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        2016年9月，走向智能论坛面向海内外读者正式推出国内第一本研究智能科技成果、预测新工业革命趋势、探讨智能社会基本原理的未来学著作--《三体智能革命》（机械工业出版社出版），代表中国学术界和产业界，对智能制造、工业4.0、人工智能、虚拟现实、互联网+ 、物联网、CPS、大数据、认知科技等前沿现象所代表的智能科技创新浪潮与新工业革命的特征原理、内在规律以及发展趋势作出系统梳理与回答。
本公众号将连续刊发《三体智能革命》副主编赵敏先生解读《三体智能革命》原创概念“数字虚体”的系列文章，本文为系列文章下篇：
上篇：数字虚体 引领新一轮科技革命
中篇：数字虚体 深度掌控物理世界
下篇：数字虚体 推动软件定义世界
敬请关注九月上市的《三体智能革命》。

数字虚体：推动软件定义世界

——《三体智能革命》原创概念“数字虚体”解读之三

在近期面世的探讨智能科技与新工业革命核心原理的新著《三体智能革命》之中，对数字世界的新型智能雏形给出了崭新的定义、热情的讴歌与前瞻的展望。在该书作者们看来，数字虚体是一种用来驱动软硬件设备的高级数理逻辑系统，它能帮助操笔者控制、执行、复制或创建各种应用，也可以自我优化和自主发展，最终演化出自我意识，有了自己的数字语言、自己的数字思维、自己的数字化演进规律，与人协作或平行于人类发展。数字虚体也可以简称为“数体”。
一、零件定义机器
第一次工业革命时期机器诞生，我们就有了关于机器的定义：
某国内百科网站定义：机器是由各种金属和非金属部件组装成的装置，消耗能源，可以运转、做功。机器一般由零件、部件组成一个整体，或者由几个独立机器构成联合体。它用来代替人的劳动、进行能量变换、信息处理、以及产生有用功。
某国外百科网站定义：机器是一种包含有一个或多个组成部分的工具，它使用能量来执行预期的操作。机器通常通过机械、化学、热或电的装置来提供动力，并且通常是电动化的。在历史上，需要有带有动力的工具让零部件运动起来才能将其归类为一个机器。然而，电子的出现已经导致动力工具的发展：没有零部件运动的设备也可以被认为是机器。
不管是“由各种金属和非金属部件组装成的装置”、“一般由零件、部件组成一个整体”，或者是“一种包含有一个或多个组成部分的工具”，一个基本的事实是：机器由零部件组成，或者说，机器的功能由零部件来决定，因为每个零部件的子功能，最终决定和主导了整台机器的功能。
在第一次、第二次工业革命的两百多年里，一旦一台机器制造完毕，就难以改动机器的功能了。即使只想做一下小改小革，也需要重新某些设计零部件。如果做稍大范围的功能改进，就需要重新设计整台机器。这意味着，机器的功能是刚性的，本地的，难以改变的，或者说，改变是需要很大代价的。直到第三次工业革命之前，这样的情形一直没有改变。
机器不方便修改（和编辑）其功能，何谈智能？因此第一体的物理实体与第二体的意识人体的相互作用是漫长、艰辛而痛苦的过程。正如笔者在《三体智能革命》一书中指出，机器不智能，就需要人去适应机器，把意识人体中的智能补充进去，否则无法实现较为快捷的生产。因此在早期的生产过程中，人很劳累且缺乏安全保障。
二、软件定义机器
任何形式的机器都是技术系统。笔者在《TRIZ进阶及实战》一书中指出：技术系统是不断发展、演变和进化的。其进化必须符合技术系统进化的趋势和规律。按照TRIZ发明方法，技术系统（机器）进化的基本趋势，是要符合“增加动态性法则”，其核心技术的进化路径大致是：刚体→单铰链→多铰链→柔性体→液体→气体→场，如图1所示。

图1 增加动态性的进化路径
因此，机器的核心技术的重要发展趋势之一，是要不断地提高自身的动态性，以更好地适应外部环境（超系统）的制约，获得更好、更多的进化动力，更方便地为人类服务。
在该进化趋势的主导下，机器的某些零部件，开始呈现出能更好地适应环境的“柔性”，变成使用场（各种物理场）的技术，如声场、热场、化学场、电场、磁场、电磁场等。使用电场，意味着使用电，不管是强电还是弱电。使用电磁场，意味着使用各种无线遥控、光电传感、激光、互联网、WiFi技术等。根据TRIZ理论，软件其实就是充分利用电/磁场等科学效应的数字指令的集合。而软件，恰恰是第三次工业革命的核心产物。
因此，很多机器的零部件，从百年前的钢铁或金属零件，逐渐变成了电气控制元器件，再变成了模拟电子元器件，再变成数字电子元器件（如芯片），最后变成了由软件来执行部分机器功能的装置。现代的机器已经脱胎换骨，包含了以上的各种新型的“零部件”，而软件就是嵌入在金属之中的“思想者”、“统治者”与“定义者”。如图2所示。

图2 机器零件的形态与内容的进化
再看汽车变速器的进化过程：无变速器→手动变速器→液力自动变速器→液压传动自动变速器→电力传动自动变速器（电传）→程控变速。
最终，形成了软件主导机器的功能。典型的例子是手机，出厂时预设功能都一样，但是客户买到手中后，随着客户的个人喜好，卸载或新安装了不同的软件，于是，每个手机的功能都有所不同。因为手机就是一个平台类的机器，安装的软件不同，手机功能就不同。
因此，今天的很多机器设备，例如数控机床、精密仪器、机器人、无人机、战斗机、无人驾驶汽车、安防设备、生产线等，只要安装了不同的软件程序，机器就会有不同的功能表现。软件定义机器——第三次工业革命的重要特征，被充分地体现了出来。
从零件定义机器，发展到软件定义机器，是时代的进步，是工业革命代际更替的使然。
三、软件定义一切（SDX）
今天，伴随着计算机应用范围的全面覆盖，软件应用的范围越来越广。同时，由计算机变形发展出来的各种工控编程器、工业计算机、嵌入式设备等，各种测试仪器、医疗仪器、电视、广播、娱乐设备等，以及手机、平板电脑、可穿戴设备、VR/AR等各种智能硬件等，甚至在鼠标、显示器、游戏机、数码相机、光驱、硬盘、键盘、路由器、电子书、交换机、“猫”、U盘、主板、打印机、绘图仪等，都或多或少地加入了软件这个必不可少的组成部分。在那些看得见或看不见的角落里，软件都在发挥着我们想象得到或者想象不到的作用。在这些设备中，软件“体量”或大或小，从几十行代码到几十万行代码不等，如果没有软件支撑，上述设备已经无法运行。
有些特殊机器设备中的软件含量，已经达到了令人咋舌的地步，“如美国的F22战斗机，它的每架飞机内部就有13套计算机系统，包括雷达、飞控、火控、导航、气象、非航电系统计算机等，采用美国军用标准1553B双总线把这13套计算机连接形成了计算机网络系统。它的机载软件有200多万行代码之多，用来帮助人们操作飞机，减轻驾驶员的工作；最新的F35飞机，单机机载软件为900万行代码，如果计算与之相关的地面导航、降落等支撑系统，一次飞行背后是数亿行软件代码支撑的异常强大的数字化活动”（本段内容摘自《三体智能革命》，由宁振波研究员撰稿）。
如果没有软件，所有的计算机都将成为摆设，所有的由操作系统控制和运营的设备都会瘫痪，所有的计算机和手机等设备中的应用软件（APP）都无法实现其预定功能。
形形色色、大大小小、不同用途的软件，定义了数据，定义了模型，定义了功能，定义了机器，定义了设备，定义了过程，定义了规则，定义了网络，定义了虚拟的数字世界，定义了可以定义的一切，即SDX（Software Define Everything）——软件定义一切。
四、软件，延伸人类知识与智能
软件是什么？软件是运行在硬件中的数字化指令和数据的集合。因此，开发软件，也叫作编制软件程序，简称“编程”。所谓程序，就是以人类语言的格式，把一系列逻辑规则和知识表达出来，最终以“0/1”的代码格式，驱动硬件的底层功能。说到底，软件就是一系列按照预定的逻辑和格式编辑好的“0/1”代码序列。
这一系列“0/1”代码序列是怎样来与原本属于物理设备的各种机器发生关系的呢？这一切，全拜一种叫做芯片的“神器”所赐。芯片是一块很小的硅片，在其上面集合了多种以电子元器件实现某种特定功能的电路模块。计算机中的CPU、内存、闪存、缓存、硬盘等重要元器件，都可以用芯片技术来实现。没有芯片这个特殊的硬件装置让数字与物理装置完美地结合与交汇在一起，就无法以“0/1”的代码格式来驱动硬件的底层功能，就没有强大的赛博系统，就没有丰富的软件系统，就没有完整的数字化信息产业，就没有今天的数字虚体。
数字虚体是一种用来驱动软硬件设备的高级数理逻辑系统（简称数体）。由于软件是构成数字虚体的主要内容，因此，软件决定了一个数字虚体的智能化程度。
因此，在任何一个设备中，能嵌入软件的地方越多，嵌入的软件代码越多，软件代码所表达的算法越强大、越优化，那么，这个设备的功能就越强大，其自动化和智能化的水平就越高。从一个产品的软件代码数量，基本上可以看出这个系统的自动化和智能化程度。例如，目前谷歌无人驾驶汽车的软件代码已经达到了1千万行代码，微软的视窗软件大致有2.5千万行代码，而谷歌软件本身大约有20亿行代码！
软件大举进入物理实体，是这一轮以智能化为标识的科技革命的基本特征。而软件进入物理实体的一个重要成果，就是CPS技术的成熟与普及。笔者在《三体智能革命》一书中，特别提到了实现CPS的基本逻辑：把人的思想提炼为知识和算法，把知识和算法嵌入软件，把软件嵌入芯片，把芯片嵌入硬件（嵌入式系统），把硬件嵌入物理系统，由此而组成形式多样但逻辑一致的CPS系统。在C（赛博空间）中运行的数字虚体，通过电磁场和数字指令，驱动各种各样的致动器，由此而驱动和控制了物理实体P（物理空间）。
软件的出现与发展壮大，让世界发生了根本性的改变。其中的关键步骤，是软件让知识载体和思考载体发生了改变——软件成为了知识的最佳载体。几只小小的芯片，就可以运行和存储百万行的软件代码。而在没有软件之前，所有的知识都记忆在人脑，书写在纸面，篆刻在某些物理载体上。无论是记录、使用、传播等都受到极大的时空限制。正是软件，把原本需要人思考的过程和使用的知识/数据等都录入了计算机，让数字虚体按照人的思路和意志来进行处理，由此而最大限度地存储和延伸了人类的知识与智能。
五、软件，基于模仿而发展
软件，在绝大多数情况下，其实是一种以模仿为目的、很容易进行分布式部署并且很容易复制其工作模式的工具。今天计算机上所有的模仿、仿真与虚拟，都是软件所致。
在工业界，人们用软件来模仿和增强人的行为方式，例如，绘图软件最早模仿的就是人在纸面上作画的行为。发展到人机交互技术比较成熟的阶段后，人们开始用CAD软件模仿产品的结构与外观，CAE软件模仿产品在各种物理场情况下的力学性能，CAM软件模仿零部件和夹具在加工过程中的刀轨情况，CAPP软件模仿工艺过程，CAT软件模仿产品的测量/测试过程，OA软件模仿行政事务的管理过程，MES软模仿车间生产的管理过程，用SCM软件模仿企业的供应链管理，用CRM软件模仿企业的销售管理过程，用MRO软件模仿产品的维修过程管理，等等。在早期的两化融合过程中，依靠软件中的某些特定算法，人们已经开发出了某些具有一定智能的工业软件，如具有关联设计效果的产品设计系统。
在娱乐界，人们用软件来模仿和增强人的体验方式，例如，用电子书来模仿纸质书，用电子音乐来模仿现场音乐，用电子琴软件来弹琴，用评书软件来说书，用卡通软件来模仿漫画，用动漫软件来模仿动画影片，用游戏软件来模仿各种真实游戏，用百年历软件来快速查找某个特殊日期或“吉时”等。人们不仅可以模仿已知的、有经验的各种事物，还可以创造性地模仿各种未知的、从未体验过的事物，例如影视界可以创造出诸如龙、凤、麒麟、阿凡达、白雪公主、七个小矮人等传说中的形象，当然也可以创造出更多的闻所未闻、见所未见的各种形象，只要人的想象力能达到即可。特别是当这种模仿与VR/AR技术结合在一起的时候，所有的场景都栩栩如生，直入心境。于是，在由数字虚体构成的虚拟世界中，所有的不可能都有变成可能的机会与展现场景，所有的在物理世界无法体验和重复的奇妙、惊险和刺激场景，都可以在数字空间得以实现，最大限度地满足了人的感官体验和精神需求。
在信息界，最早的模仿是模拟人脑的思考模式，但是从计算机硬件结构上看，冯•诺依曼的体系无法有效地支持做到这一点，因为人的大脑的结构是运算、存储和控制一体化的，而冯•诺依曼的体系结构则必须把运算、存储与控制分开来进行，因此软件界人士不得不花费更多的时间和精力，用知识上更优化的算法和硬件上更快的芯片，去克服这种体系上的先天不足。不过最近新出现的神经突触芯片已经开始突破这一点。这种对人脑思维的模拟导致了信息界人工智能学科分支的诞生。几十年后的今天，这种模仿还在不断地发展。在某些展现人的智能水平的标识点上，在软件的支撑下，计算机已经达到或超过了人类基于思考而做事的水平，例如，同时并行处理多项事物，下棋（国际象棋、围棋等），基于大数据的医疗与健康分析等。
在软件的支撑与辅助下，无论在质和量上，软件“做事”的结果已经远远地超过了人做同样的事情的结果。软件的模仿，让很多技术可以使能，让现实世界更加虚拟，让虚拟世界更加逼真，让虚实映射更加精确，让人造系统日趋智能。
六、软件，重构知识而泛在
人造系统究竟如何走向智能，《三体智能革命》的作者们在各种场合与相关文章中反复强调，其根本原因就是三条进化路径：第一进化路径是数字化一切可以数字化的事物，第二进化路径是网联一切可以联接的事物，第三进化路径是主体认知化，形成三体大知识交互能力。即通过前面两个进化路径而建立数据有序而定向的自由流动，从而加速知识流动，形成知识泛在，引领智能爆发。
严格地说，软件本身就是人类知识的数字化结果。软件中所有的语句，所有的函数，所有的算法，所有的数据的输入与输入的时间与地点的选择，其实都是人脑思维过程中经常使用到的各种知识的显性表达。人们为了让计算机能够像人一样思考，于是对知识做了形式化、程序化的处理，以便让计算机能够正常工作。于是，软件就成了知识的最好的载体之一。保护软件的著作权，也就成了保护人类知识产权的重要内容之一。
由于软件是数字化的，是可以在网络上被多种使用角色随时调用的，于是，过去限制在单机上运行的软件，可以在局域网、互联网上运行，发起运行某个软件的时间和地点不是固定的，输入数据和输出计算用的数据的时间和地点也不是固定的，计算数据的赋值者和计算结果的获得对象可以是一对一、一对多、多对一或多对多的，软件输出的结果可以是数据，可以是文字，可以是语音，也可以是图形、图像、影片，甚至还可以是软件生成的另外一种软件，等等。基于上述特点，软件实际上已经对其所承载的知识，进行了全方位的重构，并且，这种重构后的新的形态的知识，可以藉由互联网而跨越时空来传播使用。例如，一组产品设计数据，可能是网络上不同地方的多团队/多人协同生成，又被其他地方的多团队/多人优化和修改，然后发送到多个工厂去生产，或者发送给某个工作坊去做3D打印。整个的操作过程，与所使用的软件无关，与产品结构复杂度无关，与成员所在地点无关，与企业所在地点无关，与是否在现场无关，等等。
而在零件定义机器的时代，尽管所有的零部件也在某种程度行体现出了人类的知识，但是要去实现这种重构是难以想象的，所有的零部件所代表的知识都是本地的、刚性的、难以解构的、难以跨越时空而传播使用的。
软件是数字化的知识，其载体就是数据与数字化指令。网络上分秒传输的，与其说是数据，不如说是软件，不如说是重构后的知识。软件重构、分布、传播、放大、泛在了知识。让知识成为走向智能化的关键的要素之一。
七、小结
在零件定义机器的时代，机器的功能是刚性的，本地的，难以改变的。直到第三次工业革命之前，这样的情形一直没有改变。
在软件定义机器的时代，只要安装了不同的软件程序，或者换几行软件代码，就可以很容易地调节或者改变机器的功能。
软件让知识载体和思考载体发生了改变。严格地说，软件本身就是人类知识的数字化结果。基于数字化、网络化的特点，软件实际上已经对其所承载的知识，进行了全方位的重构，并且，这种重构后的新的形态的知识，可以藉由互联网而跨越时空来传播使用。生产与管理过程中的绝大多数与知识有关的要素，都可以随时随地重构，并且在传播过程中，不断放大其价值。
支撑数字虚体的最基本物理设备是芯片等嵌入式系统；编辑、调用、输入/输出数据的是工作在芯片之中的软件；规范地或创造性地根据既有数据和工作场景进行推理与思考是软件；与不同的“思想者”进行彼此协同、在网络上交换数据的是软件；让数字虚体能像人一样发展出自己的思维、自己的语言、自己的智能的关键要素，还是软件。
形形色色、大大小小、不同用途的软件，定义了数据，定义了模型，定义了功能，定义了机器，定义了设备，定义了过程，定义了规则，定义了网络，定义了虚拟的数字世界，定义了制造业，定义了可以定义的一切。
作者简介：
赵敏：中国发明协会常务理事，发明方法研究分会会长，英诺维盛公司总经理。国内著名创新方法专家、两化融合/智能制造专家。高级工程师。34年来一直致力于企业如何实现创新、转型的研究与实践，对TRIZ发明方法学、CAI、PLM、KE/KM、精益研发、智能制造、工业4.0等企业技术创新、管理创新和企业信息化专题有着深入的研究和独到的见解，在国内外媒体和国际国内学术会议发表文章和论文百余篇，为企业解决众多技术难题。著有《创新的方法》、《TRIZ入门及实践》、《知识工程与创新》、《TRIZ进阶及实战》、《三体智能革命》等专著、合著。
声  明
 本文部分摘编自即将出版的新书《三体智能革命》（胡虎、赵敏、宁振波、郭朝晖、陈志成、朱铎先、颜强、张驰、苏明灯著），作者赵敏，由原作者享有著作权。本文授权《走向智能论坛》微信原创首发。欢迎原文原版转载，并注明原作者姓名以及“来源：《走向智能论坛》微信订阅号”。

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ISBN： 
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作   者
主  编：胡虎

《人民邮电》报社要闻部副主任，工业4.0北京研究会秘书长，工信、智能化转型领域产业和政策专家
副主编：赵敏
中国发明协会发明方法研究分会会长，两化融合、智能制造与创新方法论专家
编委：宁振波
中航工业集团信息技术中心首席顾问，航空与国防领域信息化、智能制造专家
编委：郭朝晖
宝钢中央研究院首席研究员、教授级高工，冶金自动化、智能制造专家
编委：陈志成
计算机、大数据领域专家，人工智能创业家，北京格分维科技有限公司总经理
编委：朱铎先
智能工厂领域专家、学者型企业家、北京兰光创新科技有限公司总经理
编委 ：颜强 
企业架构咨询师、软件架构实战专家
编委 ：张驰
工业设计专家、创新型企业家、大驰工业设计创始人、德国BHA建筑设计董事
编委：苏明灯
信息化专家、TMT领域创业者、北京合众联恒科技有限公司总经理，兼本书品牌推广负责人
简要目录

序     走向智能时代
前言  怎样为我们的时代命名
第一章.....................三体智能
第二章.....................电脑崛起
第三章.....................数字移民
第四章.....................数据淘金
第五章.....................机器革命
第六章.....................赛博统军
第七章.....................互联创新
第八章.....................设计未来  
第九章.....................智能溯源
第十章....眺望智能社会的黎明
跋..与这些人一起，倾听时代的跫音
侧记.......从组织到自组织

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