這些采集的數據通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)傳遞到云平臺，云平臺的服務(wù)器與軟件做大量的實(shí)時(shí)分析，即《三體智能革命》中總結的16個(gè)字：狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、自主決策、精準執行。實(shí)時(shí)分析分為兩部分：簡(jiǎn)單分析在邊緣層進(jìn)行，復雜的分析在服務(wù)器層進(jìn)行。分析后上傳到頂層做人腦和機器結合的決策，此時(shí)人工智能和智能制造體系就起關(guān)鍵作用。決策結果通過(guò)精準執行反饋到一線(xiàn)，指導整個(gè)產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程。

      這個(gè)過(guò)程最重要的是集成電路（IC）和軟件。近幾年，諸多專(zhuān)家講到“云、大、移、物、智”，有了集成電路（IC）和工業(yè)軟件，能迅速搭建“云、大、移、物、智”體系。集成電路（IC）與工業(yè)軟件是中國制造業(yè)的基礎。在集成電路（IC）與工業(yè)軟件上進(jìn)行自主研發(fā)創(chuàng )新，才是中國智能制造發(fā)展的未來(lái)。

復雜產(chǎn)品的七層解耦

根據產(chǎn)品的復雜度，我將工業(yè)制造產(chǎn)品進(jìn)行七層解耦。如圖二所示，以飛機制造為例，第七級“全機”為最復雜的產(chǎn)品，有上百萬(wàn)零部件。第一級為材料，制造產(chǎn)品需要材料，材料是制造產(chǎn)品的基礎；第二級為元器件/零件，機械結構加工成零件/元器件，包括電阻、電容、集成電路、二極管與三極管，均是用材料加工出來(lái)的；材料加工成元器件后組裝成組件，這是第三級；組件組合成第四級--部件；升級為第五級子系統到第六級系統直至第七級整個(gè)產(chǎn)品。

產(chǎn)品的復雜性可以分為兩類(lèi)：一類(lèi)是可分解的復雜（Complicated），一類(lèi)是不可分解的復雜（Complex）。舉例，如航空航天，航天就是典型的可分解的復雜，比如火箭發(fā)射，在發(fā)射過(guò)程中會(huì )逐級分離，最后返回地面只是一小部分，在研制過(guò)程中每個(gè)捆綁火箭可以單獨做測試，這就是可分解的復雜；航空是不可分解的復雜，比如大家乘坐的飛機，起飛、飛行和落地都要保證一個(gè)完整的形態(tài)，飛行過(guò)程中唯一減少的是燃油，這就是不可分解的復雜。所以，不可分解的復雜才是真正的復雜！

工業(yè)軟件：多專(zhuān)業(yè)的交叉融合

下圖是一個(gè)產(chǎn)品樹(shù)，它最重要的是樹(shù)根--機械結構。任何行業(yè)，機械結構做不好，例如機械產(chǎn)品制造、設計仿真、工藝仿真做不好，其他便更不可能做好。一切都基于機械結構，不管光學(xué)、電學(xué)、聲學(xué)、熱流體學(xué)，都依賴(lài)于機械結構做好的前提，如CAD、CAE、CAP這些軟件做好了，才有可能把其他做好。不管強電和弱電，它仍然依賴(lài)的是機械結構的材料特性分析，這里強調的是多專(zhuān)業(yè)，把圖一產(chǎn)品的全流程、圖二產(chǎn)品復雜度與圖三產(chǎn)品的多專(zhuān)業(yè)綜合起來(lái)，就全面詮釋了工業(yè)體系的復雜度。

如上所述，工業(yè)軟件的三大類(lèi)，機械設計CAD/CAE，光學(xué)設計CAD/CAE和電學(xué)EDA，討論最多的是EDA軟件，這三個(gè)軟件都是美國的，現在中國技術(shù)瓶頸最多的就是EDA。為什么美國在這三大軟件領(lǐng)域獨占鰲頭呢？因為美國在弱電方面世界第一，控制系統、集成電路的設計、生產(chǎn)、工藝和制造，在世界上遙遙領(lǐng)先。日本、歐洲、加拿大、澳大利亞，包括中國都沒(méi)有高水平的EDA軟件。因為美國有工業(yè)知識，到現在為止，集成電路核心的設計、工藝、制造全掌握在美國手里。

數字化轉型的上甘嶺
 

這些年我參觀(guān)了幾千家企業(yè)，有央企、國企、民企，遇到一些共性的問(wèn)題。傳統二維工藝設計方法不能夠直接利用三維模型進(jìn)行工藝設計，很多企業(yè)還在使用傳統的藍圖工藝卡片，三維設計只是單個(gè)軟件在單個(gè)環(huán)節運用，而不是數字化的設計、制造、仿真。因為只有三維數字化設計才能做三維模型的數字仿真，做三維模型必須要具備材料數據、工藝數據和三維幾何數據。為什么要工藝數據？如果設計一個(gè)機加件，淬火工藝完成后表面強度是不一樣的，所以仿真分析一定要結合物理實(shí)踐，既要有三維的幾何模型，還要有材料數據、工藝數據，以確保計算出來(lái)的靜力、動(dòng)力、強度等數據誤差很小。如何考核一個(gè)企業(yè)的數字化水平？機械加工企業(yè)的制造依據是三維模型，而不是二維圖紙。以此為考核標準，中國99.9%的制造業(yè)企業(yè)仍然不是數字化，這就是為什么我稱(chēng)之為數字化轉型上甘嶺。

三維設計就是基于模型的MBD設計，能夠用于產(chǎn)品設計、工藝設計，繼而用于試制試驗。數字化產(chǎn)品設計、仿真在中國只有一小部分企業(yè)做得很好。產(chǎn)品設計仿真、機械、光學(xué)、電子、震動(dòng)等設計都涉及到力學(xué)問(wèn)題，工藝設計也是如此，生產(chǎn)制造和工藝過(guò)程，例如鍛造、鑄造、車(chē)銑刨磨、焊接，表面處理等常規的加工，都涉及到力學(xué)問(wèn)題，只有裝配，沒(méi)有力學(xué)，裝配就只是個(gè)幾何問(wèn)題。所以工藝仿真也是非常復雜的體系，法國的ESI公司在這方面做得非常出色，全世界的飛機、造船、汽車(chē)等行業(yè)的工藝仿真幾乎全是ESI做的。

現在中國做通用軟件肯定趕不上世界水平，我們應該結合一個(gè)行業(yè)做專(zhuān)用的軟件。為什么這么說(shuō)？比如達索公司，我非常熟悉，也用了他們的軟件好幾十年，達索的CATIA V5版本有將近300個(gè)軟件模塊，造汽車(chē)的時(shí)候會(huì )發(fā)現有200多個(gè)是用不到的，航空工業(yè)可能會(huì )用到200個(gè)，簡(jiǎn)單產(chǎn)品的制造企業(yè)可能十幾個(gè)模塊就夠用了。通用軟件體系龐大無(wú)比，體量巨大，如果中國的公司在這個(gè)時(shí)候想追趕達索和西門(mén)子，我個(gè)人認為幾乎是不可能的。中國的軟件開(kāi)發(fā)應該向專(zhuān)用方向發(fā)展，抓住國內影響巨大的、規模大的產(chǎn)業(yè)，從產(chǎn)品設計、產(chǎn)品仿真、工藝設計、工藝仿真到試制、加工、試驗全做通了，就是一個(gè)巨大的突破，也將會(huì )有巨大的市場(chǎng)。

設計復雜產(chǎn)品時(shí)，尤其是一個(gè)由很多組件、部件組裝的大系統，90%要用到傳統技術(shù)、成熟技術(shù)。新技術(shù)越少，產(chǎn)品越容易成功，安全性、可靠性越高。這時(shí)數字化就發(fā)揮了作用，在新產(chǎn)品研制階段，如汽車(chē)、飛機、導彈等，90%傳統技術(shù)的數字化模型是完整的，10%新技術(shù)用數字化建模的方式做產(chǎn)品的方案仿真，這10%的變量可以用虛擬方案設計來(lái)考量產(chǎn)品的可靠性。

全世界的產(chǎn)品制造90%以上是沿用過(guò)去成熟的技術(shù)，原創(chuàng )產(chǎn)品極少，但產(chǎn)品改進(jìn)、型號改進(jìn)的需求巨大。如冰箱壓縮機，冰箱型號有成千上萬(wàn)種，但原理相同，如果有成千上萬(wàn)個(gè)冰箱模型，仿真只做未來(lái)關(guān)注的發(fā)展方向，借鑒便利條件，那整個(gè)冰箱便可以仿真了。所以工業(yè)體系就是標準化、模塊化、系列化發(fā)展。傳統研發(fā)流程是基礎，有了傳統研發(fā)的工業(yè)知識，開(kāi)發(fā)出工業(yè)軟件，建立數字化工業(yè)流程體系，在積累大量工藝模型的基礎上做產(chǎn)品創(chuàng )新，就會(huì )非常簡(jiǎn)單。所以，工藝仿真市場(chǎng)巨大！

基于藍圖的工業(yè)制造是第一次工業(yè)革命的結果，在設計流程不變的基礎上，利用工業(yè)軟件進(jìn)行產(chǎn)品設計，即節省時(shí)間，又能保存完整的原始數據，將不可仿真的二維設計變成可仿真的三維數字模型，這在工業(yè)設計上又是一個(gè)質(zhì)的飛躍。過(guò)去，把計算機軟件用在已有的工業(yè)流程中，利用單個(gè)軟件的應用已達到提高生產(chǎn)效率的目的，但這并沒(méi)能形成一個(gè)體系，只能算簡(jiǎn)單意義的信息化改革。從材料到產(chǎn)品全架構的數字化模型，層層架構實(shí)現數字化仿真，多專(zhuān)業(yè)實(shí)現建模仿真，最終裝配成一個(gè)仿真的產(chǎn)品。在虛擬空間中完成產(chǎn)品的設計及生產(chǎn)，發(fā)現問(wèn)題后進(jìn)行模型的修改，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )快速迭代產(chǎn)品設計信息，實(shí)現工藝設計與試制試驗并行進(jìn)行，這才是真正的工業(yè)革命！

用計算分析和數字化仿真，來(lái)指導、簡(jiǎn)化、減少甚至取消物理試驗，這才是工業(yè)軟件的真正意義。物理試驗生成數據，與理論數據重新進(jìn)行對比分析，如此反復迭代，減少甚至取消物理試驗的次數，大大降低產(chǎn)品研發(fā)成本。以飛機為例，每次風(fēng)洞試驗都需要耗費大量費用，利用數字化仿真，做了大量的CAE試驗后，波音787減少了60%的風(fēng)洞試驗，這無(wú)疑節省了巨大的研發(fā)成本，并且提高了質(zhì)量與速度。

以上這個(gè)階段我稱(chēng)之為數字化轉型的上甘嶺，也是產(chǎn)品全生命周期承上啟下的關(guān)鍵部分。這部分最難的是工藝設計，如何把三維產(chǎn)品的設計和仿真模型工業(yè)可用，而不是手工可用。有國外的一份數據表明，基于三維工業(yè)產(chǎn)品設計所消耗的資金與時(shí)間成本是20%-30%，加工生產(chǎn)所消耗的資金與時(shí)間成本也是20%-30%，工藝設計則需要消耗的資金與時(shí)間成本是40%-60%，所以說(shuō)，工藝設計的轉型給企業(yè)帶來(lái)的效益是巨大的。但中國大部分企業(yè)拘泥于傳統的思想，沒(méi)有跨越這一重要轉型的鴻溝。