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工业APP到底是个啥? 它有什么用?

工业APP的定义

工业APP是一种承载工业技术知识、经验与规律的形式化工业应用程序,是工业技术软件化的主要成果。

工业APP是为了解决特定问题、满足特定需要而将工业领域的各种流程、方法、数据、信息、规律、经验、知识等工业技术要素,通过数据建模与分析、结构化整理、系统性抽象提炼,并基于统一的标准,将这些工业技术要素封装固化后所形成的一种可高效重用和广泛传播的工业应用程序。

工业APP是工业技术软件化的重要成果,本质上是一种与原宿主解耦的工业技术经验、规律与知识的沉淀、转化和应用的载体。

工业APP所承载和封装的具体工业技术知识对象包括:

(1)经典数学公式、经验公式。(2)业务逻辑(包括产品设计逻辑、CAD建模逻辑、CAE仿真分析逻辑、制造过程逻辑)。(3)数据对象模型、数据交换模型。(4)领域机理知识(包括航空、航天、汽车、能源、电子、冶金、化工、轨道交通等行业机理知识,机械、电子、液压、控制、热、流体、电磁、光学、材料等专业知识,车、铣、刨、磨、镗、热、表、铸、锻、焊等工艺制造领域的知识,配方、配料、工艺过程与工艺参数的知识,以及故障、失效等模型,还可以是关于设备操作与运行的逻辑、经验与数据)。(5)工具软件适配器,工业设备适配器。(6)数学模型(设备健康预测模型、大数据算法模型、人工智能算法模型)。(7)将多领域知识进行特征化建模形成的知识特征化模型。(8)人机交互界面。

工业APP有两个关注点,第一是关注对工业数据的建模以及对模型的持续优化,第二是关注对已有工业技术知识的提炼与抽象。

两类不同的关注对象形成两大类工业APP,大多数工业互联网平台所做的都是工业数据建模。

工业APP强调解耦、标准化与体系化。

强调解耦是要解决知识的沉淀与重用,通过工业技术要素的解耦才能实现工业技术知识的有效沉淀与重用;

强调标准化是要解决数据模型和工业技术知识的重用及重用效率,通过标准化使得工业APP可以被广泛重用,并且可以让使用者不需要关注数据模型和知识本身,而直接进行高效使用;

强调体系化是要解决完整工业技术体系的形成,以便通过整个体系中不同工业APP的组合,完成复杂的工业应用。工业APP解决特定的问题,当需要解决复杂问题时,必须通过一系列的APP组合来支撑,所以要形成面向不同工业、不同行业的工业APP生态才能完成对复杂对象的描述与应用。

工业APP可以让工业技术经验与知识得到更好的保护与传承、更快的运转、更大规模的应用,从而十倍甚至百倍地放大工业技术的效应,推动工业知识的沉淀、复用和重构。

工业APP的典型特征

作为一种特殊的工业应用程序,工业APP具有如图2-3所示7个方面的典型特征,从而区别于一般的工业软件或工业应用程序。

工业APP 

图2-3工业APP典型特征

(1)完整地表达一个或多个特定功能,解决特定的问题每一个工业APP都是可以完整地表达一个或多个特定的功能,解决特定的具体问题的工业应用程序。这是工业APP区别于一般的工具软件和工业软件的特征,工具软件和工业软件的功能通常具有普适性,可解决一大类相似的问题。

(2)工业技术要素的载体工业APP是工业技术要素的载体,在工业APP中封装了具有特定功能和解决特定问题的流程、逻辑、数据流、经验、算法、知识、规律等工业技术要素,工业APP固化这些技术要素,每一个工业APP都是一些特定工业技术要素结合特定应用场景的集合与载体,这一特征赋予工业APP知识的属性。

(3)工业技术要素与原宿主解耦从工业APP的定义看,工业APP是要高效重用并广泛传播的一种工业应用程序,如果工业APP承载的工业技术要素不能与原宿主解耦,高效重用和广泛传播的目标就很难达成。因此,工业APP所承载的工业技术要素必须与原宿主解耦。这里所说的原宿主可以是拥有工业技术经验、掌握规律与知识的人或由人构成的组织,也可以是隐含或潜藏着规律与特性的客观存在的某一个事物。

(4)小轻灵,可组合,可重用工业APP目标单一,只解决特定的问题,不需要考虑功能普适性,因此,每一个工业APP都非常小巧灵活,不同的工业APP可以通过一定的逻辑与交互进行组合,解决更复杂的问题。每一个工业APP集合与固化了解决特定问题的工业技术要素,因此,工业APP可以重复应用到不同的场景,解决相同的问题。

(5)结构化和形式化工业APP是流程与方法、信息与规律、经验与知识等工业技术要素进行结构化整理和抽象提炼后的一种显性表达,结构化提供了可组合应用的基础。以图形化方式定义这些技术要素及其相互之间的关系,并提供图形化人机交互界面,以及可视的输入输出,方便工业技术知识的广泛重用。

(6)轻代码化轻代码化不是排斥代码。工业APP需要一个非常庞大的生态来支撑,这就要求让掌握了工业技术知识的广大工程技术人员尽量都能参与到工业APP生态建设的进程中。所以,工业APP的开发主体一定是“工业人”,而不是“IT人”。这就要求工业APP的开发是在一种图形化的环境中通过简单的拖、拉、拽等操作和定义完成的,不需要代码或仅需要少量代码。

即便如此,工业APP并不排斥通过代码方式实现的工业用途的APP。轻代码化的特征主要是从工业APP生态形成的角度,对生态中绝大多数工业APP实现方式的概括。

(7)平台化可移植工业APP集合与固化了解决特定问题的工业技术要素,因此,工业APP可以在工业互联网平台中不依赖于特定的环境运行。

平台化可移植这个特征与工业APP建模密切相关,由于工业领域四类模型的不同建模方式和所需建模引擎的差异,工业APP的平台化将以工业互联网平台能否提供完善的建模引擎为前提。只有提供通用的建模引擎时,工业APP才能实现平台化可移植。

工业APP的这7个典型特征充分映射了工业APP的根本目的:

便于“工业人”实现经验与知识的沉淀;

便于利用数据与信息转化为规律与特性涌现;

便于将经验与隐性知识转化为显性知识;

便于在一个共享的氛围中实现知识的社会化传播;

结构化、显性化、特征化表达,便于知识的高效应用。

工业APP的本质

工业APP本质上是一种与原宿主解耦的工业技术经验、规律与知识的沉淀、转化和使用的应用程序载体。其中包含三层意思:

第一,工业APP是工业技术经验、规律与知识的沉淀、转化和应用的载体;

第二,这种工业技术经验、规律与知识必须是与原宿主解耦的;

第三,这种融合了工业技术知识的应用程序,为人们一直以来孜孜以求的“知识驱动的应用”(如知识驱动的设计)提供了支撑。

从工业APP的本质来说,有以下几个比较容易混淆的问题必须明确:

1)工业APP承载的是已经与人解耦的结构化、显性化、特征化表达的工业技术知识、经验与规律。

2)工业APP不承载设施设备等资源,虽然设施设备也是各种工业技术的集合与成果,但是由于这种设施设备中的工业技术并没有被抽取出来,使其独立存在并可与该设施设备解耦,因此不能说这个设施设备资源可以作为工业APP。但是,工业APP可以承载操作与使用设施设备的经验与知识,以及通过数据所发现的规律。

下面以飞行器风洞试验中的风洞设施为例来说明这个问题。虽然风洞本身是一套复杂的高技术设施设备,但不能把风洞本身当作一个APP。

风洞的操作很复杂,尤其是天平调节,严重依赖操作人员的经验,如果我们把天平调节操作能手头脑中的经验进行梳理、解析、封装并形成一个工业应用程序,这就形成了一个风洞试验天平调节APP,因为其中的操作经验已经与特定的天平调节操作人员解耦了。

这个例子也同样说明了上面提到的关于与人解耦的问题,这个天平调节能手本身不能是一个APP,但是抽取出来的天平调节经验是工业APP。

3)要注意区分利用工业APP定义、描述以及实现的工业品实例与工业APP的差别,定义、描述以及实现某工业品对象的工业应用程序是工业APP,但是工业品实例不能作为工业APP。

例如,某企业使用齿轮设计APP设计了100个不同的齿轮实体,虽然这100个齿轮实体都是齿轮设计技术与知识的结果,但都只是一个齿轮设计APP的设计实例,而不是100个工业APP。

4)APP的应用是一种“知识驱动的应用”,如知识驱动的设计等应用。工业APP实现了以前大家一直想要实现的“知识驱动设计”。在索为公司展示的一个案例中,其用数百个工业APP进行组合,完全由工业APP驱动完成一款民用飞机的总体设计,如图2-4所示的飞机总体设计APP,APP驱动包括飞机的气动外形、气动布局、飞行性能、重量重心、操稳等总体设计和分析活动。

自动化软件 

图2-4工业APP驱动产品设计

在工业APP驱动产品设计的过程中,工程师不需要直接操作CAD和CAE分析软件来进行设计,只需要在人机交互时输入与飞机总体设计相关的需求和技术参数,而其他建模和分析过程全部由APP中所承载的工业知识驱动完成,这就是典型的知识驱动设计。