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終于有人把工業(yè)APP講明白了

2022-10-21新聞

作者：何強李義章

本文經(jīng)授權轉載自工控百家談公眾號

工業(yè)APP的定義

工業(yè)APP是一種承載工業(yè)技術知識、經(jīng)驗與規(guī)律的形式化工業(yè)應用程序，是工業(yè)技術軟件化的主要成果。

工業(yè)APP是為了解決特定問題、滿足特定需要而將工業(yè)領域的各種流程、方法、數(shù)據(jù)、信息、規(guī)律、經(jīng)驗、知識等工業(yè)技術要素，通過數(shù)據(jù)建模與分析、結構化整理、系統(tǒng)性抽象提煉，并基于統(tǒng)一的標準，將這些工業(yè)技術要素封裝固化后所形成的一種可高效重用和廣泛傳播的工業(yè)應用程序。

工業(yè)APP是工業(yè)技術軟件化的重要成果，本質上是一種與原宿主解耦的工業(yè)技術經(jīng)驗、規(guī)律與知識的沉淀、轉化和應用的載體。

工業(yè)APP所承載和封裝的具體工業(yè)技術知識對象包括：

(1) 經(jīng)典數(shù)學公式、經(jīng)驗公式。(2) 業(yè)務邏輯（包括產(chǎn)品設計邏輯、CAD建模邏輯、CAE仿真分析邏輯、制造過程邏輯）。(3) 數(shù)據(jù)對象模型、數(shù)據(jù)交換模型。(4) 領域機理知識（包括航空、航天、汽車、能源、電子、冶金、化工、軌道交通等行業(yè)機理知識，機械、電子、液壓、控制、熱、流體、電磁、光學、材料等專業(yè)知識，車、銑、刨、磨、鏜、熱、表、鑄、鍛、焊等工藝制造領域的知識，配方、配料、工藝過程與工藝參數(shù)的知識，以及故障、失效等模型，還可以是關于設備操作與運行的邏輯、經(jīng)驗與數(shù)據(jù)）。(5) 工具軟件適配器，工業(yè)設備適配器。(6) 數(shù)學模型（設備健康預測模型、大數(shù)據(jù)算法模型、人工智能算法模型）。(7) 將多領域知識進行特征化建模形成的知識特征化模型。(8) 人機交互界面。

工業(yè)APP有兩個關注點，第一是關注對工業(yè)數(shù)據(jù)的建模以及對模型的持續(xù)優(yōu)化，第二是關注對已有工業(yè)技術知識的提煉與抽象。

兩類不同的關注對象形成兩大類工業(yè)APP，大多數(shù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺所做的都是工業(yè)數(shù)據(jù)建模。

工業(yè)APP強調解耦、標準化與體系化。

強調解耦是要解決知識的沉淀與重用，通過工業(yè)技術要素的解耦才能實現(xiàn)工業(yè)技術知識的有效沉淀與重用；

強調標準化是要解決數(shù)據(jù)模型和工業(yè)技術知識的重用及重用效率，通過標準化使得工業(yè)APP可以被廣泛重用，并且可以讓使用者不需要關注數(shù)據(jù)模型和知識本身，而直接進行高效使用；

強調體系化是要解決完整工業(yè)技術體系的形成，以便通過整個體系中不同工業(yè)APP的組合，完成復雜的工業(yè)應用。工業(yè)APP解決特定的問題，當需要解決復雜問題時，必須通過一系列的APP組合來支撐，所以要形成面向不同工業(yè)、不同行業(yè)的工業(yè)APP生態(tài)才能完成對復雜對象的描述與應用。

工業(yè)APP可以讓工業(yè)技術經(jīng)驗與知識得到更好的保護與傳承、更快的運轉、更大規(guī)模的應用，從而十倍甚至百倍地放大工業(yè)技術的效應，推動工業(yè)知識的沉淀、復用和重構。

工業(yè)APP的典型特征

作為一種特殊的工業(yè)應用程序，工業(yè)APP具有如圖2-3所示7個方面的典型特征，從而區(qū)別于一般的工業(yè)軟件或工業(yè)應用程序。

圖2-3　工業(yè)APP典型特征

（1）完整地表達一個或多個特定功能，解決特定的問題每一個工業(yè)APP都是可以完整地表達一個或多個特定的功能，解決特定的具體問題的工業(yè)應用程序。這是工業(yè)APP區(qū)別于一般的工具軟件和工業(yè)軟件的特征，工具軟件和工業(yè)軟件的功能通常具有普適性，可解決一大類相似的問題。

（2）工業(yè)技術要素的載體工業(yè)APP是工業(yè)技術要素的載體，在工業(yè)APP中封裝了具有特定功能和解決特定問題的流程、邏輯、數(shù)據(jù)流、經(jīng)驗、算法、知識、規(guī)律等工業(yè)技術要素，工業(yè)APP固化這些技術要素，每一個工業(yè)APP都是一些特定工業(yè)技術要素結合特定應用場景的集合與載體，這一特征賦予工業(yè)APP知識的屬性。

（3）工業(yè)技術要素與原宿主解耦從工業(yè)APP的定義看，工業(yè)APP是要高效重用并廣泛傳播的一種工業(yè)應用程序，如果工業(yè)APP承載的工業(yè)技術要素不能與原宿主解耦，高效重用和廣泛傳播的目標就很難達成。因此，工業(yè)APP所承載的工業(yè)技術要素必須與原宿主解耦。這里所說的原宿主可以是擁有工業(yè)技術經(jīng)驗、掌握規(guī)律與知識的人或由人構成的組織，也可以是隱含或潛藏著規(guī)律與特性的客觀存在的某一個事物。

（4）小輕靈，可組合，可重用工業(yè)APP目標單一，只解決特定的問題，不需要考慮功能普適性，因此，每一個工業(yè)APP都非常小巧靈活，不同的工業(yè)APP可以通過一定的邏輯與交互進行組合，解決更復雜的問題。每一個工業(yè)APP集合與固化了解決特定問題的工業(yè)技術要素，因此，工業(yè)APP可以重復應用到不同的場景，解決相同的問題。

（5）結構化和形式化工業(yè)APP是流程與方法、信息與規(guī)律、經(jīng)驗與知識等工業(yè)技術要素進行結構化整理和抽象提煉后的一種顯性表達，結構化提供了可組合應用的基礎。以圖形化方式定義這些技術要素及其相互之間的關系，并提供圖形化人機交互界面，以及可視的輸入輸出，方便工業(yè)技術知識的廣泛重用。

（6）輕代碼化輕代碼化不是排斥代碼。工業(yè)APP需要一個非常龐大的生態(tài)來支撐，這就要求讓掌握了工業(yè)技術知識的廣大工程技術人員盡量都能參與到工業(yè)APP生態(tài)建設的進程中。所以，工業(yè)APP的開發(fā)主體一定是“工業(yè)人”，而不是“IT人”。這就要求工業(yè)APP的開發(fā)是在一種圖形化的環(huán)境中通過簡單的拖、拉、拽等操作和定義完成的，不需要代碼或僅需要少量代碼。

即便如此，工業(yè)APP并不排斥通過代碼方式實現(xiàn)的工業(yè)用途的APP。輕代碼化的特征主要是從工業(yè)APP生態(tài)形成的角度，對生態(tài)中絕大多數(shù)工業(yè)APP實現(xiàn)方式的概括。

（7）平臺化可移植工業(yè)APP集合與固化了解決特定問題的工業(yè)技術要素，因此，工業(yè)APP可以在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺中不依賴于特定的環(huán)境運行。

平臺化可移植這個特征與工業(yè)APP建模密切相關，由于工業(yè)領域四類模型的不同建模方式和所需建模引擎的差異，工業(yè)APP的平臺化將以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺能否提供完善的建模引擎為前提。只有提供通用的建模引擎時，工業(yè)APP才能實現(xiàn)平臺化可移植。

工業(yè)APP的這7個典型特征充分映射了工業(yè)APP的根本目的：

便于“工業(yè)人”實現(xiàn)經(jīng)驗與知識的沉淀；
便于利用數(shù)據(jù)與信息轉化為規(guī)律與特性涌現(xiàn)；
便于將經(jīng)驗與隱性知識轉化為顯性知識；
便于在一個共享的氛圍中實現(xiàn)知識的社會化傳播；
結構化、顯性化、特征化表達，便于知識的高效應用。

工業(yè)APP的本質

工業(yè)APP本質上是一種與原宿主解耦的工業(yè)技術經(jīng)驗、規(guī)律與知識的沉淀、轉化和使用的應用程序載體。其中包含三層意思：

第一，工業(yè)APP是工業(yè)技術經(jīng)驗、規(guī)律與知識的沉淀、轉化和應用的載體；

第二，這種工業(yè)技術經(jīng)驗、規(guī)律與知識必須是與原宿主解耦的；

第三，這種融合了工業(yè)技術知識的應用程序，為人們一直以來孜孜以求的“知識驅動的應用”（如知識驅動的設計）提供了支撐。

從工業(yè)APP的本質來說，有以下幾個比較容易混淆的問題必須明確：

1）工業(yè)APP承載的是已經(jīng)與人解耦的結構化、顯性化、特征化表達的工業(yè)技術知識、經(jīng)驗與規(guī)律。

2）工業(yè)APP不承載設施設備等資源，雖然設施設備也是各種工業(yè)技術的集合與成果，但是由于這種設施設備中的工業(yè)技術并沒有被抽取出來，使其獨立存在并可與該設施設備解耦，因此不能說這個設施設備資源可以作為工業(yè)APP。但是，工業(yè)APP可以承載操作與使用設施設備的經(jīng)驗與知識，以及通過數(shù)據(jù)所發(fā)現(xiàn)的規(guī)律。

下面以飛行器風洞試驗中的風洞設施為例來說明這個問題。雖然風洞本身是一套復雜的高技術設施設備，但不能把風洞本身當作一個APP。

風洞的操作很復雜，尤其是天平調節(jié)，嚴重依賴操作人員的經(jīng)驗，如果我們把天平調節(jié)操作能手頭腦中的經(jīng)驗進行梳理、解析、封裝并形成一個工業(yè)應用程序，這就形成了一個風洞試驗天平調節(jié)APP，因為其中的操作經(jīng)驗已經(jīng)與特定的天平調節(jié)操作人員解耦了。

這個例子也同樣說明了上面提到的關于與人解耦的問題，這個天平調節(jié)能手本身不能是一個APP，但是抽取出來的天平調節(jié)經(jīng)驗是工業(yè)APP。

3）要注意區(qū)分利用工業(yè)APP定義、描述以及實現(xiàn)的工業(yè)品實例與工業(yè)APP的差別，定義、描述以及實現(xiàn)某工業(yè)品對象的工業(yè)應用程序是工業(yè)APP，但是工業(yè)品實例不能作為工業(yè)APP。

例如，某企業(yè)使用齒輪設計APP設計了100個不同的齒輪實體，雖然這100個齒輪實體都是齒輪設計技術與知識的結果，但都只是一個齒輪設計APP的設計實例，而不是100個工業(yè)APP。

4）APP的應用是一種“知識驅動的應用”，如知識驅動的設計等應用。工業(yè)APP實現(xiàn)了以前大家一直想要實現(xiàn)的“知識驅動設計”。在索為公司展示的一個案例中，其用數(shù)百個工業(yè)APP進行組合，完全由工業(yè)APP驅動完成一款民用飛機的總體設計，如圖2-4所示的飛機總體設計APP，APP驅動包括飛機的氣動外形、氣動布局、飛行性能、重量重心、操穩(wěn)等總體設計和分析活動。

圖2-4　工業(yè)APP驅動產(chǎn)品設計

在工業(yè)APP驅動產(chǎn)品設計的過程中，工程師不需要直接操作CAD和CAE分析軟件來進行設計，只需要在人機交互時輸入與飛機總體設計相關的需求和技術參數(shù)，而其他建模和分析過程全部由APP中所承載的工業(yè)知識驅動完成，這就是典型的知識驅動設計。

看完這篇節(jié)選長文，相信您對工業(yè)APP也有了更全面的認識。

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