Archive for 工业4.0时代

软件工厂:工业4.0研究院2025年主题

      经过10年时间的发展,工业4.0研究院已经完成了12个主题任务,在工业4.0、人工智能、数字孪生体以及开源软件等领域有较大的突破,为引领第四次工业革命的目标奠定了基础。

      还有一个多月就将进入2025年,工业4.0研究院经过审慎分析,近期确定了2025年的主题为“软件工厂”(Software Factory)。

      工业4.0研究院认为,数字孪生体、人工智能和数据科学等新一代数字技术是推动军事和工业发展的关键技术,它们的进步改变了传统的军事行动和工业运行,加速重塑未来战争和新工业时代。

软件工厂

      正如工业4.0研究院院长胡权提出的“二八定律倒置”原理,软硬件的占比正在从现在的20%:80%向80%:20%转变,未来将是一个软件定义的世界。

      传统软件的生产效率不高,成为某些受过严格训练的人员才能参与的领域,这导致过去几十年的工业化进程被硬件主导,人们只能接受千篇一律的产品,包括汽车、家电和手机等常用的商品。

      虽然苹果公司引领的智能手机革命还在进行中,通过应用商店让每个人的手机与众不同,但每年发布的iPhone并没有太大变化,则成为大众诟病的槽点。

      为什么不大规模采用软件呢?

      熟悉该领域的行业人士应知道,软件开发的起点太高,生产效率不太高,这些问题导致软件的大规模应用还不成熟。

      不过,以美国互联网企业和美国国防部等为代表的组织,已经为软件工业化提供了一条路径:软件工厂。

      传统的软件开发基础设施和方法,都是为了个人或小团队研发准备的,当大团队协同开发大型或分布式系统的时候,其中的协调工作成倍数增长,导致其漏洞百出,让软件产品的质量控制成为一个大难题。

      为了解决这些问题,世界顶级大学、研究机构和领先企业等协作起来,已经建立了完善的软件工厂体系,围绕“零信任”(Zero Trust),形成了数据运行(DataOps)、模型运行(TwinOps)和开发运行(DevOps)三位一体的现代软件工程模式。

      通过几年时间的研究探索,工业4.0研究院已经积累了较为丰富的经验,在SEDRIS、Cesium、AFSIM等典型应用上获得了较大的成功,为2025年推动“软件工厂”主题提供了基本条件。

      跟过去每年的主题方法类似,工业4.0研究院将在数字孪生体联盟成员中推广软件工厂方法,并协助对接部分软件工厂的需求。

      由于2025年是我国十五五规划的关键时期,数字孪生体联盟将在2025年举办软件工厂系列活动,同时争取有远见的大型企业参与,提供软件工厂应用场景或相关项目,让数字孪生体联盟成员在实践中践行相关原则、方法和流程。

      2025年,我们关注“软件工厂”。

 

庆祝数字孪生体联盟成立五周年

      2024年10月16日,数字孪生体联盟(DTC,Digital Twin Consortium)成立五周年了。作为第一家数字孪生体联盟发起人,本人衷心祝贺数字孪生体联盟过去五年所取得的成就。

      五年前,工业4.0研究院经过审慎研究决定,发起了全球第一家数字孪生体联盟,当时这个决定是开创性的,因为真正相信数字孪生体技术的独立性,并真心实意想推动其发展的组织或个人并不多。

      感谢信任工业4.0研究院的行业企业和单位,虽然不一定真正了解数字孪生体,但他们相信工业4.0研究院正在开创新时代,在做颠覆性创新的事情,于是他们递交申请加入了数字孪生体联盟。

      经过五年时间的发展,数字孪生体联盟拥有300多家成员,既有行业组织,也有各种企业,还有不少研究院所或高校加入。

      在启动数字孪生体联盟的时候,工业4.0研究院得到了人民邮电出版社的支持,签订了战略合作协议,出版了行业第一本介绍数字孪生体产业的图书,即《数字孪生体:第四次工业革命的通用目的技术》,该书的出版,预示着数字孪生体时代的来临。

      工业4.0研究院作为数字孪生体联盟理事长单位,跟各成员分享各种先进研究成果,同时尽力推动数字孪生体技术生态的发展。

      通过多年的探索,数字孪生体联盟做出了一系列重大决策:

      第一,不再把编制行业标准作为主要目标。

      这不是一个容易的决定,我国不少行业联盟把制定行业标准作为其主要工作内容,以此获得更大的话语权或影响力。

      当数字孪生体联盟成立之后不久,工业4.0研究院就牵头编制了《数字孪生体概念和术语体系》,受到了成员的欢迎。

      然而,由于全球关于数字孪生体科学的研究工作不成熟,过早推进标准会阻碍行业的发展。实际情况是,直到2024年,数字孪生体领域的领先者美国国防部也未编制数字孪生体的标准,反而强调需要进一步推动该技术的成熟。

      第二,减缓工业数字孪生体的推进力度。

      数字孪生体联盟成立之初,由于不少成员来自工业领域,迫切需要获得相关知识或发展指导。工业4.0研究院为此做了较多的工作,调研了全国数十家工业企业,对工业数字孪生体的使用情况还开展了专题研究。

      2021年9月,德国几大协会联合发起了“工业数字孪生体协会”(IDTA,Industrial Digital Twin Association),把原来属于工业4.0核心的“资产管理壳”(AAS)称为“数字孪生体”。

      工业4.0研究院考虑到数字孪生体科学技术体系还不健全,在价格敏感的工业领域推数字孪生体技术的时机还不成熟,于是决定暂缓在工业领域继续投入大量的资源,等待一些追风的从业者“出清”。

      第三,聚焦AI/ML、网络信息和建模仿真三大颠覆性技术的融合应用,破解中国数字孪生体生态发展的困境。

      对比美国采纳数字孪生体技术的情况,很少有客户会为简单的“可视化”买单,这一点跟中国的情况不同,究其原因,我国当前数字孪生体项目大都是政府项目(例如智慧城市)或满足国有企业展示需要,属于工业价值创造的项目不多。

      数字孪生体具有巨大的价值,但不是把传统仿真软件或地理信息系统等包装一下就能实现的,它需要攻克数字孪生化、数字线程和数字孪生体平台三大核心技术。

      本人在《数字孪生体:第四次工业革命的通用目的技术》对这个问题做过介绍,但非常遗憾的是,经过五年时间的发展,我国相关产业生态并未形成,反而是韩国、瑞典等小国在数字孪生化方向有了不小的突破。

      最后,面向未来五年(2025-2029)的发展,数字孪生体联盟重新聚焦“数字孪生+”战略,启动了一系列项目,近期公布了“数字孪生船舶开放研究计划”(简称“Sori计划”)。

      Sori计划以位于浙江、山东和江苏的三条无人船为基础,通过数字孪生化技术的应用,为它们建立了数字孪生体,然后以数字孪生船舶平台(类似SIMNET或JSE)的方式,为参与该项目的合作方提供服务。

      数字孪生体联盟成员拥有优先参与Sori计划的权利,有兴趣的成员可以联系秘书处进一步了解相关情况。

      过去的五年时间,感谢数字孪生体联盟成员的相伴和支持,未来五年,让我们抓住数字孪生体时代的发展机会,共同成为第四次工业革命的引领者。

 

作者:胡权,工业4.0研究院院长、数字孪生体联盟理事长

 

数字孪生战场实验室到访北航计算机学院交流

      2024年9月20日,数字孪生战场实验室胡权一行到访北京航空航天大学计算机学院,参观考察虚拟现实技术与系统全国重点实验室,并与负责数字孪生体领域的周彬教授团队进行深入交流。

      针对双方感兴趣的话题,双方团队做了深入的探讨,并围绕“数字孪生模型软件工厂”建设相关问题做了讨论。

      数字孪生战场实验室是工业4.0研究院下属平台,提出了数字孪生国防体系,目前专注解决数字孪生战场关键技术探索与应用问题。

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      根据X战略计划安排,数字孪生战场实验室推动与特色突出的单位共建主题技术平台,推广和扩展数字孪生战场创新生态和应用开发能力。

      作为数字孪生战场创新生态的预选合作方,虚拟现实技术与系统全国重点实验室是国内最早开展虚拟现实技术研究与应用的单位之一,成立于2007年。

      经过多年的发展和建设,围绕航空航天、国防军事、医疗手术、装备制造和文化教育等五个领域的重大应用需求,瞄准虚拟现实国际发展前沿,深入进行理论研究、技术突破、系统研制和应用示范。

      于2022年作为全国首批20个“标杆”实验室,率先完成了全国重点实验室优化重组,致力于突破解决虚拟现实2.0的重大核心科技问题,产出重大原创成果,使我国率先实现从3I虚拟现实1.0到6I虚拟现实2.0的跨越。

      数字孪生战场实验室与虚拟现实全国重点实验室负责人共同承诺,将秉承开放式创新理念,持续推进“数字孪生模型软件工厂”相关议题,落实共建共赢的发展目标。

 

数字孪生战场实验室到访清华大学电子系交流

      2024年9月4日,数字孪生战场实验室一行到访清华大学电子工程系,参与共同举办的“基于数字孪生人体的集成态势感知系统”座谈会,围绕数字孪生人体和集成态势感知系统等关键问题做了分享和探讨,为下一阶段工作奠定了基础。

      数字孪生战场实验室胡权、王明芬等人,以及清华大学电子工程系李宗瑞、郭辰仪、周学思等参与了座谈会。

      本次座谈会是数字孪生战场实验室推进十五五规划工作的基础工作,立足于面向未来战争需要的颠覆性技术应用,打造基于数字孪生战场基础设施的新质战斗力。

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      清华大学郭辰仪以《数智化技术赋能军事训练》为题,介绍了在智能感知技术在人的体能测试评估等领域的应用情况,并展望了群体辅助支撑系统等前瞻性方案。

      清华大学电子工程系利用其电子设备和系统研发上的优势,为人体测量和评价,以及智能化分析技术应用,打造一体化的智慧训练技术体系,能够满足多方面的应用需要。

      针对通用作战图(COP)在实际应用中的难点和痛点,数字孪生战场实验室主任胡权分享了《基于数字孪生人体的集成态势感知系统》,剖析了连及以下的通用作战图的军事需求。

      结合到美军提出的JADC2战略中的SMA环,引入数字孪生人体平台概念,通过开放式架构和应用商店等应用,为持续改进并不断提升作战人员战斗力提供了一个新思路,符合新质战斗力演进的基本规律和发展要求。

      参与本次交流活动还有来自中科院空天院、兵装集团体系研究部、X孵化器等专家。

 

中国数字孪生体产业还未形成

      近期工业4.0研究院跟一批投资基金洽谈,同时协助北京城市副中心(通州区)开展数字孪生体园区的工作,对我国数字孪生体产业的问题有了新的理解。

      2009年,DARPA提出数字孪生体概念之后,美国经历了3年左右的时间,由美国空军出钱,开展了历史上第一个数字孪生体项目,促使其产业化加速发展的进程。

      以工业4.0研究院为主的机构,从2015年开始关注研究数字孪生体应用,但一直没有真正成规模的数字孪生体典型应用,除了把智慧城市、流域仿真等冠以“数字孪生+”应用,基本未触及该技术的核心关键领域。

      为什么我国出现不了领先的应用呢?

      我国没有类似美国空军这样的好客户,提不出能释放数字孪生体技术潜力的应用场景,无法真正推动该技术的产业化发展。

      国内普遍对颠覆性技术的认识和管理能力比较弱,掌握资金权力的部门、企业和专家(特别是院士)等,为了降低失误的风险,在已有成熟技术和待确认新技术的比例选择上,通常为9:1的水平,甚至要求是10:0的状况,即要求全部是成熟和已有应用案例。

      在这样的管理制度下,各方参与者选择基于智慧城市来开展业务,就很容易理解了。

      工业4.0研究院关注第四次工业革命,对任何技术的判定标准,自然以能否对工业有所推动,以及能不能成为国民经济持续增长的新动力为标准。

      数字孪生体是物理世界和数字空间交互的技术体系,它的成功应用,直接对工业有颠覆性作用。

      美国过去15年一直在悄然推动该技术的广泛应用,特别是在2020年中设立美国数字孪生体联盟,成为继工业4.0研究院2019年发起数字孪生体联盟之后的第二个数字孪生体产业组织,但美国的发展速度远远超出中国。

      从数字孪生体的三大核心技术(数字孪生化、数字线程和数字孪生体平台,可以参考《数字孪生体》一书)来看,我国基本上没有任何成熟的产业链,更谈不上产业化发展生态。

      虽然我国跟进较早,但保守的国有企业不愿意探索颠覆性应用,仅仅把数字孪生体当成建模仿真的替代品,导致我国迄今还未能进入数字孪生体主航道。

      正如40年前日本举国之力推进智能制造,美国则悄然联合美国空军、波音公司以及NIST等,主攻数字设计的标准化和产业化,仅仅通过10年时间,就把日本制造业的迅猛势头压了下来,迫使日本蜗居在数字制造产业链的加工端。

      中国现在的情况很类似,我国把工业主攻方向放到平台和先进设备上,对新的以硬软件融合为特征的数字孪生体不甚感冒,这样做很可能错失第四次工业革命的巨大机会。

      跟笔者交流的行业人士表示,我国热衷发学术论文,国家资金支持也把专利和论文作为必要条件,导致我国虽然有一批数字孪生体从业者,但实际上没有机会形成真正的产业化。

      从我国产业经济的结构来看,拥有丰富资源的企业,大都对颠覆性创新没有真正的兴趣,他们把数字孪生体搞成了仿真项目,展现不了其潜在的价值,“摧毁”了数字孪生体产业化的动力。

      当前经济发展速度减缓,数字孪生体产业开始进入出清阶段,接下来的几年时间,将迎来新的一波发展机会。

 

作者:胡权,工业4.0研究院院长、数字孪生体联盟理事长