知識(shí)目標(biāo)1）熟悉大數(shù)據(jù)激發(fā)創(chuàng)造力、改善設(shè)計(jì)的主要途徑和方法。2）了解大數(shù)據(jù)操作回路、以及大數(shù)據(jù)資產(chǎn)的概念。3）了解數(shù)字孿生及其應(yīng)用場(chǎng)景。素養(yǎng)目標(biāo)理解在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，通過(guò)收集、整理、分析海量信息，為創(chuàng)新思維和實(shí)踐活動(dòng)提供強(qiáng)大支持，從而觸發(fā)和增強(qiáng)人們的創(chuàng)造力。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)難點(diǎn)1）數(shù)字孿生技術(shù)。2）大數(shù)據(jù)操作回路。學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)計(jì)師往往認(rèn)為創(chuàng)造力與數(shù)據(jù)格格不入，甚至?xí)璧K創(chuàng)造力的發(fā)展。實(shí)際上，數(shù)據(jù)并不是為設(shè)計(jì)者提供一種全新的設(shè)計(jì)，但它可以幫助改善現(xiàn)有的設(shè)計(jì)，有助于實(shí)現(xiàn)局部效果的最大化。項(xiàng)目6大數(shù)據(jù)激發(fā)創(chuàng)造力01大數(shù)據(jù)幫助改善設(shè)計(jì)02大數(shù)據(jù)操作回路03數(shù)字孿生04將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為資產(chǎn)目錄/CONTENTSPART01大數(shù)據(jù)幫助改善設(shè)計(jì)不管是游戲、汽車(chē)還是建筑物，這些不同領(lǐng)域的設(shè)計(jì)有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是設(shè)計(jì)過(guò)程中不斷發(fā)生變化。如今，從設(shè)計(jì)到最終進(jìn)行測(cè)試，這一過(guò)程會(huì)隨著大數(shù)據(jù)的使用而逐漸縮短。從現(xiàn)有的設(shè)計(jì)中獲取數(shù)據(jù)，并搞清楚問(wèn)題所在，或弄懂如何大幅度改善的過(guò)程也在逐漸加快。低成本的數(shù)據(jù)采集和計(jì)算機(jī)資源，在加快設(shè)計(jì)、測(cè)試和重新設(shè)計(jì)這一過(guò)程中發(fā)揮了很大的作用。6.1大數(shù)據(jù)幫助改善設(shè)計(jì)大數(shù)據(jù)在高科技的游戲設(shè)計(jì)領(lǐng)域中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。通過(guò)分析，游戲設(shè)計(jì)者可以對(duì)商業(yè)化機(jī)會(huì)進(jìn)行評(píng)估，即使是在現(xiàn)有的游戲基礎(chǔ)之上，也能為用戶(hù)提供令人更加滿意的游戲體驗(yàn)。通過(guò)對(duì)游戲費(fèi)用等指標(biāo)的分析，游戲設(shè)計(jì)師們能吸引游戲玩家，提高保留率、每日活躍用戶(hù)和每月活躍用戶(hù)數(shù)、每個(gè)游戲玩家支付的費(fèi)用以及游戲玩家每次玩游戲花費(fèi)的時(shí)間。6.1.1與玩家共同設(shè)計(jì)游戲Kontagent公司為收集這類(lèi)數(shù)據(jù)提供輔助工具，曾與成千上萬(wàn)的游戲工作室合作，以幫助他們測(cè)試和改進(jìn)游戲。游戲公司通過(guò)定制的組件來(lái)發(fā)明游戲。他們采用的是內(nèi)容管道方法，其中的游戲引擎可以導(dǎo)入游戲要素，這些要素包括圖形、級(jí)別、目標(biāo)和挑戰(zhàn)，以供游戲玩家攻克。這種管道方法意味著，游戲公司會(huì)區(qū)分不同種類(lèi)的工作，比如對(duì)軟件工程師的工作和圖形藝術(shù)家及級(jí)別設(shè)計(jì)師的工作進(jìn)行區(qū)分。通過(guò)設(shè)置更多的關(guān)卡，游戲設(shè)計(jì)者更容易對(duì)現(xiàn)有的游戲進(jìn)行拓展，而無(wú)須重新編寫(xiě)整個(gè)游戲。6.1.1與玩家共同設(shè)計(jì)游戲相反，設(shè)計(jì)師和圖形藝術(shù)家只需創(chuàng)建新級(jí)別的腳本、添加新挑戰(zhàn)、創(chuàng)造新圖形和元素。這就意味著，不僅設(shè)計(jì)者可以添加新級(jí)別，游戲玩家也可以這么做，或者至少可以設(shè)計(jì)新圖形。游戲設(shè)計(jì)者還會(huì)體驗(yàn)到，利用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)來(lái)設(shè)計(jì)游戲，可以減少游戲創(chuàng)造過(guò)程中的相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)。不僅是因?yàn)樵S多游戲很難通關(guān)成功，而且，容易通關(guān)成功的游戲往往在財(cái)務(wù)收入上也并不成功。好的游戲不僅關(guān)乎良好的圖形和級(jí)別設(shè)計(jì)，還與游戲的趣味性和吸引力有關(guān)。在游戲發(fā)行之前，游戲設(shè)計(jì)師很難對(duì)這些因素進(jìn)行正確的評(píng)估，所以游戲設(shè)計(jì)的推行、測(cè)試和調(diào)整至關(guān)重要。通過(guò)將游戲數(shù)據(jù)和游戲引擎進(jìn)行區(qū)分，很容易對(duì)這些游戲元素做出調(diào)整。6.1.1與玩家共同設(shè)計(jì)游戲福特汽車(chē)的首席大數(shù)據(jù)分析師約翰·金德認(rèn)為，汽車(chē)企業(yè)坐擁海量的數(shù)據(jù)信息，“消費(fèi)者、大眾及福特自身都能受益匪淺?！?/p>

圖6-1低速電動(dòng)車(chē)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)6.1.2以人為本的汽車(chē)設(shè)計(jì)理念2006年左右，隨著金融危機(jī)的爆發(fā)以及新任首席執(zhí)行官的就職，福特公司開(kāi)始樂(lè)于接受基于數(shù)據(jù)得出的決策，而不再單純憑借經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)，公司在數(shù)據(jù)分析和模擬的基礎(chǔ)上提出了更多新的方法。福特公司的不同職能部門(mén)都會(huì)配備數(shù)據(jù)分析小組，如信貸部門(mén)的風(fēng)險(xiǎn)分析小組、市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)分析小組、研發(fā)部門(mén)的汽車(chē)研究分析小組。數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)分析在公司運(yùn)營(yíng)中發(fā)揮了重大作用，不僅可以解決個(gè)別戰(zhàn)術(shù)問(wèn)題，而且對(duì)公司持續(xù)戰(zhàn)略的制訂來(lái)說(shuō)也是一筆重要的資產(chǎn)。公司強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)文化的重要性，這種自上而下的度量重點(diǎn)對(duì)公司的數(shù)據(jù)使用和周轉(zhuǎn)產(chǎn)生了巨大的影響。6.1.2以人為本的汽車(chē)設(shè)計(jì)理念福特還在硅谷建立了一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，以幫助公司發(fā)展科技創(chuàng)新。公司獲取的數(shù)據(jù)主要來(lái)自于大約400萬(wàn)輛配備有車(chē)載傳感設(shè)備的汽車(chē)。通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，工程師能夠了解人們駕駛汽車(chē)的情況、汽車(chē)駕駛環(huán)境及車(chē)輛的響應(yīng)情況。所有這些數(shù)據(jù)都能幫助改善車(chē)輛的操作性、燃油的經(jīng)濟(jì)性和車(chē)輛的排氣質(zhì)量。利用這些數(shù)據(jù)，公司對(duì)汽車(chē)的設(shè)計(jì)進(jìn)行改良，降低車(chē)內(nèi)噪聲，還能確定揚(yáng)聲器的最佳位置，以便接收語(yǔ)音指示。6.1.2以人為本的汽車(chē)設(shè)計(jì)理念設(shè)計(jì)師還能利用數(shù)據(jù)分析做出決策，如賽車(chē)改良決策和影響消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)汽車(chē)的決策。例如，某車(chē)隊(duì)設(shè)計(jì)的賽車(chē)在比賽中連續(xù)失利。為了弄清失利的原因，工程師為該車(chē)隊(duì)的賽車(chē)配備了傳感器，這種傳感器能收集到20多種不同變量的數(shù)據(jù)，如輪胎溫度和轉(zhuǎn)向等。不過(guò)工程師們對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行了兩年的分析，仍然無(wú)法弄清楚賽車(chē)手在比賽中失利的原因。6.1.2以人為本的汽車(chē)設(shè)計(jì)理念而數(shù)據(jù)分析公司EventHorizon也收集了同樣的數(shù)據(jù)，但其對(duì)數(shù)據(jù)的處理方式完全不同。該公司沒(méi)有從原始數(shù)字入手，而是通過(guò)可視化模擬來(lái)重現(xiàn)賽車(chē)改裝后在比賽中的情況。通過(guò)可視化模擬，他們很快就了解到，賽車(chē)手轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)和賽車(chē)啟動(dòng)之間存在一段滯后時(shí)間。賽車(chē)手在這段時(shí)間內(nèi)會(huì)做出很多微小的調(diào)整，所有這些微小的調(diào)整加起來(lái)就占據(jù)了不少時(shí)間。由此可以看出，僅僅擁有真實(shí)的數(shù)據(jù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。就大數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)和其他方面而言，能夠以正確的方式觀察數(shù)據(jù)至關(guān)重要。6.1.2以人為本的汽車(chē)設(shè)計(jì)理念大數(shù)據(jù)還能幫助我們?cè)O(shè)計(jì)更好的音樂(lè)廳。在20世紀(jì)末，哈佛大學(xué)的講師薩賓開(kāi)創(chuàng)了建筑聲學(xué)這一新領(lǐng)域。研究之初，薩賓將福格演講廳（聽(tīng)眾認(rèn)為其聲學(xué)效果不明顯）和附近的桑德斯劇院（聲學(xué)效果顯著）進(jìn)行了對(duì)比。在助手的協(xié)助下，薩賓將坐墊之類(lèi)的物品從桑德斯劇院移到了福格演講廳，以判斷這類(lèi)物品對(duì)音樂(lè)廳的聲學(xué)效果會(huì)產(chǎn)生怎樣的影響。薩賓和他的助手在夜間開(kāi)始工作，經(jīng)過(guò)仔細(xì)測(cè)量后，他們會(huì)在早晨到來(lái)之前將所有物品放回原位，從而不影響兩個(gè)音樂(lè)廳的日間運(yùn)作。6.1.3尋找最佳音響效果經(jīng)過(guò)大量的研究，薩賓對(duì)混響時(shí)間（或稱(chēng)“回聲效應(yīng)”）做出了這樣一個(gè)定義：它是聲音從其原始水平下降60dB所需的秒數(shù)。薩賓發(fā)現(xiàn)，聲學(xué)效果最好的音樂(lè)廳的混響時(shí)間為2~2.25s。混響時(shí)間太長(zhǎng)的音樂(lè)廳會(huì)被認(rèn)為過(guò)于“活躍”，而混響時(shí)間太短的音樂(lè)廳會(huì)被認(rèn)為過(guò)于“平淡”。

圖6-2波士頓音樂(lè)廳6.1.3尋找最佳音響效果混響時(shí)間的長(zhǎng)短主要取決于兩個(gè)因素：房間的容積和總吸收面積或現(xiàn)有吸收面積。在福格演講廳中，所聽(tīng)到的說(shuō)話聲大約能延長(zhǎng)5.5s，薩賓減少了其回音效果并改善它的聲學(xué)效果。后來(lái)，薩賓還參與了波士頓音樂(lè)廳（見(jiàn)圖6-2）的設(shè)計(jì)。繼薩賓之后，該領(lǐng)域開(kāi)始呈現(xiàn)出蓬勃的發(fā)展趨勢(shì)。如今，借助模型，數(shù)據(jù)分析師不僅對(duì)現(xiàn)有音樂(lè)廳的聲學(xué)問(wèn)題進(jìn)行評(píng)估，也能模擬新音樂(lè)廳的設(shè)計(jì)。同時(shí)，還能對(duì)具有可重新配置幾何形狀及材料的音樂(lè)廳進(jìn)行調(diào)整，以滿足音樂(lè)或演講等不同的用途，這就是其創(chuàng)新所在。6.1.3尋找最佳音響效果頗有意思的是，許多建于19世紀(jì)后期的古典音樂(lè)廳的音響效果可謂完美，而那些近期建造的音樂(lè)廳卻達(dá)不到這種效果。這主要是因?yàn)槿缃竦囊魳?lè)廳渴望容納更多的席位，同時(shí)還引進(jìn)了許多新型建材，以使建筑師設(shè)計(jì)出幾乎任何形狀和大小的音樂(lè)廳，而不再受限于木材的強(qiáng)度和硬度?，F(xiàn)在，建筑師正在試圖設(shè)計(jì)新的音樂(lè)廳，以期能與波士頓和維也納音樂(lè)大廳的音響效果匹敵。音質(zhì)、音樂(lè)廳容量和音樂(lè)廳的形狀可能會(huì)出現(xiàn)沖突。而通過(guò)利用大數(shù)據(jù)，建筑師可能會(huì)設(shè)計(jì)出跟以前類(lèi)似的音響效果，同時(shí)還能使用現(xiàn)代化的建筑材料來(lái)滿足當(dāng)今的座席要求。6.1.3尋找最佳音響效果建筑師還在不斷將數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型設(shè)計(jì)推廣至更廣泛的領(lǐng)域。正如LMN建筑事務(wù)所的薩姆·米勒指出的，老建筑的設(shè)計(jì)周期是：設(shè)計(jì)、記錄、構(gòu)建和重復(fù)。只有經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐，你才能完全領(lǐng)會(huì)這一過(guò)程，一個(gè)擁有20多年設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的建筑師或許只見(jiàn)證過(guò)十幾個(gè)這樣的設(shè)計(jì)周期。隨著數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)，建筑師已經(jīng)可以用一種迭代循環(huán)過(guò)程來(lái)取代上述過(guò)程，這個(gè)迭代循環(huán)過(guò)程即模型、模擬、分析、綜合、優(yōu)化和重復(fù)。就像發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)人員可以使用模型來(lái)模擬發(fā)動(dòng)機(jī)的性能一樣，建筑師如今也可以使用模型來(lái)模擬建筑物的結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖6-3）。6.1.4建筑，數(shù)據(jù)取代直覺(jué)圖6-3建筑輪廓數(shù)據(jù)6.1.4建筑，數(shù)據(jù)取代直覺(jué)據(jù)米勒講，他的設(shè)計(jì)組只需短短幾天的時(shí)間就可以模擬成百上千種設(shè)計(jì)，他們還可以找出哪些因素會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)生最大的影響。米勒說(shuō)：“直覺(jué)在數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型設(shè)計(jì)程序中發(fā)揮的作用在逐漸減少”，而建筑物的性能會(huì)更加良好。建筑師并不能保證研究和設(shè)計(jì)會(huì)花費(fèi)多少時(shí)間，但米勒說(shuō)，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型方法使這種投資變得更加有意義，因?yàn)樗ＷC了公司的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。通過(guò)將數(shù)據(jù)應(yīng)用于節(jié)能和節(jié)水的實(shí)踐中，大數(shù)據(jù)也有助于綠色建筑的設(shè)計(jì)。6.1.4建筑，數(shù)據(jù)取代直覺(jué)通過(guò)評(píng)估基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，建筑師如今可以判斷出某個(gè)特定的建筑物與其他綠色建筑的區(qū)別所在。美國(guó)環(huán)保署（EPA）的在線工具“投資組合經(jīng)理”就應(yīng)用了這一方法。它的主要功能是互動(dòng)能源管理，可以讓業(yè)主、管理者和投資者對(duì)所有建筑物耗費(fèi)的能源和用水進(jìn)行跟蹤和評(píng)估。Safaira公司還設(shè)計(jì)了一種基于Web的軟件，利用專(zhuān)業(yè)物理知識(shí)，能夠提供設(shè)計(jì)分析、知識(shí)管理和決策支持，用戶(hù)可以對(duì)不同戰(zhàn)略設(shè)計(jì)中的能源、水、碳和經(jīng)濟(jì)利益進(jìn)行測(cè)量和優(yōu)化。6.1.4建筑，數(shù)據(jù)取代直覺(jué)PART02大數(shù)據(jù)操作回路幾十年來(lái)，理解數(shù)據(jù)被認(rèn)為是數(shù)據(jù)分析師、統(tǒng)計(jì)學(xué)家們的事情。業(yè)務(wù)經(jīng)理要想提取數(shù)據(jù)，不僅要等IT部門(mén)收集到主要數(shù)據(jù)，還要等分析師們將數(shù)據(jù)匯聚并分析理解之后才能處理和發(fā)布。大數(shù)據(jù)應(yīng)用程序的前景不僅是收集數(shù)據(jù)的能力，還有利用數(shù)據(jù)的能力，而且對(duì)數(shù)據(jù)的利用不需要采用只有統(tǒng)計(jì)學(xué)家們才會(huì)使用的一系列工具。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)要求我們不僅要掌握數(shù)據(jù)，挑出數(shù)據(jù)，還必須基于相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)制訂決策。既要有信心相信數(shù)據(jù)，也要有足夠的信念，基于數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行決策。6.2大數(shù)據(jù)操作回路從歷史的角度看，獲取和處理數(shù)據(jù)都很麻煩，因?yàn)橥ǔ?shù)據(jù)并不集中在一個(gè)地方。公司內(nèi)部數(shù)據(jù)分布在一系列不同的數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和文件服務(wù)器之中，而外部數(shù)據(jù)則分布在市場(chǎng)報(bào)告、網(wǎng)絡(luò)以及其他難以獲取數(shù)據(jù)的地方。大數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)和優(yōu)勢(shì)就在于，它通常會(huì)將所有數(shù)據(jù)集中到一個(gè)地方，這就意味著有可能通過(guò)處理更多相關(guān)數(shù)據(jù)，得到更豐富的內(nèi)涵——工程師們將這些數(shù)據(jù)稱(chēng)為信號(hào)，當(dāng)然，這也意味著有更多的噪聲——與結(jié)論不相關(guān)的數(shù)據(jù)和甚至?xí)?dǎo)致錯(cuò)誤結(jié)論的數(shù)據(jù)。6.2.1信號(hào)與噪聲如果計(jì)算機(jī)或人不能理解數(shù)據(jù)，那么僅僅將數(shù)據(jù)集中到一塊也起不了什么作用。大數(shù)據(jù)應(yīng)用程序有助于從噪聲中提取信號(hào)，以加強(qiáng)我們對(duì)數(shù)據(jù)的信心，提升基于數(shù)據(jù)進(jìn)行決策的信念。6.2.1信號(hào)與噪聲在你第一次摸到滾燙的火爐的時(shí)候，第一次把手伸進(jìn)電源盒的時(shí)候，或者第一次超速行駛的時(shí)候，你會(huì)經(jīng)歷一次反饋回路。不管你是否意識(shí)到，你都會(huì)進(jìn)行測(cè)算并分析其結(jié)果，這個(gè)結(jié)果會(huì)影響你未來(lái)的行為。我們把這稱(chēng)之為“數(shù)據(jù)反饋回路”，而這也是成功的大數(shù)據(jù)應(yīng)用程序的核心所在。

圖6-4大數(shù)據(jù)反饋回路6.2.2大數(shù)據(jù)反饋回路通過(guò)測(cè)算，你會(huì)發(fā)現(xiàn)摸滾燙的火爐或者被電擊讓你感到疼痛，超速行駛給你招來(lái)昂貴的罰單或者車(chē)禍。不過(guò)，你要是僥幸逃過(guò)了這些，你可能會(huì)覺(jué)得超速行駛很爽。不管結(jié)果如何，所有的行為都會(huì)給你反饋。你會(huì)把這些反饋融入到你的個(gè)人數(shù)據(jù)圖書(shū)館中，然后根據(jù)這些數(shù)據(jù)，改變你未來(lái)的行為方式。你要是有過(guò)那么一次很愉快的超速行駛的經(jīng)歷，在未來(lái)，你可能會(huì)更多地選擇超速行駛。6.2.2大數(shù)據(jù)反饋回路如果你有過(guò)被火爐燙到的不愉快的經(jīng)歷，你可能以后在摸火爐之前會(huì)先確認(rèn)它是否燙手。當(dāng)涉及大數(shù)據(jù)的時(shí)候，這種反饋回路至關(guān)重要。單純動(dòng)手收集和分析數(shù)據(jù)并不夠，你還必須有從數(shù)據(jù)中得出一系列結(jié)論的能力以及對(duì)這些結(jié)論的反饋，以確認(rèn)這些結(jié)論的正誤。你的模型融入的數(shù)據(jù)越相關(guān)，就越能得到更多關(guān)于你的假設(shè)的反饋，因而你的見(jiàn)解也就越有價(jià)值。6.2.2大數(shù)據(jù)反饋回路過(guò)去運(yùn)行這種反饋回路速度慢、時(shí)間長(zhǎng)。比方說(shuō)，我們收集銷(xiāo)售數(shù)據(jù)，然后試圖總結(jié)出能促進(jìn)消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)的定價(jià)機(jī)制或產(chǎn)品特征。我們調(diào)整價(jià)格、改變產(chǎn)品特征并再次進(jìn)行試驗(yàn)。問(wèn)題就在于，當(dāng)我們總結(jié)出分析結(jié)果，并調(diào)整了價(jià)格和產(chǎn)品的時(shí)候，情況又發(fā)生了變化。6.2.2大數(shù)據(jù)反饋回路大數(shù)據(jù)的好處在于，如今能夠以更快的速度運(yùn)行這種反饋回路。比方說(shuō)，廣告界的大數(shù)據(jù)應(yīng)用程序需要通過(guò)提供多種多樣的廣告才能夠得知哪個(gè)廣告最奏效，這甚至能在細(xì)分基礎(chǔ)上得以實(shí)現(xiàn)——它們能判斷出哪個(gè)廣告對(duì)哪種人群最奏效。人們沒(méi)法做這種A或B的測(cè)算——展示不同的廣告來(lái)知道哪個(gè)更好，或哪個(gè)見(jiàn)效更快。但是計(jì)算機(jī)能大量地進(jìn)行這種測(cè)算，不僅在不同的廣告中間進(jìn)行選擇，還能自行修訂廣告——不同的字體、顏色、尺寸或圖片，以確定哪些最有效。這種實(shí)時(shí)反饋回路是大數(shù)據(jù)最具力量的一面，即大量收集數(shù)據(jù)并迅速就許多不同方法進(jìn)行測(cè)算和行動(dòng)的能力。6.2.2大數(shù)據(jù)反饋回路隨著我們不斷推進(jìn)大數(shù)據(jù)，收集和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)不再是什么大問(wèn)題了，相反，如何處理數(shù)據(jù)變成了一個(gè)棘手的問(wèn)題。一個(gè)高效的反饋回路需要一個(gè)足夠大型的測(cè)試裝置——配有網(wǎng)站訪問(wèn)量、銷(xiāo)售人員的號(hào)召力、廣告的瀏覽量等。我們將這種測(cè)試裝置稱(chēng)為“最小數(shù)據(jù)規(guī)模”，它是指要運(yùn)行大數(shù)據(jù)反饋回路并從中得出有意義的洞悉所需要的最小數(shù)據(jù)量。

圖6-5最小數(shù)據(jù)規(guī)模6.2.3最小數(shù)據(jù)規(guī)模最小數(shù)據(jù)規(guī)模意味著公司有足夠的網(wǎng)站訪問(wèn)量、足夠的廣告瀏覽量，或者足夠的銷(xiāo)售前景信息，使得決策者能基于這些測(cè)試得出有效的結(jié)論并制訂決策。當(dāng)公司達(dá)到最小數(shù)據(jù)規(guī)模的要求時(shí)，它就可以利用大數(shù)據(jù)應(yīng)用程序告知銷(xiāo)售人員下一步應(yīng)該打電話給誰(shuí)，或確定哪個(gè)廣告有助于實(shí)現(xiàn)最高的折現(xiàn)率，或者給讀者推薦正確的電影或書(shū)籍。當(dāng)公司的數(shù)據(jù)集如此巨大，已經(jīng)變成一項(xiàng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的時(shí)候，就會(huì)有像亞馬遜、谷歌、阿里、騰訊這樣的公司出現(xiàn)。6.2.3最小數(shù)據(jù)規(guī)模大數(shù)據(jù)應(yīng)用程序的優(yōu)勢(shì)就在于它負(fù)責(zé)運(yùn)行大數(shù)據(jù)的部分或全部反饋回路。一些大數(shù)據(jù)應(yīng)用程序，比如說(shuō)強(qiáng)大的分析和可視化應(yīng)用，能把數(shù)據(jù)放在一個(gè)地方并讓其可視，然后決定下一步該做什么。還有一些大數(shù)據(jù)應(yīng)用程序可以自動(dòng)測(cè)試新方法并決定下一步做什么，比如自動(dòng)投放廣告和網(wǎng)站優(yōu)化。現(xiàn)今的大數(shù)據(jù)應(yīng)用程序在實(shí)現(xiàn)全球數(shù)據(jù)規(guī)模最大化的過(guò)程中所起的作用并不大。但它們可以最大限度地優(yōu)化當(dāng)?shù)氐臄?shù)據(jù)規(guī)模，使之最大化。它們能投放合適的廣告、優(yōu)化網(wǎng)頁(yè)、告知銷(xiāo)售人員電話營(yíng)銷(xiāo)的對(duì)象，還能在銷(xiāo)售人員打電話的過(guò)程中告訴他應(yīng)該說(shuō)些什么。6.2.4大數(shù)據(jù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)PART03數(shù)字孿生數(shù)字孿生，又稱(chēng)數(shù)字鏡像、數(shù)字化映射，是充分利用物理模型、傳感器更新、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過(guò)程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對(duì)應(yīng)的實(shí)體裝備的全生命周期過(guò)程。數(shù)字孿生是一種超越現(xiàn)實(shí)的概念，可以被視為一個(gè)或多個(gè)重要的、彼此依賴(lài)的裝備系統(tǒng)的數(shù)字映射系統(tǒng)。

圖6-6數(shù)字孿生6.3數(shù)字孿生數(shù)字孿生是個(gè)普遍適應(yīng)的理論技術(shù)體系，可以在眾多領(lǐng)域應(yīng)用，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造、醫(yī)學(xué)分析、工程建設(shè)等領(lǐng)域應(yīng)用較多。在國(guó)內(nèi)應(yīng)用最深入的是工程建設(shè)領(lǐng)域，關(guān)注度最高、研究最熱的是智能制造領(lǐng)域。6.3數(shù)字孿生最早，數(shù)字孿生思想由密歇根大學(xué)的邁克爾·格里夫斯命名為“信息鏡像模型”，而后演變?yōu)樾g(shù)語(yǔ)“數(shù)字孿生”。數(shù)字孿生是在基于模型定義基礎(chǔ)上深入發(fā)展起來(lái)的，企業(yè)在實(shí)施基于模型的系統(tǒng)工程的過(guò)程中產(chǎn)生了大量的物理的、數(shù)學(xué)的模型，這些模型為數(shù)字孿生的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。2012年NASA給出了數(shù)字孿生的概念描述：是指充分利用物理模型、傳感器、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多尺度的仿真過(guò)程，它作為虛擬空間中對(duì)實(shí)體產(chǎn)品的鏡像，反映了相對(duì)應(yīng)物理實(shí)體產(chǎn)品的全生命周期過(guò)程。6.3.1數(shù)字孿生的原理為了便于數(shù)字孿生的理解，北京理工大學(xué)的莊存波等提出了數(shù)字孿生體的概念，認(rèn)為數(shù)字孿生是采用信息技術(shù)對(duì)物理實(shí)體的組成、特征、功能和性能進(jìn)行數(shù)字化定義和建模的過(guò)程。數(shù)字孿生體是指在計(jì)算機(jī)虛擬空間存在的與物理實(shí)體完全等價(jià)的信息模型，可以基于數(shù)字孿生體對(duì)物理實(shí)體進(jìn)行仿真分析和優(yōu)化。數(shù)字孿生是技術(shù)、過(guò)程、方法，數(shù)字孿體是對(duì)象、模型和數(shù)據(jù)。6.3.1數(shù)字孿生的原理進(jìn)入21世紀(jì)，美國(guó)和德國(guó)均提出了“賽博-物理系統(tǒng)”（CPS），作為先進(jìn)制造業(yè)的核心支撐技術(shù)。CPS的目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)物理世界和信息世界的交互融合。通過(guò)大數(shù)據(jù)分析、人工智能等新一代信息技術(shù)在虛擬世界的仿真分析和預(yù)測(cè)，以最優(yōu)的結(jié)果驅(qū)動(dòng)物理世界的運(yùn)行。數(shù)字孿生的本質(zhì)就是在信息世界對(duì)物理世界的等價(jià)映射，因此數(shù)字孿生更好的詮釋了CPS，成為實(shí)現(xiàn)CPS的最佳技術(shù)。6.3.1數(shù)字孿生的原理2011年，邁克爾·格里夫斯教授在《幾乎完美：通過(guò)PLM驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新和精益產(chǎn)品》給出了數(shù)字孿生的三個(gè)組成部分：物理空間的實(shí)體產(chǎn)品、虛擬空間的虛擬產(chǎn)品、物理空間和虛擬空間之間的數(shù)據(jù)和信息交互接口。6.3.2數(shù)字孿生基本組成在2016西門(mén)子工業(yè)論壇上，西門(mén)子認(rèn)為數(shù)字孿生的組成包括：產(chǎn)品數(shù)字化雙胞胎、生產(chǎn)工藝流程數(shù)字化雙胞胎、設(shè)備數(shù)字化雙胞胎，數(shù)字孿生完整真實(shí)地再現(xiàn)了整個(gè)企業(yè)。莊存波等也從產(chǎn)品的視角給出了數(shù)字孿生的主要組成，包括：產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品工藝數(shù)據(jù)、產(chǎn)品制造數(shù)據(jù)、產(chǎn)品服務(wù)數(shù)據(jù)、以及產(chǎn)品退役和報(bào)廢數(shù)據(jù)等，從產(chǎn)品的角度給出了數(shù)字孿生的組成，并且西門(mén)子以它的產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)為基礎(chǔ)，在制造企業(yè)推廣它的數(shù)字孿生相關(guān)產(chǎn)品。6.3.2數(shù)字孿生基本組成同濟(jì)大學(xué)的唐堂等人提出數(shù)字孿生的組成應(yīng)該包括：產(chǎn)品設(shè)計(jì)、過(guò)程規(guī)劃、生產(chǎn)布局、過(guò)程仿真、產(chǎn)量?jī)?yōu)化等。該數(shù)字孿生的組成不僅包括了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，也包括了產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程和仿真分析，更加全面，更加符合智能工廠的要求。6.3.2數(shù)字孿生基本組成北京航空航天大學(xué)的陶飛等人從車(chē)間組成的角度給出了車(chē)間數(shù)字孿生的定義，其組成主要包括物理車(chē)間、虛擬車(chē)間、車(chē)間服務(wù)系統(tǒng)、車(chē)間孿生數(shù)據(jù)等幾部分。物理車(chē)間是真實(shí)存在的車(chē)間，主要從車(chē)間服務(wù)系統(tǒng)接收生產(chǎn)任務(wù)，并按照虛擬車(chē)間仿真優(yōu)化后的執(zhí)行策略，執(zhí)行完成任務(wù)；虛擬車(chē)間是物理車(chē)間的計(jì)算機(jī)內(nèi)的等價(jià)映射，主要負(fù)責(zé)對(duì)生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)行仿真分析和優(yōu)化，并對(duì)物理車(chē)間的生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)和調(diào)控；車(chē)間服務(wù)系統(tǒng)是車(chē)間各類(lèi)軟件系統(tǒng)的總稱(chēng)，主要負(fù)責(zé)車(chē)間數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)物理車(chē)間的運(yùn)行，和接受物理車(chē)間的生產(chǎn)反饋。6.3.2數(shù)字孿生基本組成數(shù)字孿生最重要的意義在于，它實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)實(shí)物理系統(tǒng)向賽博空間數(shù)字化模型的反饋。人們?cè)噲D將物理世界發(fā)生的一切，塞回到數(shù)字空間中。只有帶有回路反饋的全生命跟蹤，才是真正的全生命周期概念。這樣，就可以真正在全生命周期范圍內(nèi)，保證數(shù)字與物理世界的協(xié)調(diào)一致。各種基于數(shù)字化模型進(jìn)行的各類(lèi)仿真、分析、數(shù)據(jù)積累、挖掘，甚至人工智能的應(yīng)用，都能確保它與現(xiàn)實(shí)物理系統(tǒng)的適用性。智能系統(tǒng)首先要感知、建模，然后才是分析推理。如果沒(méi)有數(shù)字孿生對(duì)現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)體系的準(zhǔn)確模型化描述，所謂的智能制造系統(tǒng)就是無(wú)源之水，無(wú)法落實(shí)。6.3.2數(shù)字孿生基本組成美國(guó)國(guó)防部最早提出將數(shù)字孿生技術(shù)用于航空航天飛行器的健康維護(hù)與保障。首先在數(shù)字空間建立真實(shí)飛機(jī)的模型，并通過(guò)傳感器實(shí)現(xiàn)與飛機(jī)真實(shí)狀態(tài)完全同步，這樣每次飛行后，根據(jù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)有情況和過(guò)往載荷，及時(shí)分析評(píng)估是否需要維修，能否承受下次的任務(wù)載荷等。數(shù)字孿生，有時(shí)候也用來(lái)指代將一個(gè)工廠的廠房及生產(chǎn)線，在沒(méi)有建造之前就完成數(shù)字化模型。從而在虛擬的賽博空間中對(duì)工廠進(jìn)行仿真和模擬，并將真實(shí)參數(shù)傳給實(shí)際的工廠建設(shè)。而工房和生產(chǎn)線建成之后，在日常的運(yùn)維中二者繼續(xù)進(jìn)行信息交互。6.3.3數(shù)字孿生的研究對(duì)于數(shù)字孿生的極端需求，同時(shí)也驅(qū)動(dòng)著新材料開(kāi)發(fā)，而所有可能影響到裝備工作狀態(tài)的異常，將被明確地進(jìn)行考察、評(píng)估和監(jiān)控。數(shù)字孿生正是從內(nèi)嵌的綜合健康管理系統(tǒng)集成了傳感器數(shù)據(jù)、歷史維護(hù)數(shù)據(jù)，以及通過(guò)挖掘而產(chǎn)生的相關(guān)派生數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)以上數(shù)據(jù)的整合，數(shù)字孿生可以持續(xù)地預(yù)測(cè)裝備或系統(tǒng)的健康狀況、剩余使用壽命以及任務(wù)執(zhí)行成功的概率，也可以預(yù)見(jiàn)關(guān)鍵安全事件的系統(tǒng)響應(yīng)，通過(guò)與實(shí)體的系統(tǒng)響應(yīng)進(jìn)行對(duì)比，揭示裝備研制中存在的未知問(wèn)題。數(shù)字孿生可能通過(guò)激活自愈的機(jī)制或者建議更改任務(wù)參數(shù)來(lái)減輕損害或進(jìn)行系統(tǒng)的降級(jí)，從而提高壽命和任務(wù)執(zhí)行成功的概率。6.3.3數(shù)字孿生的研究實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生的許多關(guān)鍵技術(shù)都已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)，比如多物理尺度和多物理量建模、結(jié)構(gòu)化的健康管理、高性能計(jì)算等，但實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生需要集成和融合這些跨領(lǐng)域、跨專(zhuān)業(yè)的多項(xiàng)技術(shù)，從而對(duì)裝備的健康狀況進(jìn)行有效評(píng)估，這與單個(gè)技術(shù)發(fā)展的愿景有著顯著的區(qū)別。因此，可以設(shè)想數(shù)字孿生這樣一個(gè)極具顛覆的概念，在未來(lái)可以預(yù)見(jiàn)的時(shí)間內(nèi)很難取得足夠的成熟度，建立中間過(guò)程的里程碑目標(biāo)就顯得尤為必要（見(jiàn)圖6-7）。6.3.3數(shù)字孿生的研究

圖6-7數(shù)字孿生的應(yīng)用6.3.3數(shù)字孿生的研究圖6-8所示為一個(gè)數(shù)字生產(chǎn)線的典型案例。數(shù)字孿生與數(shù)字生產(chǎn)線概念既相互關(guān)聯(lián)，又有所區(qū)別。

圖6-8數(shù)字生產(chǎn)線6.3.4數(shù)字孿生與數(shù)字生產(chǎn)線數(shù)字孿生是一個(gè)物理產(chǎn)品的數(shù)字化表達(dá)，以便于我們能夠在這個(gè)數(shù)字化產(chǎn)品上看到實(shí)際物理產(chǎn)品可能發(fā)生的情況，與此相關(guān)的技術(shù)包括增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)。數(shù)字生產(chǎn)線在設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的過(guò)程中仿真分析模型的參數(shù)，可以傳遞到產(chǎn)品定義的全三維幾何模型，再傳遞到數(shù)字化生產(chǎn)線加工成真實(shí)的物理產(chǎn)品，通過(guò)在線的數(shù)字化檢測(cè)/測(cè)量系統(tǒng)反映到產(chǎn)品定義模型中，進(jìn)而又反饋到仿真分析模型中。

圖6-9數(shù)據(jù)經(jīng)由數(shù)字生產(chǎn)線流動(dòng)6.3.4數(shù)字孿生與數(shù)字生產(chǎn)線依靠數(shù)字生產(chǎn)線，所有數(shù)據(jù)模型都能夠雙向溝通，因此真實(shí)物理產(chǎn)品的狀態(tài)和參數(shù)將通過(guò)與智能生產(chǎn)系統(tǒng)集成的賽博-物理系統(tǒng)（CPS）向數(shù)字化模型反饋，致使生命周期各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)字化模型保持一致，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)評(píng)估系統(tǒng)的當(dāng)前及未來(lái)的功能和性能。而裝備在運(yùn)行的過(guò)程中，又通過(guò)將不斷增加的傳感器、機(jī)器的聯(lián)接而收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋利用，可以將后期產(chǎn)品生產(chǎn)制造和運(yùn)營(yíng)維護(hù)的需求融入到早期的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，形成設(shè)計(jì)改進(jìn)的智能閉環(huán)。6.3.4數(shù)字孿生與數(shù)字生產(chǎn)線然而，并不是建立了這樣的模型，就有了數(shù)字孿生；必須在生產(chǎn)中把所有真實(shí)制造尺寸反饋回模型，再用健康預(yù)測(cè)管理實(shí)時(shí)搜集飛機(jī)實(shí)際受力情況，反饋回模型，才有可能成為數(shù)字孿生。

圖6-10數(shù)字孿生與數(shù)字生產(chǎn)線6.3.4數(shù)字孿生與數(shù)字生產(chǎn)線數(shù)字孿生描述的是通過(guò)數(shù)字生產(chǎn)線連接的各具體環(huán)節(jié)的模型。可以說(shuō)數(shù)字生產(chǎn)線是把各環(huán)節(jié)集成，再配合智能的制造系統(tǒng)、數(shù)字化測(cè)量檢驗(yàn)系統(tǒng)的以及賽博-物理系統(tǒng)融合的結(jié)果。通過(guò)數(shù)字生產(chǎn)線集成了生命周期全過(guò)程的模型，這些模型與實(shí)際的智能制造系統(tǒng)和數(shù)字化測(cè)量檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)一步與嵌入式的賽博-物理系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)縫的集成和同步，從而使我們能夠在這個(gè)數(shù)字化產(chǎn)品上看到實(shí)際物理產(chǎn)品可能發(fā)生的情況。6.3.4數(shù)字孿生與數(shù)字生產(chǎn)線簡(jiǎn)單說(shuō)，數(shù)字生產(chǎn)線貫穿了整個(gè)產(chǎn)品生命周期，尤其是從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)維的無(wú)縫集成；而數(shù)字孿生更像是智能產(chǎn)品的概念，它強(qiáng)調(diào)的是從產(chǎn)品運(yùn)維到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的回饋。數(shù)字孿生是物理產(chǎn)品的數(shù)字化影子，通過(guò)與外界傳感器的集成，反映對(duì)象從微觀到宏觀的所有特性，展示產(chǎn)品的生命周期的演進(jìn)過(guò)程。當(dāng)然，不止產(chǎn)品，生產(chǎn)產(chǎn)品的系統(tǒng)（生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)線）和使用維護(hù)中的系統(tǒng)也要按需建立數(shù)字孿生。6.3.4數(shù)字孿生與數(shù)字生產(chǎn)線PART04將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為資產(chǎn)公司收集的大量數(shù)據(jù)稱(chēng)為“大數(shù)據(jù)資產(chǎn)”，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為優(yōu)勢(shì)的公司將有能力降低成本、提升價(jià)格、區(qū)分優(yōu)劣、吸引更多顧客并最終留住更多顧客。這主要包含兩層意思：第一，對(duì)初創(chuàng)公司來(lái)說(shuō)，有大量機(jī)會(huì)能夠使公司通過(guò)創(chuàng)建應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，且這種方法一經(jīng)創(chuàng)建能立即被使用。公司無(wú)須自行創(chuàng)建這些可能性，它們能通過(guò)應(yīng)用程序獲取可能性。第二，將數(shù)據(jù)和依靠數(shù)據(jù)辦事的能力作為核心資產(chǎn)的公司（不管是初創(chuàng)公司還是大型公司），相比并非如此的公司而言，有極大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。6.4將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為資產(chǎn)無(wú)論是與其他公司結(jié)成聯(lián)盟，還是利用數(shù)據(jù)聚合商，如果自己的公司擁有原創(chuàng)數(shù)據(jù)的話，接下來(lái)就可以通過(guò)與其他公司的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，來(lái)催生出新的附加價(jià)值，從而升華成為增值數(shù)據(jù)。這樣能夠產(chǎn)生相乘的放大效果，這也是大數(shù)據(jù)運(yùn)用的真正價(jià)值之一。6.4.1將原創(chuàng)數(shù)據(jù)變?yōu)樵鲋禂?shù)據(jù)選擇什么公司的數(shù)據(jù)與自己公司的原創(chuàng)數(shù)據(jù)整合，這需要想象力。在自己公司內(nèi)部認(rèn)為已經(jīng)沒(méi)什么用的數(shù)據(jù)，對(duì)于其他公司來(lái)說(shuō)，很可能就是求之不得的寶貝。例如，耐克提供了一款面向iPhone的慢跑應(yīng)用Nike+GPS。它可以通過(guò)使用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在地圖上記錄跑步的路線，將這些數(shù)據(jù)匿名化并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，就可以找出跑步者最喜歡的路線。6.4.1將原創(chuàng)數(shù)據(jù)變?yōu)樵鲋禂?shù)據(jù)在體育用品店看來(lái)，這樣的數(shù)據(jù)在討論門(mén)店選址計(jì)劃上是非常有效的。此外，在考慮具備淋浴、儲(chǔ)物柜功能的收費(fèi)休息區(qū)以及自動(dòng)售貨機(jī)的設(shè)置地點(diǎn)、售貨品種時(shí)，這樣的數(shù)據(jù)也是非常有用的。對(duì)于擁有原創(chuàng)數(shù)據(jù)的企業(yè)和數(shù)據(jù)聚合商來(lái)說(shuō)，不應(yīng)該將目光局限在自己的行業(yè)中，而應(yīng)該以更加開(kāi)闊的視野來(lái)制定數(shù)據(jù)運(yùn)用的戰(zhàn)略。6.4.1將原創(chuàng)數(shù)據(jù)變?yōu)樵鲋禂?shù)據(jù)我們已經(jīng)見(jiàn)證了一系列新應(yīng)用程序的誕生，而這些僅僅只是冰山一角?，F(xiàn)在，很多應(yīng)用程序都聚集在業(yè)務(wù)問(wèn)題上，但是將來(lái)會(huì)出現(xiàn)更多的打破整個(gè)大環(huán)境和產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀的應(yīng)用程序。以治安系統(tǒng)為例，警察通過(guò)分析歷史犯罪記錄，預(yù)測(cè)犯罪即將發(fā)生的地點(diǎn)。然后，派警員到有可能發(fā)生犯罪的地方。事實(shí)證明，這有利于降低犯罪率。也就是說(shuō)，只要在一天中適當(dāng)?shù)臅r(shí)間或者一周中適當(dāng)?shù)囊惶欤ㄟ@取決于歷史數(shù)據(jù)分析），將警員安插在適當(dāng)?shù)牡胤?，就能減少犯罪。通過(guò)分析處理犯罪活動(dòng)這種類(lèi)型的大數(shù)據(jù)，以使其能在這種特定用途上發(fā)揮效用。6.4.2大數(shù)據(jù)錯(cuò)生新的應(yīng)用程序大數(shù)據(jù)催生了一系列新應(yīng)用程序，這也意味著大數(shù)據(jù)不只為大公司所用，大數(shù)據(jù)將影響各種規(guī)模的公司，同時(shí)還會(huì)