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为什么认知影响了数字孪生体的发展?

      人们通常都有认知偏差(Cognitive Bias),与之相关的心理学和生理学研究成果汗流充栋,其中,认知流畅度(Fluency)理论在解释为什么人们会选择错误上颇有成效,笔者借此来解释为什么我国数字孪生体产业发展缓慢。

      认知流畅度是认知偏差中较为普遍的现象,简单的来讲,那就是人们听到的信息流畅性和频率有可能转化为直觉。

      作为第四次工业革命的通用目的技术,数字孪生体是建立了多种学科基础上的新科学体系,而且还处于不断发展演变中,难以用一两句话来描述。

      但是,一些行业人士发现了数字孪生体机会,传统仿真企业、大数据公司和物联网提供商,纷纷把自己包装为数字孪生体企业,开始为客户提供相关解决方案。

      由于这些企业拥有传统的解决方案基础,加上跟数字孪生体有一定关联,在阐述的时候具备了认知流畅度要求,而客户往往没有清晰的概念认知,或者采纳了一些院士和网红给出的解释,从而陷入了流畅性启发(Fluency Heuristic)陷阱。

      为了降低认知负担,人们往往认为处理速度快、更流畅、更顺利的事物更有价值。

      长期以来的摸着石头过河带来的经验强化了这种认识,客户对拥有“成熟“解决方案的提供商青睐有加,即便不具备逻辑的解决方案,在权威和有经验的人提出来之后,更容易获得客户的认可。

      另一方面,认知流畅度带来的认知偏差会受到信念偏差(Belief Bias)的叠加影响。

      所谓信念偏差,就是人们会根据自己对概念或知识的信任熟悉情况,选择更相信某种数字孪生体认识,这也是笔者在《数字孪生体》一书中提出仿真、连接和数据三大数字孪生体流派的原因。

      从我国当前发展情况来看,数字孪生体仿真派占据了主流,在过去几年承接了一些项目,这种流派对应的客户往往对智能制造、建模仿真等传统概念有信念,因此很容易产生信念偏差,缺乏对数字孪生体实际价值的深入挖掘。

      在智慧城市领域,数字孪生体主要呈现为数据派,大屏和可视化通常是标配,由此带来的认知流畅度让主管领导充分释放直觉,他们更容易说服自己相信这就是数字孪生体。

      数字孪生体连接派以电信企业和工业互联网领域的人群为主,他们设计了自己能够认知的数字孪生体系统,这让”自我证实预言”成为这个流派通常的结果。

      三种数字孪生体流派有明显的信念偏差,虽然在美国也存在类似的问题,但由于数字孪生体是DARPA和美国空军重点保护和推进的颠覆性技术,一批顶级科学家长期研究和探讨,避免了商业领域的过度包装带来的负面影响,因此美国推进数字孪生体的进程非常快。

      相比之下,中国在推进数字孪生体发展过程中的认知偏差非常严重,三大流派各自放任信念偏差的影响,进一步强化了各个流派画地为牢的状况。

      最终,不管是已经尝试了数字孪生体解决方案的客户,还是一直观望的潜在应用企业,都选择了同一个结论:数字孪生体没有多大用。

      40年前日本受制于美国的认知压制,导致其忽视数字制造的兴起趋势,现在,我国不少行业人士对数字孪生体的悲观和误解,似乎在重复日本当年的认知偏差。

      中国要发展新质生产力,或者推动第四次工业革命的实质性进展,应向科学要答案,这种科学不是人们通常重视的技术科学,而是中国人时常忽视的社会科学、心理科学和认知科学,它们的进步已经可以解释美国颠覆性创新成功秘诀,以及其他国家无法追赶的原因。

      总之,尊重科学才是唯一的选择。

 

作者:胡权,工业4.0研究院院长、数字孪生体联盟理事长

 

谈一谈美国的新领地和中国的新质生产力

      在第四次工业革命时期,美国和中国针对未来产业经济,各自提出了五花八门的产业政策,但从这些现象背后,我们可以发现美国和中国的不同基因,其中,美国新领地(New Territory)思想和中国新提出的新质生产力(New quality productive forces),具有较强的代表性。

      美国在推进产业政策方面有悠久的传统,其奠基人亚历山大·汉密尔顿在在1791年向国会提交的《关于制造业的报告》(Report on the Subject of Manufactures)中,明确提出政府通过投资、关税和补贴支持民营产业和制造业。

      近期,美国国会通过了《美国救援计划法案》、《基础设施投资和就业法案》、《芯片和科学法案》以及《通胀削减法案》等,展现了美国在产业政策上的回归。

      从美国频繁推动产业政策的现象来看,美国背后的产业经济逻辑是什么呢?

美国产业战略

      美国在科技革命平稳发展周期内,通常不愿意出台产业政策,而让资本和企业结盟来解决这个问题;但是,在面临其他国家将要遥遥领先的时候,美国政治力量往往会让步产业政策,利用国家的资金去解决断层或鸿沟问题。

      从美国产业经济基因来看,美国人喜欢开拓“新领地”,这一点在任何一本《美国经济史》中都有详细的描述,并成为美国产业经济发展的核心特点。

      新领地延续了美国建国过程中强取豪夺的历史经验,他们热衷开拓类似美国西部的新领地,这种思路在产业经济领域体现为新技术、新产业和新经济,类似个人电脑、工业软件、互联网、移动通信、电动汽车等,它们都是美国人心目中的新领地。

      但是,随着中国在个人电脑、互联网、移动通信和电动汽车等产业的后来居上,对美国未来影响较大的移动通信和电动汽车等产业甚至有超越之势,让美国业界感到不安,解决这种不安逐步转化为美国政府的责任。

      在这样的背景下,我国需要总结过去40多年的产业化经验,通过深入剖析全球经济格局及新科技革命趋势,除了保证现有的产业衰退不会出现突然加速,还需要为未来的产业竞争提出合适的思路。

      展望未来的产业经济格局,哪个国家能在新产业中占据领先地位,就在第四次工业革命周期内拥有了较大的机会,并为国家在未来30年的繁荣昌盛奠定基础。

      从这个视角来看,美国钟情“新领地”,我国提出“新质生产力”,本质目的是一样的。

      中美在工业领域的竞争,有两条主线在进行:

      第一条是传统产业链的迁移,主要是美国力图联合其他西方国家,把原来在21世纪初转移到中国的产业再次安置到所谓友好国家去,例如,印度、越南等国家接纳了机械制造、电子工业和智能手机产业的落户。

      另外一条是发生在诸多新技术和新产业领域的竞争,这就是我国所提新质生产力的指向。

      经过过去几十年的发展,我国的新技术研发能力已经达到一定程度,虽然很难主动发起某种颠覆性创新,但全球一旦出现某个颠覆性应用,国内的资本、技术和产业都跟得上,这已经在自动驾驶、电动汽车、工业互联网等得到了验证。

      对比中美两国在新领地或新质生产力上的做法,美国的基础研究广泛和深入,能抓住创新“涌现”的机会,我国对基础研究和技术创新的结果要求高,抑制了颠覆性创新不确定性的产生可能,迫使我国在进入新领域的时候,尽量避免颠覆性创新,通常在美国有了较为确定的技术创新成果后,再跟进做进一步的应用创新。

      中美在开拓未来新技术和新产业的时候,做法有较大的差异,但随着第四次工业革命的逼近,任何一方都承担不起失败的后果,各自根据自身特点选择不同的创新模式,也就在情理中了。

      在过去40多年的工业化过程中,我国通过摸着石头过河,形成了多种多样的产业意识,相关人员的经验以跟进模仿创新为主,在如何自主开展新技术、新产业和新经济的发展问题上,存在参差不齐的态度,迫切需要从顶层建立一套认知逻辑。

      我国是社会主义国家,大部分人对相关经济理论和词汇比较熟悉,生产力就是其中一个词汇,“科技就是第一生产力”是大家耳熟能详的一句话,代表了人们对科技的最为直观的理解和判断。

      在此基础上,通过瞄准未来的生产力需求,我国高屋建瓴提出新质生产力,为各种产业发展提供了统一的认识,有助于平息了人们对传统产业和新兴产业的争论,集中力量聚焦颠覆性创新。

      总之,我国的新质生产力跟美国的新领地一样,它是人们对未来的一种思考范式,各自继承了自身发展中的传统,并力求在新时代开花结果。

 

作者:胡权,工业4.0研究院院长、数字孪生体联盟理事长

 

我国数字孪生体学术研究有哪些团体?

      作为第四次工业革命的通用目的技术,数字孪生体在DARPA、美国空军和工业4.0研究院等颠覆性创新机构推动下,近10年的进展非常迅速,在工业和军事领域产生了巨大的影响。

      国内学者关注到数字孪生体在学术研究上的价值,纷纷进入该领域,撰写了世界排名第一数量的论文,形成了中国特色的学术研究成果。

      本文结合到公开发布论文提供的数据,介绍和分析我国数字孪生体学术研究的基本情况,便于数字孪生体联盟成员更好找到自己的位置,更好把握我国数字孪生体产业的发展机会。

      需要提醒读者的是,工业4.0研究院人员不在学术期刊上发表研究成果,相关理论研究成果仅供内部使用,因此本文介绍的学术研究团队不涵盖相关内容。

中国数字孪生体学术研究团体

      在赵亮、许娜和张维等人撰写的《我国数字孪生研究的进展、热点和前沿》一文中,基于中国知网核心期刊数据库做了分析,提炼出北京航空航天大学、西安科技大学、河北工业大学、中国科学院沈阳计算技术研究所、东南大学、同济大学、暨南大学和清华大学等八家机构为核心的学术研究团体。

      对八大研究团体的关注重点来看,以机械自动化占比最高,其次是建筑领域。笔者认为,这基本代表了中国学术研究和产业实践的实际情况。

      以机械自动化为主的数字孪生体学术研究群体,大都从信息物理系统(CPS,Cyber-Physical Systems)平移到数字孪生体。众所周知,信息物理系统是德国工业4.0体系的核心,后来德国被迫通过“资产管理壳”(AAS,Asset Administration Shell)平移到数字孪生体领域,并围绕资产管理壳建立了德国工业数字孪生体协会。

编号 核心机构 特点 工业4.0研究院评价
1 北京航空航天大学 以自动化工程为基础,提出了数字孪生车间,跟西门子合作较为紧密 学术基础为信息物理系统(CPS),目前开始向军工领域延伸
2 西安科技大学 主要开展机械工程相关研究,包括机械人、掘进机等的数字孪生体应用 以煤炭行业为主要目标对象,跟中煤科工集团建立了合作关系
3 河北工业大学 以机械工程为主
4 中国科学院沈阳计算技术研究所 推动数字孪生算法设计、建模方法和三维检测等相关研究 跟中国科学院大学、国家工业信息安全发展中心和沈阳高精数控智能技术有限公司等合作
5 东南大学 以机械工程为主 跟陕西柴油机重工有限公司合作
6 同济大学 主要跟踪西门子的工业软件应用 中德学院为主
7 暨南大学 以物联网和物流工程为主 跟广东本地的经济需求结合
8 清华大学 主要是BIM的应用 建筑学院较为积极,目前积极向其他领域延伸

      赵亮等人撰写的论文通过数据库,对发布数字孪生体最多的核心期刊做了介绍,包括《计算机集成制造系统》《远程教育杂志》《中国机械工程》《油气储运》和《系统仿真学报》等,其中,《计算机集成制造系统》发文量高达46篇(截止到2020年)。

      我国学者撰写的学术论文主要集中在航空航天、未来教育和智能制造三大领域,除数字孪生体之外,高共现和中心性关键词包括智能制造、信息物理系统、断路器、人工智能、关键技术、虚实映射、大数据、体系结构和物联网,跟本人在《数字孪生体》一书提出的仿真、连接和数据三大流派基本吻合。

      国内一些领先的学者,同时还把研究推向了国际英文期刊,在国外刊物上发布了大量的学术论文,其引用量甚至排名世界第一,实现了学术成果量的绝对领先。

      DARPA和美国空军研究实验室是最早提出数字孪生体概念,并持续推进数字孪生体科学演变的机构,但限于遏制大国对手的需要,它们不仅主动放弃发布论文的机会,而且还尽量避免谈及数字孪生体,这一点读者可以从DARPA相关资料难以寻觅数字孪生体词汇就有所感受。

      正如美国国防部2023年11月16日发布的《国防工业战略》(National Defense Industrial Strategy)透露出来的,遏制中国和俄罗斯等大国对手获得数字孪生体先进技术,成为美军的国防工业战略需要。

      这意味着中国需要更高质量的学术研究成果,而不仅仅把研究局限到机械自动化和智慧城市等较容易撰写论文或获得资助资金的领域。

      要实现我国数字孪生体产业的繁荣,学术研究是必不可少的一环,这一点在当前美国推行经济武器化背景下尤为重要。

      知易行难,实现这样的目标需要学术界改变以量取胜,或以引用量取胜的评价标准,还需要学者拥有更宽广的胸怀和更远大的抱负,敢于挑战权威,愿意长期在该领域开展研究。

      当然,我国科研管理机构或评价部门有可能是所有问题的关键。

 

数字孪生体不是一个“仿真”问题

      在近期举办的“中国数字孪生体产业发展”研讨会上,参与交流的数字孪生体联盟成员提出了不少有趣的问题,大大启发了笔者的思考。

      这次参加交流活动的人员都阅读过笔者写的《数字孪生体》这本书,对书中提出的仿真、连接和数据三大流派划分非常认同。

      但是,他们提出了一个问题,为什么大家(包括客户)总觉得数字孪生体是一个仿真问题?

      10多年前,DARPA提出数字孪生体概念,其理论发展仅仅为了满足军事需求,后来并未公开多少理论成果,实际的数字孪生体应用更是秘而不宣。

数字孪生体仿真派

      在这样的背景下,国内自称数字孪生体供应商和客户少了引领的标杆。

      从数字孪生体发展的规律来看,虽然企业并不在乎理论,但如果要保证长期良性发展,当前对数字孪生体理论的需求就是刚性的。

      国外知名仿真软件在军事和工业领域应用时间较长,转售公司、集成厂商以及某些“独立自主”软件企业乐于继续为客户提供仿真软件,“数字孪生体=仿真”的结论迅速成为“主流”。

      经过多年的发展,数字孪生体深受仿真专家的影响,他们很大程度上把数字孪生体看做或认为其是仿真的一个分支。

      如果大家了解熟悉的仿真企业在美国军工体系几乎未涉足数字孪生体应用,就知道这样的看法的局限了。

      美国经济学家在《冲突的战略》一书中,专门写了“缓慢发展的国际战略学”一章,指出大多数人研究战略思想是为了解决实际问题,而非真正关心这一理论的完善和发展,而且一些学者也有这样的想法,他们并非想发展解决问题的方法论。

      对于数字孪生体领域来讲,以上结论也是成立的。

      作为第四次工业革命的通用目的技术,数字孪生体科学、技术和工程的发展涉及的范围比较广,需要解决的理论问题比较多。

      这些问题应该由获得国家资助的大学或研究机构解决,但既然连院士都认为这是一个“仿真”问题,那么把它纳入到建模仿真体系中,就成为一个必然的结果。

      仿真视角的数字孪生体具有价值,但国内似乎难以真正推动,主要原因是国内几乎没有广泛使用的自主仿真软件,当前的主要任务是先解决“卡脖子”软件问题,并由此提出了“工业软件”的说法,后来还形成了“数字孪生工业软件”的概念。

      理论研究是牵引一个领域繁荣发展的先头兵,产业政策是为了调和结构不合理和动力不足。

      当理论研究“屈从”或“迎合”政策,那么其领先性难以得到保障,最终就只能变成一个研究项目,而不是为行业长期发展提供知识基础。事实上,政府官员本意是希望得到理论专家的指引,避免产业政策出现明显的错误或失误。

      在第四次工业革命到来之际,搞清楚数字孪生体是一项技术升级还是一种新技术范式很关键,前者认为它不过是“仿真”的一个分支,后者则认为它为军事和工业发展提供了新的可能。

      笔者认为,我们不能简单的把数字孪生体等同于一个“仿真”问题。

 

为什么客户不相信数字孪生体?

      最近一段时间,不少从事数字孪生体的行业人士告诉我,客户现在听到数字孪生体应用,都表示不需要了。

      为什么会出现这样的情况?

      了解“锚定效应”的读者应该清楚,由于国内99%讲的数字孪生体都来自传统仿真、建模或GIS,跟DARPA提出的数字孪生体几乎没有关系。

      虽然客户对数字孪生体很感兴趣,但他们选择了这批99%的供应商或专家,这意味着他们被“锚定效应”影响了。

      本人在《数字孪生体》一书中,为了便于大家认识这样的状况,专门对仿真、连接和数据三种认识做了划分和介绍,其目的也是为了避免这样的结果。

      然而,国内99%的客户希望通过实施数字孪生体工程,在一两年就见到效果,当前数字孪生体产业毫无疑问没有这样的供应能力,失望也就在情理之中了。

      如果数字孪生体是一个演进的技术,不是一个颠覆性技术,那么这些应用会产生满意的结果,但数字孪生体一开始就是一种颠覆性技术,这一点DARPA讲得非常清楚,只是国内不少“专家”不认同这样的看法。

      美国国防部把数字孪生体看着一种新科学,并邀请数十位顶级科学家开展“数字孪生体科学”研究,希望建立一个新科学种类。

      国内行业人士把数字孪生体看成一个多学科的综合,寄希望各自为政把它搞清楚,然后在行业中进行应用,这样的方法是否有效,还需要观察。

      在不少行业人士心中,数字孪生体一直是一个迷,他们对它又爱又恨,爱的是其通用目的技术的潜力,恨的是在自己从事的领域还看不到价值。

      经过这些年的发展,智慧城市、工业制造、航空航天、军事国防、医疗健康、交通运输、电力能源、水利工程等领域,已经有不少行业人士在耕耘。

      中国在过去40年养成的借鉴和模仿习惯,在数字孪生体领域遇到了困难。

      数字孪生体是一门新学科,最早提出的美国也在不断研究和发展它,麻烦的是主要推动力量是美国国防部,中国人(包括华人)被隔离在外,一些希望引入先进技术的人士劳而无功,这是一些归国人士也难以破解困局的原因。

      国内客户对待数字孪生体的态度,跟引入西方国家成熟技术类似,都希望到达立竿见影的效果,这使得不少号称专注数字孪生体的企业犯了难。

      从具体实践来看,这些企业似乎采取了一种巧妙方法,那就是把传统的仿真、BIM、大数据以及GIS等应用,通过市场文案进行改造,最终给了一个似乎双方都满足的说法。

      然而,这也埋下了“认知锚定”的种子,后续的不满聚集起来,最终导致了客户不相信数字孪生体的结果。

      破解这样的困境,还是需要在数字孪生体理论上继续突破,加上找到好的客户,共同创造一个数字孪生体产业。