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数字化大潮中的数字化制造

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近两年，中国学者提出了将“数字化、网络化和智能化”作为新一代信息技术的核心，并视其为智能制造升级路径的基本范式。但关于数字化、网络化和智能化的内涵和外延，以及如何采用相关技术进行企业生产、管理系统的升级改造，学界和业界并没有形成明确的共识。尤其是数字化，时下被随意引用、冠名于任何信息化系统之前的情况比比皆是，已成为解决企业技术问题的“万金油”。事实上，很多行业的数字化升级早于制造业，相关案例也俯拾皆是。作为制造行业的从业者，希望从对数字化由来的探究以及其他行业的案例分析中，提取出数字化的内容、路径和影响，并探讨如何将其应用到生产制造的数字化升级改造过程中。

1 数字化发展的样本

1.1 数字化理论概述

如今，数字化的提法已经席卷全国，从数字化社会到数字化城市、数字化工厂以及数字化装备等，各种层次、规模、内涵，数字化俨然成了信息化和智能化的代名词。尽管未来学家葛洛庞帝在1996年就已经提出了“数字化生存”的口号[1]。不过直到今天，“数字化”依然方兴未艾，甚至炙手可热。

早期的数字化限于工程学上的“数字信号处理”。其基础技术是“抽样”和“表征”，是指将连续变化的输入(信号)转变(表示)成不连续的标准单元的过程。数据编码的最小单位是bit。8 bit组成Byte，进而组成针对各种应用的、有特定内容含义的、长短不一的“数据单元”。“数据单元”按某种规则组织在一起形成表征某一特定事物或过程的“数字模型”或“信息”。

数字的表征是数字量。“数字量”对应的另外一面就是“模拟量”，而且在实际应用中常常有数字量和模拟量的相互转换过程。数模和模数转换最重要的基础理论是由那奎斯特(Nyquist)提出并经香农(claude shannon)进一步证明和应用的抽样定理。

从20个世纪70年代开始一直延续至今，数字信号处理等基础数字化技术在各个领域开始普及应用。这和计算机软硬件、数字集成电路、信息通信技术(information and communication technology,ICT)等信息技术的发展与推广密不可分。数字仪表就是典型应用之一。与原来用指针等显示测量值的机电式仪表不同，数字仪表将测量值转化为数字量，并用数字形式显示。与机电类设备相比，数字化设备具有如下优势。

①直观：可以减少使用者因为知识、工作状态等原因造成的误差。

②便于后期处理：数字量便于以数据的方式进行存储、传输和应用处理，并进一步形成知识和资产。

③设备精巧，使用方便：因为处理的核心是元器件或集成电路，而不是机械和电气化装置，数字化设备往往要小很多，需要时可以做成便携式设备。

④精确度高：有些数字仪表内设有各种放大线路或器件，所以可测量较小的信号。

数字化技术和设备在普及过程产生了对信息产业的巨大需求，并促进了软硬件技术蓬勃发展，同时扩大了“数字化”技术应用范围和内涵。现在，人们不仅用数据描述一个个测量值，而且还描述和处理数字信号的实体-系统以及物理世界和人类社会的现象与过程。在数字信号处理理论中，人们把能加工、变换数字信号的实体称作系统。中国著名学者钱学森认为：系统是由相互作用、相互依赖的若干组成部分结合而成的，具有特定功能的有机整体；而这个有机整体又是它从属的更大系统的组成部分[2]。这样系统的定义适用于物理、社会和信息系统。

今天，人们已经开始用数字化技术打通物理、社会和信息空间，形成了数字孪生(digital twin)、物理网络空间(cyber physical space，CPS)等新理念。这些新理念的一个重要应用方向是将数字孪生技术和物理网络空间用在贯穿工业产品的设计、制造和服务全生命周期中[3]。

以下选取几个数字化产品和系统演进的典型案例，探寻数字化演进的规律以及带来的技术、形式和影响。

1.2 数字化演进的案例

1.2.1 数字相机

数字相机又称为数码相机(digital camera,DC)，其本质是一个从传统装备演进而来的机电信息一体化装备，是在传统相机技术基础上，嵌入了传感器、集成电路、软件和存储器等信息元器件形成的机械技术与信息技术深度融合的装备。

数字相机因其便利性从20世纪80年代诞生后就得到迅速发展，不到20年时间就已经完全取代传统相机成为了摄影界的主流装备。目前，数字相机广泛应用于摄影、工业、安防、勘探等领域，甚至作为一个小系统被集成于更大的系统中(典型如智能手机和工业视觉系统等)。

文章来源：《热处理技术与装备》网址: http://www.rcljsyzb.cn/qikandaodu/2021/0326/446.html