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热泵技术,人工环境的皇冠;热泵软件,人工环境"皇冠上的明珠";数字时代,热泵从做项目到做生态
栏目:科技创新 发布时间:2020-10-29
    新耦合,新视角,新理论,新实践,新成就       源于且高于传统暖通“供热采暖”经验之上的升华,即热泵技术的人工环境实践活动。人工环境适配自然环境“道、法、术、
    新耦合,新视角,新理论,新实践,新成就

       源于且高于传统暖通“供热采暖”经验之上的升华,即热泵技术的人工环境实践活动。人工环境适配自然环境“道、法、术、器、势”--热泵技术:道以明向,法以立本,术以立策,势以立人,器以成事。"器"服务于"术","术"符合于"法","法"根基于"道","道-法-术-器"整个体系又在"势"的裹挟下,不断演进并驱动"势"的前进和变化。
热泵技术,人工环境的皇冠;热泵软件,人工环境"皇冠上的明珠";数字时代,热泵从做项目到做生态(图1)
 取自于自然环境,用之于人工环境。热泵技术富集“自然环境”热量,释放到“人工环境”空间。基于自然环境气候数据的波动,如何多能耦合满足人工环境需求;基于人工环境空间数据的动稳,如何气候补偿自然环境变动?多能互补系统可以充分地利用分布式能源和可再生能源,对提升可再生能源消纳比例和提高能源综合利用效率具有重要意义。分布式能源从空间、时间和特性上将多种能源进行整合互补,缓解整个系统波动,提升供能可靠性。
       热泵节能、热泵洁能、热泵储电、热泵蓄热、热泵蓄冷,等等。热泵的确是一门博大精深的技术,着实值得拥有。有了“热泵储电”,热泵技术就形成了“闭环”,即“源-网-荷-储-源”并自成体系;就构成了暖通行业第一套属于自己的真正冷/热源,从而结束了只能用“工业锅炉”供热的尴尬局面,从此不再"拾人牙慧"。
       传统供热选用"工业锅炉"做热源,尴尬无奈之中,只能屈就"工业锅炉"固有的不足和缺陷,即标准工况性能的高效率,非标工况性能的低效率。所以,针对"变负荷"运行的供热热源,存在着"标准工况"与"非标工况"随需切换(过渡)运行的场景,俗称“大/小火”且“标/非”切换(过渡)的动作频繁,同时伴有多次的自动“熄火/点火”… …故此,基于"工业锅炉"的所谓"供热节能&供热环保",以及供热智能控制,等等,都是在讲"正确的废话","南辕北辙"而已。热泵技术的确立,"话语权"的掌握,使得暖通行业从"传统供热"升级为"科技暖通",以全新的形象从既往的"跟随者"跃升到如今的"领路人"。
       “泵”系供热工程
       热泵(洁能&节能技术;储电蓄热&蓄冷技术);
       内能热泵(热媒”分子热运动&分子势能”自热技术+虚拟蓄热技术);
       蒸汽泵(激波混热技术);
       输配泵(激波节电技术);
       水锤泵(热网最不利环节无动力增压技术);
       … …
       近年来阿里巴巴集团提出了“五新”战略,新零售、新金融、新技术、新能源、新制造。其中,所谓新能源就是数据,数据是技术、是血液;新技术是五新的引擎,最终要形成这样的"五新"战略的发展和在社会方方面面的落地。新能源和新技术的完美结合,才能真正驱动数字中国的发展,真正能够驱动消费者互联网的发展。随着大数据时代的到来,数据将成为全球价值链上配置的重要资源,谁拥有更全面和优质的数据,谁就更有可能成为全球价值链的主导者。  
热泵技术,人工环境的皇冠;热泵软件,人工环境"皇冠上的明珠";数字时代,热泵从做项目到做生态(图2)自然环境和人工环境,各有何特点?
       自然环境是在人类出现之前就存在的,是人类目前赖以生存的自然条件和自然资源的总称,是直接或间接影响到人类的一切自然形成的物质能量和自然现象的总体。
       人工环境从广义上讲,是指由于人类活动而形成的环境要素,它包括由人工形成的物质能量和精神产品以及人类活动过程中的所形成的人与人的关系,后者也称为社会环境。
       人工环境从狭义上讲,是人类根据生产、生活、科研、文化、医疗等需要而创建的环境空间,如各种建筑,园林等。
       人工环境是由人为设置边界面围合成的空间环境。包括房屋围护结构围合成的民用建筑环境、生产环境和交通运输外壳围合成的交通运输环境(车厢环境、船舱环境、飞行器环境)等。“人环”学科设计人类生存发展与“人环”之间的关系,人类生存发展对人环的需求,人环性能与影响因素,形成和调控人环的原理与技术,人环工程方法等。人工环境是指由于人类活动而形成的环境要素,它包括由人工形成的物质能量和精神产品以及人类活动过程中的所形成的人与人的关系,后者也称为社会环境。这种人为加工形成的生活环境,包括住宅的设计和配套、公共服务设施、交通、电话、供水、供气、绿化面积等。
       人工环境涉及人类生存发展与“人环”之间的关系,人类生存发展对人环的需求,人环性能与影响因素,形成和调控人环的原理与技术,人环工程方法等。
       1)人体健康和工作效率与人工环境的关系。人工环境各种现状与人体生理、心理健康的作用,人在人工环境中生活质量和工作效率。
       2)各种生产过程中与人工环境的关系。主要研究人工环境性状与生成过程、生产质量的关系,各种生产过程对人工环境状态的特殊要求。
       3)人工环境性能与干扰因素的关系。人工环境保持所需要状态的能力特征。内外扰量的出现规律对人工环境的干扰特点,干扰程度。人工环境在干扰因素作用下的状态变化规律。
       4)人工环境与自然环境的相互作用。人工环境与包含的自然环境之间的相互作用途经,相互作用下各自的状态变化规律。人工环境控制与自然环境保护关系。
       人工环境营造主要研究:
       1)民用人工环境的调控技术。农业生产对人工环境的调控要求。调控农业生产用人工环境的调控原理,调控技术和手段。
       2)工业生产用人工环境调控技术。工业生产对人工环境的调控要求。调控工业生产用人工环境的调控原理,调控技术和手段。
       3)交通运输器具的人工环境的调控技术。全球人、物流通、航天等对运载器具内部空间的状态要求,空间位置快速变化对人工环境状态影响规律。空间位置快速变化下的人工环境调控原理,调控技术和手段。
       4)人工环境的高效管理方法。
       5)人工环境安全保障理论与技术。非正常情况下,人工环境与安全性能。非正常情况下人工环境的安全技术与工程手段,人工环境的安全管理方法。
       人工环境设备主要研究:营造人工环境所需要的各类设备的性能,研制开发新的设备。例如各类热泵、制冷机、空调机、各类换热设备、空气净化设备、热能蓄存装置、以及气调所需要的制氮机、降氧机等。
      人工环境的能源供应系统主要研究:人工环境的物质和能源输配与保障技术。人工环境对空气、水和能源的输送和分配要求。输送和分配空气、水和能源的设置与排放的可持续方式。空气、水、能源的高效利用。为了满足各种人工环境营造系统所要求的能源输配和转换系统、可再生能源系统。
       例如热力输配系统、燃气输配系统、热电联产、热电冷三联供、分布式能源、新能源在人工环境中的应用,各类太阳能热利用系统、自然冷热资源的采集与利用系统等。
热泵技术,人工环境的皇冠;热泵软件,人工环境"皇冠上的明珠";数字时代,热泵从做项目到做生态(图3) 热泵生命力--科技之树
       科技树(Technology tree),意思是通过选择发展不同的 技术方向导致不同的研发结果,用图形表示则成树状图像。通常按照一条顺序,不过也有交融的或可更替的科技。以某些科技为基础,可以开发另一种科技。
       热泵技术之树--"根技术"与"根干产业"
       掌控根技术与根干产业是持久繁荣的必然选择
       新一轮科技革命与产业变革正在快速展开,谁能率先开发出新的根技术、形成主导未来经济的根干产业,谁就可能成为未来世界经济发展的引领者、塑造者和主导者。研究表明,技术发展有着与生命演化类似的特征。在地球适宜的环境下,生命进化是一个多样分化过程,每种生物在“生命之树”上繁盛演变。技术也是如此,每一个产业领域,都对应着一个或多个“技术树”。整个人类社会就是建筑于巨大的、持续扩展的“技术森林”之中。技术森林为人类社会发展提供了用之不竭的强大动力。
       所谓根技术,是那些能够衍生出并支撑着一个或多个技术簇的技术。根技术是技术树之根,持续为整个技术树提供着滋养,在很大程度上决定着技术树的荣枯。根技术具有如下特点:一是隐蔽性,通常根技术难以被分辨出,一些领域的根技术还往往盘根错节。二是增殖性,具有强大生命力的根技术,一旦实现新的突破,整个技术树将可能焕然一新。三是丰润性,根技术包含大量缄默知识,往往很难通过形式化传播获得,而是需要通过“干中学”持续累积。
       根技术一旦被发现和被开发,就会“破土而出”,往往会在短时间内生长出根干产业。根干产业具有附加值高、对其他衍生产业支配力强、抗御风险的韧性足等特征。历史和现实都告诉人们,如果不能拥有足够数量的根技术和根干产业,行业发展和科技创新必然会遭遇“天花板”,被人“卡脖子”、“卡脑子”。
       工业革命以来,人类社会形成了“科技突破—产业变革—金融扩展—经济增长”的迭代发展模式。要想辨析新兴的根技术、根干产业,就要厘清未来科技创新的动力:一是面向“人类1.1—1.x”的根技术和根干产业;二是面向“世界2.1—2.x”的根技术和根干产业;三是面向“智能3.1—3.x”的根技术和根干产业;四是面向“廉价能源”的根技术和根干产业。
       展望21世纪,世界上大多数国家和地区可能会完成工业化,物质生活需求将得到总体满足,精神生活需求将成为驱动未来发展的重要动力。一是“人类2.0”。靠缓慢自然进化的人类只能算1.0版本,而未来人类增强的体能和智能,将让人们有更多的时间和精力去探究未知世界,创造出更丰富的知识。二是“世界3.0”。人们生活在物质世界(世界1.0),人们已经建立了一个信息世界(世界2.0),人们正在创建一个全新的虚拟新世界,创造力将在那里得到极大延展,可以实现高效同步数字孪生、极速学习与传播、所想及所得、所见即所有。三是“智能4.0”。生物智能演化历经了基因遗传(智能1.0,爬行动物及以前)、可调适的神经系统(智能2.0,鸟类和哺乳动物)、文化传承(智能3.0,人类)。人类智能与机器智能的融合,将带来一个新的智能时代。四是“免费能源”。取之不尽用之不竭、随时随地随需随用的免费绿色能源,将促进人类社会极大发展。
       由是,新兴的根技术和根干产业正蕴含其间。
热泵技术,人工环境的皇冠;热泵软件,人工环境"皇冠上的明珠";数字时代,热泵从做项目到做生态(图4) 热泵技术"皇冠上的明珠"--工业软件
       在软件行业中,工业软件是一个小众产业,却是工业制造的大脑和神经,在产业链中发挥关键作用,堪称工业领域的皇冠。高端工业软件更是皇冠上的明珠。工业软件包含研发设计类(EDA、CAD、CAE等)、生产调度和过程控制类(MES、SCADA等)、业务管理类(ERP、SCM、HRM等)三大领域,其中研发设计类最为核心和关键。
       工业软件大体上分为两个类型:嵌入式软件和非嵌入式软件。嵌入式软件是嵌入在控制器、通信、传感装置之中的采集、控制、通信等软件,非嵌入式软件是装在通用计算机或者工业控制计算机之中的设计、编程、工艺、监控、管理等软件。
       工业软件除具有软件的性质外,还具有鲜明的行业特色,随着自动化产业的不断发展,通过不断积累行业知识,将行业应用知识作为发展自动化产业的关键要素,逐渐成为企业调整经济结构,转变经济增长方式的主要因素。
       1)工业软件离不开工艺的支持
       不同行业的工业控制软件,其服务对象均不相同,钢铁行业针对的是冶金工业,其控制软件很难适用机械行业,反之亦然。一套好的工业控制软件,不仅能够满足当前工艺的需要,而且在控制思想上,还有一定的超前意识,在一定时间内不会落后。
       2)工业软件要有行业数据知识库做支撑
       行业数据知识库,是指对行业控制软件起支撑作用的行业生产过程中经验积累的集合。特别需要指出的是行业生产过程中关键知识、软件、诀窍及数据等知识的汇集,也是我国自动化控制系统装上“中国脑”的基础。其主要内容包括:生产过程中采集到各种数据后,经验计算公式、技术诀窍、各种事故处理经验及各种操作经验,操作手册、技术规范、工艺模型、算法参数、系数及权重比例分配等。既包括以文档形式存在的技术规范,操作规范,国家标准等,也包括经验公式、模型算法等软件核心内容及解决工具。目前针对不同行业的工业控制软件产品的开发与生产正在兴起,各个行业的数据知识库正在成为工业控制软件的核心性,基础性要素的发展与壮大,这样也是我们的优势所在,建设好行业数据知识库,将使行业知识变成行业工业控制软件发展的动力,并推动我国工业控制软件的技术水平更好的完成由低端向着高端的转换。
       工业软件人才需同时具备掌握工业知识的能力和将工业知识软件化的能力。工业软件的发展需要信息技术与运营技术的融合,在软件设计和研发过程中,需要既懂信息化又懂工业机理的复合型人才。工业软件最核心的内容是底层的方程求解,是最难啃的骨头。再者,工业软件设计人员想获得工业知识可从工业领域长期积累,但把知识变为软件,考验着软件设计人员能否真正理解工业领域的机理和模型。
       工业软件的十大趋势:不再是工具,而是未来工业的主宰,也许那个时候,工业软件的工具属性将不复存在。它以一种更加内生、更加隐蔽的平台方式,主宰着工业的走向。
       设计与仿真的融合
       CAD与CAE曾经是两个泾渭分明的阵营。少数工业软件才会横跨这两个领域。而现在,设计已经跟仿真紧密地结合在一起了。设计既出,仿真即行。同源数据,共生验证。业界比较热闹的CPS、数字孪生、数物融合等概念背后,都有映射着这样的事实。

       数据传递“全屏化”

       纸张是制造的圣杯。在相当长的工业发展时期,无论是设计,还是车间生产,发蓝的二维图纸,象征着总工的最高权威。指令,往往就是“纸之令”,这是一种传递决策的古老方式,就像古代的军队驿道。而且,越是复杂的制造,数据传递越是复杂,那么通过纸张、看板等载体实现信息传递出现差错的可能性就越高。

       基于模型的系统工程

       人类处理复杂问题的能力,是有限的。系统工程是一种顶层的全局思维;而模型则是在更高的抽象层次上表达复杂事物的一种手段。很显然,基于模型的系统工程MBSE和基于模型的定义MBD,都是为了增强人类处理复杂性的能力。数字孪生提供了令人激动的想象力。然而它的实现,必须依靠基于模型定义的产品。因此,它还是一个浮在上面的荷花,丝连不断的莲藕才是它的根基。 

       从一次买断到持续订阅

       工具类软件的销售方式,正在从一次性许可(License)转向订阅模式(Subscription)。订阅模式的软件并不一定都是基于云部署,可以仍然是在企业内部安装,但是通过订阅定期获得授权密码。 订阅模式是一种对于用户企业和软件公司双赢的模式,用户企业可以根据应用需求,灵活增减用户数,还可以即时获得最新的软件版本。从软件发展的动力来看,显然软件供应商更喜欢订阅模式,它会使得收入变得非常稳定。在订阅的模式下,长期的更新显得更合理。

       工具向平台进化

       工业软件作为一种强烈存在的工具属性,正在被降低它独立存在的意义。 把工业软件看成工具的时代,或许已经过去。这发出了一个重要的信号,任何单一软件工具的品牌,都不再重要,平台的存在将笼罩一切。这也意味着商业模式的更新。工业软件供应商,正在试图从设计-制造的全过程中,进一步挖掘价值。制造即服务,是这一理念的核心。支撑平台最大的秘密,在于社区,在于协同。
       随着工具向平台的转移,生态中的各种小伙伴,将越来越成为巨舰之上的一块块海藻。所谓的合作伙伴,铁与草的关系,如此而已。 这样的平台存在,对着中小企业将有着巨大的诱惑力。这也意味着平台型的企业,必须做好“全能选手”的准备。

       天生云端

       软件即服务(SaaS)的概念不断发展,在工业领域。基于云的工业软件订阅模式越来越多,成为企业在本地软件安装环境之外的一种选择。云与在线的工业软件可以直接在本地浏览器中运行,或通过Web及移动应用程序运行。与安装在本地计算机上的传统软件不同,它通过远程服务器进行更新,并通过订阅获得服务,通常是每年甚至每月一次。

       异构数据的连接

       云设施为工业云软件而来。天生云端,架构轻盈,符合用户对于工业云的弹性访问,正是工业软件在云端被看好的地方。工业软件向云平台的迁移,看上去是为了争夺更加广阔的中小企业市场。“云PLM” 为中小型PLM用户提供了更多的选择,以根据他们的具体业务和工程需求定制解决方案。这意味着PLM业务和部署模式正在发生变化。而工业互联网的快速发展,则为这种“云生”软件,提供了优良的沃土。

       最大的猜测:工业软件走向无形

       工业软件的最高境界,或许就是消灭自己。既然用户要的是一个洞,那么所有的工具,诸如凿子、钻头就都不必出现了。最直观的一种现象是,软硬结合,正在成为工业界的一种时尚。工业软件与自动化硬件,正在紧密走在一起。
       软件定义利润,硬件盈利时代早已结束。随着软件的注入,传统硬件像刀片一样薄的利润,正在变得像服务器一样的厚实。系统之间的传统界限正在消失,这使得传统机械设计与仿真的CAD/CAM/CAE软件,电子设计自动化软件EDA,以及与其他软件如制造执行系统MES、人机界面HMI等,都在融合。
       在工业互联网的背后,软件才是明星。只有软件,才能搞得定机器,才能理清楚数据的价值。不再是简单的套装工具,它以另外的形式重塑工业的价值。
       泛在而无形,这或许是工业软件努力的方向。但在这无形根基之上,才能建立起高耸入云的智能制造和工业互联网的殿堂。
       什么是无形的?空气是无形的。它主宰着生命的存在。

       数字时代变革了我们的产业逻辑 
       从“竞争优势”到“协同创造”。在数字形态下,公司战略不是追求所谓“竞争优势”,而是通过“创造协同”让企业能够“持续创造价值”。
       从规模经济到范围经济。规模经济由大规模生产形成,主要满足标准化、同一化的市场要求。范围经济是由厂商的范围而非规模带来的经济。在网络联通条件下,公司规模无须同步增长即可实现业绩扩张。
       从组织化管理到平台化管理。在数字时代,管理的核心是平台化管理,是覆盖面更广、更具科学性的管理。企业组织从层级化结构到网络化结构。传统企业的科层制组织结构,已不适应数字时代企业跨界融合的要求,去中心化、平台化、无边界是企业组织变革的重要趋向。
       从中心化向平台化转变。从过去的生产中心、销售中心模式,转变为线上线下一体化的平台体系。通过工业互联网、工业云平台、工业App布局,促进基于数据的跨区域、分布式生产和运营,提升全产业链资源要素配置效率。推动实现个性定制、联程设计、协同制造、延伸服务。
       从做项目到做生态。不再以引进项目、集聚企业为取向,而是让企业通过网络联通,推动形成跨界融合的产业生态圈。从产能合作向产业链合作延伸,形成产业链互补链接、上下游融合发展的产业共同体。以共创、相互赋能、共享的合作模式实现产业形态升级。
       数字经济发展将带来十大趋势:一是数字经济改变地缘格局,中美可能继续引领数字经济浪潮;二是服务在线化、平台化;三是服务可贸易;四是制造自动化、智能化,产品生产者与使用者的持续关联;五是制造的定制化、个性化与响应及时化,工厂到消费者距离缩短,产品规模化与个性化矛盾得到调和;六是数字催生平台“巨型化”:平台属性强的企业规模仍可能进一步扩容;七是数字改变企业资产结构:企业轻实物资产、重人力资本、重数据资产,人才和创新能力更加重要;八是数字改变个人;九是数字改变公共服务:数字政务、智慧城市升级;十是中国可能加大力度推动自身数字经济核心层硬件与软件的技术进步及进口替代。
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       阿里经济体
       一个经济体里应该包含三个概念:生产关系、经济制度和特定的文化。阿里大胆启用“经济体“,其目的并不在于市场规模的区分,而是规模背后的权力扩展。长期存在于天猫平台上的二选一就是一个很好的例证,用户不是价值,而是实现价值的工具。       
       阿里巴巴此前提出过五新:新零售、新制造、新金融、新技术、新能源。这五个维度如果去掉“新”,其实就是传统经济社会的五大支柱。“新”的意思在于信息技术对这五大支柱的重塑--通过重塑这些关键要素,进而重塑经济社会。
       注意,重塑可不是赋能。重塑意味着要把传统产业中的企业先干掉,然后将其剩余价值纳入到阿里自身的生态体系中。马云迷恋金庸武侠,这招其实就是“吸星大法”。
       干掉传统产业中的企业,阿里的武器就是消费数据。携数据以令诸侯,这是它和腾讯以及一些正在工业网领域中转型的传统制造业企业的最大区别。
       其实这背后是你要做平台服务商还是能力集成商的区别,你是要做场内指导,还是既要做场内指导又要做运动员。从盒马和犀牛的时间来看,阿里是要做集成商的。这也是为什么我问了一些制造业企业,它们的纠结之处:一旦你进入到阿里的集成体系,你的就不再是你的,即使是专注于生产要素的隐形冠军,它们也不甘心自己的品牌和能力被别人拿走。 
       在工业时代,收购是一家公司提升价值链效率的方式,但收购过程意味着相对巨大的交易成本。所以,阿里的策略是收购具有场景意义和流量价值的消费门户,用流量池的巨大势能去倒逼中小企业就范。
       集成商到底好不好?当然好了,比如英特尔,IBM。问题在于,计算机产业中的集成仅仅是提供接口标准,但阿里式的集成则是要进行覆盖。如果说计算机产业是一片热带雨林的话,我想阿里打造的则是一个带着围墙的花园。
       当然了,虽然制造业经验和消费互联网经验之间具有不可通约性,但并非是说传统产业中的遗老遗少还应该躺在那里。毕竟时代的留给它们的红利基本吃完了,跨界竞争者的出现可以引发新一轮的产业创新和竞争,从这个角度说,是个好事情。
        这真的是一个全新的不确定的时代。