軟件加速工業(yè)文明的發(fā)展

中國(guó)發(fā)明協(xié)會(huì)常務(wù)理事，發(fā)明方法研究分會(huì)會(huì)長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)著名創(chuàng)新方法專(zhuān)家、兩化融合／智能制造專(zhuān)家，《三體智能革命》副主編，《走向智能論壇》核心專(zhuān)家趙敏教授

每天清晨，人們生活的打開(kāi)方式，早已經(jīng)不是50年前的收音機(jī)、10年前的電視機(jī)，而是放在床頭、桌上的智能手機(jī)。

啟動(dòng)汽車(chē)，自駕上路的打開(kāi)方式，也已經(jīng)不是鑰匙點(diǎn)火和掛擋、查閱紙質(zhì)地圖，而是按鍵點(diǎn)火調(diào)程序，設(shè)定導(dǎo)航目的地。

進(jìn)入車(chē)間，藍(lán)領(lǐng)工作的打開(kāi)方式，也已經(jīng)不是攤開(kāi)圖紙工藝卡、開(kāi)會(huì)討論問(wèn)題，而是參閱CAD圖紙，啟動(dòng)數(shù)控程序。

無(wú)論是手機(jī)中的APP，還是汽車(chē)上的數(shù)字化駕駛界面，亦或是數(shù)字化圖紙和數(shù)控程序，它們都有一個(gè)共同的名字——軟件。

一、世界以軟件的速度發(fā)展

按照辯證唯物主義的觀點(diǎn)，世界的發(fā)展取決于人類(lèi)用以改造外部世界的工具系統(tǒng)的發(fā)展。而作為生產(chǎn)力的核心要素的工具系統(tǒng)的發(fā)展，將會(huì)對(duì)與之相匹配的生產(chǎn)關(guān)系、社會(huì)系統(tǒng)乃至人們的觀念系統(tǒng)，都產(chǎn)生巨大的、不可逆轉(zhuǎn)的影響。工具系統(tǒng)與社會(huì)系統(tǒng)的關(guān)系如圖1所示。

圖1工具系統(tǒng)與社會(huì)系統(tǒng)的關(guān)系

遵循TRIZ發(fā)明方法論中的技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化趨勢(shì)，人類(lèi)制造出來(lái)的所有工具系統(tǒng)，都正在日益向著電子化、數(shù)字化、虛擬化的方向發(fā)展，其結(jié)果是形成了“數(shù)字化一切可以數(shù)字化的事物”的總體發(fā)展趨勢(shì)。

在這個(gè)大趨勢(shì)中，數(shù)字化的核心使能要素是軟件，特別是在工業(yè)發(fā)展中起著關(guān)鍵作用的工業(yè)軟件。沒(méi)有工業(yè)軟件的支撐，很多新產(chǎn)品都無(wú)法面世。工業(yè)軟件不僅作為數(shù)字化研發(fā)手段，支持了新產(chǎn)品、新工藝、新材料的發(fā)展，工業(yè)軟件也作為新型的“零部件”，正在大舉進(jìn)入到產(chǎn)品之中，形成了產(chǎn)品本身的數(shù)字化。工業(yè)知識(shí)、技術(shù)積累的軟件化，是一個(gè)可以觀察到的重要趨勢(shì)。

對(duì)世界的發(fā)展，筆者有了新的認(rèn)知：軟件發(fā)展的速度決定了世界的發(fā)展速度。曾幾何時(shí)，人們認(rèn)為“世界是以材料的速度來(lái)發(fā)展的”，今天這個(gè)結(jié)論在不少行業(yè)仍然成立，但是已經(jīng)逐漸退出主導(dǎo)世界發(fā)展速度的地位。今天的世界是由軟件和材料來(lái)共同決定的，是以軟件的速度來(lái)發(fā)展的！

不管你感覺(jué)或尚未感覺(jué)到，事實(shí)已經(jīng)如此。

二、軟件由算法和知識(shí)決定

軟件是什么？軟件是運(yùn)行在硬件中的數(shù)字化指令和數(shù)據(jù)的集合。因此，開(kāi)發(fā)軟件也叫作編制軟件程序，簡(jiǎn)稱(chēng)“編程”。所謂程序，就是以人類(lèi)語(yǔ)言的格式，把一系列邏輯規(guī)則（算法）和知識(shí)表達(dá)出來(lái)，最終以“0／1”的代碼格式，驅(qū)動(dòng)硬件的底層功能。說(shuō)到底，軟件就是一系列按照預(yù)定的邏輯和格式編輯好的“0／1”代碼序列。

軟件的質(zhì)量與很多因素有關(guān)，如性能、功能、可維護(hù)性、安全性、互操作性等，都要依賴(lài)于軟件中的算法和知識(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)。特別是工業(yè)軟件，離開(kāi)特定的算法與知識(shí)，幾乎寸步難行。工業(yè)軟件集成了數(shù)百年以來(lái)人類(lèi)最優(yōu)秀的工業(yè)知識(shí)和技術(shù)積累，并且有千千萬(wàn)萬(wàn)的開(kāi)發(fā)者在不斷優(yōu)化這些數(shù)字化知識(shí)，任何一個(gè)個(gè)體所擁有的知識(shí)都無(wú)法與其抗衡。工業(yè)技術(shù)的數(shù)字化，正在以工業(yè)軟件的形式予以展現(xiàn)。

幾乎所有軟件性能的提升、功能的完善，都是由算法上的改進(jìn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。阿爾法狗（即后來(lái)的Master）之所以能夠?qū)覒?zhàn)屢勝，就是得益于算法（蒙特卡洛樹(shù)搜索＋深度學(xué)習(xí)）的優(yōu)化。仿真軟件之所以能夠越算越接近真實(shí)工況場(chǎng)景，也是得益于其中各種算法（物理場(chǎng)、生物場(chǎng)等）的改進(jìn)。

大致上，在一個(gè)工業(yè)設(shè)備中，用到的軟件越多，能嵌入的軟件代碼越多，軟件代碼所表達(dá)的算法越強(qiáng)大、越優(yōu)化，那么，這個(gè)設(shè)備的功能就越強(qiáng)大，其自動(dòng)化和智能化的水平就越高。從一個(gè)產(chǎn)品的軟件代碼數(shù)量，基本上可以看出這個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化和智能化程度。

三、數(shù)字化的知識(shí)才好用

經(jīng)典的知識(shí)發(fā)生學(xué)，是在物理實(shí)體與意識(shí)人體之間交互產(chǎn)生的。千百萬(wàn)年以來(lái)，“人創(chuàng)造和積累了無(wú)數(shù)的新知識(shí)：人對(duì)自然界認(rèn)知的意識(shí)活動(dòng)的結(jié)果，形成了對(duì)自然信息的記錄、描述、分析、判斷和推理，逐漸建立了經(jīng)典的DIKW金字塔體系，來(lái)描述人的知識(shí)體系及其演化路徑：數(shù)據(jù)→信息→知識(shí)→智慧。數(shù)據(jù)可以比較大小，3比2大，5比6小；信息體現(xiàn)了數(shù)據(jù)的含義，具有了時(shí)空意義；知識(shí)是模型化的、指導(dǎo)人做事的信息；智慧則是人的洞察力在意識(shí)上的體現(xiàn)，推斷出未發(fā)生的事物之間的相關(guān)性，在既有知識(shí)的支持下產(chǎn)生創(chuàng)新知識(shí)。（括號(hào)中內(nèi)容摘自《三體智能革命》一書(shū)）

在沒(méi)有軟件之前，所有的知識(shí)都記憶在人腦，書(shū)寫(xiě)印刷在紙面，篆刻在某些物理載體上。無(wú)論是記錄、使用、傳播等都受到極大的時(shí)空限制。例如當(dāng)使用知識(shí)的場(chǎng)景發(fā)生變化而需要隨時(shí)更新知識(shí)文本時(shí)（說(shuō)明書(shū)中規(guī)格發(fā)生變化、圖紙上零件線條增刪減等），就顯得非常不方便，人們應(yīng)對(duì)修改的方式只能是重抄、沖印、粘貼、涂改等。

另外，知識(shí)在人與人之間口口相傳極易失真，哪怕是通過(guò)傳統(tǒng)的書(shū)籍、甚至是先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)方式傳播，都會(huì)限于作者／受眾人群的悟性、表達(dá)能力、理解能力、語(yǔ)言?xún)?nèi)涵的一致性等因素的干擾，而出現(xiàn)變形、失真、似是而非等情況。

當(dāng)記載知識(shí)的文本被數(shù)字化后，情況發(fā)生了根本的變化，所有的文本信息都可以在圖文軟件中編輯好，然后一次打印出干凈、美觀的文檔。而且通過(guò)對(duì)算法與知識(shí)的模型化、精準(zhǔn)化、軟件化，以軟件為載體來(lái)獲取和應(yīng)用知識(shí)，較好地規(guī)避了失真、誤傳的風(fēng)險(xiǎn)。

不僅如此，記錄數(shù)字化知識(shí)的物理介質(zhì)所占用的空間，與過(guò)去的紙介質(zhì)所占空間相比，小得幾乎可以忽略不計(jì)。比爾·蓋茨曾經(jīng)親自示范，一張光盤(pán)記錄的信息可以打印幾十米高的打印紙。如圖2所示。

圖2一張光盤(pán)中信息可打印幾十米高的打印紙

現(xiàn)在一只移動(dòng)硬盤(pán)可以存儲(chǔ)整個(gè)情報(bào)室的資料，幾片小小的芯片就可以運(yùn)行和存儲(chǔ)百萬(wàn)行的軟件代碼，一臺(tái)電腦的屏幕可以瀏覽幾乎整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)上的知識(shí)。這一切，都拜軟件所賜，拜數(shù)字化的知識(shí)所賜。因?yàn)橹挥袛?shù)字化的、寫(xiě)在軟件中知識(shí)，才可以在數(shù)字化設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)上任意流動(dòng)，才好學(xué)、好看、好懂、好用。

軟件的出現(xiàn)與發(fā)展壯大，讓世界發(fā)生了根本性的改變。其中的關(guān)鍵步驟，是軟件讓知識(shí)載體和思考載體發(fā)生了改變——軟件成為了知識(shí)的最佳載體。

四、軟件本質(zhì)是賦能

《三體智能革命》書(shū)中觀點(diǎn)認(rèn)為，軟件是最重要的數(shù)字化工具，軟件定義是智能化基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)，核心中的核心。結(jié)合工信部信軟司副司長(zhǎng)安筱鵬博士在《軟件視角中的未來(lái)工業(yè)》一文中提出的觀點(diǎn)與模型，筆者給出了基于三體互動(dòng)實(shí)現(xiàn)軟件賦能的邏輯閉環(huán)：物理世界運(yùn)行（人類(lèi)意識(shí)活動(dòng)）→運(yùn)行規(guī)律化→規(guī)律模型化→模型算法化→算法軟件化→代碼軟件化→軟件優(yōu)化物理世界運(yùn)行（和人類(lèi)行為），如圖3所示。

圖3實(shí)現(xiàn)軟件賦能的邏輯閉環(huán)

在圖3的邏輯閉環(huán)中，把人類(lèi)在長(zhǎng)期與物理世界交互過(guò)程中所積累的知識(shí)進(jìn)行梳理與歸納，找到物理世界（包括材料、設(shè)備等）的運(yùn)行規(guī)律，然后將這些知識(shí)數(shù)字化，用自動(dòng)流動(dòng)的比特?cái)?shù)據(jù)，把這些知識(shí)搭載、輸送到任何需要的地方，由此而以正確的、泛在的知識(shí)指導(dǎo)機(jī)器或人，在系統(tǒng)內(nèi)外部的不確定性、復(fù)雜的工作場(chǎng)景和給定的資源限制下，通過(guò)不斷重復(fù)“狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、自主決策、精準(zhǔn)執(zhí)行、學(xué)習(xí)提升”的智能過(guò)程，把正確的數(shù)據(jù)，以合適的版本，在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間，給到正確的人，因此而把事情一次做對(duì)，一次做優(yōu)，甚至可以在下次做得更好。

這個(gè)過(guò)程，就是軟件為事物賦能的過(guò)程。無(wú)論是機(jī)器還是人，都因?yàn)檐浖械乃惴ê椭R(shí)的輔助與引導(dǎo)，提高了動(dòng)能，發(fā)揮了潛能，行使了職能，放大了功能。

五、“軟件運(yùn)動(dòng)”潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲

軟件已經(jīng)悄悄地潛入了我們的生活、嵌入了我們身邊的器物。一場(chǎng)“軟件運(yùn)動(dòng)”已經(jīng)大范圍展開(kāi)，一場(chǎng)“替代運(yùn)動(dòng)”也已經(jīng)在悄無(wú)聲息地行動(dòng)。我們不妨仔細(xì)觀察我們身邊的事物：家中的電器，代步的座駕，隨身的手機(jī)，車(chē)間的設(shè)備，實(shí)驗(yàn)的儀器，一件一件，都已經(jīng)開(kāi)始了軟件替代了部分實(shí)體零件和相關(guān)操作的進(jìn)程。

例1：手機(jī)（或電腦）上的時(shí)鐘，已經(jīng)完全由軟件圖形界面實(shí)現(xiàn)，自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)授時(shí)。我們可以用到準(zhǔn)確的數(shù)顯時(shí)間，但是已經(jīng)找不到任何我們?cè)?jīng)熟悉的“座鐘”、“腕表”、“電子表”的零部件的形態(tài)。

例2：汽車(chē)的“電子外后視鏡”，可利用車(chē)后方的一個(gè)攝像頭采集圖像，經(jīng)過(guò)軟件做一定的算法和裁剪，將后方路況顯示在車(chē)內(nèi)顯示屏上，替代了傳統(tǒng)的后視鏡。顯示儀表的指針／刻度，完全由軟件實(shí)現(xiàn)。

例3：美國(guó)的F22／F35戰(zhàn)斗機(jī)中用一塊大液晶屏替代了過(guò)去機(jī)艙中各式各樣的儀表，用交互性良好的動(dòng)態(tài)折疊菜單替代了成百上千的物理按鍵。

例4：在高鐵站熙熙攘攘的進(jìn)站人流旁，數(shù)字化閘機(jī)（檢票機(jī)）在發(fā)揮著巨大的作用。在一兩秒之內(nèi)，乘客就可以刷票進(jìn)站，同時(shí)，關(guān)于乘客的所有信息（起始／終點(diǎn)、身份、車(chē)次、總?cè)藬?shù)等）就都已經(jīng)統(tǒng)計(jì)完成。這在過(guò)去的手動(dòng)檢票時(shí)代是不可能完成的工作。

這僅僅是開(kāi)始。軟件進(jìn)入各行各業(yè)特別是工業(yè)領(lǐng)域，與各種傳統(tǒng)的物理設(shè)備相結(jié)合，是一個(gè)不以人們意志為轉(zhuǎn)移的大趨勢(shì)。由此，在軟件的加速推動(dòng)下，工業(yè)文明將發(fā)展到一個(gè)前所未有的嶄新階段，促進(jìn)人類(lèi)社會(huì)走向智能社會(huì)。

20年前，美國(guó)學(xué)者尼葛洛龐帝在其《數(shù)字化生存》一書(shū)中說(shuō)，人類(lèi)生存于一個(gè)虛擬的、數(shù)字化的生存活動(dòng)空間，由此而形成了一個(gè)“數(shù)字化生存”的觀點(diǎn)。其實(shí)今天看來(lái)，如果能夠再具體一點(diǎn)的話，筆者寧愿說(shuō)人類(lèi)最后將走向“軟件化生存”。未來(lái)，使用軟件的能力，將是人類(lèi)一種基本的生存能力，不會(huì)用軟件可能就缺乏基本的崗位勝任能力甚至是生活能力。這不是一個(gè)你要不要、想不想、會(huì)不會(huì)的問(wèn)題，而是一個(gè)你何時(shí)開(kāi)始學(xué)習(xí)、何時(shí)達(dá)到基本要求的問(wèn)題。

六、小結(jié)

工業(yè)體系升級(jí)換代，工業(yè)文明正在轉(zhuǎn)型。今天的世界是由軟件和材料來(lái)共同決定的，是以軟件的速度來(lái)發(fā)展的。軟件，特別是工業(yè)軟件，基本上是靠算法和知識(shí)來(lái)提升和優(yōu)化物理世界的。軟件正在加速工業(yè)文明的發(fā)展。

工業(yè)軟件集成了數(shù)百年以來(lái)人類(lèi)最優(yōu)秀的工業(yè)知識(shí)和技術(shù)積累，并且有千千萬(wàn)萬(wàn)的開(kāi)發(fā)者在不斷優(yōu)化這些數(shù)字化知識(shí)，任何一個(gè)個(gè)體所擁有的知識(shí)都無(wú)法與其抗衡。

軟件已經(jīng)悄悄地潛入了我們的生活、嵌入了我們身邊的器物。一場(chǎng)“軟件運(yùn)動(dòng)”已經(jīng)大范圍展開(kāi)，一場(chǎng)“替代運(yùn)動(dòng)”也已經(jīng)在悄無(wú)聲息地行動(dòng)?！败浖妗币呀?jīng)距離我們不遠(yuǎn)，未來(lái)智能社會(huì)的關(guān)鍵要素就是無(wú)處不在的軟件定義、軟件知識(shí)和軟件賦能。