JMP在佐治亞理工學(xué)院科研和教學(xué)中的應(yīng)用

佐治亞理工學(xué)院(Georgia Institute of Technology)是美國(guó)頂尖的理工類高等學(xué)府之一，該校的航空航天和工業(yè)工程/制造工程等專業(yè)在美國(guó)大學(xué)中首屈一指。佐治亞理工學(xué)院下屬的航空系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室（Aerospace Systems Design Laboratory，以下簡(jiǎn)稱ASDL)更是承擔(dān)了眾多的重大科研項(xiàng)目，如幫助國(guó)會(huì)制定登陸月球、火星的預(yù)算，幫助美國(guó)空軍研發(fā)時(shí)速最快、航程最遠(yuǎn)的新一代戰(zhàn)斗機(jī)，幫助航空制造公司攻克設(shè)計(jì)超音速商用飛機(jī)的技術(shù)壁壘等等。

航空航天的系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常復(fù)雜，交互影響的作用非常關(guān)鍵，因此，合作規(guī)劃比其他的工程學(xué)科更加重要——而這正是ASDL所需要做、而且只有它才能做的工作，佐治亞理工學(xué)院在全球范圍內(nèi)在該領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。

為了有效地協(xié)助政府、軍事、企業(yè)等不同類型的組織研制出世界最先進(jìn)的航空航天工程系統(tǒng)，提高安全性，降低飛行成本和環(huán)境污染，ASDL主任Dimitri Mavris、Michelle Kirby和他的團(tuán)隊(duì)潛心研究，最終選擇使用最先進(jìn)的六西格瑪軟件暨質(zhì)量管理軟件JMP作為實(shí)驗(yàn)室在統(tǒng)計(jì)分析領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)工具，協(xié)助研究人員實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。

Mavris最早接觸JMP是在一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)中看到了JMP軟件在生命科學(xué)領(lǐng)域的一次演示，他立刻被JMP強(qiáng)大的可視化功能所震撼，敏感的他聯(lián)想到JMP的交互性分析和數(shù)據(jù)可視化功能其實(shí)完全可以應(yīng)用在航空航天的復(fù)雜系統(tǒng)中，指引他的團(tuán)隊(duì)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。而且，這樣就不用再花費(fèi)精力自行開(kāi)發(fā)什么分析工具，或者再試用和比較其他同類軟件了。Mavris發(fā)現(xiàn)，JMP比他們之前所用過(guò)的所有工具都要強(qiáng)大百倍。

為了充分發(fā)揮JMP的圖形化優(yōu)勢(shì)，ASDL還前所未有地為JMP創(chuàng)建了一個(gè)特殊的使用環(huán)境：用12個(gè)屏幕拼建了一個(gè)10英尺高、18英尺寬的巨幅多媒體墻。為什么要這么大？因?yàn)槟Ｐ椭械淖兞繑?shù)很多，只有這樣的巨幅顯示屏才會(huì)讓所有的研究人員看清和理解整個(gè)系統(tǒng)模型，而且不需要翻頁(yè)。

不少基于物理學(xué)的動(dòng)態(tài)計(jì)算模型（例如來(lái)自美國(guó)宇航局NASA的模型）都非常昂貴，不能輕易地運(yùn)行實(shí)驗(yàn)。怎樣才能改變需要幾個(gè)小時(shí)才能執(zhí)行一次物理實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)模式，輕輕松松就能改變研究選項(xiàng)呢？答案就是：替代模型！這種方法可以用來(lái)替代昂貴的物理模型、獨(dú)特的數(shù)學(xué)模型或者是計(jì)算機(jī)模擬。

實(shí)際上，替代模型已經(jīng)成為ASDL大型保密性項(xiàng)目的溝通工具。因?yàn)樵谶@種項(xiàng)目中，所有工程技術(shù)參數(shù)的共享是非常困難的，而替代模型就成了一種分享信息的安全手段。而且這些模型不能被反向提取工程參數(shù)，所以就避免了政策上的糾紛和爭(zhēng)執(zhí)。有時(shí)侯，如果研究的對(duì)象已經(jīng)多年未曾生產(chǎn)，工程師們就不能局限于當(dāng)前所能看到的技術(shù)參數(shù)值。相反，他們應(yīng)當(dāng)將這些參數(shù)從常數(shù)改為變量，而總體規(guī)劃師也應(yīng)當(dāng)知道未來(lái)的變化會(huì)如何。

在具有大量數(shù)據(jù)和變量的條件下，替代模型可以讓研究人員看到總體情況而不僅僅是一些局部細(xì)節(jié)，從而加速了項(xiàng)目進(jìn)程。所以，目前都是先運(yùn)行替代模型，然后再運(yùn)行規(guī)模更大、精度也更高的數(shù)學(xué)模型。

ASDL中的另一個(gè)重要的建模工具是過(guò)濾的蒙特卡羅模擬。一個(gè)典型的例子是JMP曾經(jīng)被用在一個(gè)包括空軍攻擊機(jī)和防空保護(hù)系統(tǒng)的軍事目標(biāo)模擬中。這個(gè)軍事目標(biāo)模擬的目的是觀察武器系統(tǒng)是如何滲透到目標(biāo)的，以及成功系統(tǒng)具有哪些特點(diǎn)。這項(xiàng)研究的難點(diǎn)是如何能夠快速地進(jìn)行概率分析以及如何將復(fù)雜的多維結(jié)果可視化。

在JMP軟件中的替代統(tǒng)計(jì)模型和過(guò)濾的蒙特卡羅模擬這兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)工具的協(xié)助下，推薦方案的有效性被快速驗(yàn)證，成百上千種備選方案最終只剩下不到十種。然后再用多維散點(diǎn)圖矩陣圖形化展示所有的可能性，最終找到最令人滿意的答案。

ASDL主任Dimitri Mavris不無(wú)感慨地說(shuō)：“我們的每一個(gè)新產(chǎn)品，每一次突破都來(lái)自于JMP?！盡ichelle Kirby也給予JMP很高的評(píng)價(jià)：“航空航天系統(tǒng)的早期設(shè)計(jì)非常重要，我們需要權(quán)衡很多因素和方案的利弊，而JMP是實(shí)現(xiàn)這一切的關(guān)鍵所在。”

另外值得一提的是，探索性數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)（EDA）軟件JMP除了在科研領(lǐng)域?qū)ψ糁蝸喞砉W(xué)院的貢獻(xiàn)卓著外，在日常教學(xué)領(lǐng)域同樣表現(xiàn)不凡。

以前，企業(yè)管理人員總覺(jué)得大學(xué)畢業(yè)生缺少某些企業(yè)所需要的素質(zhì)。佐治亞理工學(xué)院決心改變這種局面，在1992年啟動(dòng)的ASDL還有一個(gè)重要目的，就是將教育與產(chǎn)業(yè)、科學(xué)與工程聯(lián)系起來(lái)，尤其注重具體的設(shè)計(jì)和制造。學(xué)生入學(xué)的時(shí)候可能僅僅是個(gè)推動(dòng)力學(xué)或流體學(xué)專家，但畢業(yè)時(shí)將會(huì)成為更有價(jià)值的系統(tǒng)集成專家。政府和企業(yè)每年都愿意為ASDL投入800多萬(wàn)美元，就是因?yàn)锳SDL不僅僅是在花錢，更重要的是它培養(yǎng)了新一代的工程師。而JMP軟件也沒(méi)有停留在實(shí)驗(yàn)室里，幾乎所有在這里完成研究生學(xué)業(yè)的學(xué)生都了解和掌握了JMP軟件的應(yīng)用方法和技巧，并利用他們?yōu)槠髽I(yè)和社會(huì)源源不斷