爱尔威祝凌云：软件、硬件和结构的协调和统筹

　　8月30日，2013中国软件开发者大会在北京新云南皇冠假日酒店召开。此次会议以“软件定义未来”为主题，邀请近百名国内外业界领袖和知名技术专家共论技术热点与最佳实践，揭示下一代软件开发技术趋势与对各行业的深刻影响。

　　在此次大会上行，爱尔威智能科技有限公司首席技术顾问祝凌云发表了题为“从机械师进化到程序员——对产品设计的全局规划”的主题演讲。在演讲中，他认为科技要转化为商业经济价值需要两个前提，一个是“量”，一个是“时机”。同时研发分为软件、硬件和结构，三者之间进行协调和统筹就变得很重要。

　　今天来到这里参加2013年中国软件开发者大会非常荣幸，感谢蒋涛先生的邀请。我从小对机械和电子非常感兴趣。好奇心促使我有了发明机械的动力。像玻璃球，积木，没办法拆卸和破坏的东西，它们存活可以长一些。介绍如何从机械工程师到科技员之前，我介绍一下科技产品。

　　我刚才上台骑的小车出现2011年底，到今年为止其实在大家上一千个人当中估计有999个人还没见过。它是比较新的事物，我们产品在三月份上市。当时第一个月销售量只有50多，所有人很沮丧。但是到了八月份，目前产能和销量是五千台，是一个飞速膨胀的市场，半年时间增长了一百倍。

　　发展历史很大程度是科技进行驱动的。工业革命之后几百年时间，机械、能源、电力、交通、通信它们的发展所带来的改变远超于过去几千年的时间。每一项新的技术能广泛的应用，就会产生一次商业机遇。

　　商业的原理没有变过，科技是商业重要载体，一个成功的商人往往对科技很有敏锐的嗅觉。科技要转换成商业经济价值我这里面列举几个前提。

　　首先是“量”，一个产品要谈商业经济价值没有量很困难。特别像我们智能手机发展非常迅速，这是基于这么庞大的量，产生出很多新的公司，他们做的非常成功。高科技首先一般是运用于军事方面。你们可以看PPT上边，右上方我们大家可以看到像一个圆球一样，它其实就是一套陀螺仪系统，这是美国洲际导弹运用的陀螺仪系统。左下方是人的双手，大家看这个陀螺仪多大。看看右下角这个陀螺仪就很小了，导弹使用的陀螺仪精度很高，但是成本也非常高。在军事上面我们所运用到的一些技术原材料，一些产品往往是不考虑成本的。这种新技术被逐渐民用以后，量会增大。那随着工艺改善成本降低，它的用途越来越广，逐渐被别的行业所应用。

　　十年以前出现了两轮的自行车，那一辆车当时售价要十几万人民币。但是到现在为止，我们如果去在淘宝搜一下，两轮自行车电动车，通常售价是几千元。为什么降这么多？这个和科技从军事到民用有关系的。当时那一套陀螺仪系统，可能要几千元，今天我们用到，就我刚才骑小车的陀螺仪，批量采购价格不到11元，成本下降了数百倍，从高科技到商业一定要依赖于这个量。

　　第二“时机”决定科技商业经济价值的成败。并不是每项科技诞生之处就会带来商业经济价值，合适的时机很重要。陀螺仪大概诞生在一百多年以前，但是为商人带来利益，可能在近十几年的时间。我们比较习惯比方说电话、短信，我们现在慢慢进化到了微信。实际上我记得在2001年、2002年的时候那时候移动推出了语音短信的功能，当时一条四毛钱，当时这个业务绝对没实行起来，因为大家手里面没有智能手机，都还是以前功能机，大家没有这种环境，对互联网整个依赖性，整个商业时机环境不成熟。

　　再看比方说ipad，这种九几年比较多了，国内联想、汉王很早做，这样的产品长期处于商业失败的范畴，只要这个苹果出来之后才使平板电脑流行，智能手机平板的流行带来了电容式触摸屏的流行，这个比电阻式的触摸屏价格很高，大家不愿意采用。但是电容式的方便快捷我们在新的这些智能手机平板电脑上得到充分体验，这时候我们更愿意使用电容式的触摸屏，不愿意使用传统的电阻式的触摸屏。

　　我们看上边有一台很小像手持电脑一样，那个十年以前都有，很多人都知道，是当时非常有名微型笔记本的生产商，那时候一台价格非常高，好几万，但是它也没有流行起来。因为当时限于操作系统的限制，那时候都是windows比较高，对硬件要求比较高，而且那时候处理器，像ADM处理器还不流行，这是时机决定商业经济价值的成败。 再看一下商业对科技推动的局限性。

　　我们都知道当一项科技运用起来以后会带来蒸蒸日上的，反过来也对科技产生一个推动作用。但是推动作用很有限，更多的我们是提高了制造工艺，把成本降的更低，性能做的更好一些，但是对底层推动力很有限。

　　下面显示中国的运载火箭，70年我们第一颗东方红上天，目前为止我们火箭推力从118吨，增加了5倍到了600多吨，我们商业地产用10年这个房价涨了10倍。右上角这个是我们太行发动机，就是用在战斗机上面高性能发动机。这款战斗机是84年开始立项，做了差不多将近30年，但是我们现在仍然没有很好的方法应用到实际的飞机上，歼20用的发动机依然采用俄国的发动机，我们做了30年发动机还不成熟。

　　我们看消费电子科技类产品的研发趋势，包括软件、硬件、结构。那时候部门划分是软件结构，还有一个ID做工业设计的部门，大概是这样一种架构。到目前为止经历了差不多10年时间，这个架构基本上没发生什么变化。从发展的新趋势上来看，在消费电子科技类产品领域，软件的权重是慢慢的变高，特别是智能平台的应用，一个MP3，简易相机，里面都有操作系统，更多功能依赖于操作。

　　研发分为软件、硬件和结构，三者之间进行协调和统筹就变得很重要。这个图是十年以前我画的，到目前为止我觉得基本上没什么变化。

　　首先一个产品诞生是一个概念开始，定义一款产品就是定义基本的参数，十年以前大家看到这一个手机的概念是如何定义的。定位高低中端都有，我们定义手机是不是加上摄象头，是不是彩屏，是4096色，还是22万色，现在是一个历史，但是最基本的定义也是用同样的方法。

　　从有一款产品概念开始，就要寻找相应的供应商。在基本配件供应商确定以后，就开始设计一款产品的布局。这个布局其实就是一个总体的设计，通常作为一个很好的布局工程师，他不光懂结构，还要懂软件和硬件。因为他不但了解空间上分布，还要了解电路，比如说射频这一块电子干扰。有时候手机主办上面一根线，走线挪一下位置可能最后的东西都不正常。 我想说06年到09年山寨机的市场，大家都知道MTK，台湾当时非常火芯片公司。当时深圳所产的手机八到九成是MTK的芯片。他们把一款手机主板做的非常成熟和稳定，把这款主板销售给公司，他们以主板做外观和结构，调整就是外观，按键的形状，但是这块板绝大多数手机产品公司都做产品，哪怕一个孔挪个位置都很谨慎。

　　有了布局我们会考虑硬件设计和工业设计。在设计过程中可能某一个件我一开始想法没问题，但是随着设计不断深入会产生一些变化。可能原本供应商提供产品就不能用了，我需要找新供应商，往往很多项目死在这上面，最后没有合适的供应件，最后这一个项目不得不宣布失败。

　　当产品进入到软件、硬件、还有结构设计这样的一个过程当中，实际上这样一个时间段这样的产品在定义过程，包括整体研发这一块可能过去大概将近一半时间了。那后续实际上比较相对容易一下，可能工程师按照既定的习惯设计。一个产品的设计其实是挺复杂的系统工程，要做好其中的协调分配是较为重要的事情。

　　接下来就说说我自己怎么样从一个机械工程是到了程序员？刚才说到我之前做手机结构设计那是在十年以前。说一件挺有意思的事情，大家说软件、硬件、结构三种工程师，可能结构工程师门槛最低的，为什么？因为做结构设计其实就是一个人天生的一种空间想象能力。我做结构的同时当中，有做厨师，有当兵复员以后，他们以前对结构可能没任何了解。说起结构工程师，我们看一下机械工程是。做机械工程是而言更多考虑到运动件设计，齿轮、拖轮这么多东西需要比较扎实的基础知识。我以前专业学机械，四年本科学50多门课程。但是做了结构工程师我发现我学50多门课只有2门课有用。我之后对设计软件比较感兴趣，做结构设计用的是3D软件。

　　那时候那款软件用的版本是2011年推出的一个版本。我当时做了手机结构设计以后，我觉得软件使用较为繁琐，想尽快做出软件。之后发现99%都用这个软件，当时写了关于这款软件书籍，在人民出版社出了接近20本。这里介绍一下整体结构设计环节的一个流程。

　　从一款产品最开始通常工业设计，如何定义这样的产品的外观。上面这一款手机实际上摩托罗拉最早出的一个雏形，到最后产品大的企业先做外观，觉得外观满意之后再去开发相应的软件和硬件，去定制一些需要的软件功能。 我们中国自主研发的手机在最火爆的时候，大概2006年到2009年这个期间，90%以上的手机公司都是拿别人现成的底板，在底层上有了非常大缺失。有了产品布局以后，内部什么器件，摄象头位置，金属装置件是不是离天线很近，是不是要调整，做布局的工程师需要仔细考虑的。布局工程师需要对软件、硬件、结构有一个比较全面的了解。 布局设计完成之后进行结构设计，我鼠标放在这个有一个手提外壳，这个外壳从最初外观到目前我们正真看到的形状，其实就是结构工程师所做的内容。那就是对一个外壳进行打孔等。有了结构设计完成以后的模型，我们最终目的做成手机的塑料外壳，这时候需要模具。我们树胶外壳塑胶通常总模具当中塑造成型的。模具是我们在金属当中掏出一个空间，这个空间刚好是结构件的形状，然后用比较大的压力和高温，将液态的塑胶注射到这个金属当中的空间，然后冷却以后形成了外壳。做模具通过机床和钢料，车铣、电、切割等做出我们应该的形状。

　　为了提高效率，我们要在布局设计、结构设计等做一些协同软件，刚才我们说的这款PCM软件就提供了一个让大家相互协调，保持更新。不同模块分配给不同人去做，如果某个人进度快一点，一个人慢一点，中间接口出现一些明显的异常问题，如何来解决这个问题，这个都需要管理。 然后在此之上可以有很多辅助的东西，我说一个非常有趣的有限元分析，和机构分析。成本最低是软件，其次是硬件，画一块板子贴上去这个成本不过几百元。

　　作为结构设计我们做一个模具外壳，模具投下去就是几万十几万等，这个板子我画错了，我要去花一段时间试一下，在模具没有开之前，先验证这一款产品可行性，就需要有限元分析。这个像摩托罗拉、诺基亚他们去做分析，小的公司不愿意做有限元分析。我有一些视频放给大家看一看。 大家看以下左上角，这是一款翻盖手机，又叫折叠手机，这个普通的折叠相比，翻盖和主体之间的接合面比较特殊，不是一般平面或者柱面而是一个曲面，让我这个翻盖打开这个曲面运动比较特殊，如何判断翻盖和主体之间是不是产生干涉。

　　这个时候通过传统方法我是把翻盖打开5度、10度检测有没有干涉，这个检测方法非常累而不直观，我们借住仿真模块可以很直观感受是不是有干涉。两个红色的区域就是发生干涉的区域。通过这样分析之后我们可以判断从到少度角到多少度产生干涉，通过什么区域我尽快修正，这样整体效率提高，而不是说到最后我做出这个模型出来再检测。我们通过计算机可以解决这一个问题，而且时间很快。

　　再看右边这个，这是汽车最常用的后轮差速器，侯车两个车轮驱动，转弯的时候速度不一样，一个快一个慢，但是扭力是一样的。左边是这个轴，我们看一下动画演示，上面下面分别是两个车轮，这时候车辆向左转弯，上面轮子转的非常快。这时候向右转弯，左边车轮转的比右边快，圆锥斜齿轮设计是很复杂的，通过这种仿真检测看是不是存在问题。

　　大家看左下角，这是掌上电脑，这是我2003年2004年买的，这是做的跌落分析。一款产品跌落以后十次跌九次出问题肯定不行，这时候发现问题，我做结构可能外壳，某一个卡扣做的比较薄弱，再反过来修改成本很高，前期我们通过有限元分析软件做一个跌落的仿真，就可以判断哪一块潜在的风险，尽早的去弥补和修改。

　　大家看到这个变形怎么这么严重，这个软件当中有放大，这个看的更清楚，但是变形程度远远超过我的想象。一颗子弹穿过一个西红柿和苹果的时候，高速摄像机我们大家可以把细节看得很清楚，你可以发现跟我们想象完全不同的状态。子弹打玻璃，玻璃会留下圆孔子 ，而玻璃不会碎，我们用砖打一块玻璃，玻璃整块碎了，因为子弹速度很快。声音传播速度每秒340米，实质是什么？实质就是声波的传播速度，我们术语叫波速。钢是5000米每秒，有5000米钢管，我们这边敲击，一秒钟之后5000米以外的人观察到它的振动，这是子弹传播的速度。子弹打到玻璃，这块玻璃发生严重的变形，它可能发生扩散，但是它根本来不及把破坏传导到其他地方，子弹就已经穿透了。

　　说炸药威力用什么衡量，波速，TNT的爆速是5000米每秒，可以轻松破坏钢铁混凝土，还有爆速是每秒种八千米的炸药。这个非常可怕的。液晶屏碎掉，这时候我们通过有限元分析，液晶屏是怎么碎掉，哪个地方是碎掉的始作俑者。上面是运动仿真，就是高速运动是爆炸的范畴。上面圆这样一个柱形，类似像一颗子弹，击穿并不是我们刚才所说的玻璃钢铁之类的，是卫星的外壳，这个援助是高速飞行的金属，看一下是否可以穿破卫星的外壳。卫星外壳像张一样碎掉了，这就是高速撞击，在高速撞击状态下纸一样脆弱。认为每秒7到9公里是一个比较有效的射击速度，速度增加很高，你这个技术成本很高，难度也很高。

　　底下这个有趣，这是日本索尼做的一款狗的跌落分析。这个跌下来一秒钟上千桢，左边是有限元分析。我们看实际的过程和拍摄的跌落过程有什么区别，基本上保持一致。这个小狗左前抓摆动方式不一样，整体运动模拟很成功。通过运动我们看到大家知道这个有颜色有红色，出现红色说明这块硬力非常重有可能导致破裂。这是关于机械设计，我做结构工程师好些年的介绍。

　　大概从2004年2005年开始，我当时就辞去这个结构师的工作，当初接触网站。接触网站的时候我当时觉得网页这个技术我要掌握，要不然拿不准。从那个时候我开始接触代码。HTML是最古老的王爷代码，从Html开始接触，了解了代码基本的架构。因为传统静态网页没办法交互程序，所以了解ASP，ASP总体的思路是非常接近的。ASP是一个服务器端执行的代码，在游览器上实现一些特效，像一些滚动一些飘雪花的特效从客户端形成的。这时候了解javascrisp。然后了解sqiserver，随着动态网页的进步，赶时尚就用了后来发现这个东西并不是特别使用。我用ASP或者其他的都能实现的功能，如果用.net额实现比较麻烦，而且.net受众并不多。 大概到了2006年2007年的时候，我对手机上的移动非常感兴趣。大家看右边是一个手机上的软件，那时候很早我用Java编写的，为什么选java，像智能平台，谷歌、苹果、安卓这些很不流行，当时那时候智能机流行只有5%，所以选择了java，java跨平台性不错的。当时设计一款软件初衷就是觉得运营商好黑，我上网随便看一些什么东西就要很高流量费，我下一首MP3需要几十块钱，当时我有一种想法把平常用的东西做成简单的程序，然后可以让它省流量，这时候我接触程序员结构，就是Java等。后来我用的是.net写的，效果不错。

　　到了2009年开始我发现我兴趣开始发生转移，这些软件就是单纯工作电脑屏幕表现出来的东西，觉得没有什么意思，我想是不是能控制一些东西，后来发现单片机有这个功能，只要硬件软件准备好就可以控制这些东西。比如说家里灯可以实现控制，我可以控制一些其他机电器很多东西，而且有非常丰富的接口，有串口，USB接口，也可以接显示器，这个远远比单纯软件高很多。那时候开始我研究单片机，那时候我已经31岁了。在单片机硬件这一块我是比较空白，因为以前在大学学过模拟电路，单片机接触过，看了很多风云人物，我说将来我也要修成黑客。S1单片机是古老的架构，学习起来比较容易一些，现在被32位单片机取代了，这个成本不是很过，速度快了很多。如果不考虑媒体音频、视频这些东西，作为一般控制，不是复杂的功能，32位单片机足够了。就一个跌落分析，最起码是18、15万一套，到开始运算到出结果需要好几天，你安排不是很合适，需要一周或者十天的时间。每天看天气预报，天气预报需要超级计算机，不是一般的电脑可以算过来。

　　这款小车用的就是32位码，电器的实时控制，还有姿态测算，还有相关的重力运算，都是由32位单片机完成。在开始是8位处理器，八位单片机真的做到了。单片机编程而言很多时候我们不像写软件一样，单片机想办法变成整数运算。单片机和软件结合乐趣很多，我到现在做软硬结合的设计工作，结构偶尔也做一下。 接下来讲一下产品的规划和设计案例。我是一个可能在设计上比较特殊的一个人，并不是说这款产品我以后开发一个什么东西，我不去做。如果这款产品不是我所喜欢我所喜爱没有兴趣我就不去做。我做东西可能没有带来一分钱商业价值，但是我有兴趣我也会做。

　　首先看一下这是2009年做的产品，说到手电大家传统意义认为手电就是普通装电池，然后我到什么地方照东西就可以。但是有手电发烧友，专门玩手电的人有多少？能去好几十人，而且发烧机的手电和一般见的手电差异太大了。右上角手电是韩国的，一万六。有人喜欢玩手电，有人喜欢玩弹弓，有人喜欢万刀，我见过收藏刀具的一位朋友。手电这款产品四年时间发展了四代。我这里带来一只四代手电。它到底有多亮我说你把你汽车打开比较比亮度，这比两辆汽车四个大灯加起来还亮。

　　这是用高压电击穿气体形成的。这个点亮需要一分钟的预热过程。盏汽车传统的光通量只有990米这个门前我们手电使用时间一小时左右，适用于营救、冒险、登山等。这是一些图片，右下角是一个图。 接下来是电动独轮车，三月份我们做了这个产品，这个产能是每月50台，卖50台，这时候我们很沮丧，到了8月份这时间每月产量是五千台。这是迄今为止解决最后一公里的最佳解决方案。这个交通发展一百多年以来这是最可能性的，百年公里耗电一度，比自行车还很好。

　　原理很简单，他里面有一个陀螺仪的系统，精确的检测角度，当角度偏移会修整的倾角的角度，保证你不倒。这是行业发展的一个情况，左下角是奥迪做的一款产品，中间是本田做的，右边是本田做这款产品的内部结构，这个非常精妙，这个只有本田有这个技术，人坐上去是不会倒的，只有一个车轮可以前后左右四个方面走。

　　我做了很多设计完全没有商业价值。我自己做了一辆蒸汽式自行车。这个声音跟飞机发动机完全一样，我当时想做汽车声浪仪。我这车一上去不是一个数量级，路两边的楼房都振动的直响。

　　最后一个说一下两轮汽车，两轮汽车跟摩托车有什么区别，摩托车开起来是驾驶摩托车的感觉，通过转码驾驶平衡，两轮汽车是汽车的感觉，完全感觉不出来是两轮还是四轮。 这是国外的一个验证样机，右下角两轮汽车是通用做的，上面是明年后年要发布的两轮汽车。右上角是一百年以前，1914年在英国的产品，这两轮汽车为什么经过一百年还没有实行，因为控制技术。这是1967年的两轮汽车，这个通过燃油驱动，控制上响应时间非常长，独轮车烧油肯定把人摔死不可能有这样响应速度。

　　两轮汽车的前景非常好，为什么？第一道路很拥挤。第二停车位拥挤的问题能解决。现在动电车阻力就是充电问题，充电装要用380W，铺设一套大的充电系统，涉及到政府部门，小到一个社区和物业公司都要摆平这个事情很困难。做到两轮以后百公里耗电10到15，轴数量减少，这款独轮车百公里耗电是1度，耗电量一下减少了好几倍，这时候充电我们完全可以用220W民用电解决。因为时间关系就跟大家分享到这里，谢谢各位。