軟件加速工業(yè)文明的發(fā)展

中國發(fā)明協(xié)會常務理事，發(fā)明方法研究分會會長，國內(nèi)著名創(chuàng)新方法專家、兩化融合／智能制造專家，《三體智能革命》副主編，《走向智能論壇》核心專家趙敏教授

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

啟動汽車，自駕上路的打開方式，也已經(jīng)不是鑰匙點火和掛擋、查閱紙質地圖，而是按鍵點火調程序，設定導航目的地。

進入車間，藍領工作的打開方式，也已經(jīng)不是攤開圖紙工藝卡、開會討論問題，而是參閱CAD圖紙，啟動數(shù)控程序。

無論是手機中的APP，還是汽車上的數(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，世界的發(fā)展取決于人類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，將會對與之相匹配的生產(chǎn)關系、社會系統(tǒng)乃至人們的觀念系統(tǒng)，都產(chǎn)生巨大的、不可逆轉的影響。工具系統(tǒng)與社會系統(tǒng)的關系如圖1所示。

圖1工具系統(tǒng)與社會系統(tǒng)的關系

遵循TRIZ發(fā)明方法論中的技術系統(tǒng)進化趨勢，人類制造出來的所有工具系統(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。

在這個大趨勢中，數(shù)字化的核心使能要素是軟件，特別是在工業(yè)發(fā)展中起著關鍵作用的工業(yè)軟件。沒有工業(yè)軟件的支撐，很多新產(chǎn)品都無法面世。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、技術積累的軟件化，是一個可以觀察到的重要趨勢。

對世界的發(fā)展，筆者有了新的認知：軟件發(fā)展的速度決定了世界的發(fā)展速度。曾幾何時，人們認為“世界是以材料的速度來發(fā)展的”，今天這個結論在不少行業(yè)仍然成立，但是已經(jīng)逐漸退出主導世界發(fā)展速度的地位。今天的世界是由軟件和材料來共同決定的，是以軟件的速度來發(fā)展的！

不管你感覺或尚未感覺到，事實已經(jīng)如此。

二、軟件由算法和知識決定

軟件是什么？軟件是運行在硬件中的數(shù)字化指令和數(shù)據(jù)的集合。因此，開發(fā)軟件也叫作編制軟件程序，簡稱“編程”。所謂程序，就是以人類語言的格式，把一系列邏輯規(guī)則（算法）和知識表達出來，最終以“0／1”的代碼格式，驅動硬件的底層功能。說到底，軟件就是一系列按照預定的邏輯和格式編輯好的“0／1”代碼序列。

軟件的質量與很多因素有關，如性能、功能、可維護性、安全性、互操作性等，都要依賴于軟件中的算法和知識來實現(xiàn)。特別是工業(yè)軟件，離開特定的算法與知識，幾乎寸步難行。工業(yè)軟件集成了數(shù)百年以來人類最優(yōu)秀的工業(yè)知識和技術積累，并且有千千萬萬的開發(fā)者在不斷優(yōu)化這些數(shù)字化知識，任何一個個體所擁有的知識都無法與其抗衡。工業(yè)技術的數(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來實現(xiàn)的。阿爾法狗（即后來的Master）之所以能夠屢戰(zhàn)屢勝，就是得益于算法（蒙特卡洛樹搜索＋深度學習）的優(yōu)化。仿真軟件之所以能夠越算越接近真實工況場景，也是得益于其中各種算法（物理場、生物場等）的改進。

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

三、數(shù)字化的知識才好用

經(jīng)典的知識發(fā)生學，是在物理實體與意識人體之間交互產(chǎn)生的。千百萬年以來，“人創(chuàng)造和積累了無數(shù)的新知識：人對自然界認知的意識活動的結果，形成了對自然信息的記錄、描述、分析、判斷和推理，逐漸建立了經(jīng)典的DIKW金字塔體系，來描述人的知識體系及其演化路徑：數(shù)據(jù)→信息→知識→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，具有了時空意義；知識是模型化的、指導人做事的信息；智慧則是人的洞察力在意識上的體現(xiàn)，推斷出未發(fā)生的事物之間的相關性，在既有知識的支持下產(chǎn)生創(chuàng)新知識。（括號中內(nèi)容摘自《三體智能革命》一書）

在沒有軟件之前，所有的知識都記憶在人腦，書寫印刷在紙面，篆刻在某些物理載體上。無論是記錄、使用、傳播等都受到極大的時空限制。例如當使用知識的場景發(fā)生變化而需要隨時更新知識文本時（說明書中規(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，人們應對修改的方式只能是重抄、沖印、粘貼、涂改等。

另外，知識在人與人之間口口相傳極易失真，哪怕是通過傳統(tǒng)的書籍、甚至是先進的互聯(lián)網(wǎng)方式傳播，都會限于作者／受眾人群的悟性、表達能力、理解能力、語言內(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。

當記載知識的文本被數(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。而且通過對算法與知識的模型化、精準化、軟件化，以軟件為載體來獲取和應用知識，較好地規(guī)避了失真、誤傳的風險。

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

圖2一張光盤中信息可打印幾十米高的打印紙

現(xiàn)在一只移動硬盤可以存儲整個情報室的資料，幾片小小的芯片就可以運行和存儲百萬行的軟件代碼，一臺電腦的屏幕可以瀏覽幾乎整個互聯(lián)網(wǎng)上的知識。這一切，都拜軟件所賜，拜數(shù)字化的知識所賜。因為只有數(shù)字化的、寫在軟件中知識，才可以在數(shù)字化設備和網(wǎng)絡上任意流動，才好學、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。其中的關鍵步驟，是軟件讓知識載體和思考載體發(fā)生了改變——軟件成為了知識的最佳載體。

四、軟件本質是賦能

《三體智能革命》書中觀點認為，軟件是最重要的數(shù)字化工具，軟件定義是智能化基礎中的基礎，核心中的核心。結合工信部信軟司副司長安筱鵬博士在《軟件視角中的未來工業(yè)》一文中提出的觀點與模型，筆者給出了基于三體互動實現(xiàn)軟件賦能的邏輯閉環(huán)：物理世界運行（人類意識活動）→運行規(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)化物理世界運行（和人類行為），如圖3所示。

圖3實現(xiàn)軟件賦能的邏輯閉環(huán)

在圖3的邏輯閉環(huán)中，把人類在長期與物理世界交互過程中所積累的知識進行梳理與歸納，找到物理世界（包括材料、設備等）的運行規(guī)律，然后將這些知識數(shù)字化，用自動流動的比特數(shù)據(jù)，把這些知識搭載、輸送到任何需要的地方，由此而以正確的、泛在的知識指導機器或人，在系統(tǒng)內(nèi)外部的不確定性、復雜的工作場景和給定的資源限制下，通過不斷重復“狀態(tài)感知、實時分析、自主決策、精準執(zhí)行、學習提升”的智能過程，把正確的數(shù)據(jù)，以合適的版本，在恰當?shù)臅r間，給到正確的人，因此而把事情一次做對，一次做優(yōu)，甚至可以在下次做得更好。

這個過程，就是軟件為事物賦能的過程。無論是機器還是人，都因為軟件中的算法和知識的輔助與引導，提高了動能，發(fā)揮了潛能，行使了職能，放大了功能。

五、“軟件運動”潤物細無聲

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“軟件運動”已經(jīng)大范圍展開，一場“替代運動”也已經(jīng)在悄無聲息地行動。我們不妨仔細觀察我們身邊的事物：家中的電器，代步的座駕，隨身的手機，車間的設備，實驗的儀器，一件一件，都已經(jīng)開始了軟件替代了部分實體零件和相關操作的進程。

例1：手機（或電腦）上的時鐘，已經(jīng)完全由軟件圖形界面實現(xiàn)，自動網(wǎng)絡授時。我們可以用到準確的數(shù)顯時間，但是已經(jīng)找不到任何我們曾經(jīng)熟悉的“座鐘”、“腕表”、“電子表”的零部件的形態(tài)。

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

例3：美國的F22／F35戰(zhàn)斗機中用一塊大液晶屏替代了過去機艙中各式各樣的儀表，用交互性良好的動態(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站人流旁，數(shù)字化閘機（檢票機）在發(fā)揮著巨大的作用。在一兩秒之內(nèi)，乘客就可以刷票進站，同時，關于乘客的所有信息（起始／終點、身份、車次、總人數(shù)等）就都已經(jīng)統(tǒng)計完成。這在過去的手動檢票時代是不可能完成的工作。

這僅僅是開始。軟件進入各行各業(yè)特別是工業(yè)領域，與各種傳統(tǒng)的物理設備相結合，是一個不以人們意志為轉移的大趨勢。由此，在軟件的加速推動下，工業(yè)文明將發(fā)展到一個前所未有的嶄新階段，促進人類社會走向智能社會。

20年前，美國學者尼葛洛龐帝在其《數(shù)字化生存》一書中說，人類生存于一個虛擬的、數(shù)字化的生存活動空間，由此而形成了一個“數(shù)字化生存”的觀點。其實今天看來，如果能夠再具體一點的話，筆者寧愿說人類最后將走向“軟件化生存”。未來，使用軟件的能力，將是人類一種基本的生存能力，不會用軟件可能就缺乏基本的崗位勝任能力甚至是生活能力。這不是一個你要不要、想不想、會不會的問題，而是一個你何時開始學習、何時達到基本要求的問題。

六、小結

工業(yè)體系升級換代，工業(yè)文明正在轉型。今天的世界是由軟件和材料來共同決定的，是以軟件的速度來發(fā)展的。軟件，特別是工業(yè)軟件，基本上是靠算法和知識來提升和優(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)百年以來人類最優(yōu)秀的工業(yè)知識和技術積累，并且有千千萬萬的開發(fā)者在不斷優(yōu)化這些數(shù)字化知識，任何一個個體所擁有的知識都無法與其抗衡。

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“軟件運動”已經(jīng)大范圍展開，一場“替代運動”也已經(jīng)在悄無聲息地行動?！败浖妗币呀?jīng)距離我們不遠，未來智能社會的關鍵要素就是無處不在的軟件定義、軟件知識和軟件賦能。