數(shù)字化時代的正向研制
本文首先針對中國新工業(yè)體系建設(shè)過程中遇到的若干問題，指出了正向設(shè)計和數(shù)字化的重要性，然后就這若干問題提出數(shù)字化時代的正向研制體系，并將這個體系的三個核心體系——工業(yè)軟件、增材制造以及工業(yè)互聯(lián)——進(jìn)行了綜述性說明，最后，對這三個核心體系總結(jié)歸納而成的數(shù)字孿生體系進(jìn)行了討論。
“數(shù)字化時代的正向研制”體系是針對中國新工業(yè)體系建設(shè)中遇到的若干問題展開的研究成果而形成的技術(shù)體系的總結(jié)。這些問題包括：
?????正向設(shè)計思維缺失，系統(tǒng)化方法和支撐技術(shù)缺乏；
?????工業(yè)軟件無序，沒有以正向設(shè)計為導(dǎo)向?qū)嵤?yīng)用；
?????設(shè)計制造割裂，舊研制模式成為正向設(shè)計的制約；
?????數(shù)字化研制技術(shù)應(yīng)用范圍有限，未廣泛賦能工業(yè)；
?????數(shù)字化技術(shù)豐富但分散，沒有形成聚合賦能力量。
總結(jié)來說，這些問題包括兩個關(guān)鍵詞，第一個詞是“正向設(shè)計”，第二個詞是“數(shù)字化”。
之所以關(guān)注“正向設(shè)計”，是因為我們注意到，中國工業(yè)長期的跟蹤仿制所遺留下一個嚴(yán)重后遺癥，那就是中國工業(yè)在轉(zhuǎn)型升級過程中，一直缺乏正向設(shè)計思維，也缺少系統(tǒng)化的方法和完整的工具體系來支撐。這導(dǎo)致我們的工業(yè)軟件的應(yīng)用是無序的，沒有以正向設(shè)計為導(dǎo)向來加以應(yīng)用，所以工業(yè)軟件對正向設(shè)計的促進(jìn)作用沒顯現(xiàn)出來。另外，設(shè)計與制造的割裂導(dǎo)致的問題，舊制造體系，特別是減材制造方式，加劇了對正向設(shè)計的制約，在我們從逆向工程向正向設(shè)計的突破努力過程中有意無意地拖了后腿。
兩個關(guān)鍵詞中的另一個是“數(shù)字化”。現(xiàn)在，雖然數(shù)字化技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到較高的程度，但在中國工業(yè)體系中只有少數(shù)大型企業(yè)得到一定應(yīng)用，沒有在更為廣泛的企業(yè)，特別是中小企業(yè)沒有得到普遍應(yīng)用。另外，數(shù)字化技術(shù)越來越豐富，但弊端是供應(yīng)商越來越多，技術(shù)越來越分散，沒有形成聚合方式來為企業(yè)賦能，所以企業(yè)并沒在數(shù)字化技術(shù)豐富的過程中獲得相應(yīng)的好處。
圖1. ? 數(shù)字化時代的正向研制體系
“數(shù)字化時代的正向研制”體系從三個相關(guān)分體系入手，來試圖在一定程度上解決這些問題。這三個分體系分別是工業(yè)軟件、增材制造和工業(yè)互聯(lián)。圍繞“正向設(shè)計”和“數(shù)字化”這兩個關(guān)鍵詞，每個分體系都具有不同的價值。譬如工業(yè)軟件的價值是“支撐正向設(shè)計的數(shù)字化研發(fā)”，增材制造的價值是“基于正向設(shè)計的數(shù)字化制造”，而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)則是“面向服務(wù)經(jīng)濟的數(shù)字化賦能”。這三個分體系通過一個綜合體系將他們聚合起來可產(chǎn)生綜合價值，那就是數(shù)字孿生體系，產(chǎn)生的綜合價值是“打造虛實共智的數(shù)字化業(yè)態(tài)”。
這四個分體系還有各自的子體系，譬如工業(yè)軟件體系包含技術(shù)創(chuàng)新、工業(yè)仿真和精益研發(fā)子體系，增材制造包括正向設(shè)計、高端裝備和新工業(yè)品子體系，工業(yè)互聯(lián)包括仿真生態(tài)、知識生態(tài)和增材生態(tài)子體系，數(shù)字孿生則包括孿生工業(yè)、孿生城市和孿生戰(zhàn)場子體系。
支撐正向設(shè)計的數(shù)字化研發(fā)
工業(yè)軟件體系包含三個子體系：設(shè)計創(chuàng)新、工業(yè)仿真和精益研發(fā)。這三個子體系與正向設(shè)計都有直接關(guān)系：設(shè)計創(chuàng)新是正向設(shè)計價值的倍增器，工業(yè)仿真則是正向設(shè)計的驅(qū)動體系，精益研發(fā)則是正向設(shè)計的保障體系。所以，我們將工業(yè)軟件體系稱為“支撐正向設(shè)計的數(shù)字化研發(fā)”。
正向設(shè)計
正向設(shè)計是針對逆向工程來說的。如果一款產(chǎn)品是正向設(shè)計的，那么它的研發(fā)過程將是一個完整的V模型。這個模型有兩個特點，一個是設(shè)計起點比較高，從“涉眾需求”開始，走完一個完整的“V”字。另一個特點是兩邊對稱，右邊出問題了，到左邊相應(yīng)的位置找到解決方案。而逆向工程是一個跟蹤仿制的模型，不是一個完整的V模型，一般會缺少V字左邊的三個重要的子過程，使得設(shè)計入手點就比較低，一般是從“物理設(shè)計”入手。由于兩邊不對稱，所以右邊出現(xiàn)問題的時候在左邊找不到對應(yīng)的過程，因而也無法徹底解決問題。逆向工程由于缺少的三個重要子過程分別是需求、架構(gòu)和系統(tǒng)設(shè)計過程，所以很難對產(chǎn)品進(jìn)行大幅度創(chuàng)新。因此，只有正向設(shè)計體系才為我們提供架構(gòu)性和創(chuàng)新，再高超的仿制也只能產(chǎn)生二流產(chǎn)品。
圖2 正向設(shè)計與逆向工程
設(shè)計創(chuàng)新
正向設(shè)計雖然提供了架構(gòu)性和創(chuàng)新的基礎(chǔ)，但在整個正向設(shè)計過程中，有許多環(huán)節(jié)需要具體的創(chuàng)新措施來落地，譬如架構(gòu)創(chuàng)新、局部創(chuàng)新、工藝創(chuàng)新及集成創(chuàng)新等等。而設(shè)計創(chuàng)新方法論則提供了在整個研發(fā)周期的創(chuàng)新閉環(huán)。
設(shè)計創(chuàng)新體系是來自前蘇聯(lián)的一套體系，稱為TRIZ，是一套完整的技術(shù)創(chuàng)新方法論。據(jù)說這套體系是前蘇聯(lián)與美國進(jìn)行科技競賽的秘密武器，當(dāng)時因為這套體系的支撐，使得前蘇聯(lián)的工業(yè)創(chuàng)新速度和高度并不輸于美國。TRIZ體系的中心思想是“創(chuàng)新是有規(guī)律可循的，并是靈光一現(xiàn)的產(chǎn)物”。也就是說，按照創(chuàng)新規(guī)律，任何人都可以創(chuàng)新，所以創(chuàng)新并不是聰明人的專利。我們以TRIZ體系為核心進(jìn)行的擴展性研究，并進(jìn)行了工具軟件的開發(fā)，形成了一系列“計算機輔助創(chuàng)新”軟件。
圖3 設(shè)計創(chuàng)新方法論提供了在整個研發(fā)周期的創(chuàng)新閉環(huán)
工業(yè)仿真
工業(yè)仿真的本質(zhì)是對正向設(shè)計的確認(rèn)。在正向設(shè)計模型中，V的左半邊是設(shè)計過程，右半邊實際上是對左半邊的確認(rèn)，這種確認(rèn)是基于實物的確認(rèn)。但在正向設(shè)計的前期并沒有實物樣機產(chǎn)生，所以對設(shè)計的確認(rèn)只能在計算機中虛擬進(jìn)行，所以正向設(shè)計每完成一個子過程，就會有一次仿真過程，這樣會形成一個多V模型。對仿真有一定程度的了解的人都覺得仿真的類型好豐富，構(gòu)成好復(fù)雜，其實，從正向設(shè)計模型來解讀時，你會發(fā)現(xiàn)仿真的類型其實是比較有限的，是對正向設(shè)計的不同子過程的確認(rèn)類型決定了仿真的類型，包括指標(biāo)分析、功能分析、系統(tǒng)仿真、物理仿真、制造仿真等。多V模式讓我們得到一個形象的結(jié)論：仿真是正向設(shè)計的核心，這個結(jié)論從實踐上也證明是如此。
圖4 工業(yè)仿真的本質(zhì)是對正向設(shè)計的確認(rèn)
這個結(jié)論的另一個表述方式是仿真驅(qū)動研發(fā)，或者說仿真驅(qū)動產(chǎn)品正向設(shè)計。圖5的下半部分表示了1990年代的產(chǎn)品設(shè)計模式，那是試驗驅(qū)動產(chǎn)品設(shè)計的時代。當(dāng)時仿真技術(shù)和軟件還很弱，只能對物理試驗發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，所以無法真正驅(qū)動產(chǎn)品設(shè)計。圖5的上半部分則代表了當(dāng)今世界的產(chǎn)品研發(fā)模式，稱為“仿真驅(qū)動產(chǎn)品設(shè)計”。在這個模式中，產(chǎn)品概念一旦產(chǎn)生，并不需要進(jìn)行物理樣機的制造和試驗，只需要在計算機中對關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行驗證和優(yōu)化。經(jīng)過多輪迭代，直到滿意為止，然后才進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計。很多情況下都不需要進(jìn)行物理實驗，直接就制造和大批量生產(chǎn)。這就是仿真體系所帶來的巨大價值。可以說，因為仿真技術(shù)的進(jìn)步，使得產(chǎn)品正向設(shè)計才能真正順利實現(xiàn)。
圖5 仿真驅(qū)動正向設(shè)計
精益研發(fā)
工業(yè)軟件體系的第三個子體系是精益研發(fā)，這個體系其實是對正向設(shè)計體系進(jìn)行多個擴展后，最終形成的一個復(fù)雜研發(fā)模型。這個模型中除了正向設(shè)計的V模型和仿真核心之外，還有管理、資源、協(xié)同和共享等子體系，我們把這個完整模型稱為精益研發(fā)理想模型。模型中的其他體系其實本質(zhì)上都是為正向設(shè)計保駕護(hù)航的，正向設(shè)計既是精益研發(fā)的核心，又是精益研發(fā)的保障對象。作為一個復(fù)雜體系，精益研發(fā)體系還可以細(xì)分成多個子體系，譬如需求工程、綜合仿真、系統(tǒng)設(shè)計、軟件工程、知識工程、流程管理、項目管理、虛擬試驗、質(zhì)量管理、數(shù)字制造、產(chǎn)品平臺、智能協(xié)同、資源共享等等。
圖6 精益研發(fā)為正向設(shè)計保駕護(hù)航
▌增材制造——
基于正向設(shè)計的數(shù)字化制造
增材制造分體系包括三個子體系，分別是正向設(shè)計、高端裝備和新工業(yè)品。我們把正向設(shè)計定義為增材制造體系中的一個子體系，是因為增材制造絕不僅僅是提供了一種新的制造方式，而是提供了一種突破傳統(tǒng)工業(yè)體系的賦能技術(shù)，特別是對產(chǎn)品設(shè)計具有巨大影響，從而釋放工業(yè)品的無限創(chuàng)新潛力，讓全新型工業(yè)品的產(chǎn)生具有無限空間。
增材設(shè)計
圍繞正向設(shè)計，工業(yè)軟件和增材制造之間具有一種奇妙的哲學(xué)關(guān)系。以正向設(shè)計為核心和主線，工業(yè)軟件通過支撐正向設(shè)計，在全生命周期支撐增材制造過程的完成。在數(shù)字化的世界里，研發(fā)和制造不是先后串行和跟隨序貫關(guān)系，數(shù)字化研發(fā)和數(shù)字化制造之間是一種相生相長、生生不息的特征，兩者之間在任何時候都是相輔相成、相互輸送價值的過程。
圖7 工業(yè)軟件、正向設(shè)計和增材制造之間相生相長、生生不息的辯證關(guān)系
這種哲學(xué)關(guān)系的存在，是因為正向設(shè)計與增材制造之間本身就也存在一種相互促進(jìn)的辯證關(guān)系。首先，正向設(shè)計所提供的架構(gòu)性創(chuàng)新釋放了增材制造的價值，因為優(yōu)化和創(chuàng)新到理想設(shè)計，其結(jié)構(gòu)往往也是復(fù)雜至極的，而不怕復(fù)雜正是增材制造的優(yōu)勢所在。用增材制造技術(shù)加工傳統(tǒng)產(chǎn)品是一種浪費，不僅不能反映增材制造這樣一個新技術(shù)的優(yōu)勢，反倒會給人一種多此一舉的負(fù)面影響，讓人們看到的是這種技術(shù)在速度和成本上的劣勢。所以離開了正向設(shè)計的增材制造就像鳥兒折去了翅膀。
反過來講，增材制造打通了正向設(shè)計的傳統(tǒng)瓶頸。在過去，正向設(shè)計如果想順利走完全程，一直都忌憚于一個關(guān)鍵過程，那就是工藝和制造過程。這個過程可能會對一個正向設(shè)計所產(chǎn)生的創(chuàng)新方案一票否決，理由就是你的產(chǎn)品是很創(chuàng)新，但我制造不出來。這往往會給設(shè)計人員一種懷才不遇的感覺。但是在增材制造時代，也就是數(shù)字化制造時代，不怕復(fù)雜，不論設(shè)計多么創(chuàng)新和復(fù)雜，都能制造出來。增材制造實際上賦予了正向設(shè)計無限自由，只需要從需求和功能出發(fā)來進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計，而不需要考慮制造的約束，可以放飛自我，進(jìn)行創(chuàng)新。因此，增材制造相當(dāng)于讓正向設(shè)計如虎添翼。
在增材正向設(shè)計中，有一些特別之處。第一項特別之處是創(chuàng)成式設(shè)計。這種設(shè)計方法不同于傳統(tǒng)的設(shè)計方法，使用的工具軟件也不是傳統(tǒng)的CAD軟件。創(chuàng)成式設(shè)計方法發(fā)揮算法和人工智能的長處，不需要人做過多干預(yù)，也不希望人做干預(yù)，因為人的思維定式缺陷可能會妨礙設(shè)計創(chuàng)新。我們只需要提供必要的設(shè)計限制，其余的交給算法來創(chuàng)造。這種新型的設(shè)計方法雖然不能替代正向設(shè)計和創(chuàng)新，但它是對人們大腦和眼界給予大幅度擴展。
圖8 增材正向設(shè)計中的特別要素
增材正向設(shè)計的第二項特別之處是多尺度仿真。仿真本身是正向設(shè)計中很正常的要求，特別是對于增材制造所提供的無限創(chuàng)新空間來說，設(shè)計本身是沒有規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的，因此仿真便成了最重要的工具，這也是為什么以仿真起家的安世亞太公司，雖然是增材制造領(lǐng)域的新進(jìn)入者，但卻具有領(lǐng)先優(yōu)勢的原因。但在增材領(lǐng)域，仿真有個難題，那就是多尺度問題。用增材思維來看傳統(tǒng)制造的產(chǎn)品，其特點是傻大笨粗?？梢钥隙ǖ卣f，任何一款傳統(tǒng)制造產(chǎn)品都有50%甚至更多的材料是冗余的。自然界的生物經(jīng)過數(shù)億年的進(jìn)化，都把結(jié)構(gòu)優(yōu)化到極致，絕不會生長一點多余的材料。這些結(jié)構(gòu)，譬如樹枝或樹葉，他們都是具有細(xì)小紋理的多孔結(jié)構(gòu)。在傳統(tǒng)制造世界，這種結(jié)構(gòu)模式是不可想象的，但在數(shù)字化制造（增材制造）世界是再正常不過。但對這種結(jié)構(gòu)的仿真難度很大。我們需要確認(rèn)宏觀結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)都是最優(yōu)的，但在當(dāng)前的仿真技術(shù)之下，兩種尺度的結(jié)構(gòu)不能在同一個模型中出現(xiàn)，但還要在不同的計算中傳承對方的計算結(jié)果。宏觀結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性需要根據(jù)微觀結(jié)構(gòu)來計算結(jié)果等效獲得，微觀結(jié)構(gòu)的計算則需要宏觀結(jié)構(gòu)的計算結(jié)果作為輸入。這些關(guān)聯(lián)工作是增材仿真過程的重點。
在增材正向設(shè)計的第三項關(guān)鍵技術(shù)是架構(gòu)優(yōu)化，在其他領(lǐng)域稱為拓?fù)鋬?yōu)化，我更愿意將它稱為架構(gòu)優(yōu)化，因為在正向設(shè)計體系中，架構(gòu)的創(chuàng)新和優(yōu)化是首要工作。在架構(gòu)優(yōu)化中，我們并不需要對結(jié)構(gòu)的形式做限定，只需要給出結(jié)構(gòu)的受力和約束條件，軟件可以按照力的傳遞路徑自動找到理想的結(jié)構(gòu)形式。再結(jié)合創(chuàng)成式設(shè)計和多尺度仿真，對這個結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行微觀設(shè)計和仿真。
高端裝備
此處所言的高端裝備指的是用于增材制造的系統(tǒng)級裝備、核心裝備和組件、增材工藝和材料等。系統(tǒng)級的裝備包括有多個打印設(shè)備和周邊設(shè)備組成的體系組成，也包括單一打印整機，這是我們通常提供給工業(yè)界的系統(tǒng)級產(chǎn)品。核心裝備和組件則指的是我們有特色的核心部件，這些核心部件也可以作為獨立產(chǎn)品供其他的裝備制造企業(yè)使用。增材工藝和材料特性往往是成對出現(xiàn)，因為一項工藝的可行性與材料特性有巨大關(guān)系。我們可以提供最優(yōu)化的工藝包給用戶或者與其他裝備制造企業(yè)合作。這些各級裝備的細(xì)節(jié)，我們將會在未來的文章中做詳細(xì)介紹。
新工業(yè)品
我們對增材制造本質(zhì)的理解是：基于增材思維對現(xiàn)在的工業(yè)體系進(jìn)行賦能、改造甚至重構(gòu)。我們堅決反對用增材制造手段來制造傳統(tǒng)產(chǎn)品，至少要對傳統(tǒng)產(chǎn)品進(jìn)行再設(shè)計，甚至進(jìn)行架構(gòu)性創(chuàng)新，這將產(chǎn)生不同于以往的、極度創(chuàng)新的新工業(yè)品。我們不僅給工業(yè)體系提供正向設(shè)計技術(shù)、增材制造裝備，還要和各行業(yè)的龍頭企業(yè)合作研發(fā)創(chuàng)新型的工業(yè)品。微型渦輪機就是一個案例，是我們和航空發(fā)動機行業(yè)的某研究院合作研發(fā)一款新型渦輪機。過去的渦輪機械都是安裝在飛機這樣的大型裝備上，這樣的小型渦輪機可以在科幻片中見到，鋼鐵俠全身便裝滿了這種裝備，使得他不僅能上天下海入地，還具有超強攻擊力。傳統(tǒng)的研發(fā)和制造方式應(yīng)對這么小型且高性能的渦輪機是很難想象的，正向設(shè)計和增材制造相結(jié)合，就變得具有巨大的創(chuàng)新空間，什么都成為了可能。
圖9 基于增材思維的新工業(yè)品研發(fā)——微型渦輪機
面向服務(wù)經(jīng)濟的數(shù)字化賦能
基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對工業(yè)軟件和增材制造體系進(jìn)行改造，使系統(tǒng)或裝備可以在工業(yè)云上運行，同時可以對用戶提供服務(wù)，還可以建立社會化的生態(tài)，形成更大范圍的產(chǎn)業(yè)模式。這個體系中有三個子體系，分別是仿真云生態(tài)、知識云生態(tài)和增材制造云生態(tài)。
服務(wù)經(jīng)濟
“服務(wù)經(jīng)濟”是針對傳統(tǒng)的“產(chǎn)品經(jīng)濟”來說的，實際上是云時代的工業(yè)新特征，可以讓產(chǎn)品經(jīng)濟向服務(wù)經(jīng)濟轉(zhuǎn)型。在制造業(yè)提出的服務(wù)型制造模式，及在軟件業(yè)提出的SaaS模式，都是服務(wù)經(jīng)濟的在不同行業(yè)的表現(xiàn)形式。
在服務(wù)經(jīng)濟中，有兩個特征，一個是“技術(shù)服務(wù)化”，一個是“服務(wù)開放化”。技術(shù)服務(wù)化指的是：產(chǎn)品不再是用來賣的，而是服務(wù)的載體。服務(wù)開放化指的是：服務(wù)不再只有供應(yīng)商來提供，而是全社會都可以參與服務(wù)。在這兩大特征下，供應(yīng)商和產(chǎn)品的目的和效果都是直接為用戶賦能，使其直接獲得價值，而不是他們通過購買生產(chǎn)工具——裝備或軟件——來間接獲得能力。
圖10 服務(wù)經(jīng)濟的兩大特征：技術(shù)服務(wù)化和服務(wù)開放化
技術(shù)服務(wù)化和服務(wù)開放化這兩大特征的技術(shù)基礎(chǔ)便是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，有時候也稱為工業(yè)云。在我們開放工業(yè)云的時候，同時就把我們研發(fā)的設(shè)備和軟件實現(xiàn)了技術(shù)服務(wù)化。用戶通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)來使用我們的軟件和裝備，他們無需購買，只需按需使用，按照使用的頻次和時長來支付費用。用戶此時獲得的不是生產(chǎn)工具，而是一種能力，所以我們稱為“賦能”，而且賦予的這種能力是數(shù)字化能力，同時也是通過數(shù)字化的方式所提供的，所以我們稱為“數(shù)字化賦能”。我們開放工業(yè)云的時候，其實產(chǎn)業(yè)中的其他供應(yīng)商，或者社會上的知識和技術(shù)的擁有者，也可以通過這個工業(yè)云來提供服務(wù)。這種服務(wù)可以是裝備或軟件，也可以是知識和技術(shù)。這時候就是服務(wù)開放化了。
圖11 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)支撐技術(shù)服務(wù)化和服務(wù)開放化
很明顯，這種方式非常好地降低了數(shù)字化技術(shù)的經(jīng)濟和技術(shù)門檻，讓過去只有大型企業(yè)才可以采納的數(shù)字化技術(shù)，普及到中小企業(yè)的千家萬戶中去。
仿真云生態(tài)
仿真云生態(tài)其實是通過工業(yè)云把仿真軟件、高性能硬件、仿真數(shù)據(jù)、社會化的技術(shù)服務(wù)人員聚合在一個平臺上形成一個利益共同體。SaaS化的仿真軟件依據(jù)訂閱時長收費，高性能硬件依據(jù)調(diào)用時間收費，社會化的技術(shù)人員可以通過這個平臺來為應(yīng)用單位提供服務(wù)獲得報酬，也可以在這里開發(fā)和提供仿真APP來獲得收入。用戶則享受最經(jīng)濟的軟件、最貼合需求的APP和精準(zhǔn)的技術(shù)服務(wù)。
圖12 仿真云將軟間、硬件、人和數(shù)據(jù)形成利益共同體
仿真軟件的供應(yīng)不再是個別軟件，而是一站式供應(yīng)很多種軟件，這是安世亞太的傳統(tǒng)優(yōu)勢——可對接國際上大多數(shù)仿真軟件商。過去用戶購買仿真軟件的時候非常慎重，因為軟件非常昂貴，買來某一個就只能一直用這個，買錯了就麻煩了。但現(xiàn)在無需這么慎重，只需要在云上根據(jù)需要無壓力地提挑選，隨時更換，反正不用了就關(guān)閉，不用再付費。
圖13 全球仿真軟件的一站式供應(yīng)
知識云生態(tài)
對知識進(jìn)行管理是企業(yè)的天然需求。過去企業(yè)都是購買知識管理軟件來完成自家知識的管理，現(xiàn)在可以通過知識云平臺來免費使用軟件。我們通過平臺所管理的知識的數(shù)量來收費。也就是說，如果沒有知識，說明云平臺沒發(fā)揮價值，那用戶無需支付費用。但如果確實幫企業(yè)管理了知識，也就是說云平臺發(fā)揮了價值，則企業(yè)只需支付少量費用。這個平臺針對企業(yè)，我們希望幫企業(yè)打造學(xué)習(xí)型組織；針對個人，我們希望你的知識能變現(xiàn)，同時你的價值有所提升。
圖14 知識生態(tài)雙引擎：知識IPO和知識圖譜
知識云平臺提供了兩個引擎，一個是知識IPO，一個是知識圖譜。知識IPO引擎用來挖掘企業(yè)的隱性知識，促進(jìn)企業(yè)的技術(shù)人員愿意將他的知識貢獻(xiàn)給企業(yè)。知識圖譜則是針對顯性知識進(jìn)行掘金。企業(yè)一般都會有很多文檔資源，但這些文檔越多，也許越不能發(fā)揮知識價值，因為人們被埋沒在文檔的汪洋大海中，根本就找不到自己想要的文檔，而知識圖譜相當(dāng)于提供了一個導(dǎo)航地圖。而且這些文檔作為單篇文檔來說，知識特征不強，只有把海量知識放在一起的時候，通過知識圖譜就能形成知識特征。
增材制造云生態(tài)
在增材制造云生態(tài)中，你并不需要買個3D打印機，只需要在這里設(shè)計你需要的產(chǎn)品，云平臺就可以選擇一家合適的打印機幫你打印出來，然后送貨上門。這臺打印機也許就在距離你家不遠(yuǎn)的一個打印服務(wù)社，就像現(xiàn)在的圖片社一樣。當(dāng)然你甚至都不需要設(shè)計，只需要在創(chuàng)客集市挑選一個設(shè)計，支付少量的費用，對這個設(shè)計做簡單的參數(shù)定制。如果你確實想玩一下打印機，這里也可以DIY你的打印設(shè)置，做出與眾不同的打印品。在這里，你可以安心做一個創(chuàng)客，不需要關(guān)心與創(chuàng)造無關(guān)的事情。
圖15 增材制造云生態(tài)讓你安心做一個創(chuàng)客
虛實共智的數(shù)字化業(yè)態(tài)
數(shù)字化的技術(shù)越來越豐富，前文介紹的數(shù)字化技術(shù)只是冰山一角。數(shù)字化技術(shù)豐富是好事，但也帶來煩惱。各自為政的數(shù)字化技術(shù)只會把物理世界的應(yīng)用條塊分割，對數(shù)字化技術(shù)的用戶來說更是難度加大，很少有一家用戶可以應(yīng)用這么多的數(shù)字化技術(shù)，更別說把它們整合成一個完整有效的體系。
數(shù)字孿生體綜述
因此，無論是數(shù)字化技術(shù)的供應(yīng)商還是用戶，都需要一個整合化的技術(shù)模式，也需要一個聚合化的商業(yè)模式，于是數(shù)字孿生體便應(yīng)運而生。該子體系中不僅將前三個相對獨立的數(shù)字化體系聚合成一個綜合體系，而且要發(fā)展社會上其他眾多數(shù)字化技術(shù)的供應(yīng)商生態(tài)，為三個重要的數(shù)字孿生場景提供解決方案并進(jìn)行工程落地，這三個場景分別是孿生工業(yè)、孿生城市和孿生戰(zhàn)場。
數(shù)字孿生體這一概念經(jīng)過十幾年的發(fā)展，隨著數(shù)字化技術(shù)的進(jìn)步和廣泛應(yīng)用，使得這一概念發(fā)展成為一個完整體系，逐漸在各行業(yè)開始綜合化應(yīng)用。
簡單來講，數(shù)字孿生體其實就是要建立一個物理世界的數(shù)字化鏡像。一個完美的數(shù)字孿生體應(yīng)該能全面反映物理對象的所有特征和特性，物理世界的一舉一動在數(shù)字孿生體上都可以反映出來，并且可以預(yù)測其未來狀態(tài)。我們對數(shù)字孿生體進(jìn)行操縱的時候，物理世界也隨之被操縱。這相當(dāng)于提供了一個駕馭物理世界的簡便易行的方式，畢竟駕馭數(shù)字世界要容易的多。數(shù)字孿生生命體（圖16）則反映了數(shù)字世界和物理世界的互動關(guān)系。
圖16 數(shù)字孿生生命體模型
本圖上部是數(shù)字孿生體系框架，下部是物理對象的示意。物理對象在此圖中用于表達(dá)數(shù)字孿生世界與物理世界的關(guān)系，不是數(shù)字孿生體框架的要素。數(shù)字孿生體系架構(gòu)包含以下要素：數(shù)字建模（軀體）、測量與控制（神經(jīng)）、模擬仿真（左腦）、數(shù)據(jù)分析（右腦）、數(shù)字資產(chǎn)（社會性）和人機交互（四肢五官）。
成熟度、技術(shù)與場景
當(dāng)然，這樣的數(shù)字孿生體并不需要一蹴而就。根據(jù)數(shù)字孿生體的完善程度，可以將其分為五個成熟度。我們把最高級的成熟度定義為“共智”，是數(shù)字孿生體的最理想形式，所以數(shù)字孿生體系稱也為“虛實共智的數(shù)字化業(yè)態(tài)”。
當(dāng)然建立這樣一個相對完美的數(shù)字孿生體需要的數(shù)字化的技術(shù)非常多，圖16展示的數(shù)字化技術(shù)只是較為通用的技術(shù)，不同的應(yīng)用場景還有更多專業(yè)技術(shù)。根據(jù)不同的應(yīng)用場景來聚合不同的數(shù)字化技術(shù)是一個可行的道路。
數(shù)字孿生體的常見場景包括數(shù)字孿生工業(yè)，這其中又包括孿生研發(fā)、孿生制造、孿生供應(yīng)和孿生運維等更小的分支。在民生方面，數(shù)字孿生城市是較為常見和綜合的場景。在軍事方面，數(shù)字孿生戰(zhàn)場是重要場景。這些場景將在我們未來的文章中討論。
圖17 數(shù)字孿生體場景、技術(shù)和成熟度
數(shù)字孿生體實驗室
我們需要再次強調(diào)的是，數(shù)字孿生體這樣一個綜合和巨大的體系，沒有一家企業(yè)靠一己之力和自家產(chǎn)品可以形成一個較為完整的解決方案，所以，我們成立的數(shù)字孿生體實驗室的重要目的是建立數(shù)字孿生生態(tài)，將與我們互補的數(shù)字化技術(shù)供應(yīng)商聚合起來，針對不同的場景和應(yīng)用對象，打造針對性解決方案，并合作進(jìn)行工程化落地?！?a target="_blank" >數(shù)字孿生體技術(shù)白皮書（2019年）》是該實驗室推出的研究報告，對數(shù)字孿生體理論、技術(shù)、場景和案例等方面做了研究和梳理。
圖18 數(shù)字孿生體實驗室打造數(shù)字孿生體生態(tài)
數(shù)字孿生體作為一個綜合的數(shù)字化體系，將對中國社會的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供支撐。我們將針對行業(yè)、地區(qū)、企業(yè)、園區(qū)、城市等，建立數(shù)字化轉(zhuǎn)型促進(jìn)中心，提供整體規(guī)劃，法規(guī)與政策支持、示范中心建設(shè)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、人才培養(yǎng)等支撐和服務(wù)。
圖19 數(shù)字化轉(zhuǎn)型促進(jìn)中心模型
我們相信，數(shù)字化時代的正向研制體系將對中國千萬家企業(yè)和城市的數(shù)字化轉(zhuǎn)型具有普適性的支撐和促進(jìn)作用。
