本文為寧振波先生發(fā)表于中國互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會會刊《互聯(lián)網(wǎng)天地》（月刊）2016年6月號文章，寧振波先生是中航工業(yè)集團信息技術(shù)中心首席顧問，智能制造名家，《三體智能革命》作者之一，是《走向智能論壇》核心專家顧問團隊成員。作者認為信息技術(shù)和工業(yè)技術(shù)的深度融合就是兩化融合，兩化融合內(nèi)容非常豐富，按照中國制造2025的部署，就是創(chuàng)新驅(qū)動，提質(zhì)增效，綠色發(fā)展，兩化深度融合為主線，智能制造為突破口。智能制造的基礎(chǔ)是網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化，數(shù)字化離不開數(shù)字模型和過程仿真。我們要建設(shè)的工業(yè)體系，一定是人、機、物交互與深度融合的一個體系，其核心是CPS。仿真的發(fā)展剛剛開始，這個行業(yè)是朝陽行業(yè)，其目標是：縮短產(chǎn)品周期，降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。未來的研制方式，就是仿真驅(qū)動的設(shè)計、研制方式。

　　寧振波先生是中航工業(yè)集團信息技術(shù)中心首席顧問，智能制造名家，《三體智能革命》作者之一，是《走向智能論壇》核心專家顧問團隊成員

　　中國講兩化融合，第一個化是工業(yè)化，英文的IndustryTechnology就是工業(yè)技術(shù)，由于中國的工業(yè)技術(shù)和世界先進水平差距較大，因此我們要補工業(yè)化的課；第二個化是信息化，InformationTechnology中文叫信息技術(shù)，因為有華為這樣的世界一流的公司，可以說中國的IT技術(shù)和世界是接軌的；實際上，信息技術(shù)和工業(yè)技術(shù)的深度融合就是兩化融合。兩化融合內(nèi)容非常豐富，按照中國制造2025的部署，就是創(chuàng)新驅(qū)動，提質(zhì)增效，綠色發(fā)展，兩化深度融合為主線，智能制造為突破口。

　　智能制造的基礎(chǔ)是網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化連接人、機、物，也就是物聯(lián)網(wǎng)或者叫工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，也有叫第二代互聯(lián)網(wǎng)的。提起數(shù)字化就離不開數(shù)字模型和過程仿真，本文主要論述數(shù)字模型和過程仿真。當然，數(shù)字模型是仿真的基礎(chǔ)，過程仿真是我們航空航天大規(guī)模應(yīng)用幾十年以來特別擅長的領(lǐng)域，也是取得巨大成效的領(lǐng)域。

　　數(shù)字模型有兩類，一類是工程模型，另一類是管理模型。工程模型也分為兩類：其一是產(chǎn)品模型，其二是產(chǎn)品研制過程模型。這里我們重點講產(chǎn)品模型和過程仿真。CAD（ComputerAidedDesign）技術(shù)是建立模型，CAE（ComputerAidedEngineering）技術(shù)就是模型的確認，也就是過程仿真。CAE的發(fā)展一直隨著計算機的硬件、軟件、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫的發(fā)展而壯大。工業(yè)技術(shù)無非就是三大類，設(shè)計、制造和試驗，從我們的產(chǎn)品需求和市場調(diào)研開始，就可以做仿真，下來做方案設(shè)計的時候當然也要做仿真，做方案的特點是方案不只一種，要用多種方案來做優(yōu)化設(shè)計，要做大量的仿真對比，然后進入工程研制階段的設(shè)計、試制、試驗過程，再進行工程研制完成以后的設(shè)計定型，生產(chǎn)定型，批量生產(chǎn)，產(chǎn)品交付，最后到服務(wù)保障。整個工業(yè)體系中，仿真必不可少。

　　傳統(tǒng)的工業(yè)體系是物理或者叫實體（PHYSICAL）,基于物理的原型和模型，設(shè)計制造試驗，試驗的時候檢測產(chǎn)品的功能和性能若是滿足不了要求，就扔掉，再來一遍，這就是典型的以愛迪生為代表的傳統(tǒng)工業(yè)體系的試錯法。當進入了現(xiàn)代工業(yè)社會，就要在CYBER空間用模型表達，CAD做機械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)，流體模型和過程模型，當然，管理也有模型，如人力資源模型，財務(wù)模型，統(tǒng)計模型，質(zhì)量模型。有了模型，才有了美國機械工程師學(xué)會（ASME）提的Y14.41的標準，也就是MBD（ModelBasedDefinition）的標準——基于模型的定義，后來美國又提出MBE（ModelBasedEnterprise）——基于模型的企業(yè)。這樣就完整了。一個企業(yè)，它既有產(chǎn)品又有管理，這就是打造一個全數(shù)字化的企業(yè)。還有我們的系統(tǒng)工程,過去的系統(tǒng)工程現(xiàn)在提升為MBSE（Model-BasedSystemsEngineering）——基于模型的系統(tǒng)工程，當然基于模型的系統(tǒng)工程之上還有架構(gòu)設(shè)計如企業(yè)架構(gòu)等等。

　　我們在CYBER空間中，有了完整的數(shù)字模型，進入CYBERPHYSICALSYSTEM（CPS）,直接從數(shù)字樣機映射成物理產(chǎn)品。當然，我們試驗方式有了一個轉(zhuǎn)變，原先的試驗方式，100%的實物模型，做實物仿真，或縮比模型，隨著發(fā)展，實物仿真太貴了，怎么辦，半實物模型，縮比模型，半實物仿真和半物理仿真。隨著我們未來的發(fā)展，一定是基于全數(shù)字模型的虛擬仿真，現(xiàn)在很多產(chǎn)品已經(jīng)不要物理模型了，設(shè)計制造試驗實現(xiàn)全模型化。

　　講到智能，必須考慮人的問題，世界萬物，只有人有智能。第一次第二次工業(yè)革命解決什么問題呢，蒸汽機也好，電動機也好，解決的是機器取代人體。第三次第四次工業(yè)革命呢？電腦和現(xiàn)在的工業(yè)4.0，它取代的是人的腦力勞動。我們要建設(shè)的工業(yè)體系，一定是人、機、物交互與深度融合的一個體系，其核心是CPS。

　　如何建立新的工業(yè)體系呢？首先，是在CYBER環(huán)境中，完成產(chǎn)品的一系列流程：概念設(shè)計，方案設(shè)計，初步設(shè)計，詳細設(shè)計，產(chǎn)品的分析仿真，工藝設(shè)計，工藝仿真，工裝設(shè)計，工裝仿真，裝配設(shè)計，裝配仿真，最后形成完整的產(chǎn)品數(shù)字樣機。在計算機上建立的虛擬實驗環(huán)境中，不斷地找出產(chǎn)品設(shè)計的問題、工藝的問題等等，然后改進計算機模型。第二方面，是再映射實物的試驗過程，這個不就是CYBERPHYSICALSYSTEM嗎？這就是完整的CPS架構(gòu)。但需要說明的是CPS可小可大，小到一個智能化小產(chǎn)品PLC處理器，大到整個地球，都可以用CPS來形容，這個智能系統(tǒng)一定是人機物關(guān)聯(lián)的一個系統(tǒng)。

　　1997年9月，錢學(xué)森給清華大學(xué)工程力學(xué)系建系40周年賀信中寫道：隨著力學(xué)計算能力的提高，用力學(xué)理論解決設(shè)計問題成為主要途徑，而試驗手段成為次要的了。由此展望21世紀，力學(xué)加電子計算機將成為工程設(shè)計的主要手段，就連工程型號研制也是用計算機加形象展示，稱為“虛擬型號研制”（VirtualPrototyping），就是我們現(xiàn)在說的數(shù)字樣機（DATAPROTOTYPE）。

　　如液壓虛擬鐵鳥的研制。首先用機械CAD和CAE設(shè)計了鐵鳥的結(jié)構(gòu)樣機，用電子CAD和CAE設(shè)計了鐵鳥的控制系統(tǒng)數(shù)字樣機，由液壓系統(tǒng)CAD、CAE形成液壓子系統(tǒng)的數(shù)字樣機，把控制數(shù)字樣機和液壓數(shù)字樣機裝配到結(jié)構(gòu)數(shù)字樣機上。這三個樣機，結(jié)構(gòu)、電子和液壓，形成一個完整的全飛機液壓系統(tǒng)的數(shù)字樣機。這個數(shù)字樣機和物理液壓試驗的臺架、試驗數(shù)據(jù)做關(guān)聯(lián)性分析，最后形成了一個液壓的虛擬鐵鳥。這個系統(tǒng)完成后，在其上作虛擬實驗，可減少20%的物理試驗成本。實際上在下一代飛機中，虛擬鐵鳥技術(shù)已經(jīng)推廣到了飛控系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、電子系統(tǒng)、機械系統(tǒng)和飛控系統(tǒng)中。這就是過程仿真的力量。

　　我個人認為，仿真的發(fā)展剛剛開始，這個行業(yè)是朝陽行業(yè)，其目標是：縮短產(chǎn)品周期，降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。未來的研制方式，就是仿真驅(qū)動的設(shè)計、研制方式。

　　通過對數(shù)字樣機的仿真分析和虛擬試驗來指導(dǎo)、簡化、減少、替代部分實物試驗，從根本上說，就是要解決計算的數(shù)字模型和分析是否正確，是否反映真實產(chǎn)品的特性，這就必須通過大量的科學(xué)的驗證試驗并形成數(shù)據(jù)庫、模型庫，從而改進并保證產(chǎn)品設(shè)計和分析的正確性。








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