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智能制造与软件开发2015/09浙江大学杨小虎智能制造与软件开发智能制造中的核心软件技术•国内外新形势•ERP/PLM•MEMS•机器人技术•物联网技术•云计算技术•大数据技术软件开发中的重点问题•软件的产品特性•软件开发的工程特性•软件开发过程•软件测试•软件配置管理•软件生产管理第一部分智能制造中的核心软件技术•国内外新形势•ERP/PLM•MEMS•机器人技术•物联网技术•云计算技术•大数据技术新形势-国际全球制造业格局面临重大调整德国工业4.0美国“先进制造业国家战略计划”英国的“工业2050战略”日本的“科技工业联盟”日本《2015年版制造白皮书》提出了“利用大数据、人工智能和IoT等改革产业结构”中国“智能制造2025”新形势-国际生产方式各国都在加大科技创新力度，推动三维(3D)打印、移动互联网、云计算、大数据、生物工程、新能源、新材料等领域取得新突破制造方式基于信息物理系统的智能装备、智能工厂等智能制造正在引领制造方式变革商业模式网络众包、协同设计、大规模个性化定制、精准供应链管理、全生命周期管理、电子商务等正在重塑产业价值链体系新增长点可穿戴智能产品、智能家电、智能汽车等智能终端产品不断拓展制造业新领域新形势-国内我国经济发展环境发生重大变化随着新型工业化、信息化、城镇化、农业现代化同步推进，超大规模内需潜力不断释放，为我国制造业发展提供了广阔空间。我国经济发展进入新常态，制造业发展面临新挑战。资源和环境约束不断强化，劳动力等生产要素成本不断上升，投资和出口增速明显放缓，形成经济增长新动力，塑造国际竞争新优势，重点在制造业，难点在制造业，出路也在制造业。供应链管理如丰田的汽车配件供武汉的汽车配件供应链智慧工厂如德国的工业4.0、无人工厂、智能工厂设备技术研发生产阶段原料和成品仓储物流实时跟踪系统如(1)IBM和马士基物流部署集装箱跟踪(2)宁波智慧物流系统B2B/B2C平台如淘宝、京东好药师智能监管和维护如海天、三一重工物流销售阶段售后与维护阶段设备状态监控软件升级远程控制原料采购制造企业活动周期ERP软件国际：德国的SAP公司，美国的ORACLE、Sage、Infor都是世界顶尖级ERP产品；国内：用友、金蝶、管家婆也各自占据着一小部分市场ERP可用于改善企业业务流程以提高企业核心竞争力ERP软件移动互联网化利用大数据技术达到智能化Cloud模式的兴起，如sapBusinessOne利用物联网技术达到更细管理粒度PLMPLM工具：统一管理产品生命周期数据的软件工具主要公司：PTC、达索公司、西门子PLM公司、SAP、Oracle公司、Autodesk协同设计开发环境CAD/CAE一体化技术CAD/CAPP/CAM一体化技术SDM系统数据链路技术PLM趋势MEMS系统MEMS是指可批量制作的，将微型结构、微型传感器、微型处理器、信号处理、控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。传感器发展方向各种MEMS市场份额MEMS系统RFMEMS，无线射频MEMS(如TI2530,NXP5161)Temp-MEMS，(OMRON的非接触式温度传感器)定位MEMSBIO-MEMS，生物传感器，比如微全分析系统POWERMEMS，微能量采集，比如微马达PressureMEMS，压力传感器MEMS系统RFMEMS，无线射频MEMSTemp-MEMS，非接触温度传感器定位MEMSBIO-MEMS，生物传感器，比如微全分析系统POWERMEMS，微能量采集，比如微马达PressureMEMS，压力传感器机器人技术军用机器人：地面军用机器人无人机水下机器人空间机器人民用机器人：工业机器人服务机器人娱乐机器人类人机器人农业机器人机器人技术2013年，中国购买工业机器人36,560台，同比增加近60%，首次超过日本居世界第一，但国产工业机器人份额仅占5%。2013年，日本工业机器人销售100,800台，从工业机器人出口情况看，日本堪称出口大国。机器人技术-工业机器人工业机器人：防护型洁净型高速高精度型小中重负荷型工业机器人被广泛应用在工业、半导体、消费电子、汽车、包装、食品等领域帮助企业解决低效率、对人体有伤害环境等棘手的制造问题瑞士ABB、德国Kuka、日本安川电机(Yaskawa)及发那科(Fanuc)等海外企业占据超过70%市场份额机器人技术上游核心部件减速机控制系统中游机器人本体下游系统集成商集成物联网技术、计算机视觉、人工智能技术90%厂商机器人技术核心组件：控制系统、伺服电机、减速器关键技术：协调运动、力控制、机器视觉、自主导航、智能决策等系统级软件起关键作用和支持：Energid’sacclaimedActinSoftware软件系统ABBRobotStudio模拟与离线编程软件系统发展有深度感知、智慧决策、自动执行功能的高档数控机床、工业机器人物联网技术感知层、网络层3G/4G/Wifi/LAN/BT/Zigbee/WPAN技术物联网网关RFID传感器可视化RFIDAGV技术机械手臂机器人物联网平台层结构化数据消息中间件分布式缓存中间件实时处理规则引擎大数据分析平台管理接口层设备管理设备状态管理物联网应用层ERP生产系统仓库管理智能排程流程管理设备管控供应链及物流管理物料追溯健康状况安全生产能耗监控网络及感知层平台层应用层PCPADAndroid/IOS条码管理实时监控销售管理B2CB2B库存控制生产传导售后管理半结构化数据域管理定时管理云计算平台层展示层协议管理物联网技术传感技术1.智能化，(MEMS与CPU、信息控制技术的结合)2.纳米传感器，(纳米技术与传感技术的结合)3.无线网络化，(MEMS网络技术的结合)4.微型化，(微电子与微机械的结合)5.仿生学的应用物联网技术物联网平台技术1.多IoT协议接入（MQTT、CoAP、httprestful、XMPP等）2.海量数据实时处理（Storm、Spark、NoSQL技术）3.分布式计算（Kafka、RabbitMQ、zookeeper等技术）云计算技术美国国家标准与技术研究院（NIST）定义：云计算是一种按使用量付费的模式，这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问，进入可配置的计算资源共享池（网络，服务器，存储，应用软件，服务），这些资源能够被快速提供，只需投入很少的管理工作，或与服务供应商进行很少的交互•IaaS(Infrastructure-as-a-Service)：基础设施即服务。利用虚拟化技术将底层的硬件资源抽象化之后，用户不再关心服务器、存储和网络如何实现和架设，只要按需付费获取云服务即可。•以Amazon为例，IaaS通过如下服务满足用户对IT资源的需求：IaaS資源和功能高度模组化：多种软硬件资源包括服务器存储空间网络三种云计算的形式（1）:IAAS•PaaS（Platform-as-a-Service)平台即服务。PaaS提供一个完整的软件研发和部署平台，包括应用设计、应用开发、应用测试和应用托管。•采用PAAS可以实现以下功能–大幅度缩短部署时间–提高开发效率–技术标准化–运维自动化–应用负载自动伸缩三种云计算的形式（2）:PAAS三种云计算的形式（3）:SAAS•SaaS(Software-as-a-Service)：软件即服务。它是一种通过Internet提供软件的模式，用户无需购买软件，而是向提供商租用基于Web的软件，来管理企业经营活动。对于许多小型企业来说，它消除了企业购买、构建和维护基础设施和应用程序的需要。大数据的定义所谓“大数据”，指的是所涉及的数据量规模巨大到无法通过目前主流软件工具，在合理时间内达到截取、管理、处理、并整理成为帮助企业经营决策更积极目的的信息。大数据处理技术代表了新一代的技术架构，这种架构通过高速获取数据并对其进行分析和挖掘，从海量形式各异的数据源中更有效地抽取出富含价值的信息。从大量数据中挖掘高价值知识是各界对于大数据的一个共识。海量数据可广泛获得，所稀缺的是如何从中挖掘出智慧和观点。——Google首席经济学家HalVarian大数据主要被用于分析和决策，企业用以分析的数据越全面，分析的结果就越接近于真实。大数据分析意味着企业能够从这些新的数据中获取新的洞察力，并将其与已知业务的各个细节相融合，对企业产生新的价值。28大数据技术数据采集基础设施AcquisitionHardware、（DockerBasedVirtualization）Sever、Storage数据存储数据处理结构化查询HiveImplalaTezPigPhoenixSparkSQL离线分析MRSpark实时分析StormSparkStreaming资源管理MesosYARN数据分析推荐引擎MyrrixEasyrec搜索引擎SolrSphinxLuceneElasticSearch平台管理多节点管理Zookeeper部署配置监控日志失效诊断安全版本插件服务接口业务接口WebGUI操作接口编程接口WidgetCLISQLRRestSDKJDBC数据挖掘WekaOrangeH2OMLBaseMahout文本挖掘OpenNLPLingPipe日志和消息ScribeFlumeSqoopKafka序列化ThriftAvroParquetProtocolBuffers爬虫NutchHeritrixETLKettleSparkSQL分布式文件系统HDFSTFSCephLustre非结构化存储CassandraMongoDB缓存RedisMemcachedTachyonHbaseCouchDB索引与事务LSMTreeACIDParquetAtomic可视化桌面可视化TulipRave移动可视化ShinobiChartsTEAChart渲染系统渲染框架脚本执行引擎数据转化引擎Web可视化D3NVD3用户画像智能制造核心软件总结MEMS技术将越来越多应用到智能制造中物联网技术将结合MEMS广泛应用到智能制造的生产及生产流转过程中云计算技术、大数据技术将成为智能制造的支撑技术智能制造的各个阶段将统一管理技术第二部分：软件开发中的重点问题•软件的产品特性•软件开发的工程特性•软件开发过程•软件测试•软件配置管理•软件生产管理软件的产品特性软件•软件有明确的功能•软件是被生产出来的•软件生产过程是一个工程化过程–有明确定义的需求–有工期–有成本约束–有质量要求•软件需要不断地维护、升级、改造艺术品•艺术品不一定有明确的功能•艺术品是被创作出来的•艺术创作过程是一个完全个性化的过程–灵感–表现方式•艺术品不需要升级、改造……McCall’sTriangleofQualityMaintainabilityMaintainabilityFlexibilityFlexibilityTestabilityTestabilityPortabilityPortabilityReusabilityReusabilityInteroperabilityInteroperabilityCorrectnessCorrectnessReliabilityReliabilityEfficiencyEfficiencyIntegrityIntegrityUsabilityUsabilityPRODUCTTRANSITIONPRODUCTTRANSITIONPRODUCTREVISIONPRODUCTREVISIONPRODUCTOPERATIONPRODUCTOPERATION软件产品质量特性产品的运行产品的转换产品的维修好用性效率可维护性可靠性完整性正确性可伸缩性可测试性可移植性可重用性可互操作性软件产品的重要特性•功能•性能–处理速度多快？数据量多大？用户数？•可伸缩性•可维护性•互操作性•安全性•好用性软件开发是一个工程过程人工具和设备工程过程流程和方法ABCD软件工程的技术工作•沟通•规划•建模–需求分析–技术设计•构造–编码–测试•部署软件工程的管理工作•