面向未来的竞争

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工业互联网开源工作推进的一些想法

      过去几年时间,工业4.0研究院对开源软件(OSS,Open Source Software)做了大量的研究,不仅涉及到技术本身,还包括社会学、经济学和战略管理等多个视角的研究,对于开源软件发展过程中的一些问题,有一定的理解和思考。为此,针对在工业互联网领域应用开源软件谈一下看法,希望大家可以参与讨论。

      工业互联网涉及到互联网和先进制造业,开源软件有可能是中国不可避免的选择,不过,判定开源工业互联网是否成功的标准只有一个,那就是创新速度(Speed of Innovation)。

      一、重商主义风气不利于开源工作

      在工业4.0研究院看来,中国开源软件所面临的最大挑战是重商主义(Mercantilism)在大中小企业中的盛行,这种现象在不同的场合都可以发现。一方面国际企业强调战略导向,另外一方面,国内企业大都会谈及资金从哪里来,谁获得收益等现实问题。

      但是,从目前开源软件的理论研究和实践来看,开源软件显然不能直接给企业带来利益,换句话讲,开源软件不能一开始就假设可以给企业带来直接利益。

      一些企业认为,“企业是要赚钱的,不赚钱怎么来做开源软件呢?这还是需要国家提供资金来解决……”,这样的看法不只是少数企业持有,更多希望进入开源软件领域的潜在参与者,也希望从国家获得资金支持。

      据工业4.0研究院观察,前一段时间,由于Github被微软以75亿美元高价收购,大大刺激了国内一些创业企业,它们纷纷通过各自方式,开始建设类似Github的开源软件平台,希望成为中国版的Github。

      事实上,如此重商主义是难以推进开源工作的,因为开源工作的主要目标“开发者”不是重商主义可以实现的,它需要在战略上进行创新,这样才可能形成良性发展的态势。

      二、围绕“开发者”构建创新生态

      据工业4.0研究院考证,上个世纪90年代兴起的开源软件运动,发展到现在,已经融入了企业战略、业务和创新等职能,远远不是其初期依赖开发者个人兴趣这种认识可以涵盖的。

      美国一些专门研究开源软件的专家围绕“开发者”(Developer)构建了不少理论体系,其中,基于三大要素的基础设施理论体系值得关注。

开源软件创新生态的理论模型

基于基础设施理论的开源软件生态

      要推动开源软件开发者参与生态的建设,必须在技术、社区和制度三方面入手,采用综合治理的方式。具体来讲,技术需要与时共进,而且需要有顶层框架设计能力,采用模块化的推进方式;对于开源社区建设,更是需要更好的开放包容方式;但是,制度或游戏规则也许才是最重要的,它决定技术投入和社区发展的质量和速度。

      从国内有意参与开源软件工作的企业态度来看,重商主义严重阻碍了对这些关键问题的讨论,如果这些关键问题不解决,中国的开源软件工作只会变成一个演示性项目,而不会成为工业互联网发展中的创新动力。

      三、中国开源软件现状及挑战

      自中国改革开放以来,对于国际上任何主流的创新,中国基本上都有相关单位跟进并模仿,开源软件也不例外。早在2004年7月22日,工业和信息化部软件与集成电路促进中心发起了“中国开源软件推进联盟”,其宗旨是为推动中国开源软件(Linux/OSS)的发展和应用而努力,从实际工作来看,主要是围绕Linux体系来做的。

      另外有一股力量是开源中国,它成立于2008年8月,自称是国内最大的开源技术社区。2013年,开源中国建立码云平台。2017年9月17日,开源中国跟CSDN通过持有对方股份,形成了战略合作关系,将CSDN CODE平台的项目迁移到开源中国的码云平台。

      第三股力量是一些新参与其中的开源软件平台,包括2014 年2 月在深圳成立的Coding.net,据称是从开源中国的团队出来创业做的平台。工业4.0研究院也提供了一个针对“开源工业互联网创新生态倡议”的平台OpenII.cn,其目的是为了形成基于开源项目的工业互联网参考解决方案。

      总的来讲,国内的开源平台和社区并没有形成,这是由我国软件不强所决定的。与其他行业一样,国内一些热门的开源软件,大都是一些细分市场应用,不是主流的大市场应用。从开源软件平台来讲,国内也有诸多欠缺,虽然有部分企业提供了类似Github的源代码托管平台,但并未达到Github一样的活跃度。

      四、工业互联网开源工作的想法

      基于以上介绍的背景和情况,任何机构想推动工业互联网开源工作,都需要界定机构的利益和权力边界,否则,很难实现围绕“开发者”的工业互联网创新生态。

      2018年6月27日,工业4.0研究院联合翼络工业互联网(重庆)有限公司和重庆露云工业互联网有限公司,发起了“开源工业互联网创新生态倡议”,其目的主要有两个:

      第一,基于“数字孪生体研究中心”(DTRC,Digital Twin Research Center),工业4.0研究院希望利用领先的开源软件,解决工业互联网领域的痛点,重点打造工业互联网的杀手级应用(Killer App),把智能资产管理(SAM,Smart Assets Management)的问题解决好。

      第二,工业4.0研究院过去五年多的开源软件跟踪研究,积累了一些研究成果,可以通过“开源工业互联网创新生态倡议”提出的方式,分享给行业人士,为中国开源软件发展贡献一部分力量。

      目前,工业4.0研究院和翼络工业互联网(重庆)有限公司与工业互联网产业联盟(AII,Alliance of Industrial Internet)建立了良好的沟通渠道,并愿意在工业互联网产业联盟平台上,秉承开放包容的原则,围绕开源项目、数字孪生体等领先项目提供力所能及的帮助。

开源工业互联网创新生态倡议(讨论稿)

      2012年11月26日,通用电气的战略和分析主任Peter C. Evans和首席经济学家Marco Annunziata联合撰写了《工业互联网:推动大脑和机器边界的融合》,首次公开提出了“工业互联网”的概念。2014年3月通用电气、AT&T、思科、英特尔和IBM五家企业联合发起成立了工业互联网联盟(IIC,Industrial Internet Consortium),吸引了全球各界的关注。

      2016年2月1日,中国工业互联网产业联盟(AII,Alliance of Industrial Internet)也正式诞生,开启了中国的工业互联网快速发展的历程。2017年11月27日,国务院发布了《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》,首次确认工业互联网作为国家推动制造强国和网络强国的抓手,将在未来十年成为最受关注的新型产业。

      工业4.0研究院分析确认,工业互联网作为新技术、新产业、新业态和新模式的四新代表,至少具有百万亿元以上的发展机会,具有开拓创新的企业家应该及早加入工业互联网创新发展中来。

      大量证据表明,工业互联网跟传统的互联网类似,其生命力在于开放包容,在开源软件(OSS,Open Source Software)的推动下,它将以超出其他技术快得多的创新速度,领先于其他技术种类,成为最具有竞争力的创新生态。工业4.0研究院把这种生态称为“开源工业互联网创新生态”。

      与目前一些大型企业宣称的“工业互联网平台”不同,“开源工业互联网创新生态”强调制造企业拥有自主控制的私有工业云,并且利用开源软件构建,以此降低成本,加强掌控力,避免工业大数据滥用而降低企业的竞争力。

      为此,工业4.0研究院联合翼络工业互联网(重庆)有限公司和重庆露云工业互联网有限公司等机构发起创新倡议,邀请有识之士联合起来,共同打造“开源工业互联网创新生态”,以实现颠覆性创新(Disruptive Innovation)之目标。

      正如传统互联网依赖开源软件发展的历程一样,工业互联网的创新活力也在于此。从工业4.0研究院跟踪的情况来看,目前市场上超过95%以上的工业互联网平台都是基于开源软件构建的,它们大量采用Hadoop、OpenStack、Ceph、OpenShift和Cloud Foundry等开源软件,构建了以自己品牌命名的工业互联网平台,并且企图把这些平台推给制造企业,通过攫取企业的大量数据来盈利。

      中国制造业转型任务艰巨,不应该只有一种发展模式。一些大型企业通过集成开源软件建立公有工业互联网平台,这样的方式可以解决传统的一些信息化难题,但对于中国大量的制造企业来讲,应该释放它们的创新潜力,激发它们的创业热情,大平台的方式并不是它们最佳的选择,应该让他们也拥有平台的梦想。

      开源软件经过过去20多年的发展,已经基本成熟,特别是云计算的发展,其发展初期就跟开源软件紧密结合在一起,形成了完整的解决方案,这也是国内不少企业可以在短短半年时间就推出一个全新的工业互联网平台的缘故。

      “开源工业互联网创新生态”拟通过核心成员贡献的领先技术,大幅降低构建工业互联网平台的技术难度和成本,让大量的中小企业都可以自行构建拥有自主能力的工业互联网平台,以便它们进行各种业务上的创新,真正激发它们的发展潜力。

      为了让“开源工业互联网创新生态”的目标落到实处,避免国内一些联盟和协会缺乏活力的弊病,我们倡导“包容”(inclusive)和“开放”(open)的基本理念,特拟定了三大基本原则:

      原则一:对于核心的应用,不允许专有的软件介入,要求参与成员对所有成员无差异的开源

      由于本倡议是“开源工业互联网创新生态”,要求参与成员提供真正的开源软件,而不是三心二意的干扰大家的努力。对于涉及到整体解决方案的关键软件,不允许提供专有软件,鼓励所有成员提供真正开源的软件模块。

      本原则借鉴了美国DARPA和NSF对支助项目的要求,这是保证包容和开放的基本要求,应予以严格执行。

      原则二:对于有意愿加入“开源工业互联网创新生态”的任何企业,不得以跟已有成员有竞争关系而拒绝

      由于“开源工业互联网创新生态”涉及到工业互联网的创新速度,我们相信,只有更多元化的成员加入,才可以导致这个生态具有活力,同时也可以避免单一的利益述求影响了生态的发展速度。

      因此,对于任何有意加入“开源工业互联网创新生态”的企业,都应该一视同仁,应保证它们享有同等的权利,当然,它们也应该履行相当的义务。

      原则三:“开源工业互联网创新生态”不参与标准制定,但愿意就各种标准进行选择,推荐给成员

      目前涉及到工业互联网相关的标准已经比较多,国家相关单位也在不断制定相关标准,“开源工业互联网创新生态”提倡市场化的标准,让企业客户去选择更具有创新的标准体系。

      虽然“开源工业互联网创新生态”不参与标准制定,但对于成员企业,可以以自己的名义参与,但应该注意不要影响倡议所遵循的三大基本原则。

      在此基础上,“开源工业互联网创新生态”邀请有意采用开源战略(Open Source Strategy)的企业加入,共同提供基于开源软件的工业互联网解决方案,包括工业互联网平台、工业APP以及针对行业的解决方案等。

 

工业4.0研究院

翼络工业互联网(重庆)有限公司

重庆露云工业互联网有限公司

二零一八年六月二十七日

数字孪生体应该往左走还是往右走?

      在《数字孪生体(Digital Twin)是谁提出的?》一文中,本人详细介绍了数字孪生体的历史渊源,通过详细的书面证据,指出美国空军研究实验室(AFRL,Air Force Research Laboratory)在2011年3月明确提出了数字孪生体这个概念。随之其后,一般工业企业开始采用数字孪生体这个概念,但它们显然呈现了往左走还是往右走的选择。

      对于声称首先提出(事实上没有任何证据)数字孪生体概念的Michael W. Grieves来讲,对物理设备进行建模(CAD等)是其核心价值;美国空军研究室实验室应用数字孪生体的目标是为武器装备提供运行维护数字化,这是往右走的选择。

德国HOMAG的数字孪生体应用案例

德国HOMAG的数字孪生体应用案例

      就行业应用数字孪生体的现状来看,美国通用电气(GE,General Electric)的选择是往右走,而德国西门子(Siemens)的选择是往左走。国内大部分工业互联网企业,选择的大都是往右走,包括工业4.0研究院下属翼络工业互联网(重庆)有限公司,也主要选择往右走的策略;一些高校背景的企业,或者从传统工业设计外企出来创业的企业,大都接受了工信部政策的引导,选择往左走的策略。

      为什么有两种迥然不同的选择?

      如果我们从数字孪生体的技术特点来看,就很容易理解。数字孪生体本质上是对物理世界的数字映射,如果可以实现全保真映射,那么就能实现类似阿凡达一样的效果。据工业4.0研究院观察,就人类社会目前的数字化技术水平来讲,未来100年以内也难以实现阿凡达这样的水平。

      但是,这不意味着我们不可以利用数字孪生体技术。虽然不能高保真的对物理世界进行映射,但如果可以比目前简单的关键传感器部署方式更进一步,就已经能对传统的设计、生产、交付和维护等过程产生巨大的影响。

      往左走的选择的关注点是在设计过程采用数字孪生体技术。从工业4.0研究院调研大量工业企业的实际情况来看,这个环节是难以实现的,而且投入太大,不太符合企业的需要。企业可以通过产品设计的CAD图样,人工交给生产环节去试验,以降低投入成本。

德国大众使用的PDM、PLM和BPM

德国大众使用的PDM、PLM和BPM

      按照一些鼓吹利用数字孪生体技术实现产品生命周期管理(PLM,Product Lifecycle Management)的企业说法来看,实现产品全生命周期的数字化,当然是好事情,不过投入必然不菲。工业4.0研究院发现,具有一定规模的企业,实现产品数据管理(PDM,Product Data Management)就不错了,如果要实现产品生命周期管理,大部分在短期内是不经济的。

      因此,往左走的数字孪生体选择,除了一些不计成本和代价的行业(例如航天军工),普通工业领域无需激进推行,可以等候相关技术及解决方案的成熟之后再选择。

      企业对数字孪生体的态度,除了往左走,还有往右走的选择,这个选择就是在产品交付之后的维护过程,可以采用数字孪生体来实现。通过产品的数字化建模,针对运维过程需要监控的关键指标进行分析,能够了解产品的健康情况,在可能出现故障之前发现问题,及时进行修复。

美国通用电气的数字孪生体应用模型

美国通用电气的数字孪生体应用模型

      这就是所谓基于状态的维护,有的也称为预测性维护,对于通用电气来讲,它把这种业务发展为资产性能管理(APM,Assets Performance Management),从而形成一种智能服务。当然,西门子在重点推产品生命周期管理业务,但对于资产性能管理也投入了不少精力开发和推广。

      毫无疑问,数字孪生体往右走的选择,体现了轻资产的业务创新逻辑,更适合互联网领域的创业团队介入,因为它较少涉及到复杂的生产现场,同时,数字孪生体在产品使用过程中的创新空间,也远远大于产品设计过程体现的机会。

      通过前面的分析,我们可以看到,数字孪生体的应用场景层出不穷,但目前实用的典型场景主要有两大类,一是往左走的产品数字化设计,主要体现为产品生命周期管理解决方案,二是往右走的产品使用过程的数字化,主要服务模式是基于状态的维护。

数字孪生体(Digital Twin)是谁提出的?

      工业互联网的基础模型和技术依托于数字孪生体(Digital Twin),虽然这个概念产生于军事领域,但很快得到了领先工业企业的认同,并投入大量资源进行研究,其中,美国通用电气和德国西门子最为积极。不过,由于这个概念比较新颖,同行业人士了解的不多,有必要通过追根溯源的方式做一个介绍。

      从可以找到的书面证据来看,2011年3月美国空军研究实验室(AFRL,Air Force Research Laboratory)做的一次演讲,明确提到了数字孪生体,是最早的提出机构。

数字孪生体概念的提出及发展

      据有限的资料显示,美国国家航空航天局(NASA,National Aeronautics and Space Administration)也在同期开始关注数字孪生体,但后续对数字孪生体体系的构建贡献并不多,反而是美国国防部立刻意识到数字孪生体是颇具价值的工程工具,值得全面研发。与此同时,美国通用电气在为美国国防部提供F-35联合攻击机解决方案的时候,也发现数字孪生体是工业数字化过程中的有效工程工具,并开始利用数字孪生体去构建工业互联网体系。

      在2015年,工业4.0研究院已经对德国工业4.0有了非常深入的研究,开始发现信息物理系统(CPS,Cyber-Physical Systems)不如美国工业互联网联盟(IIC,Industrial Internet Consortium)采用的数字孪生体有效,为了加深对数字孪生体的理解,工业4.0研究院启动了“数字孪生体概念及历史”(Concept and Origins of Digital Twin)的研究课题。

      与国内初步接触数字孪生体的行业人士一样,工业4.0研究院首先接触到的是美国研究教授(Research Professor)Michael W. Grieves在2014年撰写的Digital Twin: Manufacturing Excellence through Virtual Factory Replication,虽然Grieves强调这是一份白皮书,但实际上只有6页多的正文文字,总计字数约为3000英文单词。工业4.0研究院还发现,Grieves在2008年也发布了Product Specification Management (PSM): Enabling Manufacturing Quality,同样把这份正文内容只有4页多的文章称为“白皮书”(Whitepaper)。

Michael W Grieves

      在Digital Twin: Manufacturing Excellence through Virtual Factory Replication这篇文章中,Grieves明确指出,他在2003年密歇根的高管培训上提出了(was introduced)物理产品的数字等同体或数字孪生体概念。这个声明被国内一些专家认为是Grieves首先提出数字孪生体概念的证据。

      可是,在2014年发布的文章中,“追溯”自己10多年前就有此想法恐怕难以让人认同,如果还毫无书面证据称自己是概念提出者,就更难具有说服力了。

      事实上,如果我们多花一些时间去看看Grieves写的其他文章,例如,Digital Twin: Mitigating Unpredictable, Undesirable Emergent Behavior in Complex Systems,在这篇文章中,Grieves似乎不太强调自己是提出者(introducer),他开始谨慎的提出数字孪生体的概念可以追溯到(dates back)自己2002年在密歇根大学PLM中心对产业界做的一次演讲。

      虽然工业4.0研究院项目组阅读了几乎所有可以找到的数字孪生体文章、报告及演讲资料,但都没有发现有确凿的证据可以表明Grieves首先提出数字孪生体概念。即便是Grieves的友好单位美国国家航空航天局,在提到数字孪生体的时候,也没有提及是Grieves首次提出该概念。

      对于数字孪生体概念的提出,工业4.0研究院项目组找到了一份2011年3月的演讲资料,其题目就是Condition-based Maintenance Plus Structural Integrity (CBM+SI) & the Airframe Digital Twin,演讲人是Pamela A. Kobryn和Eric J. Tuegel,他们就职于美国空军研究实验室结构力学部门(Structural Mechanics Branch)。

美国空军研究实验室应用的CBM+

      从演讲资料可以看出,美国空军研究实验室希望利用数字孪生体这个概念来解决战斗机机体(Airframe)的维护问题,这也是当时美国国防部正在进行的一个项目——基于状态的维护+(CBM+,Condition-based Maintenance Plus),而美国空军研究实验室希望实现飞机的维护可以数字化,数字孪生体被寄予达到该目的的创新工具。

      至此,对于谁首先提出数字孪生体这个概念,应该有基本的判定,目前没有任何书面证据显示Grieves提出了数字孪生体这个概念,而且,正式对外公开的资料显示,美国空军研究实验室在2011年3月提出了数字孪生体这个概念。

      在与国内外一些专家交流数字孪生体这个概念起源这个问题时,工业4.0研究院发现即便按照Grieves勉强称自己是发现数字孪生体的基本作用,也是难以得到支持的。

      一直以来,Grieves主要围绕产品生命周期(PLM,Product Lifecycle Management)在做一些工作,但从他各种研究成果来看,他主要强调的是通过数字化来实现可视化,这一点跟海尔强调的透明工厂如出一辙。毫无疑问,利用数字化实现管理现场的透明化,或者实现产品生命周期的透明化,是有意义的,但不是数字孪生体的全部。

      对比美国国防部利用数字孪生体的情况,它首先对应的就是基于状态的维护+(CBM+),这就是说,美国国防部把数字孪生体看成降低维护成本、提高维护效果的工具,这跟后来美国通用电气的资产性能管理(APM,Assets Performance Management)是一致的。

      由此可见,国内一些专家强调数字孪生体的仿真功能,是与其产生初期的核心价值不同的,简单把数字孪生体理解为建模、仿真甚至于CAD等,过于简单的理解数字孪生体的含义,这对于中国制造业转型升级,利用数字孪生体来实现工业互联网是不利的。

      希望通过本文的介绍,可以帮助行业人士更好理解数字孪生体的渊源、历史和价值,从而进一步推动中国工业互联网创新发展。

数字孪生体高端研讨会在重庆成功召开

      2018年6月27日,由工业互联网产业联盟(AII,Alliance of Industrial Internet)主办,翼络工业互联网(重庆)有限公司承办,重庆江北区经信委支持举办的“数字孪生体引领工业互联网创新发展”高端研讨会在重庆市江北区政府行政会议大楼举行,来自省内外近百人参加了会议。

      由于工业互联网是制造大国和互联网大国的最佳结合,它已经成为了中国制造转型升级的主要抓手,这次高端研讨会吸引了来自工信部信通院、工业4.0研究院、中科院微电子所、SAP和中国电子等知名单位的专家参与并做了主题分享,得到了与会人员的热烈欢迎。

第九十九期工业互联网沙龙会场

      在研讨会召开前,重庆市江北区经信委主任张勇接待了与会专家,并表示希望来自国家顶级的专家参与重庆正在推进的大数据智能化建设工作,与会专家与经信委领导进行了亲切的交谈,同时也对重庆正在发生的翻天覆地的变化表示赞赏。

重庆市江北区经信委主任张勇接待与会专家

      本次高端研讨会是工业互联网沙龙第九十九期,翼络工业互联网公司立足重庆,希望通过工业互联网沙龙,引入国内外高端资源,帮助重庆建设创新的工业互联网生态,探索我国制造业高质量转型发展的重庆模式。

重庆市江北区经信委张主任发表了热情洋溢的致辞

      “数字孪生体引领工业互联网创新发展”高端研讨会正式分享之前,重庆市江北区经信委张主任发表了热情洋溢的致辞,他表示,“互联网、大数据、传感技术等人工智能技术的发展与应用,不仅改变着我们的生活,更提供了新时代社会发展的高效便捷。”

      接下来,来自工信部信通院、工业4.0研究院、中科院微电子所、SAP和中国电子的专家对工业互联网、数字孪生体、大数据和MBSE等主题做了演讲。

工信部信通院两化融合与智能制造研究部高级工程师蒋昕昊

      首先,来自工信部信通院两化融合与智能制造研究部高级工程师蒋昕昊介绍了工业互联网产业联盟的相关情况,对于正在推动的数字孪生体主题,工业互联网产业联盟也将在北京、上海以及重庆进行部署,立足于满足工业互联网的创新发展。

工业4.0研究院胡权院长

      工业4.0研究院胡权院长就“数字孪生体的历史与发展意义”做了追根溯源的介绍,同时,结合到生产性服务和制造业服务化的辨析,指出了企业家可以以“轻资产”的方式,实现制造业服务化,从而构建面向未来的工业互联网新商业模式。

中科院微电子所智能制造研究中心陈曙东主任

      中科院微电子所智能制造研究中心陈曙东主任结合到过去近10年开展的无锡物联网基地、工业互联网大数据、人工智能和开源项目等工作,展现了中科院面向科学探索和项目落地,做出的杰出成就。

SAP大中华区副总裁,首席数字官(CDO,Chief Digital Officer)彭俊松

      由于数字孪生体涉及到模拟和仿真软件的开发,来自SAP大中华区副总裁,首席数字官(CDO,Chief Digital Officer)彭俊松介绍了德国企业SAP在数字孪生体的商业化方面做的一些工作,凸显了企业追求务实发展的思路。

中国电子系统技术有限公司的技术总监史猛

      最后,来自中国电子系统技术有限公司的技术总监史猛针对自己的开发及工程实际,对基于模型的系统工程(MBSE,Model-Based Systems Engineering)进行了剖析,他所揭示的技术细节,引起了与会的一些极客深度关注。

第九十九期工业互联网沙龙部分嘉宾合影

      在所有专家主题分享演讲完成之后,大家抓紧机会与专家进行交流,就具体的问题进行询问,同时,部分企业家也与专家交换联系方式,希望可以就工业互联网和数字孪生体相关技术的应用进行业务上的合作,以实现共赢发展的目的。