面向未来的竞争

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工业4.0研究院设立“数字孪生体科学委员会”

      2023年8月11日,为了推进数字孪生体科学的发展,经长期准备,工业4.0研究院正式设立“数字孪生体科学委员会”(DTSB,Digital Twin Science Board),该委员会将邀请计算机科学、数学、工程和生命科学等领域的科学家参与。

      在过去5年期间,美国国防部、美国空军、麻省理工学院、哈佛大学、卡耐基梅隆大学、美国科学院、美国医学院等相继成立科学委员会,大大加快了数字孪生体科学的发展。

      工业4.0研究院是全球最早开展数字孪生体科学研究的机构之一,积累了部分研究成果,在数字孪生体时代到来之际,决心巩固其在数字孪生体领域的领先地位。

数字孪生体科学委员会

      国内数字孪生体研究有仿真、连接和数据三大流派,大都处于工程应用层面,缺少科学层面的基础研究,数字孪生体的价值和潜力无法释放。长期以往,这有可能使我国错失数字孪生体带来的发展机会。

      限于当前科研机制难以支持数字孪生体科学的创新,工业4.0研究院数字孪生体科学委员会制定了三步走的策略。

      美国数字孪生体科学研究主体较多,研究质量处于绝对领先地位,数字孪生体科学委员会初期以跟踪学习相关成果为主,重点选择基础较好的数字孪生国防、数字孪生装备和数字孪生医疗等领域。

      在借鉴标杆美国已有数字孪生体科学研究成果基础上,逐步推进各领域的创新工作。

      工业4.0研究院当前已经跟多家单位达成了数字孪生制造创新中心、医疗数字孪生体联合研究中心、数字孪生电磁联合实验室等合作项目,目前处于沟通筹备阶段,预计2024年将正式运行。

      最后,由于数字孪生体科学的研究工作涉及到计算机科学、数学、工程和生命科学等专业领域,暂时未有资金承担研究人员的费用,因此暂由工业4.0研究院内部人员开展基础研究工作,待时机成熟之后,再考虑对外公开招募科学家。

      以“引领第四次工业革命”为愿景,工业4.0研究院数字孪生体科学委员会将继续探索颠覆性技术的潜力,实现人类社会的新发展。

 

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。

 

《太空部队白皮书》近期将在北京发布

      作为数字孪生国防系列报告之六,数字孪生战场实验室专家团队编写了《太空部队白皮书》(Space Force Whitepaper),这是该该领域首次对美国太空部队进行系统分析。

      利用长期积累的丰富资料和文档,数字孪生战场实验室设计了分析和认知模型,帮助读者建立系统的知识和认知体系,满足日常工作的各种需要。

      按照计划,《太空部队白皮书》将于2023年7月27日发布,届时将与太空领域的专家学者进行一场讨论。

太空部队白皮书

      太空部队是一种通用目的部队(General-Purpose Force),这有点类似美国空军经常提及的“力量倍增器”(Force Multipliers),这意味着它跟其他军种的协同或融合,将给联合作战、C2、战斗管理等带来颠覆性变化。

      美国作为世界头号军事大国和强国,它在1983年3月23日宣布星球大战的时候,就埋下了探索太空作战的可能性。

      虽然因为技术以及国际形势变化等并未变成现实,但它启发了军事战略家们对太空部队进行探讨,期间形成了“空天部队”(Aerospace Force)和“太空部队”两个流派,美军官方发布的《太空部队发展史》对此进行了史记般的描述。

      基于通用目的部队概念,数字孪生战场实验室设计了基于数字孪生太空的“星球大战2.0”认知体系,利用长期收集整理的美军各种资料和文档,特别参考了《太空部队发展史》《国防太空战略摘要》《国防部太空政策》《太空作战》等重点资料。

      《太空部队白皮书》提供丰富的资料,包括全文翻译的重点文件,以及为专业读者提供的数十份报告及视频等内容。

      秉承颠覆性创新理念,数字孪生战场实验室既努力开展理论研究工作,又广泛收集文档资料,力求与时共进,洞悉大国竞争的趋势和规律,读者可以从已经发布以及即将发布的数字孪生国防系列报告中了解相关成果。

 

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。

 

胡权出席南方电网AI交流会分享最新研究成果

      2023年5月30日,工业4.0研究院院长、数字孪生体联盟理事长胡权出席南方电网“人工智能赋能电力”新技术交流会。

      针对工业领域的人工智能应用,胡权以《生成式AI驱动的数字孪生电网2.0》为题做了分享,分析了未来10年即插即用的分布式能源发展趋势。

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      “人工智能赋能电力”新技术交流会在广州举办,会议邀请了人工智能领域顶尖科学家和企业家,共同研讨人工智能与数字电网进一步融合之道,利用人工智能技术增强电网智能分析和决策水平,助力企业数字化转型。

      南方电网集团、数字电网公司等相关领导参与了本次交流会,近百人参加了现场交流活动,线上参与者高达1500人。

      数字孪生体联盟秘书处组织了成员单位参与了现场交流以及线上观看,并把该活动作为数字孪生体联盟5月份成员日内容。

      对于部分在电网领域有相关业务的成员单位,可以进一步加强跟秘书处的联系,推动数字孪生电网创新发展。

      根据实际情况,数字孪生体联盟将为合作方推荐相关解决方案。