Archive for 胡权

谈谈数字孪生体领域的美国工程院院士

      一直以来,国内行业人士对数字孪生体(Digital Twin)概念的独立性存在怀疑。

      笔者采用“锚定效应”对此做了分析,指出国内大部分专家因对自身背景知识非常熟悉,产生了“认知偏差”,难以接受新概念体系。

      这种问题在美国不存在。

美国工程院

      美国拥有有四大国家学术院,包括:美国国家科学院、美国国家工程院、美国国家医学院和美国国家科学研究委员会。

      在美国国家科学院和美国国家工程院,都有不少数字孪生体专家,他们在数字孪生体科学方面做出了杰出的成果。

      笔者乐观的预测,这些数字孪生体专家将来有可能获得诺贝尔奖。

      我国高校体系及国家院体系,除少数高校有部分教师在开展范围较小的研究,暂无主攻数字孪生体科学或工程的专家,更谈不上院士的参与并作出研究成果。

      作为“引领第四次工业革命”的独立研究机构,工业4.0研究院利用行业人士认知偏差带来的发展机会,加快构建“数字孪生体科学”,在一些方面已经取得了成绩。

      考虑国内学术环境欠佳,不少学者和专家缺乏引用的习惯,暂时不公布相关成果。

      遵循“互补战略”的要求,这个话题不能谈更多了。

 

为数字孪生体产业长期低速发展做好准备

      数字孪生体是一个热门话题,不少“投机分子”进入之后,并未获得预期的回报,然后悄然放弃和离开了。工业4.0研究院判断,数字孪生体产业在未来3年将呈现低速发展态势,希望引起数字孪生体联盟成员的注意。

      近期数字孪生体联盟组织了部分成员单位,围绕“数字孪生体产业发展趋势”做了交流讨论,参与单位包括天海防务、亮道智能、华电力拓、德睿科技等,大家提供了非常丰富的素材,对判断数字孪生体产业发展趋势有较大帮助。

      影响一项新技术及产业有多重因素,工业4.0研究院针对数字孪生体产业,列出以下几条:

      第一,概念体系,范式的发展至关重要。国内暂时不具备这样的科研能力。

      近期一个国家级协会负责人联系数字孪生体联盟,希望推荐一名或几名在数字孪生体领域有建树的院士,最终实在找不到有研究成果的院士,只好作罢。

      美国对数字孪生体有明确判定,它是一门新学科、新范式,不是简单的技术叠加或改进,这一点跟国内大部分行业人士的认识不同。

      第二,技术验证,选择具有普遍意义的场景非常关键。国内数字孪生体应用以智慧城市为主,缺乏工业级的通用场景,主要原因是缺乏技术研发的创新和投入。

      数字孪生体技术是一种颠覆性技术,这意味着研发有非常大的风险,不适合大型企业开展。美国国防部、DARPA、能源部和FDA等单位的资助,明确要求参与单位为中小企业,就考虑到大型企业参与颠覆性创新的弊端。

      第三,产业生态,专业化分工是其蓬勃发展的基础。

      数字孪生体联盟作为全球第一家专注数字孪生体的行业组织,采取了“包容”和“开源”的运行方式,虽然遇到的困难很多,但坚持聚焦颠覆性创新,力求突破数字孪生体的关键技术,为专业化分工提供条件。

      第四,专业资本,这需要颠覆传统的随大流逻辑。国内资本环境不利于颠覆性技术发展,这跟上个世纪德国和日本面对美国提出数字设计革命的反应类似,虽然部分行业人士认识到这个机会,但本地资本无法看懂,从而白白错失了一个时代。

      美国长期以开拓“无人区”为傲,使之对不确定性有很好的适应能力,美国部分资本以投资颠覆性技术为主,具有很好的抗风险能力,部分资本获得了非常高的回报,反过来强化了对颠覆性技术投资的认同。

      从国内已有的几个较大规模投资案例来看,大都投入到可视化应用或仿真软件的领域,并未涉及数字孪生体的主战场。

      以上提到的四个方面,除了数字孪生体联盟一直坚持推进专业化分工发展,其他三个方面的问题暂时没有好的解决办法。

      作为第四次工业革命的通用目的技术,数字孪生体在美国逐渐发展成熟,特别是美国国防部承担了大量的技术验证和资金投入,解决了不少不确定性带来的风险,而且通过军民融合实现了新产业的孵化,体现了美国在新技术新产业方面的独到方法。

      正如工业4.0研究院所讲,数字孪生体是继互联网以来的最大产业机会,中国自然不能缺席,但各位成员单位应认识到国内的实际情况,恰当安排资金和资源投入,立足“未来3年存活,5年技术有突破”的战略部署。

      欢迎数字孪生体联盟成员在微信群提出问题,继续探讨数字孪生体产业的发展挑战。

 

作者:胡权,工业4.0研究院院长,数字孪生体联盟理事长

 

 

工业4.0研究院2022年主题:AI+数字孪生体

      自2013年成立以来,工业4.0研究院每年都会发布一个主题,帮助院内同事以及合作伙伴了解我们的工作重点,便于工作开展和合作探讨。经过研究决定,工业4.0研究院2022年的主题设为“AI+数字孪生体”(AI+Digital Twin)。

      经过10多年的发展,数字孪生体技术已经进入了新的发展阶段,它拥有的开放架构开始发挥“神力”,成为加速机器学习和深度学习的利器。

      斯坦福大学人工智能研究中心的李飞飞在二维图片深度学习上取得了巨大的成功,2018年她提出在3D图像上继续开拓,以建立三维图像的深度学习体系。然而经过4年时间,该项目进展不大。

AI+数字孪生体

      工业4.0研究院认为,比葫芦画瓢,把二维图片的深度学习方法照搬到三维图像上来,不是最佳的技术路径,应引入数字孪生体方法,才可能实现物理世界的机器学习。

      在2017年推出“人工智能”主题的时候,工业4.0研究院就意识到数字孪生体的价值,于是开展了系列研究,经过近5年时间的努力,我们认为“AI+数字孪生体”的应用时机到了。

      结合到数字孪生体自身所蕴含的全局机制,能够通过物理数据补偿传统深度学习对计算机数据的依赖,从而降低计算量,提高数据分析的精度和准确度,这为物理世界的各种智能化推进提供了一套技术方法,具有较高的可行性。

      依托工业4.0研究院下属达钯科技发展中心(DAPA,Digital Advanced Projects Accelerator),聚焦无人系统的研发,突破无人系统装备、数字太空和数字孪生战场等多个场景,为国防和产业发展提供颠覆性创新解决方案。

      借助正在举办的第三届数字孪生体挑战赛和即将举办的第四届(2022)数字孪生体挑战赛,DAPA将围绕合作方的应用需求,设计相关的技术研发创新方案,邀请行业具有创新能力、愿意创新的团队参与,为我国颠覆性创新探出一条可行的道路。

      “AI+数字孪生体”还有不少难点,这需要在落地实施的时候敢想敢干。

      利用工业4.0研究院跟麻省理工学院(MIT,Massachusetts Institute of Technology)和卡耐基梅隆大学(CMU,Carnegie Mellon University)的联系,基于他们在数字孪生体技术方面的成果,结合到项目的实际需要,设计出适合落地实施的解决方案。

      工业4.0研究院和DAPA全体同仁,将按照拟定的书目和资料,认真学习和讨论,为“AI+数字孪生体”在国防和产业场景的应用找出突破方法。同时,继续坚持包容和开源的核心价值观,不分观念异同,向行业专家学习,特别是我国在人工智能已有建树的企业或机构请教。

      正如我们践行颠覆性创新的做法,工业4.0研究院和DAPA同仁应先去“拥抱”,然后才有能力“接纳”,任何颠覆性创新,都来自“深入其中,方知其妙”。

 

作者:胡权,工业4.0研究院院长,达钯科技发展中心主任

 

 

2022新年寄语:接纳颠覆性创新的一切

      颠覆性创新是工业4.0研究院的基因。

      在中国做颠覆性创新的难处很多,既有观念上认可的挑战,又有资源缺失的不足,还有安稳不断吸引你。这些因素使得真正的颠覆性创新难能可贵。

      工业4.0研究院经过长期探索,已经意识到,我们要接纳颠覆性创新的一切。

      颠覆性创新,接纳它的人肯定不多,我们必须承认这个事实。

      颠覆性创新,不少好的想法遭遇失败,我们应该包容自己。

      颠覆性创新,短期内没有商业模式,我们必须坚持下去。

      即便有这么多“负面”的结果,我们仍然坚持做颠覆性创新,因为“高风险高回报”,这是美国DARPA一直坚持做颠覆性创新的动力。

      经过多年的探索和实践,我们掌控了开展颠覆性创新的方法,开始进入颠覆性创新的佳境。

      2017年,在工业4.0研究院的基础研究中,我们发掘了第四次工业革命的通用目的技术,包括数字孪生体、人工智能、数据科学和物联网等新一代数字技术。

      然而深入开展研发之后,我们感受到数字孪生体才是王中之王。

      2019年,工业4.0研究院发起了全球第一家数字孪生体联盟,那个时候,我们意识到美国很快就会设立美国版的数字孪生体联盟。

      颠覆性创新需要耐心,也需要先行者,更需要同行者。

      为了构建有利于颠覆性创新的发展环境,工业4.0研究院建议合作方安世亚太设立“数字孪生体实验室”,并担任指导顾问,推动编写了《数字孪生体技术白皮书》。

      对于颠覆性创新,美国自然不会缺席。

      在中国数字孪生体联盟成立7个月之后,美国空军研究实验室支持OMG发起了美国数字孪生体联盟。

      2020年,工业4.0研究院支撑国家发改委和中央网信办提出了“数字孪生创新计划”,写入了《关于推进“上云用数赋智”行动 培育新经济发展实施方案》,我们充分发挥了体制的优势。

      依靠长期的研究积累,工业4.0研究院从26家竞标单位中脱颖而出,获得了中央军委装备发展部的数字孪生体研究课题。

      看来国家需要颠覆性创新了。

      2020年底,工业4.0研究院编写了《数字孪生体报告(2021)》,提出要建设“D加速器”,这是以颠覆性创新为目的的平台。

      通过“D加速器”,工业4.0研究院帮助数字孪生体联盟多家成员进入数字孪生体领域。

      接近2021年底,工业4.0研究院决心把颠覆性创新做到底。通过升级“D加速器”,设立“达钯科技发展中心”(DAPA,Digital Advanced Projects Accelerator),迎接2022年的到来。

      今天下午,有好友问我2022年有什么愿望?

      我说,2022年,工业4.0研究院希望运行好中国的DAPA,帮助更多支持颠覆性创新的合作方为未来做好准备。

 

作者:胡权,工业4.0研究院院长,达钯科技发展中心主任

 

 

胡权:“数字孪生+”背景下的数字孪生矿山

      作为新一代通用目的技术(GPT,General-Purpose Technologies),数字孪生体来自2009年DARPA提出的概念,NASA和美国国防部专家发展为一种新范式,成为数字时代的曼哈顿工程。经过10年时间发展,数字孪生体在各个行业开花结果,逐步形成为一个“未来产业”。

      按照本人在《数字孪生体》一书所讲,数字孪生体在军事领域率先应用,逐步向城市、石化、矿山、制造等领域扩散,体现了通用目的技术的溢出效应(Spillover Effect)特征,为此,工业4.0研究院于2020年底提出了“数字孪生+”战略。

      “数字孪生+”战略是工业4.0研究院2019年提出“数字孪生体2020+计划”的延续,同时也是工业4.0研究院遵循国家数字孪生创新计划的探索和实践。

      工业4.0研究院完成了数字孪生体理论体系的构建,通过IOT 3000开源社区构建了多个领域的技术方案,得到了一定程度的验证。为了进一步实现数字孪生体的行业应用,通过跟行业领先力量共建“数字孪生体联合实验室”,加快行业应用的探索和实施。

数字孪生矿山

      2021年6月,工业4.0研究院与华电煤业达成共识,推进“数字孪生矿山联合实验室”(DTML,Digital Twin Mine Labs)的建设,主要从理论研究、关键核心技术和应用场景三个方面持续改进,最终实现数字孪生矿山建设目标。

      “数字孪生矿山”(Digital Twin Mine)是工业4.0研究院提出的新概念、新模式和新应用,主要含义为“基于数字孪生基础设施的矿山数字化转型方法,通过构建智能数字孪生体,实现生产运行可视化、实时监控和预测性维护等功能,解决矿山智能化发展中的痛点和难点。”

      经过与来自澳大利亚、美国的专家,以及中国矿业大学、清华大学等研发团队交流,“数字孪生矿山”概念得到初步认可。从国外实践来讲,澳大利亚和美国在矿山领域较早引入数字矿山应用,同时还尝试利用数字孪生体来提升运行效果。

      澳大利亚矿山企业在引入数字孪生体方面不遗余力,因为要实现真正的“无人化”或“少人化”,采用传统的机械技术不容易达成目标,或者仅仅引入传统的信息技术也无法实现,它必须利用深度学习等新一代数字技术,而这些技术的成功引入,少不了数字孪生体开放架构。

      对于数字孪生矿山来讲,低成本的解决方案是矿山数字化转型的必要条件。目前矿山企业过于强调智能化和网络化的应用,对数字化基础重视不够,不利于矿山行业的数字化转型,这需求引入颠覆性创新的力量。

      2020年4月7日,国家发改委和中央网信办联合发布了《关于推进“上云用数赋智”行动 培育新经济发展实施方案》,提出了“数字孪生创新计划”;同年8月21日,国资委发布了《关于加快推进国有企业数字化转型工作的通知》,要求国有企业利用数字孪生体等新一代信息技术,“着力夯实数字化转型基础”。

      在《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中,我国提出了“加快发展现代产业体系 巩固壮大实体经济根基”,要求“发展壮大战略性新兴产业”,其中要求重点发展数字孪生体等“未来产业”。

      工业4.0研究院和华电煤业对此有深刻认识,希望通过建设“数字孪生矿山联合实验室”,一方面为华电煤业自身矿山数字化转型找到低成本的技术路径,另一方面为我国数字孪生体发展提供应用场景,“孵化”战略性新兴产业,在我国迈向制造强国过程中做出应有之贡献。

      2021年7月18日至19日,学习贯彻习近平总书记“七一”重要讲话精神研讨班暨国有企业改革推进会在京召开,国务院国资委党委书记、主任,国务院国有企业改革领导小组办公室主任郝鹏出席会议并讲话,要求各地国资委把推动高水平科技自立自强摆在全局工作的核心位置,推动企业勇当原创技术“策源地”,鼓励具备条件的地方企业参加中央企业创新联合体,聚焦卡点、突出重点,尽快突破一批关键核心技术,打造高质量发展引擎。

      华电煤业作为中央企业华电集团下属企业,积极响应国家号召,聚焦数字化转型关键核心技术,身体力行落实“数字孪生创新计划”,与工业4.0研究院建立“数字孪生矿山联合实验室”,选择数字化基础好的矿山引入数字孪生体技术,探索和打磨好数字孪生体技术,加速推进数字孪生体产业化发展。

      为了便于管理,数字孪生矿山联合实验室率先引入数字孪生体联盟成员已有解决方案,搭建全局和全生命周期的数字孪生矿山应用场景,展示我国自主可控的先进解决方案。

      在工业4.0研究院“数字孪生+”战略指引下,数字孪生矿山联合实验室坚持包容和开源的核心价值观,依托《数字孪生体》一书数字孪生体理论基础,加强跟矿山、石化、汽车和国防等重点领域的融合,重塑全球数字孪生体竞争格局,为我国“未来产业”抢夺一席之地。

 

作者:胡权,工业4.0研究院院长,数字孪生体联盟理事长