数字工业时代来临

数字技术为工业、农业、服务业以及人民生活都带来了巨大的变化。从数字地球到数字中国，从“数字描绘中国”到“数字改变中国”，再到“数字驱动中国”，在工业领域应用数字技术带来生产方式、生产效率和产品质量的本质提升。

数字技术给工业领域带来的深刻变化不仅仅是简单的数字技术在工业领域的应用，更深刻的影响是数字技术重塑了工业技术体系，以软件定义、模型化、工业APP（知识组件化）在内的一系列数字技术和成果，将数字中国推进到数字工业时代。数字技术改变了工业，工业领域也积极谋求数字化转型，二者相互融合形成数字工业。

数字技术改变工业

数字技术改变工业体现在数字技术对工业产品本身的改变、对工业品生命周期过程的重构、对工业运行模式的改变、对工业品有形边界的突破，以及对整个工业技术体系的重构五方面。

1. 数字技术改变了工业产品本身

数字技术改变工业产品本身主要体现为在产品数字化的基础上，通过“软件定义”实现的产品智能化。如图1.3所示，工业产品从以前常见的单一机械产品，逐步转变为涉及机械、电子、嵌入式软件等多领域并带有自动控制、智能控制的新型工业产品，工业产品在各种使用场景中发挥出了更强的功能和性能；“软件定义”使得工业产品能够实现功能重构及功能的自适应配置，从而表现出更多的适应性和智能。

图1.3　数字技术改变工业产品

数字技术使得产品从传统的物理空间扩展到数字空间，并实现数字物理空间融合，产品本身也从传统的实物产品变成实物产品与数字产品的融合。数字技术使得产品本身的形态、功能都得到了根本的改变。

2.数字技术改变了工业品生命周期过程

数字技术的使用，尤其是图形化交互技术、计算机辅助技术、建模与仿真等技术的应用，催生了新的产品设计理论，并行设计、敏捷方法、基于模型的系统工程（MBSE）等产品设计与研制理论应运而生。基于计算机辅助技术、建模与仿真等技术将工业产品和各种工况数字化后，可以利用数字技术将原本在实物出现后才能完成的各种试验验证提前到产品开发的早期阶段，尽早发现问题；并基于数字孪生（digital twin）将产品在制造与运行等实物环节的信息进行虚实融合分析，做到“一次成功”。在从一个（idea）到概念、设计、生产、运行和维护等过程中，数字化手段改变了工业产品的整个生命周期过程的描述与表达，从抽象的理念到模糊的概念，再到确定的方案与设计，以及产品的生产制造过程、制造设备、运行环境等。从产品设计开始，利用数字化方式与手段进行描述与表达，通过数字空间的虚拟表达与分析计算，再结合物理空间的真实产品数据分析对比，实现生命周期的虚实融合。图1.4展示了一个3D打印的零部件从建立数字孪生开始，在生命周期中的数字线程和数字孪生应用。

3.数字技术改变了工业运行模式

数字化将工业运行模式从传统的试错模式转换成基于模型早期验证、基于建模与仿真计算进行预测与权衡空间决策的模式。通过构建数字化模型，结合前人在工业领域的数据、规律、经验与知识积累，进行仿真分析计算并基于数据进行决策，从而更高效、更快捷地获得想要的工业产品。

数字技术突破了工业在时间、空间与资源方面的限制，众包设计模式、云制造模式、远程可预测性维护等新模式涌现。

4.数字技术突破了工业产品的有形边界

传统的工业产品通常都具有有形的边界，数字技术突破了工业产品传统的数据信息交互模式，通过产品与产品、产品与环境、产品与人之间的数据获取、分析、交互、执行等，实现工业生产要素（包括人、设施设备、生产线、物料等要素）之间的互联互通，突破工业产品原有的边界。越来越多的工业产品构成了一个更加复杂的体系，涌现出更多的新特性，从而为创新提供了更多的可能。

图1.4　数字孪生在生命周期中的融合

5.数字技术重塑整个工业技术体系

工业技术的不断发展是在继承和发扬前人的知识、经验基础上，经过学习、转化吸收、创新与变革的过程。数字技术改变了工业技术知识和经验的记录、获取、沉淀、转化、传播、应用的模式与效率，不同的个体与组织都可以方便、高效地从外界获取各种工业技术知识和经验，也可以向外界分享自己的工业技术知识和经验，即所有人共建整个工业技术体系并从中受益。

数字技术通过软件定义对工业产品本身的智能化改变、工业产品生命周期过程的重构、工业品边界的突破、工业运行模式的改变，以及工业技术体系的重塑来改变工业。同时，工业领域也在不断地开展工业数字化实践与转型。总之，数字技术正在改变工业，同时，工业也在进行数字化转型。