云計算,、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng),、物聯(lián)網(wǎng),、人工智能或智能制造等技術(shù)相互關(guān)聯(lián),，不是單獨存在的,。如圖一所示,，最底層是工業(yè)大數(shù)據(jù)的采集，從產(chǎn)品的策劃,、總體設計,，到產(chǎn)品的仿真，到制造,、檢測,、試驗、運行維護到服務,、支持,、回收和退役的這個全過程，就是產(chǎn)品全生命周期（PLM）的研制體系,。

圖一

初期是產(chǎn)品策劃,、市場調(diào)研和設計，過程中要依靠大量的傳感器采集海量數(shù)據(jù),，這就是工業(yè)大數(shù)據(jù),。我們所應用的三維CAD設計、三維產(chǎn)品設計要進行仿真分析,，需要大量的數(shù)據(jù)采集,，這些數(shù)據(jù)都要一致，就要形成數(shù)據(jù)的標準,。所以數(shù)據(jù)采集,，第一追求準確性、第二追求完整性,、第三追求實時性,。這些數(shù)據(jù)重新構(gòu)成整個產(chǎn)品研制過程的模型，這個模型是實時的,、真實的工業(yè)過程的模型,。設計的模型是理論模型，設計仿真這種模型要做實物和理論模型的高度關(guān)聯(lián)性分析,，理論和實踐的結(jié)合是工業(yè)軟件生存的基礎,，用實踐來考核工業(yè)軟件的可靠性與實用性。

這些采集的數(shù)據(jù)通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)傳遞到云平臺,，云平臺的服務器與軟件做大量的實時分析,，即《三體智能革命》中總結(jié)的16個字：狀態(tài)感知、實時分析,、自主決策,、精準執(zhí)行。實時分析分為兩部分：簡單分析在邊緣層進行,，復雜的分析在服務器層進行,。分析后上傳到頂層做人腦和機器結(jié)合的決策,，此時人工智能和智能制造體系就起關(guān)鍵作用。決策結(jié)果通過精準執(zhí)行反饋到一線,，指導整個產(chǎn)品研發(fā)過程,。

這個過程最重要的是集成電路（IC）和軟件。近幾年,，諸多專家講到“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)軟件上進行自主研發(fā)創(chuàng)新,，才是中國智能制造發(fā)展的未來。

根據(jù)產(chǎn)品的復雜度,，我將工業(yè)制造產(chǎn)品進行七層解耦,。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(jié)構(gòu)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(tǒng)到第六級系統(tǒng)直至第七級整個產(chǎn)品,。

圖二

產(chǎn)品的復雜性可以分為兩類：一類是可分解的復雜（Complicated）,，一類是不可分解的復雜（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)射過程中會逐級分離，最后返回地面只是一小部分,，在研制過程中每個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完整的形態(tài),，飛行過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,！

上圖是一個產(chǎn)品樹，它最重要的是樹根--機械結(jié)構(gòu),。任何行業(yè),，機械結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu),，不管光學、電學,、聲學,、熱流體學，都依賴于機械結(jié)構(gòu)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，它仍然依賴的是機械結(jié)構(gòu)的材料特性分析，這里強調(diào)的是多專業(yè),，把圖一產(chǎn)品的全流程,、圖二產(chǎn)品復雜度與圖三產(chǎn)品的多專業(yè)綜合起來，就全面詮釋了工業(yè)體系的復雜度,。

圖三

如上所述,，工業(yè)軟件的三大類，機械設計CAD/CAE,，光學設計CAD/CAE和電學EDA,，討論最多的是EDA軟件，這三個軟件都是美國的,，現(xiàn)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域獨占鰲頭呢？因為美國在弱電方面世界第一,，控制系統(tǒng),、集成電路的設計、生產(chǎn),、工藝和制造,，在世界上遙遙領先。日本,、歐洲,、加拿大、澳大利亞,，包括中國都沒有高水平的EDA軟件,。因為美國有工業(yè)知識，到現(xiàn)在為止,，集成電路核心的設計,、工藝、制造全掌握在美國手里,。

這些年我參觀了幾千家企業(yè),，有央企、國企,、民企,，遇到一些共性的問題。傳統(tǒng)二維工藝設計方法不能夠直接利用三維模型進行工藝設計,，很多企業(yè)還在使用傳統(tǒng)的藍圖工藝卡片,，三維設計只是單個軟件在單個環(huán)節(jié)運用，而不是數(shù)字化的設計,、制造,、仿真。因為只有三維數(shù)字化設計才能做三維模型的數(shù)字仿真，做三維模型必須要具備材料數(shù)據(jù),、工藝數(shù)據(jù)和三維幾何數(shù)據(jù),。為什么要工藝數(shù)據(jù)？如果設計一個機加件,，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(jié)合物理實踐，既要有三維的幾何模型,，還要有材料數(shù)據(jù),、工藝數(shù)據(jù)，以確保計算出來的靜力,、動力,、強度等數(shù)據(jù)誤差很小,。如何考核一個企業(yè)的數(shù)字化水平,？機械加工企業(yè)的制造依據(jù)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(shù)字化，這就是為什么我稱之為數(shù)字化轉(zhuǎn)型上甘嶺,。

圖四

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(shù)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,、電子,、震動等設計都涉及到力學問題，工藝設計也是如此,，生產(chǎn)制造和工藝過程,，例如鍛造、鑄造,、車銑刨磨,、焊接，表面處理等常規(guī)的加工,，都涉及到力學問題,，只有裝配，沒有力學，裝配就只是個幾何問題,。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,、汽車等行業(yè)的工藝仿真幾乎全是ESI做的。

現(xiàn)在中國做通用軟件肯定趕不上世界水平,，我們應該結(jié)合一個行業(yè)做專用的軟件,。為什么這么說？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個軟件模塊,，造汽車的時候會發(fā)現(xiàn)有200多個是用不到的,，航空工業(yè)可能會用到200個，簡單產(chǎn)品的制造企業(yè)可能十幾個模塊就夠用了,。通用軟件體系龐大無比,，體量巨大，如果中國的公司在這個時候想追趕達索和西門子,，我個人認為幾乎是不可能的,。中國的軟件開發(fā)應該向?qū)Ｓ梅较虬l(fā)展，抓住國內(nèi)影響巨大的,、規(guī)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,，就是一個巨大的突破，也將會有巨大的市場,。

設計復雜產(chǎn)品時,，尤其是一個由很多組件、部件組裝的大系統(tǒng),，90%要用到傳統(tǒng)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。這時數(shù)字化就發(fā)揮了作用,，在新產(chǎn)品研制階段,，如汽車、飛機,、導彈等,，90%傳統(tǒng)技術(shù)的數(shù)字化模型是完整的，10%新技術(shù)用數(shù)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%以上是沿用過去成熟的技術(shù)，原創(chuàng)產(chǎn)品極少,，但產(chǎn)品改進,、型號改進的需求巨大。如冰箱壓縮機,，冰箱型號有成千上萬種,，但原理相同，如果有成千上萬個冰箱模型,，仿真只做未來關(guān)注的發(fā)展方向,，借鑒便利條件,，那整個冰箱便可以仿真了,。所以工業(yè)體系就是標準化、模塊化,、系列化發(fā)展,。傳統(tǒng)研發(fā)流程是基礎，有了傳統(tǒng)研發(fā)的工業(yè)知識,，開發(fā)出工業(yè)軟件,，建立數(shù)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,，就會非常簡單,。所以，工藝仿真市場巨大,！

基于藍圖的工業(yè)制造是第一次工業(yè)革命的結(jié)果,，在設計流程不變的基礎上，利用工業(yè)軟件進行產(chǎn)品設計,，即節(jié)省時間,，又能保存完整的原始數(shù)據(jù)，將不可仿真的二維設計變成可仿真的三維數(shù)字模型,，這在工業(yè)設計上又是一個質(zhì)的飛躍,。過去,，把計算機軟件用在已有的工業(yè)流程中，利用單個軟件的應用已達到提高生產(chǎn)效率的目的,，但這并沒能形成一個體系,，只能算簡單意義的信息化改革。從材料到產(chǎn)品全架構(gòu)的數(shù)字化模型,，層層架構(gòu)實現(xiàn)數(shù)字化仿真,，多專業(yè)實現(xiàn)建模仿真，最終裝配成一個仿真的產(chǎn)品,。在虛擬空間中完成產(chǎn)品的設計及生產(chǎn),，發(fā)現(xiàn)問題后進行模型的修改，通過網(wǎng)絡快速迭代產(chǎn)品設計信息,，實現(xiàn)工藝設計與試制試驗并行進行,，這才是真正的工業(yè)革命！

用計算分析和數(shù)字化仿真,，來指導,、簡化、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(shù)據(jù)，與理論數(shù)據(jù)重新進行對比分析,，如此反復迭代,，減少甚至取消物理試驗的次數(shù)，大大降低產(chǎn)品研發(fā)成本,。以飛機為例,，每次風洞試驗都需要耗費大量費用，利用數(shù)字化仿真,，做了大量的CAE試驗后,，波音787減少了60%的風洞試驗，這無疑節(jié)省了巨大的研發(fā)成本,，并且提高了質(zhì)量與速度,。

以上這個階段我稱之為數(shù)字化轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)表明,，基于三維工業(yè)產(chǎn)品設計所消耗的資金與時間成本是20%-30%，加工生產(chǎn)所消耗的資金與時間成本也是20%-30%,，工藝設計則需要消耗的資金與時間成本是40%-60%,，所以說,，工藝設計的轉(zhuǎn)型給企業(yè)帶來的效益是巨大的。但中國大部分企業(yè)拘泥于傳統(tǒng)的思想,，沒有跨越這一重要轉(zhuǎn)型的鴻溝,。