)沒什么關聯(lián)的數(shù)據(jù)在某種特殊情況下有可能產(chǎn)生利用價值。數(shù)據(jù)流動數(shù)據(jù)驅(qū)動靜態(tài)動態(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復合流動輸入數(shù)據(jù)有序輸入數(shù)據(jù)有序+無序設計有序運行（結(jié)果）有序滿足既有活動需要可能驅(qū)動新的活動常規(guī)數(shù)據(jù)也含非常規(guī)數(shù)據(jù)表14-1

數(shù)據(jù)驅(qū)動與數(shù)據(jù)流動的區(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)動模式中含數(shù)據(jù)流動的成分嗎？若把數(shù)據(jù)流動模式中的數(shù)據(jù)視為線性流動的，那么數(shù)據(jù)驅(qū)動模式中的數(shù)據(jù)流動是什么？為什么設計有序的數(shù)據(jù)流動未必帶來系統(tǒng)運行的有序，而無序的數(shù)據(jù)融合反而使系統(tǒng)運行更有序？數(shù)據(jù)驅(qū)動模式需要哪些支撐技術？何種情況下需要關注不完整信息以及非常規(guī)數(shù)據(jù)？14.2數(shù)據(jù)驅(qū)動產(chǎn)品創(chuàng)新1.數(shù)字技術在產(chǎn)品上的直接應用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、客戶、供應商、競爭者或其他行業(yè)帶來什么新價值?

2）產(chǎn)品數(shù)字化（digitizingassets）問題：企業(yè)有哪些已經(jīng)完全或基本實現(xiàn)數(shù)字化的產(chǎn)品?怎么應用產(chǎn)品的數(shù)字化特性提高價值?哪些產(chǎn)品可以全部或部分實現(xiàn)數(shù)字化?2.數(shù)字孿生驅(qū)動產(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，運行路線；（2）從物理部件接收到的觀測事件，例如視覺傳感器數(shù)據(jù)，來自發(fā)動機的傳感器數(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，停車場數(shù)據(jù)；（4）衍生數(shù)據(jù)——由數(shù)字孿生內(nèi)的邏輯計算的數(shù)據(jù)；（5）指向鏈接數(shù)據(jù)的指針——如有關事物環(huán)境或與事物間接相關的對象的數(shù)據(jù)。3.客戶數(shù)據(jù)驅(qū)動產(chǎn)品創(chuàng)新圖14-3

客戶數(shù)據(jù)驅(qū)動天鉑空調(diào)創(chuàng)新設計

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)關聯(lián)驅(qū)動產(chǎn)品創(chuàng)新對產(chǎn)品本身的某些數(shù)據(jù)進行關聯(lián)，可能導致新的產(chǎn)品功能。圖14-5數(shù)據(jù)湖解決方案驅(qū)動產(chǎn)品創(chuàng)新

問題：數(shù)據(jù)如何驅(qū)動創(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)融合及關聯(lián)分析需要什么手段？節(jié)點及關聯(lián)產(chǎn)品創(chuàng)新設計：數(shù)據(jù)驅(qū)動，驅(qū)動形式，數(shù)據(jù)融合，PSS。數(shù)據(jù)關聯(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)動過程1.

數(shù)據(jù)驅(qū)動協(xié)同設計過程協(xié)同設計是當下企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)之技術進步的一個重要方向，也是數(shù)字時代設計技術發(fā)展的必然趨勢。它是把計算機支持的協(xié)同工作與先進制造技術相結(jié)合，對產(chǎn)品設計過程進行有效支持。圖14-6Teambition的“圈點”改稿2.

定制數(shù)據(jù)驅(qū)動設計和生產(chǎn)過程舉例：紅領集團（現(xiàn)酷特集團）。3.

數(shù)據(jù)驅(qū)動工藝過程舉例：英特爾公司。4.

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

數(shù)據(jù)驅(qū)動的服務舉例：西門子成都工廠。圖14-7PTC的智能服務（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)動服務過程嗎？可以驅(qū)動哪些過程？節(jié)點及關聯(lián)數(shù)據(jù)驅(qū)動過程：協(xié)同設計，工藝過程，流程制造過程，服務過程，定制生產(chǎn)過程……技術關聯(lián)：傳感，動態(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)動工作流和新的業(yè)務活動1.

數(shù)據(jù)驅(qū)動工作流工作流（Workflow）屬于計算機支持的協(xié)同工作（CSCW）的一部分，工作流管理是研究一個群體如何在計算機的幫助下實現(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執(zhí)行的經(jīng)營過程，根據(jù)一系列過程規(guī)則，文檔、信息或任務能夠在不同的執(zhí)行者之間傳遞、執(zhí)行。IBMAlmadenResearchCenter的定義：工作流是經(jīng)營過程中的一種計算機化的表示模型，定義了完成整個過程所需用的各種參數(shù)。包括對過程中每一個單獨步驟的定義，步驟間的執(zhí)行順序、條件以及數(shù)據(jù)流的建立，每一步驟由誰負責以及每個活動所需要的應用程序。2.數(shù)據(jù)驅(qū)動新的事務活動企業(yè)中常常會出現(xiàn)一些新的問題，常規(guī)的數(shù)據(jù)流動很難解決新的問題或困難。圖14-8數(shù)據(jù)驅(qū)動的新業(yè)務活動之運行機理

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

數(shù)據(jù)驅(qū)動企業(yè)戰(zhàn)略1.

數(shù)據(jù)驅(qū)動戰(zhàn)略發(fā)展戰(zhàn)略涉及企業(yè)發(fā)展方向。當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、市場戰(zhàn)略、產(chǎn)品戰(zhàn)略等。2.

讓數(shù)據(jù)驅(qū)動成為企業(yè)戰(zhàn)略無論新老企業(yè)，這種數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法已不僅僅是一種追求，而是正在迅速發(fā)展為一項戰(zhàn)略要務，關乎企業(yè)客戶留存、增加收入和保持競爭優(yōu)勢的能力。3.

發(fā)現(xiàn)具有戰(zhàn)略意義的項目對于一個企業(yè)而言，其業(yè)務可能成千上萬，要善于發(fā)現(xiàn)具有戰(zhàn)略意義的項目。某一看似常規(guī)的項目在特別時期可能具有不一般的示范作用，或者在特別時期要善于發(fā)現(xiàn)具有潛在戰(zhàn)略意義的項目。欲做到這一點，就需要對數(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)動企業(yè)運營模式改變1.

通過對數(shù)據(jù)的投入驅(qū)動運營模式改善舉例：快的。2.

數(shù)據(jù)融合方式驅(qū)動運營方式改變1）跨行業(yè)數(shù)據(jù)的整合biningdatawithinandacrossindustries)大數(shù)據(jù)科學和新的IT標準提高了數(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)造出新的價值?能否扮演一個“催化劑”的角色，把別人的數(shù)據(jù)整合在一起創(chuàng)造新價值?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)時代一個典型的業(yè)態(tài)。舉例：沃達豐(Vodafone)。3.

孿生數(shù)據(jù)驅(qū)動創(chuàng)新業(yè)務模式舉例：普利司通。4.

數(shù)據(jù)驅(qū)動制造模式舉例：紅領模式。圖14-9

數(shù)據(jù)驅(qū)動的智慧工廠（來源：酷特）問題：數(shù)據(jù)驅(qū)動本身就是一種戰(zhàn)略嗎？通過數(shù)據(jù)驅(qū)動如何發(fā)現(xiàn)有戰(zhàn)略意義項目？商業(yè)智能如何助力戰(zhàn)略決策？孿生數(shù)據(jù)何以驅(qū)動制造模式？驅(qū)動定制化生產(chǎn)的數(shù)據(jù)來自何方？節(jié)點及關聯(lián)數(shù)據(jù)驅(qū)動運營模式改變：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)動的企業(yè)需要新組織架構圖14-10

新組織架構

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？誰該對數(shù)字技術的應用負責？CDO負責什么？對誰負責？酷特的無邊界組織有什么特點？“五去”的前提條件是什么？節(jié)點及關聯(lián)組織重構：業(yè)務數(shù)據(jù)化、數(shù)據(jù)業(yè)務化、統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理、首席數(shù)據(jù)官（CDO）、數(shù)據(jù)驅(qū)動。新興數(shù)據(jù)部門：研發(fā)-運營，客戶成就管理、無邊界組織、細胞單元、網(wǎng)格組織。14.7勿為迷幻的數(shù)據(jù)所驅(qū)動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)動作用發(fā)揮的前提是要有符合質(zhì)量的數(shù)據(jù)。錯誤的、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核心問題：（1）有什么數(shù)據(jù)？（2）數(shù)據(jù)由誰負責？（3）對數(shù)據(jù)有何要求？（4）如何保證數(shù)據(jù)達到要求？節(jié)點及關聯(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)倉庫。2.

認知偏差在利用數(shù)據(jù)的時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：看不見的動機問題：需要怎樣的數(shù)據(jù)治理手段？需要組織重構嗎？在利用數(shù)據(jù)的時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)點及關聯(lián)數(shù)據(jù)驅(qū)動：產(chǎn)品創(chuàng)新，過程，事務活動，戰(zhàn)略，運營模式，新組織架構，數(shù)據(jù)治理。數(shù)據(jù)陷阱：大數(shù)據(jù)自大，算法演化，看不見的動機。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“愛國者”導彈阿波羅8號飛船成功案例：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今的地位。隨著數(shù)字-智能技術的快速發(fā)展，軟件似乎在“定義”世界，當然也“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鍵作用是人力或傳統(tǒng)自動化不可企及的，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、知識、才智以及由數(shù)據(jù)驅(qū)動的人工智能等。軟件定義制造——反映了制造中的一種趨勢，一種期盼，一種境界。問題：軟件定義這一術語的起源是什么？軟件定義網(wǎng)絡的實質(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

軟件推動汽車行業(yè)關鍵創(chuàng)新

2.軟件定義產(chǎn)品的功能技術在發(fā)展，人們對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)對自動駕駛乃至無人駕駛的探索即是如此。自動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)動機燃油噴射控制

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)面向應用，以ICT技術為基礎，強調(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)對功能、成本、體積和功耗等要求。其特點：（1）規(guī)模較?。唬?）開發(fā)難度大；（3）高實時性和可靠性要求；（4）軟件固化存儲。5.軟件定義智能互聯(lián)產(chǎn)品數(shù)字-智能時代產(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、控制、優(yōu)化、自動。實現(xiàn)上述基本功能，軟件起到關鍵作用。這些基本功能又決定了產(chǎn)品的應用功能與性能，換言之，產(chǎn)品的應用功能與性能為軟件所定義。節(jié)點及關聯(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，控制，優(yōu)化，自動產(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

智能機床示意圖

圖15-6

表征工藝參數(shù)-主軸功率響應的BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型

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)是伴隨計算機技術用于工業(yè)控制開始的,經(jīng)歷了用二進制編碼、匯編語言、高級語言編程,進而發(fā)展到組態(tài)軟件,以致今天的用AutoCAD直接采用標準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：（1）集順控、模擬量調(diào)節(jié)、計算功能為一體;（2）全面采用AutoCAD編程技術;（3）工控軟件與工廠信息化有機結(jié)合;（4）工控軟件的通用化。圖15-10典型的SCADA系統(tǒng)結(jié)構

圖15-11

為石油化工油庫的SCADA系統(tǒng)結(jié)構拓撲圖

3.軟件定義車間生產(chǎn)圖15-12

某開關廠智能工廠/車間信息流圖（來源：）圖15-13

某汽車廠生產(chǎn)計劃制定之流程（來源：EpiHust）圖15-14

以總裝上線計劃為核心的前拉后推計劃（來源：EpiHust）節(jié)點及關聯(lián)軟件定義加工：感知與連接，監(jiān)測，工藝參數(shù)優(yōu)化，自動補償，人工智能；神經(jīng)網(wǎng)絡，學習，優(yōu)化，仿真，智能數(shù)控。工控軟件：傳感，監(jiān)測，軟PLC，軟DCS，監(jiān)控組態(tài)軟件，SCADA，面向?qū)ο蟆＼浖x車間生產(chǎn)：多品種，中小批量，混流生產(chǎn)，計劃調(diào)度，物料精準配送，計劃調(diào)度，MES、智能物流、智能生產(chǎn)監(jiān)控、設備在線監(jiān)測與控制、ERP、大數(shù)據(jù)分析平臺、PLM……問題：軟件與數(shù)據(jù)驅(qū)動有什么關系？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)的難點是什么？無軟件時代的制造和現(xiàn)在的制造的主要區(qū)別是什么？15.5軟件定義市場1.

軟件和互聯(lián)網(wǎng)定義市場案例：亞馬遜網(wǎng)站和數(shù)據(jù)庫的建立要靠軟件；網(wǎng)絡界面的人性化、舒適的視覺效果靠軟件實現(xiàn)；方便的選取服務也靠軟件體現(xiàn)；……。這些作用“定義”了在市場中被接受的程度。2.軟件定義定制市場產(chǎn)品個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；紅領圖15-15

紅領產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)架構

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

軟件定義用戶體驗用戶體驗概念的內(nèi)涵之一是“以用戶為中心”,以用戶為中心的設計(UCD)是在設計過程中以用戶體驗為設計決策中心,強調(diào)用戶優(yōu)先的設計模式。用戶體驗的宗旨是滿足用戶需求并方便用戶使用，因此對用戶的研究和用戶需求的分析成為設計流程中的重要部分。情感化界面設計很重要。情感化界面設計的一個重要概念是視覺思維，作用如下：（1）視覺思維引導信息獲取。（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)點及關聯(lián)軟件定義市場：個性化定制，App，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，用戶體驗，用戶為中心，情感化界面設計，視覺思維。問題：App對市場的作用主要體現(xiàn)在哪兩個方面？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)對市場的影響有哪些？

15.6軟件定義企業(yè)能力在數(shù)字-智能時代，一個優(yōu)秀企業(yè)之能力主體應該是軟能力。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，即目標使能。（2）明確范疇。（3）明晰軟件工作內(nèi)容。（4）數(shù)據(jù)驅(qū)動。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)有什么關系？數(shù)據(jù)驅(qū)動與軟件有什么關系？API、App的作用是什么？企業(yè)應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)點上提升企業(yè)的能力？16.1

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

CPS和虛實融合工業(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)、計算putation)和控制（control)與實體系統(tǒng)在所有尺度內(nèi)的深度融合。CPS的狹義內(nèi)涵：實體系統(tǒng)里面的物理規(guī)律以信息的方式來表達；其廣義內(nèi)涵：對實體系統(tǒng)內(nèi)變化性、相關性和參考性規(guī)律的建模、預測、優(yōu)化和管理。只有在數(shù)字空間（賽博空間）才能真正反映實體的內(nèi)涵、特質(zhì)、動態(tài)等。1.

產(chǎn)品的數(shù)字孿生體促成數(shù)字孿生技術應用所需基礎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。2.仿真

圖16-1

整車氣動性能分析

3.虛擬現(xiàn)實等虛擬現(xiàn)實就是通過各種技術在計算機中創(chuàng)建一個虛擬世界，用戶可以沉浸其中。增強現(xiàn)實技術通過對攝影機影像的位置及角度精算，加以圖像分析技術，屏幕上的虛擬世界能夠與現(xiàn)實世界場景進行結(jié)合、互動。混合現(xiàn)實技術，能結(jié)合真實和虛擬世界，創(chuàng)造新的環(huán)境，能讓物理實體和數(shù)字對象共存，實時相互作用，從而將現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、增強虛擬和虛擬現(xiàn)實混合在一起。圖16-2GravitySketch示意圖

廣義的虛實融合即建立在CPS概念上。狹義的虛實融合是建立在虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、混合現(xiàn)實（VR、AR、MR）或曰泛現(xiàn)實或擴展現(xiàn)實（XR）之上的。當然，XR也是CPS理念的具體表象之一。節(jié)點及關聯(lián)CPS數(shù)字空間/賽博空間/虛擬空間:數(shù)字化技術，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)及場景1.

產(chǎn)品設計開發(fā)的虛擬空間在產(chǎn)品設計開發(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家裝設計示意圖

在產(chǎn)品的設計過程中，自然需要盡可能考慮產(chǎn)品運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

在自動化或智能化生產(chǎn)單元的設計開發(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.虛擬空間中對產(chǎn)品運行狀態(tài)的檢視很多情況下，產(chǎn)品在運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)品運行系統(tǒng)場景有些產(chǎn)品的運行與產(chǎn)品所處的系統(tǒng)及其環(huán)境有關。為了更好地優(yōu)化其運行，需要對系統(tǒng)運行場景有更清楚的了解。此情此景，僅在實體空間中是無濟于事的。案例：智慧風場問題：在產(chǎn)品設計過程中虛擬空間的主要作用是什么？產(chǎn)品運行狀態(tài)的檢視為何主要在虛擬空間？產(chǎn)品及系統(tǒng)運行的場景涉及哪些因素？上述問題中虛實融合體現(xiàn)在何處？16.3產(chǎn)品中的虛擬空間1.

產(chǎn)品遠程操控所關聯(lián)的虛擬空間有些產(chǎn)品需要遠程操控，盡管它需要面對的是實體空間，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)品附加功能因為數(shù)字-智能技術的應用，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技術正在快速走進工業(yè)界和我們的生活。案例：Icaros

開發(fā)的VR運動器械圖16-7

Icaros示意圖問題：數(shù)字孿生體對運行中的產(chǎn)品有何作用？產(chǎn)品的數(shù)字孿生體需要哪些基礎技術的支撐？帶有XR的產(chǎn)品中，XR的關鍵作用是什么？XR與數(shù)字孿生的關系是什么？節(jié)點及關聯(lián)產(chǎn)品的虛擬空間：CAD，CAE，工藝設計，數(shù)字供應鏈，產(chǎn)品運行優(yōu)化，產(chǎn)品運行維護。技術：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虛實空間的疊加和融合因為AR和MR技術的發(fā)展，人們有可能把虛擬空間和現(xiàn)實空間疊加或融合在一起。1.

三維注冊技術為了實現(xiàn)虛擬信息和真實環(huán)境無縫結(jié)合，將虛擬信息正確地定位在現(xiàn)實世界中至關重要，這個定位過程就是注冊（registration）。三維注冊技術在一定程度上決定了增強現(xiàn)實系統(tǒng)的性能優(yōu)劣。2.

標定技術在增強現(xiàn)實系統(tǒng)中，虛擬物體和真實場景中物體的對準必須十分精確，需提前對有關參數(shù)進行標定。3.

人機交互技術增強現(xiàn)實系統(tǒng)需要通過跟蹤定位設備獲取數(shù)據(jù)，以確定用戶對虛擬信息發(fā)出的行為指令，對其進行解釋，并給出相應反饋結(jié)果。圖16-8AR裝配指導

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)品的設計開發(fā)中，為了判斷所設計的零部件在運行時（包括特殊的運行條件下）的狀態(tài)，需要對過程進行仿真。圖16-10

輪轂彎曲、沖擊試驗仿真

圖16-11Autodesk的一些仿真產(chǎn)品

圖16-12

預測3D打印變形過程

圖16-13

產(chǎn)品全生命周期中的仿真應用3.

數(shù)字孿生體生成虛擬過程產(chǎn)品在運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。一個設備之完美的數(shù)字孿生體應該能夠生成基于實際物理過程數(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、維修等場合的VR、AR系統(tǒng)能夠指導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虛實融合的交匯點：人的體驗1.

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

專業(yè)體驗很多軟硬件產(chǎn)品的設計都強調(diào)應該統(tǒng)一考慮“人-機器-環(huán)境”系統(tǒng)總體性能的優(yōu)化，也就是說要使機器的設計符合人的生理、心理特點，有利于人安全、高效、舒適地工作。一個好的產(chǎn)品帶來的專業(yè)體驗不僅是環(huán)境舒適之類的感覺，更重要的是使之對專業(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供宇航員訓練的虛擬國際空間站

3.

塵世中的超現(xiàn)實體驗案例：谷歌的GoogleEarthVR；Overview1；谷歌的AccessMars4.

人感體驗人感體驗平臺趨勢顛覆了傳統(tǒng)的設計方法，它首先確定我們想要實現(xiàn)的人性化和情感體驗，而后決定使用何種情感和AI技術組合能夠達成這一效果。企業(yè)將面臨的一大挑戰(zhàn)是，如何針對不同的客戶群體、員工群體和其它利益相關者，確定能引起他們共鳴和引發(fā)他們情緒的具體響應或行為，并進一步開發(fā)情感技術，使其能夠識別和復制某一段體驗中的特質(zhì)。節(jié)點及關聯(lián)主要體驗類型：日常體驗，專業(yè)體驗，超現(xiàn)實體驗，人感體驗。關聯(lián)技術：數(shù)字化軟件，物聯(lián)網(wǎng)，大數(shù)據(jù)，AI，認知技術，數(shù)字孿生，虛擬代理，智能機器人（無人機），XR，人因工程學，人機工程學。問題：為何說在數(shù)字空間（賽博空間）才能真正反映實體的內(nèi)涵、特質(zhì)、動態(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是什么？產(chǎn)品及系統(tǒng)運行的場景涉及哪些因素？仿真軟件可用在哪些虛擬過程？為何說人的體驗是虛實空間融合的交匯點？對于專業(yè)應用的產(chǎn)品而言，關于體驗的最高境界是什么？“人的體驗”應該成為智能產(chǎn)品開發(fā)以及智能技術應用的基本出發(fā)點嗎？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)系的關鍵是數(shù)據(jù)分析17.6知識分工:也是一種整體聯(lián)系

17.1整體觀和系統(tǒng)觀1.

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

企業(yè)經(jīng)營管理之道2.

系統(tǒng)觀1）自動控制自動化科學與技術本質(zhì)上是數(shù)學模型驅(qū)動的。企業(yè)中稍微復雜一點的系統(tǒng)普遍存在不確定性、非結(jié)構化和非固定模式問題，基于數(shù)學模型的控制理論，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)動的人工智能技術取得了革命性進步。大數(shù)據(jù)、某著名企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計算為人工智能驅(qū)動的自動化開辟了新途徑。2.系統(tǒng)論系統(tǒng)工程的基礎學科主要有運籌學、控制論、信息理論、基礎數(shù)學和計算機科學。系統(tǒng)論與控制論、信息論，運籌學、系統(tǒng)工程、電子計算機和現(xiàn)代通訊技術等新興學科相互滲透、緊密結(jié)合的趨勢。技術的發(fā)展使人們不再按照單個機器，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)、人工智能等技術基礎之上的一般系統(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）各種不同的學科，包括自然科學和社會科學，有著走向綜合的普遍趨勢；（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域的科學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”貫穿于各個單個科學的共性的原理，可使我們更接近于科學大統(tǒng)一的目標；（5）這一理論能夠?qū)е缕惹行枰木C合科學教育。企業(yè)實際上也是一個開放系統(tǒng)，經(jīng)典的數(shù)學、物理、以及自動控制理論在企業(yè)的系統(tǒng)層面基本上無濟于事。17.2產(chǎn)品的整體觀1.

功能與結(jié)構設計時的整體觀設計產(chǎn)品時要從系統(tǒng)角度考慮問題，局部最優(yōu)不等于整體最優(yōu)，這是最簡單的道理。圖17-2

新衛(wèi)星概念的虛擬仿真平臺：系統(tǒng)設計和優(yōu)化

圖17-3MSC聯(lián)合仿真方案

2.

把產(chǎn)品放在應用環(huán)境的整體中考慮要考慮運行環(huán)境中的產(chǎn)品，就應該實時掌握產(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)品應用的更大體系內(nèi)考慮整體聯(lián)系時，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)實現(xiàn)多種產(chǎn)品的整體聯(lián)系當智能互聯(lián)技術飛速躍進，行業(yè)的進入壁壘反而會降低。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，運行成本越低，產(chǎn)品的競爭力也越強。節(jié)點及關聯(lián)產(chǎn)品關聯(lián)節(jié)點：功能，結(jié)構，產(chǎn)品應用環(huán)境，產(chǎn)品應用體系，大類產(chǎn)品，運行優(yōu)化，運行維護，個性化，標準化，全生命周期，行業(yè)邊界。技術關聯(lián)節(jié)點：仿真，傳感，大數(shù)據(jù)，物聯(lián)網(wǎng)，優(yōu)化，多學科物理融合，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？某一個產(chǎn)品環(huán)境或體系中產(chǎn)品整體聯(lián)系的關鍵是什么？關于產(chǎn)品開發(fā)，企業(yè)能力建設中應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)的設計中，工藝過程一定要考慮非常周全。因為仿真技術的應用，大大提高了設計效率和質(zhì)量。工藝仿真是將車間的物理試驗搬進計算機中。通過虛擬仿真技術預先評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)系對于一個智能工廠系統(tǒng)，情況就更為復雜。案例：海克斯康3.

特定目標視角的整體聯(lián)系生產(chǎn)實際中，哪怕是一個機器系統(tǒng)，影響其效能的因素非常復雜。如果希望機器系統(tǒng)能夠達到某一個特定的目標，需要盡可能考慮可能的、潛在的影響因素，也就是要進一步從系統(tǒng)、整體層面發(fā)現(xiàn)未知的影響因素及其規(guī)律。案例：酒鋼集團高爐煉鐵4.

考慮客戶的整體聯(lián)系即使對于一個生產(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雜因素以及與外部系統(tǒng)的關聯(lián)。案例：?？怂箍蹬c寧波拓普合作解決拓普的生產(chǎn)系統(tǒng)的自動化和數(shù)字化問題節(jié)點及關聯(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；測量，質(zhì)量。目標：高效，高質(zhì)量，節(jié)能，減排。技術：物聯(lián)網(wǎng)，大數(shù)據(jù)分析，傳感，測量，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到產(chǎn)品的高質(zhì)量和客戶滿意度，從技術需求的整體聯(lián)系上選擇戰(zhàn)略合作伙伴。案例：AE航空公司2.

供應鏈戰(zhàn)略中的整體考慮供應鏈融合被認為是供應鏈的最高境界，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鏈部門統(tǒng)一在一個滿足企業(yè)供應鏈戰(zhàn)略的框架下?？v向融合：供應鏈網(wǎng)絡與其他系統(tǒng)的融合：新興數(shù)字化技術與整體供應鏈的深度融合。3.

從更大的整體聯(lián)系中尋找機遇在數(shù)字-智能時代，由于數(shù)據(jù)技術的應用，使企業(yè)有可能在外部的數(shù)據(jù)聯(lián)系中發(fā)現(xiàn)新機遇。如果在行業(yè)以前從未關注的外部聯(lián)系中率先開展數(shù)據(jù)互聯(lián)和分析，可能會獲得意想不到的商業(yè)機會。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)造價值。在數(shù)據(jù)分析的幫助下，能以更先進的方式對營銷活動進行分層，為不同的客戶定制不同的產(chǎn)品和一攬子服務。還可以對這些產(chǎn)品和服務進行更合理的定價，捕捉更多的利潤。整體聯(lián)系的目的是為了發(fā)現(xiàn)某些未知的因果關系或規(guī)律，從而挖掘新的價值。只有借助數(shù)據(jù)分析方能使人擺脫認識局限或固有偏見。大數(shù)據(jù)技術和思想的發(fā)展使得跨類型、跨領域的數(shù)據(jù)分析成為了可能。17.6

知識分工：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)品為對象的分工；三是零部件專業(yè)化，即一個企業(yè)僅僅生產(chǎn)某個最終產(chǎn)品的一部分；四是工序?qū)I(yè)化，即專門進行產(chǎn)品或零部件生產(chǎn)的一個工藝過程；五是生產(chǎn)服務專業(yè)化，即在直接生產(chǎn)過程之外，但又為生產(chǎn)服務。今天正在進入分工的第六個階段：知識創(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)成本復合增長率幾乎為0——這一現(xiàn)象告訴我們什么？整體聯(lián)系與知識分工之間的關系是什么？工業(yè)APP、微服務組件等的本質(zhì)是什么？工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺發(fā)揮什么作用？智能制造技術精要——十六字箴言：數(shù)據(jù)驅(qū)動，軟件定義，虛實融合，整體聯(lián)系。18.1人機共融18.2云機器人18.3數(shù)字工程師18.4商業(yè)智能第18章過程進化18.1

人機共融18.1.1

人機共融的概念與發(fā)展人機關系將由協(xié)作轉(zhuǎn)向共融?！径x】人機共融：在同一自然空間內(nèi)，充分利用人和機器人的差異性與互補性，通過人機個體間的融合、人機群體間的融合、人機融合后的共同演進，實現(xiàn)人機共融共生、人機緊密協(xié)調(diào)，自主完成感知與計算。實現(xiàn)人機共融后，機器人與人的感知過程、思維方式和決策方法將會緊密耦合。人機共融的內(nèi)涵：（1）人機智能融合，人與機器人在感知、思考、決策上有著不同層面的互補；（2）人機協(xié)調(diào)，人與機器人能夠順暢交流，協(xié)調(diào)動作；（3）人機合作，人與機器人可以分工明確，高效地完成同一任務；（4）人機共進，人與機器人相處后，彼此間的認知更加深刻。人與機器人的關系也會朝著這四個方面發(fā)展。18.1.2

人機共融的特點1.

人機個體間的融合機器人具有數(shù)據(jù)儲存、搜索、計算、排序等技術思維的優(yōu)點，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。在復雜的工況條件下，將人的不斷自我規(guī)劃能力與機器人的計算能力相結(jié)合，進行人機協(xié)作，充分利用二者的優(yōu)勢，實現(xiàn)更強的感知與計算。2.

人機群體間的融合機器人與機器人之間需要了解，人對機器人群體需要了解，機器人對人群體需要了解，人機共融也要體現(xiàn)群體智能，群體之間相互感知、共同認識和進行博弈，實現(xiàn)群體間的互聯(lián)互通互融。3.

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

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

機器人

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

2.人機共融在航天航空中的應用圖18?9F－850太空機器人

圖18?10Robonaut2太空機器人

圖18?11iStuctDemonstrator猿猴機器人

圖18?12Lemur太空機器人

3.人機共融在醫(yī)療健康中的應用圖18?13

達芬奇Xi機器人

圖18?14SL-HCR1物料配送機器人

圖18?15

并聯(lián)機器人

圖18?16GuardianXO外骨骼機器人

18.1.5人機共融未來發(fā)展趨勢人機共融面對的三大挑戰(zhàn)：（1）智能感知；（2）安全交互；（3）數(shù)據(jù)處理。人機共融的發(fā)展方向：（1）人機共融日?；?；（2）人機共融自然化；（3）人機共融無障礙化。問題：還有哪些技術會應用在人機共融中？人機共融會如何帶動制造業(yè)的發(fā)展？如何保證人機共融的安全？節(jié)點及關聯(lián)人機關系：人機將由協(xié)作轉(zhuǎn)向共融。關鍵支撐技術：傳感器、人工智能、人機交互。發(fā)展方向：日?；?、自然化、無障礙化。18.2云機器人傳統(tǒng)工業(yè)機器人在面對復雜生產(chǎn)環(huán)境時該如何解決以下需求？（1）大量數(shù)據(jù)存儲與處理，（2）高計算能力，（3）強學習能力。18.2.1

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

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

云端管理與多機器人協(xié)作在工廠或倉庫中使用大量工業(yè)機器人時，需要機器人具有多種拓展功能。為保障整個現(xiàn)場各設備的協(xié)同運行，需要利用統(tǒng)一的軟件平臺進行管理，需要與各種自動化設備通信。2.

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

18.2.3云機器人的關鍵技術1.

5G通信技術5G網(wǎng)絡的主要應用場景：（1）eMBB（3D/超高清視頻等大流量某著名企業(yè)寬帶業(yè)務）；（2）mMTC（大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務）；（3）URLLC（無人駕駛、工業(yè)自動化等需要低時延、高可靠連接的業(yè)務）。圖18-175G應用場景———機器人控制2.

云計算技術云計算是一種計算模型，可以隨時隨地的按需訪問共享的、可配置的計算資源池（如網(wǎng)絡、服務器、存儲、應用程序和服務），只需最少的管理工作就可以快速配置和分發(fā)。云計算為用戶提供三種級別的效勞：基礎設施即服務（IaaS）；平臺即服務（PaaS）；軟件即服務（SaaS）。3.人工智能技術基于云計算的超強運算能力和5G強大通信能力，使得人工智能技術在機器人上的應用成為可能。機器學習，尤其是深度學習，可以更廣泛的應用于各個領域，云機器人將比傳統(tǒng)機器人更有能力、更加智能。18.2.4云機器人在智能制造中的應用（1）通過敏捷物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)管與周邊各種自動化設備以及其他機器人互聯(lián)協(xié)同；（2）通過IoT平臺以及多種傳感器完成數(shù)據(jù)收集，上傳云端平臺；（3）在后臺云計算的支持下，適應復雜環(huán)境，支持復雜行為，完成作業(yè)任務的敏捷切換與管控；（4）借助云平臺的大數(shù)據(jù)分析功能，實現(xiàn)智能維護與故障預診斷功能，同時具備進化功能。圖18?18

云機器人在汽車工廠的應用

18.2.5云機器人未來發(fā)展趨勢通過關鍵技術的不斷迭代，提升云機器人的智能化、信息化水平，使云機器人接近認知智能層級。不斷增強機器人的擬人化和交互溝通能力，學會推理決策，最終實現(xiàn)人機共融，擴大應用范圍是未來重要的發(fā)展趨勢。總體來看在第四次工業(yè)革命浪潮的推動下，人機共融將成為新一代機器人的發(fā)力點，也是世界機器人領域研發(fā)創(chuàng)新的主要方向。一方面，云機器人必須具備進化能力；另一方面云機器人還要具備外部進化的交互。問題：智能制造中云機器人比較傳統(tǒng)機器人有哪些優(yōu)勢？人工智能技術的大發(fā)展可以給云機器人帶來什么？云機器人最終發(fā)展形態(tài)如何？節(jié)點及關聯(lián)傳統(tǒng)機器人痛點：成本高，性能低，智能弱關鍵支撐技術：5G，云計算，人工智能應用領域：多機器人協(xié)同，云管理，自主運行，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、知識管理、知識分析能力的智能系統(tǒng)，能夠處理某些專業(yè)領域工程師的工作，并能與人類工程師溝通交流，提供專業(yè)咨詢等服務。數(shù)字工程師是人機協(xié)作時代的一個典型產(chǎn)物，是能夠自我學習成長的具有靈敏情感反應的人類工作伙伴。18.3.2

數(shù)字工程師的特點和作用1.

知識獲取數(shù)字工程師能夠從外部獲取專業(yè)知識，擴充自己的知識庫。2.

知識管理數(shù)字工程師利用人工智能的原理、方法和技術，設計、構造和維護自身的知識庫系統(tǒng)，