Archive for 工业4.0时代

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

 

工业4.0研究院面向十五五规划推出“工业AI实验室”

      近期,工业4.0研究院完成了《十五五数字孪生体发展规划》的初步研究编制,确定了十五五规划期的工作重点。

      相关负责人透露,《十五五数字孪生体发展规划》将围绕数字孪生体、人工智能和数据科学的融合发展,以X孵化器平台为基础,通过X项目的方式,邀请行业领先的企业参与,共同推动数字孪生体的高质量发展。

      作为十五五规划期的首个X项目,工业AI将依托“工业AI实验室”运行,承接X孵化器平台近期的边缘AI研究和创新成果。

工业AI实验室

      工业4.0研究院最新研究显示,数字孪生体跟人工智能的融合趋势明显,呈现了互相促进加强的态势。

      从数字孪生体的关键技术数字孪生化(Digital Twinning)来讲,人工智能能够有效解决这个问题,从而破除传统的建模仿真技术发展的瓶颈。

      另一方面,把物理世界的物体数字孪生化,能够产生大量的数据,这对于数据驱动的新型人工智能至关重要。对于当前高速发展的生成式人工智能技术来讲,数字孪生体和数字线程的共同作用,将改变互联网领域生成式应用(例如ChatGPT)缺少数据的困局。

      工业4.0研究院早在2015年就对工业人工智能开展相关研究,经历了物理信息系统、工业互联网和数字孪生体三个阶段,最终发现数字孪生体跟工业人工智能的融合价值最大,能有效推动智能制造愿景的实现。

      在我国大力推动十五五规划工作之际,工业4.0研究院牵头编制《十五五数字孪生体发展规划》,并把工业AI确定了未来五年发展重点。

      根据实际需要,工业4.0研究院启动了“工业AI实验室”(公众号:XONE-AI),为行业人士分享工业AI相关的动态和信息,推动我国工业AI高质量创新发展。

 

数字孪生体现状与发展趋势研讨会成功举办

      2025年5月30日,应部分成员请求,数字孪生体联盟组织了一场小型研讨会,围绕“数字孪生体现状与发展趋势”进行了交流,与会人员热烈讨论,这次交流活动圆满成功。

      自2019年工业4.0研究院发起全球第一家数字孪生体联盟之后,国内的企业从蜂拥而至,到当前“聚焦主业”,不过五年时间,但这足以形成了一个小周期。

      工业4.0研究院院长、数字孪生体联盟理事长胡权直奔主题,以《数字孪生体现状与发展趋势:下一个十年增长周期的“触底反弹”》为题,利用多年开展调研数据和案例,剖析了我国数字孪生体产业现状,引起了与会人员的共鸣。

数字孪生体现状与发展趋势研讨会现场

      从全球数字孪生体格局来看,中国的数字孪生体发展较为迅速,但一直未产生有竞争力的数字孪生体公司,相反,美国的数字孪生体产业生态基本形成。

      胡权表示,从数字孪生体的产业视角来看,下一个十年主要遵循三方面的发展逻辑,它们决定了谁可以成为新的赢家。

      首先,人们应该认识到,数字孪生体是一种新型通用目的技术,它对各行各业将产生影响,甚至任何行业都值得用它重新做一遍。

      其次,在过去10年期间,行业企业已经“过度消费”数字孪生体概念,导致该概念跟建模仿真、大数据和物联网等混淆在一起,丧失了数字孪生体的特征。

      最后,从企业长期竞争能力来看,应深刻理解数字孪生体技术带来的变化,通过一体化运行模式建立壁垒。

数字孪生体现状与发展趋势研讨会现场

      按照数字孪生体研讨会议程,数字孪生体联盟成员北京赛普泰克技术有限公司总经理仵装做了分享。

      仵装以《油气和化工行业工艺数字孪生模型及其应用》为题,介绍公司长期耕耘油气和化工行业的情况,特别是对引入数字孪生体技术的创新,引起了与会人员的兴趣。

      油气和化工行业是典型的流程工业,其工艺技术的数字化转型,直接影响相关业务的运行。赛普泰克公司围绕客户关心的工艺问题,利用数字孪生体技术设计了一套闭环的运行方法,成功的提高了相关运行效率。

      在其后的讨论中,各单位代表围绕数字孪生体技术应用的难点,做了专业化的交流。

      正如胡权所讲,进入2025年,数字孪生体下一个十年增长周期到了,欢迎数字孪生体联盟各成员加入到这个新浪潮中来。

 

“少年数字孪生体沙龙”正式发布了

      作为第四次工业革命的通用目的技术,数字孪生体已经成为中美两国的国家关键技术,它直接影响国家安全和经济繁荣,因此具有长期性和持续性特点。

      工业4.0研究院于2019年发起了全球第一家数字孪生体联盟,比美国国防部支持的同名联盟早7个月,经过5年多时间的发展,数字孪生体已经建成较为完善的科学技术体系,这预示着数字孪生体产业进入新的发展阶段。

      2025年6月1日,针对少年朋友发布“少年数字孪生体沙龙”(YDTS,Youth Digital Twin Salon),帮助下一代年轻人掌握未来的先进技术。

少年数字孪生体沙龙

      数字孪生体是物理世界和数字空间的交互技术体系,它为人类社会改造物理世界提供了一套数字化工具,推动第四次工业革命快速到来。

      跟人工智能和数据科学等技术融合,数字孪生体将释放难以想象的价值,改变传统工业、军事行动和日常生活等运行方式,因此成为中美两国不容有失的两个战略性领域。

      工业4.0研究院在2014年就开始探索数字孪生体的价值,逐步掌握了数字孪生体科学规律和核心技术。2020年,工业4.0研究院院长胡权撰写了行业第一本揭示产业发展规律的图书,该书名为《数字孪生体:第四次工业革命的通用目的技术》,受到了行业人士的热烈响应。

      在推动数字孪生体产业发展的同时,工业4.0研究院不忘新一代年轻人的培养,针对中小学生,工业4.0研究院院长胡权受邀为北京市某小学讲授《数字孪生体改变未来世界》,并协助建立了“数字孪生体兴趣小组”。

      数字孪生体时代正在加速到来,在2025年的六一儿童节,工业4.0研究院发布“少年数字孪生体沙龙”,希望为中国未来培育一批掌握数字孪生体技术和应用的人才。

      这些新一代少年将成为我国未来的引领者,他们对数字孪生体、人工智能和数据科学等先进技术非常感兴趣,这些兴趣将重塑我国未来经济,让人们过上美好的生活。

      欢迎全国各地对少年数字孪生体沙龙感兴趣的组织和企业,共同探讨相关内容。相关信息请查看“少年数字孪生体沙龙”公众号。

 

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