新空間維度

　　經過90 分鐘的車程，遊客抵達聖保羅東部地區，首先映入眼簾的是寬闊的林蔭大道，與之相連的是聖若澤杜斯坎普斯工業中心。這裡是衆多公司總部的所在地，其中重要的一家是巴西航空工業公司，它是世界第三大商用飛機制造商。巴西航空工業公司坐落於工業中心的中央位置，這使這個擁有12 000 名員工的公司深感自豪。進入巴西航空工業公司的“虛擬現實”實驗室，遊客戴上特制的眼鏡後可以通過巨大的顯示屏欣賞“虛擬飛機”内部及外部的三維景觀。工程師們在此實驗室内模擬新部件或組件如何改變尚處於設計階段的飛機的形狀或性能。
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法維奧•卡佩拉是巴西航空工業公司的一名研發工程師。他說，如果沒有這樣的模擬設備，設計並制造一架現代化飛機幾乎是不可能的。一架飛機由20 多萬個獨特部件組裝而成，其中還不包括鉚釘、螺絲釘之類的組裝零件，只包括發動機（一台發動機由15 000 個零件組成）等大型部件的内部零件。卡佩拉還解釋說：“我們的模擬系統能用一行計算機代碼表示每個部件，這樣我們就可以通過大量實驗確定每個部件的最佳安裝位置。與通過繪圖進行設計相比，通過模擬設備優化設計要方便得多。”該軟件還可以預測飛機投入使用後各部件將發生的變化（如熱量如何在機身各部件或發動機的渦輪中流動），從而有助於制訂維護計劃。
巴西航空工業公司的虛擬現實設備是一個將計算機輔助分析應用於制造業的典型案例。 在制造產品前，設計工程師可以通過計算機輔助分析，將產品圖形或圖片以物質世界的三維形式呈現在計算機顯示屏上進行描述。通過安裝能預測產品運行的其他軟件，工程師們還可以進入第四維空間——時間。
2010 年，全球制造商投入了大約1.2 萬億美元進行新產品開發，開發新產品的過程包括使用智能軟件進行數據處理。同年，計算機輔助分析軟件的銷售收入約達200 億美元，不及開發總成本的2% 。 然而，如果沒有這些軟件，再高額的開發成本很大程度上也會失去意義。英國計算機科學家查爾斯•朗是20 世紀70 年代將計算機輔助設計與分析理念引入商
　計算機輔助分析是對制造業多種軟件技術進行全方位描述。計算機輔助設計是人們熟知的術語，用於描述計算機輔助分析的主要内容，是一種對產品進行三維設計的方法。
　產品開發與計算機輔助分析軟件的資金投入是筆者的估算。2012 年1 月27 日對美國計算機輔助設計軟件生產商歐特克公司首席執行官進行的電話採訪對筆者的估算有很大幫助。
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業領域的先鋒人物，他總結道：“以前一直被認為是深奧的技術現已成為主流。這意味著各類制成品，無論是烤箱還是導彈，其制造過程可以更可靠、更高效，開發時間可以更短，功能可以更強大。”
由於計算技術的發展，在制造業中採用計算機輔助分析造成了信息處理量激增。直到15 世紀晚期，約翰尼斯•古騰堡發明了印刷機後，信息存儲量才變得無關緊要。印刷機實現了圖書及其他文件的大批量生產，同時也大大提升了人們處理及傳遞信息的能力。此前，人們只能通過手寫、畫畫或講話傳遞信息。20 世紀末，價格低廉的計算機的出現更大程度上改變了信息流的性質。
目前，世界信息存儲量（99% 以上都是電子形式）大約每兩年就會翻一番。2011 年的一項研究表明，存儲於各類數碼設備（包括各類辦公及家用計算機、手機以及工廠控制系統）的信息量共計1 800EB（1 800×10 000 億字節），大約是所有紙質圖書信息存儲量的1 400 萬倍。
這些信息庫中的大部分信息是關於工廠開發或生產的產品。制造新型波音787 夢幻超級巨無霸噴氣式飛機需要大量數據，這些數據存儲在波音公司或其供應商的計算機中。用於制造該飛機的計算機程序數據總計16 000GB ，相當於1 600 萬冊圖書的信息量。
人類向計算機輔助分析的邁進發生在600 多年前。尼古拉•奧雷姆是法國邏輯學家及學者，他於1377 年成為利雪的主教。他發表了幾本精
　2011 年11 月19 日，朗接受了筆者的電話採訪。1963~1965 年，朗在麻省理工學院第一次接觸了3D 計算機輔助設計，1965~1975 年，他又在劍橋大學計算機實驗室進行了3D 計算機輔助設計研究。1974 年，他與同伴在劍橋合夥創辦了Shape Data 公司，這是一家早期在該領域非常重要的劍橋CAD 公司，它為後來創立同一領域的Three-Space 公司奠定了基礎。
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確描述地球圍繞太陽運轉的小冊子。約300 年後，哲學家笛卡兒進一步拓展了這些理論，他能夠通過參照描述物體表面各點位置的數學代碼定義普通物體（例如金屬片）的形狀。19 世紀，法國生理學家艾蒂安– 朱爾•馬雷發明了呼吸描記器，進一步完善了此項研究。呼吸描記器能夠將機器或動物的運動轉換為一系列圖片，然後將這些圖片轉換為數字序列。所有這些理論為工程制圖背後的解析幾何學奠定了基礎，更是在信息轉換為二進制代碼後為計算機3D 建模奠定了基礎。
繼上述成果之後，20 世紀四五十年代誕生了第一代電子計算機，從而實現了以數字代碼展現工程產品形狀。帕特裡克•漢瑞特（Patrick Hanratty ）被認為是計算機輔助設計之父。20 世紀50 年代，在通用電氣就職期間，漢瑞特研發了第一批能夠將形狀及物理形態信息轉換成二進制代碼的軟件。20 世紀70 年代，漢瑞特開發了計算機輔助設計軟件，命名為“Adam”。美國Computervision 公司是當時計算機輔助設計的先鋒，其銷售的軟件中融入了漢瑞特開發的程序。位於巴黎的法國達索公司推出的Catia 是應用最廣泛的軟件包之一。思瑞克斯公司利用達索公司開發的這些程序開發了新的電熱水壺控件，而巴西航空工業公司則在其聖保羅控制室内應用了這些程序。
進入四維空間是計算機輔助分析的最新發展成果之一。四維空間覆蓋物理空間及時間，目前的學科知識仍然適用。未來預計此項技術的發展將進入第五維空間，即在產品制造之前，通過觸摸或肢體動作等手段而不是語言或圖解來獲取產品信息，創意旨在進一步完善計算機輔助分析軟件，從而使產品模型更加逼真。
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探索以這種方式處理信息的方法是新學科“觸覺學”的研究任務之一。觸覺學是一門研究觸覺的學科。位於斯德哥爾摩的Reachin 技術公司是這個領域的先鋒。Reachin 已將“數據手套”融入模擬系統。“數據手套”和其他形式的手套一樣戴在手上，但手套上有能與計算機設備進行交互的特殊傳感器。這些傳感器可以通過觸覺預測新產品的運行情況。此技術可用於設計新產品，在構建原型之前，工程師們可以通過三維圖像分析技術在屏幕上展現一輛新汽車的圖片。帶上數據手套後，人們能直接體驗手握汽車方向盤的感覺。觸覺學的首次大規模商用很可能是電腦遊戲，遊戲產品的制造商將新特性融入產品，使人們能夠在客廳裡通過鍵盤或鼠標之外的方式享受交互式電腦遊戲。
觸覺學使人們僅需手握觸摸闆就能玩遊戲、感受溫度並做出反應。在這個系統中，玩家可以通過不同的溫度判斷這場屏幕上的模擬大戰的輸贏。觸覺學也可用於控制挖掘機。操作人員可以通過操作桿傳遞的“軟硬度”信息識別所挖岩石的特性，並根據這些信息適當地移動挖鬥，並施加更大挖力挖掘較硬岩石。將觸覺學轉化為實用工具需要當前計算機輔助分析應用中採用的三維軟件新技術，同時還需要融入了加熱元件與振動裝置的新型傳感器設備，從而提供與人們的手指神經末梢相同的觸覺體驗。
“人機交互”是從任天堂公司的Wii 遊戲機或微軟公司的體感遊戲設備Kinect 等類似產品中衍生出來的一個主題，這些產品通過無線定位設備以及捕捉運動（如揮手或上下跳動）信息的小型攝像機接收信息。預先設置的計算機能夠識別身體各部位的位置改變，並以特定方式诠釋這些改變。這類計算機控制方法的應用遠遠不止視頻遊戲。微軟公司正通過完善
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其Kinect 技術探索新的方法，使外科醫生在進行高難度手術時能夠通過手勢獲取人體器官的計算機圖像。此技術也可以用於新一代“免提”移動設備的開發，或使重度殘疾群體能通過移動手指或腳控制一系列工具。

本文摘自《新工業革命》

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　　 在這本書中，作者提到，人類的制造業可以分為五個階段，它們分別是：第一個階段是少量定制；第二階段是少量標準化階段；第三個階段大批量標準化生產；第四階段大批量定制化；第五個階段是個性化量產。 我們現在正處於個性化量產階段。這一概念推動了產品多樣化從定制化量產繼續向前發展。然而，這一生產方式甚少用於生產特殊到獨一無二的產品。定制化量產和個性化量產的差別極其細微——豐田生產方式無法為某一單獨客戶定制一款豐田車型，但是個性化量產就可以輕松做到。 馬什預測，當3D打印技術成為生產的日常部分，大批量個性化時代就真正來臨了。到2040年左右，利用3D打印技術為很多產品（從噴氣式發動機到汽車）生產零件將成為主流，定制特定的相關產品以滿足個人需求或生理需求非常重要。這類產品包括醫療植入物、助聽器、照明系統及專業家具。隨著新工業革命步伐加快，在成本控制的範圍内和允許客戶施加更大影響的情況下，提供多樣化產品將成為越來越明顯的特徵。 作者敏銳地指出，在新工業革命時期，開發新概念，加強公司間合作，並將研發成果應用於新產品所帶來的利益將超過以往任何時期。 這是一部既具有歷史厚重感，又具有較高現實意義的著作。毋庸置疑，它將對中國制造業未來有很高的導向性。