Archive for 胡权

2025:未来战争的规模与范围

      应邀为数字孪生战场实验室写一篇关于2025年军事发展总结的文章,思绪再三,决定谈一谈未来战争的规模与范围问题。

      熟悉经济学的同学,对于“规模与范围”这个问题,立刻会想到著名经济历史学家钱德勒数十年前写的《规模与范围:工业资本主义的原动力》这本书;不过,对于军事领域的行业人士来讲,很可能对美国国防部力推的“以规模和范围的方式实现杀伤链”(Kill  Chain at Scale and Scope)更熟悉。

      从经济学的角度来讲,规模与范围是一个相互矛盾的概念,因为如果是大规模工业化生产,往往难以实现个性化产品;同样,如果希望为客户提供个性化的产品,那么大规模生产就不容易实现。

      杜邦家族背景、参加过第二次世界大战的哈佛学子钱德勒对这个问题研究颇深,他指出,美国擅长规模经济,包括汽车、农用机械、办公室设备和缝纫机等,范围经济则包括食品、化工和电气设备等。

      这是典型的工业经济思维,展现了上个世纪90年底的工业产业状态。

      了解另外一位哈佛大学波特教授的同学,应对他提出的三种基本竞争战略比较熟悉,这些战略正是基于规模与范围的矛盾设计的,毕竟,既想拥有工业大规模生产的低成本优势,又想能够为消费者提供个性化的多种多样的产品,是一件几乎不可能的事情。

      然而,信息技术的高速发展,特别是随着数字孪生体、人工智能和数据工程等先进技术的融合应用,规模与范围之间的藩篱正在消解。

      苹果公司创造性推出App Store,提供少数的iPhone硬件产品,但消费者可以根据需要从App Store选择个性化的应用,当然,消费者还可以自行设定这款应用,建立个人的画像,从而获得个性化的服务。

      这是数字时代的新工业特征。

      传统战争是建立在高精尖的武器系统平台上的,投入大量资金建造航空母舰、先进战斗力和高精度的军事卫星体系,在战场上就可以领先敌人一步,从而获得战争的胜利。

      这不是现代战争,更不是未来战争的形态。

      未来战争将不仅仅是人的参与,无人系统的广泛应用,正在悄然改变战场。乌克兰军队大规模应用低成本的无人机,硬是在战场上坚持了三年多时间,直到现在,它仍然是先进无人作战理念产生最多的军队。

      2023年5月,一位名为希瑟·彭尼(Heather Penney)的专家撰写了《规模、范围、速度和生存能力:赢得杀伤链竞赛》的报告,该报告详细分析了杀伤链的规模与范围问题,提出应该提升杀伤链的闭合速度,同时还应该提高生存能力。彭尼出身军人世家,其父亲为空军A-7攻击机飞行员,越战老兵,她毕业于普渡大学,专业为英语学士。原以为彭尼学英语不过是就是“混”一个学历,但她继续学习军事知识和其他知识,例如经济学知识。

      大学毕业后,彭尼加入了首都哥伦比亚特区空中国民警卫队第121战斗机中队,进入德州谢泼德空军基地接受训练,后取得F-16战斗机的驾驶资格。

      从军队退役后,她加入了美国空天协会下属米切尔研究所,利用自身优势,开始研究杀伤链等相关问题。上述杀伤链报告,就体现了彭尼丰富的军事、经济和技术基础认识,成为美军杀伤链现代化过程中的主要顾问。

      由于彭尼现在刚刚50岁出头,正常情况下,未来可能受美国政府邀请,加入到国防管理层。

      传统杀伤链模型是F2T2EA,包含六个过程,由于每个过程之间的数据交换通常需要人的参与,导致这个流程要花费数个小时。

      即便美国海军NIFC-CA现代杀伤链改造完成,利用了数据驱动的机制,但仍然需要几十分钟的时间。不仅如此,如果要同时运行数十条杀伤链,会让作战指挥中心手忙脚乱,大大降低作战的效率。

      从经济学家的角度来看,这不过又是规模与范围的矛盾。

      每条杀伤链都拥有自己的任务,因此都是个性化的杀伤链。由于现代战争的复杂,敌人来袭的导弹大概率是数十枚或者数百枚,防空反导系统要处理这么多导弹袭击,必须同时开启数十或数百条任务线程(Mission Thread),这给指挥控制系统和火力网络带来了挑战。

      为了打赢未来战争,必须拥有大规模的工业制造能力,同时生产的不同武器装备能够即插即用(Plug and Play)到战斗网络(Battle Network)基础设施中去,从而具备网络外部性,实现军事上的韧性或弹性。

      武器装备的规模与范围,可以引入软件工厂和软件定义武器装备来实现。真正的困难在于未来战争的基础设施,如何平衡规模与范围,才是打赢未来战争的关键。

      有行业人士提出软件定义战争的概念,这个概念很大程度上是一种愿景,远不如DARPA提出的马赛克战(Mosaic Warfare)实际,毕竟马赛克战拥有杀伤链这条主线,可以通过“分布式杀伤链-体系杀伤链-自适应杀伤网-马赛克战”的演进路径实现。

      围绕杀伤链现代化工程,美国不少行业人士出谋划策,军方也建立了数字孪生战场平台,开展演习训练,检验现代杀伤链的运行效率和效果,形成了一套“迭代开发”的战场工程。

      正是通过以上描述的杀伤链工程模式,美军正在突破规模与范围的矛盾限制,改写现代战争的规则,以赢得未来战争。

      借鉴工业和军事领域的规模与范围研究成果,思考未来战争,探索新的作战样式,这就是2025年军事领域的现状、进展和趋势。

      最后祝各位读者在2026年新年快乐!

 

作者:胡权,工业4.0研究院院长、数字孪生体联盟理事长

 

热烈庆祝数字孪生体联盟成立六周年

      2019年10月16日,数字孪生体联盟(DTC,Digital Twin Consortium)正式成立,宣告全球第一家数字孪生体行业组织的诞生。

      今天(2025年10月16日),数字孪生体联盟已经六岁了。感谢一起成长的三百多家成员单位。

      工业4.0研究院在六年前发起数字孪生体联盟,其目的是为了团结来自各行各业的企事业单位,共同推动数字孪生体创新生态的发展。

      虽然数字孪生体联盟成立仅仅六年,但它经历了数字孪生体产业的繁荣、发展和大浪淘沙,现在进入到新的发展时期。

      在数字孪生体联盟成立之初,正好处于我国十四五规划期,当时对第四次工业革命有多种说法,工业4.0研究院把数字孪生体、人工智能和数据科学等判定为第四次工业革命的通用目的技术,展现了利用数字孪生体等颠覆性技术推动经济持续增长之意图。

      近期瑞典皇家科学院将2025年诺贝尔经济学奖授予乔尔·莫基尔(Joel Mokyr)、菲利普·阿吉翁(Philippe Aghion)和彼得·豪伊特(Peter Howitt),以表彰他们“对创新驱动型经济增长的阐释”。

      从颠覆性技术推动创新经济持续增长的角度,数字孪生体、人工智能和数据科学等第四次工业革命的通用目的技术,成为驱动经济持续增长的新动力,或者,它们就是当前最核心的“新质生产力”。

      然而,从颠覆性技术推动新经济增长的历史规律来看,数字孪生体等先进技术转化为新质生产力,需要有效的研发和产业化。

      相比美国完善的数字孪生体研发生态,中国数字孪生体产业还处于初级阶段,大学和研究机构在数字孪生体领域的投入不足,相关核心关键技术未能在过去六年形成突破,导致我国数字孪生体产业发展速度较慢,典型案例不够突出。

      工业4.0研究院针对中美德等多国的数字孪生体产业对比研究显示,美国国防部是其数字孪生体产业发展的核心动力,相比之下,我国还缺乏龙头企业,产业普遍缺乏啃硬骨头(关键核心技术)的动力和实力。

      我国十五五规划期即将开始,工业4.0研究院主持编写了《十五五数字孪生体发展规划》,计划在未来五年期间,推进数字孪生创新计划2.0。

      按照规划思路,利用X孵化器平台,借助近期设立的“工业AI实验室”,在数字孪生体联盟内部,遴选一批基础较好的企业,培育为具有示范效应的创新企业。

      欢迎数字孪生体联盟各成员单位代表,积极联系秘书处交流,把握数字孪生体产业在十五五时期的发展机会。

 

数字孪生体科学、技术和工程

导读:按照工业4.0研究院数字孪生体系列文章编写要求,本文作为第一篇文章,从科学、技术和工程的角度谈一谈数字孪生体,并作为撰写的《数字孪生体:第四次工业革命的通用目的技术》(第二版)一书的引子。

      作为物理世界和数字空间的交互体系,数字孪生体(Digital Twin)已经成为科学研究、技术创新和工程应用的新领域,中美两国的专家对此开展了较多的研究。

      从其本质来看,数字孪生体是一种计算机应用,代表了人类社会发展的新方向。

      商务印书馆出版的《现代汉语词典》给出了科学的定义:反映自然、社会、思维等的客观规律的分科的知识体系。

      借助计算机技术,现代科学研究已经呈现“计算化”(Computational)特征,例如,人们熟悉的物理学有理论物理、实验物理,现在还有“计算物理”(Computational Physics),如果引入交互技术,那么就是典型的数字孪生体科学。

数字孪生地球

      英伟达利用自身芯片上的优势,正在开展地球科学的研究,它把这个项目称为“数字孪生地球”(Digital Twin Earth),根本原因就是采用了数字孪生体科学的方法,为地球科学的发展创造了一条新的道路。

      针对数字孪生体科学,美国国家科学基金会(NSF)资助了不少研究课题,特别是在探索数字孪生体本质科学意义上的项目,成为美国继续保持科学引领的重点领域,力求支撑国防、工业和经济的持续发展。

      工业4.0研究院在2023年,正式设立“数字孪生体科学委员会”(DTSB,Digital Twin Science Board),邀请计算机科学、数学、工程和生命科学等领域的科学家参与。

      《现代汉语词典》对技术的定义为:人类在认识自然和利用自然的过程中积累起来,并在生产劳动中体现出来的经验和知识。

      数字孪生体作为人类经验和知识的载体,可以用来改造世界。由于它为物理世界建立了一个数字空间的对应物,更便于人们去跟物理世界交互,这是数字孪生体技术的价值。

      传统的建模仿真能够对简单的系统进行描述,但对于复杂系统来讲,已有的各种技术遇到了瓶颈,为此,DARPA在2009年提出数字孪生体概念,其基本意图是为了创造一套“体系”(SoS)的技术工具,更好的描述、分析和改造复杂系统或体系。

      经过十多年的探索,数字孪生体已经成为一种较为完善的技术体系,在解决体系问题上逐步显露出不可思议的价值。

      对于工程概念,《现代汉语词典》给出了如下定义:土木建筑或其他生产、制造部门用比较大而复杂的设备来进行的工作,如土木工程、机械工程、化学工程、采矿工程、水利工程等,也指具体的建设工程项目。

      数字孪生体是第四次工业革命的通用目的技术,这意味着它在大量的工程领域能发挥作用。

      从数字孪生体在各个行业或领域的工程应用来看,《现代汉语词典》列出的领域都已经包含,土木工程使用建筑信息模型(BIM)实现可视化,机械工程的应用已经形成工业数字孪生体子领域,化学工程利用数字孪生体实现人工智能应用,采矿工程引入数字孪生地球技术提升采矿的效率和安全,我国水利工程已经全面推进数字孪生水利计划。

      由于数字孪生体工程范围非常广泛,同时还融入AI/ML和数据科学等先进技术,形成了一个较为独立的工程方法和应用,美国国防部对此给出了一个新概念:数字工程(Digital Engineering)。

      从以上分析可以看出,经过十多年的发展,数字孪生体已经从概念转变为完善的技术工程体系,并逐步形成一门专门的科学。

      正如本人在《数字孪生体:第四次工业革命的通用目的技术》一书中所写,数字孪生体、人工智能和数据科学等新型技术,将驱动人类社会工业革命进入新阶段。

 

作者:胡权,工业4.0研究院院长、数字孪生体联盟理事长

 

数字孪生体成为“第二种抵消技术”

      熟悉美国第三次抵消战略(Third Offset Strategy)的读者应比较清楚,2014年美国国防部提出该战略的时候,把正在蓬勃发展的人工智能(AI)确定为核心技术,一般称为第一种抵消技术(Offset Technologies)。

      为了加快推进人工智能的发展,2016年10月,美国发布了《国家人工智能研究与发展战略计划》(National Artificial Intelligence Research and Development Strategic Plan),该计划迅速引起了全球各国的注意。

      我国在2017年7月8日,公布了《新一代人工智能发展规划》,迅速加入了人工智能竞争中去。

美国数字孪生体战略

      近10年中美两国在人工智能领域形成你追我赶的态势,美国虽然在芯片和算法占据领先地位,但我国在应用上独具一格,同时也积极追赶美国在芯片和算法的优势,近期DeepSeek就给美国人工智能领域带去了冲击。

      对于这样的境地,美国早在2018年就明确要开辟第二战场,那就是“数字孪生体”(Digital Twin)。

      数字孪生体是DARPA在2009年提出的一个新概念,它主要目的是为体系(SoS,Systems of Systems)建立一套科学工程方法,后来在美国空军和美国海军共同支持下,数字孪生体获得了快速的发展。

      当美国国防部在2018年发布《数字工程战略》的时候,开始提出推动数字孪生体成为第二种抵消技术的想法。

      在本人写的《数字孪生体:第四次工业革命的通用目的技术》一书中,对DARPA如何认识数字孪生体有较详细的介绍。

      基于对数字孪生体概念的深刻理解,本人把数字孪生被定义为“物理世界和数字空间的交互概念和技术”。目前看来,本人给出的定义跟美国政府设立的数字孪生体行动委员会给出的解释类似,都是从颠覆性技术、产业演进和经济发展等多个维度去认识的。

      所谓抵消技术,它是为抵消战略服务的,具备我强敌弱的特征,要么对手无法理解或错误理解,或者我方拥有该技术相关的“互补性要素”(Complementary Items),借助路径依赖的战略逻辑,成为我方拥有非对称优势的前提。

      数字孪生体是一种多学科、多领域、多产业的颠覆性技术,对研究人员有较高的要求。

      一般情况下,研究数字孪生体的人员既需要理解各种学科相关技术的通用性特征,把它们抽象为一种通用目的技术(GPT,General-Purpose Technologies),又要理解技术如何演变为产业,最终推动国民经济大规模持续增长。

      即便如此,数字孪生体研究人员还要能够持续开展相关工作,这对国家科学基金的资助能力提出了挑战。

      美国在推进数字孪生体的过程中,其资金主要来源于美国空军和DARPA,甚至美国国防部一些官员都难以理解并给出资助。

      从人们熟悉的国家科学基金会(NSF)来看,它在数字孪生体发展的前10年,基本上没有授予多少数字孪生体项目,这种情况直到最近几年才有所改变。

      按照抵消战略和抵消技术的逻辑,拥有认知偏差的技术,才有机会成为跟对手不同的战略选择。如果大家都选择重视某特定技术,该技术产生出奇制胜的可能性就没有了。

      以20世纪80年代美日先进制造之争为例,当时日本笃信下一代人工智能将改变全球计算机产业的格局,在制造业则大力推广“智能制造系统”(IMS,Intelligent Manufacturing Systems)计划;美国依靠其完善的基础研究能力,认为所谓下一代人工智能的基础条件不具备,因此智能制造系统在十年内根本无法实现,转而重视数字工业数据标准的发展。

      认知决定国运。

      对决定大国命运的未来技术,很难通过一群功成名就的院士专家投票表决来确定,让相关交流讨论更透明,或许才能避免类似的状况再发生。

      工业4.0研究院2014年就关注数字孪生体的发展,在过去10年期间,通过身体力行推进我国数字孪生体产业的发展。

      在2016年,工业4.0研究院设立数字孪生体研究中心;2019年发起世界第一家数字孪生体联盟(比美国同名联盟早7个月);2020年出版第一本产业视角的《数字孪生体:第四次工业革命的通用目的技术》书籍;2021年成立数字孪生战场实验室,探索数字孪生国防体系的发展。

      作为独立的研究机构,工业4.0研究院将继续耕耘数字孪生体为核心的第四次工业革命研究和探索,为我国现代化发展做出贡献。

 

作者:胡权,工业4.0研究院院长、数字孪生体联盟理事长

 

德国工业4.0平台对“工业5.0”的看法

      最近几年,国内行业人士对欧盟一位年轻学者提出的“工业5.0”(Industry 5.0)颇感兴趣,但随即对它跟工业4.0的关系产生了困惑。

      针对这个情况,工业4.0研究院曾经做过相关解释,认为德国在提出工业4.0的时候,定位的是“第四次工业革命”(The Fourth Industrial Revolution)

      后来德国工业4.0平台及相关部门出来做了说明,专门写了一篇联合声明,对比了第四次工业革命和“工业5.0”之间的差别。

industrie_4.0

      为便于工业4.0研究院同事,以及数字孪生体联盟成员了解,特编译如下:

      SAP前首席执行官Henning Kagermann、德国人工智能研究中心前首席执行长Wolfgang Wahlster和联邦教育和研究部部长、后来的国务秘书Wolf Dieter Lukas创造了“工业4.0”(Industrie 4.0)一词,至今已有十多年了。

      自那以后的几年里,始于德国的倡议已在全球范围内传播。

      今天,工业4.0是一个代表可能影响社会各个领域的变革的术语。它指的是第四次工业革命。与前三次工业革命一样,可以假设当前的工业革命将带来深远的变化,并且需要同样长的时间才能充分发挥作用。典型的软件简写“4.0”既指第四次工业革命,也强调了软件在这一过程中的特殊作用。这是一个全面的概念,从一开始就包括技术方面、新的价值创造模式、创造新型产品的能力、可持续性、弹性,特别是最佳整合和支持参与工业4.0解决方案的人类的方法。

      与每一次工业革命一样,第四次工业革命也需要相互促进的措施。这意味着必须首先建立技术基础和国际标准,然后为生产中的工人提供必要的技能和最佳支持。员工的积极参与在这里至关重要。从纯粹的技术角度看待工业4.0是完全错误的。同样,将缩写“4.0”简单地视为版本号并将其替换为“5.0”也是错误的,尽管这仍然是一条漫长但重要且正确的道路。

      事实上,这个错误已经存在了一段时间:最近提出了“工业5.0”一词。除了一些与人工智能相关的内容外,该术语的核心通常被定义为“以人为本”,即以最佳方式为工人设计劳动流程,同时为新的生产流程提供最佳支持的目标。虽然内容本身是有效的,但不需要新的术语“工业5.0”来描述它,因为“以人为本”和社会效益从一开始就是工业4.0最重要的目标。

      “工业5.0*”一词既没有必要也没有帮助。它不包含任何新内容,并错误地暗示第四次工业革命已经完成,我们的注意力可以转向新的话题。这种不必要的术语可能会导致目前正在实施第四次工业革命的公司和成熟的国际合作之间的不确定性。

      因此,工业4.0平台和工业4.0研究委员会强烈批评了不必要的术语“工业5.0”的轻率定位。

 

      附:工业4.0平台和工业4.0研究委员会联合申明原文

industrie_4.0_industry_5.0