工程以建造人造設(shè)施、服務(wù)人類(lèi)為目標(biāo)，工程需要技術(shù)的參與和支持，但工程除了受到技術(shù)水平的約束外，還受工期、經(jīng)費(fèi)、管理以及外部環(huán)境的約束，因此工程是一種獨(dú)立于技術(shù)之外的對(duì)象。既然技術(shù)都有自己的哲學(xué)思考，稱作技術(shù)哲學(xué)，那么工程也應(yīng)該有自己對(duì)應(yīng)的工程哲學(xué)。
工程哲學(xué)是一門(mén)探討工程“是什么”和“怎么做”的學(xué)科，是對(duì)工程經(jīng)驗(yàn)的一般性總結(jié)與提煉。隨著先進(jìn)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及人們建造的工程對(duì)象越來(lái)越復(fù)雜，人造工程系統(tǒng)領(lǐng)域出現(xiàn)了一些新的特征。一方面出現(xiàn)了一些所謂的超級(jí)系統(tǒng)，它們由能夠獨(dú)立運(yùn)行且自主管理的系統(tǒng)組合而成，甚至地理位置也不相同，彼此間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接，進(jìn)行信息的交換來(lái)實(shí)現(xiàn)協(xié)同，共同完成單個(gè)系統(tǒng)無(wú)法完成的目標(biāo)，這類(lèi)超級(jí)系統(tǒng)，稱之為體系（System of System）。另一方面，人們對(duì)工程系統(tǒng)在應(yīng)對(duì)外部干擾時(shí)適應(yīng)性要求也發(fā)生著變化，從開(kāi)始的以可靠性理論為代表的故障后維修，發(fā)展到以健康管理理論為代表的故障的預(yù)測(cè)與預(yù)防，再到以工程彈性系統(tǒng)（ERS）理論為代表的主動(dòng)適應(yīng)與自我恢復(fù)，體現(xiàn)出化被動(dòng)為主動(dòng)，并借鑒生命有機(jī)特性的趨勢(shì)。而隨著無(wú)人系統(tǒng)以及物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)與人工智能等新技術(shù)的加入，人造工程體系的形態(tài)、工作方式和管理模式都將發(fā)生劇烈的變化，自感知、自決策、自恢復(fù)、自學(xué)習(xí)與自優(yōu)化等有機(jī)生命體才具有的屬性將在人造工程體系中得到實(shí)現(xiàn)，人造工程體系將成為一種主動(dòng)適應(yīng)外部變化的自適應(yīng)主體（Self-Adaptive Agent）。
技術(shù)的發(fā)展也為人造工程系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)生命有機(jī)性提供了支持。種類(lèi)齊全的各類(lèi)傳感器擴(kuò)展了系統(tǒng)對(duì)外界環(huán)境和自身狀態(tài)的感知能力，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)各部分的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自感知能力。系統(tǒng)中逐漸壯大的信息空間最終促使信息物理系統(tǒng)（Cyber Physical System ）概念的出現(xiàn)，在信息空間中的建立與物理系統(tǒng)映射的虛擬系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理系統(tǒng)的仿真模擬，并通過(guò)大數(shù)據(jù)分析與人工智能算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)中隱性的運(yùn)行規(guī)律（隱秩序hidden order）的識(shí)別和提煉，形成知識(shí)，指導(dǎo)物理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自決策、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)與自優(yōu)化。當(dāng)年，控制論連接了電氣元件與機(jī)械元件，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)控制的自動(dòng)化，促進(jìn)了第三次工業(yè)革命；而今，信息物理系統(tǒng)理論連接了信息空間與物理空間，使得系統(tǒng)中的隱秩序變得可測(cè)量和可利用，促成了第四次工業(yè)革命的到來(lái)。
信息空間虛擬體系的構(gòu)建內(nèi)容也將給傳統(tǒng)的系統(tǒng)工程過(guò)程模型帶來(lái)變化，形成體系構(gòu)建過(guò)程模型新范式。因此，無(wú)論是工程系統(tǒng)形態(tài)上還是工程系統(tǒng)的構(gòu)建過(guò)程上，體系生命力理論都將帶來(lái)新的特征，形成一種新的工程哲學(xué)來(lái)指導(dǎo)工程系統(tǒng)的發(fā)展。
一 工程系統(tǒng)適應(yīng)性要求演變
1）故障的被動(dòng)維修。最開(kāi)始，人們對(duì)人造工程系統(tǒng)的適應(yīng)性要求是一種被動(dòng)式的，圍繞系統(tǒng)的故障，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障、維修故障，恢復(fù)系統(tǒng)的可用狀態(tài)，并以此來(lái)評(píng)估系統(tǒng)的可靠性與維修性指標(biāo)，發(fā)展出了可靠性、維修性和保障性理論。在可靠性理論中也采取了在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段事前分析、事前應(yīng)對(duì)的策略，如故障模式影響分析技術(shù)與故障樹(shù)分析技術(shù)。故障模式影響分析技術(shù)通過(guò)假設(shè)系統(tǒng)內(nèi)部件發(fā)生某些可能的故障，分析這些故障對(duì)系統(tǒng)的影響以及導(dǎo)致該故障發(fā)生的原因，提前給出應(yīng)對(duì)措施，從而達(dá)到避免該故障發(fā)生或減弱該故障造成影響的目的。
2）故障的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)防性維修。隨著傳感器技術(shù)的推廣應(yīng)用，可實(shí)時(shí)獲取系統(tǒng)的部分狀態(tài)信息，并依此綜合判斷系統(tǒng)的故障狀態(tài)，而隨著數(shù)據(jù)分析技術(shù)的運(yùn)用，可建立故障發(fā)生的趨勢(shì)模型，從而對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行預(yù)測(cè)，于是健康管理技術(shù)（Prognostics and Health Management, PHM）誕生了。健康管理技術(shù)注重故障的實(shí)時(shí)監(jiān)視與預(yù)兆性預(yù)報(bào)，并能根據(jù)歷史數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)系統(tǒng)的故障發(fā)生時(shí)間，提前布置預(yù)防性維修活動(dòng)，而不是等故障發(fā)生后的被動(dòng)式維修，因此健康管理技術(shù)在提高工程系統(tǒng)的適應(yīng)性方面前進(jìn)了一步。
3）故障的自主修復(fù)。自然界的“自組織”系統(tǒng)，如生態(tài)系統(tǒng)，在外界干擾后部分破壞后會(huì)自我修復(fù)，人們把這樣的過(guò)程也稱作“彈性”。彈性觀點(diǎn)起源于20世紀(jì)60、70年代的生態(tài)學(xué)。1973年，Holling發(fā)表了題為《生態(tài)系統(tǒng)的彈性和穩(wěn)定性》（Resilience and Stability of Ecological Systems）的開(kāi)創(chuàng)性論文，為生態(tài)彈性以及各種其他領(lǐng)域的彈性理論研究提供了基礎(chǔ)。Holling將彈性定義為在維持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和反饋等不變的前提下，通過(guò)調(diào)整系統(tǒng)狀態(tài)變量和驅(qū)動(dòng)變量等參數(shù)，系統(tǒng)能吸收的擾動(dòng)。在工程技術(shù)領(lǐng)域，美國(guó)國(guó)防部提出了工程彈性系統(tǒng)理論（Engineering Resilience System ），并提出了工程彈性系統(tǒng)的四個(gè)關(guān)鍵特性，包括：（1）擊退/抵御/吸收；（2）恢復(fù)能力；（3）適應(yīng)能力；（4）廣泛的效用。工程彈性系統(tǒng)理論強(qiáng)調(diào)對(duì)外部干擾的主動(dòng)適應(yīng)與對(duì)自身故障的主動(dòng)恢復(fù)，這將大大提升工程系統(tǒng)的適應(yīng)能力，而且是對(duì)生命有機(jī)特性的一種借鑒。
我們從工程系統(tǒng)在應(yīng)對(duì)外界干擾時(shí)要求的演變可以看出，從被動(dòng)維修到主動(dòng)預(yù)測(cè)，再到自主修復(fù)，其實(shí)質(zhì)是類(lèi)比了生命有機(jī)體的能力，感知、適應(yīng)與自恢復(fù)。而自學(xué)習(xí)與自優(yōu)化能力是生命有機(jī)體更高層面的能力，如果通過(guò)工程技術(shù)手段在工程系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)自學(xué)習(xí)與自優(yōu)化的能力，將進(jìn)一步提升工程系統(tǒng)的適應(yīng)能力，從而使工程系統(tǒng)成為一種具有生命有機(jī)特性的自適應(yīng)主體。
二 相關(guān)理論與技術(shù)發(fā)展支持
1）控制論與活系統(tǒng)模型
控制論是連接電器元件與機(jī)械元件，實(shí)現(xiàn)工程系統(tǒng)穩(wěn)定控制的基礎(chǔ)理論，它同樣也是實(shí)現(xiàn)工程系統(tǒng)生命有機(jī)性的基礎(chǔ)理論。維納在提出控制論時(shí)，借鑒了神經(jīng)生理學(xué)方面的經(jīng)驗(yàn)，他把工程上的火炮控制過(guò)程類(lèi)比為人的神經(jīng)對(duì)肢體的控制過(guò)程，例如要去撿一支鉛筆，我們動(dòng)員身上的一組肌肉來(lái)實(shí)現(xiàn)這一動(dòng)作，而為了完成這一動(dòng)作，必須不斷將我們與鉛筆之間的差距隨時(shí)報(bào)告大腦，來(lái)指導(dǎo)后續(xù)對(duì)肌肉的控制，這個(gè)過(guò)程就是典型的反饋過(guò)程。作為自適應(yīng)主體的工程系統(tǒng)需要運(yùn)用反饋機(jī)制，不斷感知外部環(huán)境與自身狀態(tài)來(lái)選擇適當(dāng)?shù)牟呗哉{(diào)整自身，以適應(yīng)外部的變化。同時(shí)，學(xué)習(xí)也是一種“延遲”的反饋，它不是實(shí)時(shí)的影響后續(xù)的動(dòng)作，但學(xué)習(xí)的知識(shí)會(huì)影響工程系統(tǒng)后續(xù)的優(yōu)化控制?？刂普撛挥糜谥笇?dǎo)企業(yè)的管理中，致力于應(yīng)對(duì)企業(yè)內(nèi)外部的變化而持續(xù)保持企業(yè)的活力，這就是活系統(tǒng)模型理論。這與我們將工程系統(tǒng)看作是生命有機(jī)體，持續(xù)保持工程系統(tǒng)的活力的目標(biāo)是一致的，可起到借鑒作用。
活系統(tǒng)模型是由英國(guó)的管理大師Stafford Beer在20世紀(jì)60-70年代創(chuàng)立的，它將對(duì)組織的管理過(guò)程類(lèi)比為人的大腦對(duì)身體的控制過(guò)程，運(yùn)用控制論的法則來(lái)維持組織的穩(wěn)定，以及使組織能夠應(yīng)對(duì)外部環(huán)境的變化而保持活力?；钕到y(tǒng)模型由環(huán)境、執(zhí)行系統(tǒng)和管理系統(tǒng)三部分組成，而執(zhí)行系統(tǒng)與管理系統(tǒng)又細(xì)分為6個(gè)分系統(tǒng)，分別是負(fù)責(zé)操作的系統(tǒng)S1,負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)的系統(tǒng)S2，負(fù)責(zé)內(nèi)部總體優(yōu)化控制的系統(tǒng)S3，負(fù)責(zé)監(jiān)視審計(jì)的系統(tǒng)S3*，負(fù)責(zé)外部信息與未來(lái)環(huán)境狀況情報(bào)獲取和開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)S4和負(fù)責(zé)頂層政策的系統(tǒng)S5。S1-S3*構(gòu)成了組織的自主管理機(jī)構(gòu)，以保證系統(tǒng)內(nèi)部能夠穩(wěn)定運(yùn)行。S4分析環(huán)境，預(yù)測(cè)未來(lái)可能到來(lái)的挑戰(zhàn)，來(lái)保證組織能夠在變化的環(huán)境中繼續(xù)保持活力，并將結(jié)果傳給S3以便采取對(duì)策。S5則根據(jù)S4的分析，制定相應(yīng)的政策和戰(zhàn)略規(guī)劃，活系統(tǒng)模型如圖1所示?；钕到y(tǒng)模型體現(xiàn)了對(duì)當(dāng)前系統(tǒng)的優(yōu)化和對(duì)未來(lái)變化的適應(yīng)，以時(shí)刻保持組織的活力，與我們對(duì)工程系統(tǒng)的要求是一致的，它構(gòu)建的理論框架可以作為我們實(shí)現(xiàn)工程系統(tǒng)生命有機(jī)性的參考。
圖1：活系統(tǒng)模型圖
2）信息空間與信息物理系統(tǒng)理論
系統(tǒng)的信息空間是指系統(tǒng)中存在有數(shù)字信息的對(duì)象的集合，一般包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、嵌入式單片機(jī)與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等。隨著計(jì)算機(jī)與物聯(lián)網(wǎng)在工程系統(tǒng)中的應(yīng)用，特別是云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，提供了便捷而又廉價(jià)的計(jì)算與存儲(chǔ)資源，使得工程系統(tǒng)的信息空間逐漸壯大，以至于催生了信息物理系統(tǒng)理論（Cyber Physical System，CPS）。
CPS理論是信息技術(shù)發(fā)展和信息空間擴(kuò)張的必然產(chǎn)物。2006年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）舉辦了第一屆CPS研討會(huì)，將CPS定義為通過(guò)計(jì)算核心（嵌入式系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)感知、控制、集成的物理、生物和工程系統(tǒng)。因此，它是一種信息空間與物理空間相互融合，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理空間優(yōu)化控制的理論。隨著數(shù)字化雙胞胎系統(tǒng)概念的提出，進(jìn)一步明確了CPS的目標(biāo)圖像。美國(guó)IMS中心的Jay Lee教授將系統(tǒng)的健康管理與CPS結(jié)合起來(lái)，提出了CPS是以多源數(shù)據(jù)建模為基礎(chǔ)，以智能連接（Connection）、智能分析（Conversion）、智能網(wǎng)絡(luò)（Cyber）、智能認(rèn)知（Cognition）和智能配置與執(zhí)行（Configuration）的5C體系為構(gòu)架，建立虛擬與實(shí)體系統(tǒng)關(guān)系性、因果性和風(fēng)險(xiǎn)性的對(duì)稱管理，持續(xù)優(yōu)化決策系統(tǒng)的可追蹤性、預(yù)測(cè)性、準(zhǔn)確性和強(qiáng)彈性（Resilience），實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)體系統(tǒng)活動(dòng)的全局協(xié)同優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)無(wú)憂（worry free）系統(tǒng)的目標(biāo)。
中國(guó)CPS白皮書(shū)中指出，信息物理系統(tǒng)的本質(zhì)就是構(gòu)建一套信息空間與物理空間之間基于數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)的狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、科學(xué)決策、精準(zhǔn)執(zhí)行的閉環(huán)賦能體系，解決生產(chǎn)制造、應(yīng)用服務(wù)過(guò)程中的復(fù)雜性和不確定性問(wèn)題，提高資源配置效率，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化。并通過(guò)學(xué)習(xí)提升，不斷總結(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律，將系統(tǒng)中的顯性數(shù)據(jù)與隱性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為優(yōu)化知識(shí)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的螺旋上升。信息物理系統(tǒng)物理實(shí)體與信息虛體之間的交互與協(xié)作的技術(shù)框架為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)和自優(yōu)化提供了理論支持，如圖2所示。Cyber空間仿真系統(tǒng)通過(guò)獲取物理空間真實(shí)系統(tǒng)的系統(tǒng)狀態(tài)和任務(wù)進(jìn)程數(shù)據(jù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析和科學(xué)決策，并將決策控制參數(shù)反饋至物理空間真實(shí)系統(tǒng)，由物理系統(tǒng)精準(zhǔn)執(zhí)行決策參數(shù)。
圖2：CPS技術(shù)框架
3）新技術(shù)發(fā)展的支持
種類(lèi)繁多的傳感器技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，為工程系統(tǒng)感知外界環(huán)境與監(jiān)控自身狀態(tài)提供了技術(shù)支持，無(wú)線通訊技術(shù)的發(fā)展突破了工程系統(tǒng)部署的地域限制，使得工程系統(tǒng)向體系化發(fā)展提供了技術(shù)支持，如美軍的NIFC-CA體系，其核心便是它的CEC核心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。大數(shù)據(jù)分析技術(shù)為信息空間中系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律的提煉提供了方法指導(dǎo)。人工智能技術(shù)為系統(tǒng)知識(shí)的學(xué)習(xí)與應(yīng)用、系統(tǒng)的自主決策提供了方法指導(dǎo)。而云計(jì)算技術(shù)則為大數(shù)據(jù)分析與人工智能算法的運(yùn)行提供了便捷而又廉價(jià)的計(jì)算資源。上述新技術(shù)的發(fā)展為實(shí)現(xiàn)工程系統(tǒng)的生命有機(jī)性提供了技術(shù)支持。
三 生命力-一種工程體系新的工程哲學(xué)
工程哲學(xué)關(guān)注于工程系統(tǒng)“是什么”與“怎么構(gòu)建”的一般性問(wèn)題。關(guān)于“是什么”的問(wèn)題，通過(guò)上面的分析，我們可以得到以下結(jié)論：（1）工程系統(tǒng)將以體系的形式出現(xiàn)，即工程體系；（2）工程體系將成為一種具有生命有機(jī)特性的自適應(yīng)主體，具有自感知、自決策、自恢復(fù)、自學(xué)習(xí)、自優(yōu)化的能力，如果把時(shí)間尺度放大到系統(tǒng)的代系更替（或指系統(tǒng)的版本升級(jí)）的范圍，工程體系將具有一定的進(jìn)化能力。綜合上述兩點(diǎn)，我們提出了一種新的體系理論，稱作體系生命力理論，并提出了實(shí)現(xiàn)體系生命有機(jī)特性的技術(shù)框架。關(guān)于“怎么構(gòu)建”的問(wèn)題，傳統(tǒng)的系統(tǒng)工程將被考慮體系新增特征的體系工程所替代，同時(shí)信息空間虛擬映射體系的構(gòu)建也將成為體系工程的重要內(nèi)容，從而成為一種新的過(guò)程模型范式。這將形成一種新的工程哲學(xué)，我們稱作體系生命力哲學(xué)。
1）體系生命力理論概述
自然界生命有機(jī)體系能夠感知外界環(huán)境與自身狀態(tài)，對(duì)外界刺激做出恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)以維持自身的平衡與穩(wěn)定，遭破壞后能夠自我恢復(fù)到另一穩(wěn)定的狀態(tài)，能夠積累經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)后續(xù)行為優(yōu)化，長(zhǎng)期的代系更替能夠?qū)崿F(xiàn)體系的進(jìn)化。類(lèi)比自然界生命有機(jī)體系的有機(jī)特性，通過(guò)使用一定的控制機(jī)制、技術(shù)框架與技術(shù)手段，使得工程體系導(dǎo)向涌現(xiàn)（directed emergency）出生命有機(jī)特性來(lái)，從而形成一種有機(jī)的工程體系。這就是體系生命力理論的研究?jī)?nèi)容。生命力體系的有機(jī)特性具有如下技術(shù)特點(diǎn)。
a）體系生存性：通過(guò)成員系統(tǒng)的可靠性、維修性與保障性設(shè)計(jì)，提高體系在設(shè)定條件下的生存能力。
b）體系感知性：通過(guò)傳感器技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采集外界環(huán)境信息、輸入信息、內(nèi)部狀態(tài)信息和輸出信息。實(shí)現(xiàn)對(duì)外界環(huán)境的感知、輸入輸出的感知和自身運(yùn)行狀態(tài)的感知。
c）體系自省性。體系的自省性是感知性的更高層次的應(yīng)用。通過(guò)建立的狀態(tài)模型和健康預(yù)測(cè)模型，將感知到的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成為評(píng)估的狀態(tài)量與預(yù)測(cè)結(jié)論。使體系時(shí)刻掌握自身狀態(tài)。
d）體系自恢復(fù)性。自恢復(fù)性是在感知與自省的基礎(chǔ)上，體系對(duì)外部輸入異常變化或內(nèi)部故障做出恰當(dāng)?shù)膽?yīng)對(duì)，通過(guò)對(duì)體系的功能或結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)調(diào)整，來(lái)持續(xù)維持體系完成設(shè)定任務(wù)的能力。
e）體系自學(xué)習(xí)性與自優(yōu)化性。體系的自優(yōu)化過(guò)程包含了自學(xué)習(xí)過(guò)程。通過(guò)大數(shù)據(jù)分析與人工智能算法，獲取體系運(yùn)行參數(shù)之間的相關(guān)性規(guī)律，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為領(lǐng)域知識(shí)，實(shí)現(xiàn)自學(xué)習(xí)過(guò)程，并將其用于調(diào)整控制參數(shù)，優(yōu)化后續(xù)運(yùn)行。
f）體系的選擇進(jìn)化性。體系通過(guò)賽博空間虛擬體系的仿真運(yùn)行，揭示體系的效能瓶頸，為物理空間體系的演進(jìn)選擇改進(jìn)方向。
在當(dāng)前的技術(shù)條件下，將工程體系完整改造成為生命有機(jī)體系的過(guò)程應(yīng)該是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，我們按照先易后難的策略，將體系生命力分為4個(gè)層次，分別是生存力、恢復(fù)力、學(xué)習(xí)力與進(jìn)化力，每個(gè)層次都有對(duì)應(yīng)的有機(jī)特性屬性，生命力層次模型圖如圖3所示，該模型也為組織改造工程體系提供了不斷提升的路線圖。
圖3：體系生命力層次模型圖
體系生存力是指體系的成員系統(tǒng)通過(guò)傳統(tǒng)的可靠性、維修性和保障性設(shè)計(jì)來(lái)提高自身的可靠性和保障性水平，從而提高體系在設(shè)定條件下的生存能力。體系恢復(fù)力是指體系在受到外界干擾或內(nèi)部部分故障時(shí)，通過(guò)自感和自省能力，實(shí)時(shí)獲取體系內(nèi)外部狀態(tài)，包括故障狀態(tài)，并執(zhí)行設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)調(diào)整策略來(lái)應(yīng)對(duì)不利因素，恢復(fù)體系完成使命任務(wù)的能力，表現(xiàn)出自恢復(fù)性。學(xué)習(xí)力是指信息空間虛擬體系在大數(shù)據(jù)分析與人工智能技術(shù)的支持下，提煉體系運(yùn)行規(guī)律，形成知識(shí)，用于后續(xù)體系的優(yōu)化控制。進(jìn)化力是指通過(guò)虛擬空間模型的仿真運(yùn)行，揭示體系的效能瓶頸，為體系的進(jìn)化提供選擇的方向。
2）體系生命力技術(shù)框架
為使工程技術(shù)體系導(dǎo)向涌現(xiàn)出有機(jī)特性，成為具有生命力的有機(jī)體系，我們提出了一種技術(shù)框架，該框架可總結(jié)為一個(gè)架構(gòu)、兩種機(jī)制和五大關(guān)鍵技術(shù)。如圖4所示。
一個(gè)架構(gòu)是指由體系的物理實(shí)體和信息虛體構(gòu)成的交互與協(xié)作的架構(gòu)，即CPS技術(shù)架構(gòu)。通過(guò)實(shí)時(shí)采集物理體系的輸入輸出與狀態(tài)參數(shù)，經(jīng)過(guò)虛擬空間體系的實(shí)時(shí)分析并將優(yōu)化后的控制參數(shù)輸出給物理實(shí)體，用于指導(dǎo)物理實(shí)體的優(yōu)化運(yùn)行。
兩種機(jī)制是指控制理論中的反饋機(jī)制和學(xué)習(xí)機(jī)制。參照?qǐng)D2可知，整個(gè)CPS框架便是一個(gè)大的反饋過(guò)程，將物理體系的輸出評(píng)估后用于體系后續(xù)運(yùn)行的控制。學(xué)習(xí)機(jī)制是一種“延時(shí)”的反饋機(jī)制，這種反饋不是短期內(nèi)的實(shí)時(shí)反饋，而是經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的累積后，用提煉的經(jīng)驗(yàn)或知識(shí)來(lái)指導(dǎo)后續(xù)的運(yùn)行。
五大技術(shù)包括物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)和人工智能技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集和局部傳輸，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的體系內(nèi)傳輸，云計(jì)算技術(shù)提供了便捷而豐富的計(jì)算資源，使得大數(shù)據(jù)分析和人工智能算法的運(yùn)算成為可能。大數(shù)據(jù)技術(shù)與人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)相關(guān)性規(guī)律的發(fā)現(xiàn)、數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建、數(shù)據(jù)向知識(shí)的轉(zhuǎn)化以及控制參數(shù)的優(yōu)化。
圖4：體系生命力技術(shù)框架圖
3）體系工程過(guò)程新范式
傳統(tǒng)的系統(tǒng)工程或體系工程過(guò)程是將設(shè)計(jì)者的邏輯設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為物理實(shí)體體系的過(guò)程。而隨著CPS技術(shù)框架的引入，信息空間中的虛擬體系的構(gòu)建也將成為體系構(gòu)建的重要內(nèi)容，從而形成物理實(shí)體體系與信息空間虛擬體系之間的映射關(guān)系，并持續(xù)推動(dòng)物理體系的演化管理。這是一種體系工程過(guò)程新范式，需要新的體系工程過(guò)程模型來(lái)滿足新范式的要求，如圖5所示。
圖5：體系工程過(guò)程新范式
本文在分析總結(jié)了工程系統(tǒng)體系化發(fā)展趨勢(shì)，工程系統(tǒng)在適應(yīng)外界干擾上的要求演變，以及新技術(shù)的發(fā)展支持的基礎(chǔ)上，提出了一種新的工程哲學(xué)，即體系生命力哲學(xué)。工程體系在形態(tài)上將從無(wú)機(jī)體系向生命有機(jī)體系發(fā)展，成為一種自適應(yīng)主體，具有自感知、自恢復(fù)、自優(yōu)化、自學(xué)習(xí)和自進(jìn)化的有機(jī)特性，工程系統(tǒng)的構(gòu)建過(guò)程也因虛擬體系的加入而形成新的過(guò)程范式。本文提出了體系生命力理論，介紹了該理論的基本內(nèi)容、層次模型與技術(shù)框架，為體系工程發(fā)展成為生命有機(jī)體系提供了技術(shù)途徑。
本文提出的生命力理論技術(shù)框架以CPS技術(shù)架構(gòu)為核心，研究團(tuán)隊(duì)正致力于開(kāi)發(fā)用于構(gòu)建與物理真實(shí)系統(tǒng)映射的Cyber空間仿真系統(tǒng)的技術(shù)和方法，從而讓本文提出的生命力工程哲學(xué)在工程上可以實(shí)現(xiàn)。
作者：張宏軍 黃百喬 鞠鴻彬 韋正現(xiàn) 張鵬
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