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数字化和智能化不是数字工程的目标,而是手段和途径;实现产品或系统的数字化功能和智能化服务不是数字工程的终点,而仅仅是阶段性成果。数字工程是需求导向、问题导向的工程实践范式,要紧密结合发展战略和业务需求,面向实践应用过程中的痛点难点,借助“数力”和“智力”,突破物理产品或系统在物理世界中受到的时间、空间、信息、成本、安全、复杂度等多方面的局限,从而提升体系化解决问题和满足需求的“能力”。
(1)通过全要素、全过程、全功能、全业务数字化,不断增强“数力”
式中,PD表示“数力”(Digital power),即基于“数字”的生产力。“数力”由数据、模型、文档等形式的数字化要素、过程、功能和业务组成,支撑物理产品或系统仿真分析、预测回溯、可视化监控等数字化增值功能的实现。“数力”的强弱取决于数字化要素、过程、功能和业务的完备性和可用性。DE表示数字化的要素(Digital element),指人员、装备、工具、产品、物料、环境等要素的数字化表示。DP表示数字化的过程(Digital process),指要素在时间域上状态变化过程的数字化描述,例如飞机巡航飞行过程的数字化描述。DA表示数字化的要素能力(Digital ability),指要素所具备能力的数字化描述。DB表示数字化的业务(Digital business),指各种应用需求和任务的数字化描述。
(2)通过整合算力、算法、网络、存储资源,持续开拓“智力”
式中,PI表示“智力”(Intelligence power),即赋予物理产品或系统智慧的能力。“智力”由计算能力、算法性能、网络性能和存储能力组成,支撑物理产品或系统智能化功能的实现,使普通产品或系统升级为智能产品或智能系统。“智力”的强弱取决于计算能力、算法性能、网络性能和存储能力的强弱。CP表示算力(Computing power),指计算机和服务器等对数据的处理速度。AP表示算法性能(Algorithm perfomance),指算法求解问题的时间复杂度和空间复杂度,以及能够解决问题的复杂度和解决程度等。NP表示网络性能(Network performance),指带宽、时延、丢包率、安全性和可兼容数据接口类型数量等。SP表示存储能力(Storage capacity),指可存储的数据量、可存储的数据类型数量、数据安全性和数据读写能力等。
(3)通过开发和利用“数力”与“智力”,提升体系化解决问题和满足需求的“能力”
式中,C表示“能力”,即实现物理产品或系统实现所需功能,进而解决相应问题和满足各种应用需求的能力,主要包括六个方面:
①控全局(Overall control, OC):面向产品或系统全生命周期,综合考虑全业务、全功能、全要素,实现对产品或系统的全局感知、全局决策和全局管控的能力。
②破孤岛(Island breaking, IB):融合海量多源异构数据,打破数据孤岛,实现各类信息完整汇聚与充分共享的能力。
③跨时空(Backtracking and prediction, BP):基于高保真模型和权威性数据,在数字空间中实现对物理产品或系统的回溯分析和推演预测的能力。
④聚能力(Function integration, FI):集成并服务化产品、系统、软件等的虚实功能,面向全生命周期中动态变化的各种业务需求,及时提供所需功能服务的能力。
⑤强智能(Strong intelligence, SI):利用强大算力和先进算法,基于模型和数据挖掘、表示和利用产品或系统知识,并以此为基础开发相应的智能功能,实现自治运行和迭代进化的能力。
⑥深协同(Deep cooperation, DC):贯通产品或系统全生命周期各阶段,互联全部耦合要素,融合多学科与多物理场,实现体系整体在全过程中的一致性高效协同的能力。
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