數(shù)字孿生,像霧像雨又像風(fēng)

在將數(shù)字孿生落地的時候,就會發(fā)現(xiàn),只有數(shù)字孿生概念自身,幫不到企業(yè)什么,反倒是那些類似建模、仿真、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法、數(shù)據(jù)庫、云計算、ERP、MES、SCADA等能夠提供給企業(yè)莫大的幫助。

個人對數(shù)字孿生的愚見總結(jié)如下:

第一,數(shù)字孿生并不是一種全新發(fā)現(xiàn)、從天而降、先于實踐的新原理、新思想或新模式。在數(shù)字孿生概念誕生之前,人們就已經(jīng)在各個領(lǐng)域的計算機(jī)應(yīng)用方面進(jìn)行了數(shù)十年工作,或者說在人類發(fā)明的數(shù)字世界里,已經(jīng)取得了豐富的實踐經(jīng)驗與累累碩果,而數(shù)字孿生不過是人們對數(shù)十年的計算機(jī)應(yīng)用推廣工作進(jìn)行的經(jīng)驗總結(jié)與推廣模式的高度概況。借用電影《非誠勿擾》中帶火的一段臺詞來形容,就是“你見,或者不見我,我就在那里,不悲不喜;你念,或者不念我,情就在那里,不來不去;你愛,或者不愛我,愛就在那里,不增不減;你跟,或者不跟我,我的手就在你手里,不舍不棄……”。非常應(yīng)景的表述。

第二,沒有必要糾結(jié)于“數(shù)字孿生”是誰先提出,無論是鏡像空間模型、信息鏡像模型、數(shù)字孿生、影子系統(tǒng)、平行系統(tǒng),還是干脆就叫數(shù)字世界,基本思想大同小異,其本質(zhì)上都是站在用戶的視角上,如何看待或如何理解或如何解釋,計算機(jī)如何做的一種有益嘗試。歷史的經(jīng)驗再一次告訴我們,只有好的想法還不夠,要想青史留名,還必須為自己的想法貼上一個好的標(biāo)簽,還要生逢其時。在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展史上,我們可以多次看到了類似的案例。

第三,奠定數(shù)字世界基石的圖靈機(jī)模型,進(jìn)而是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法,是面向計算機(jī)軟件開發(fā)人員的,或者說是面向計算機(jī)應(yīng)用實現(xiàn)人員使用的。而數(shù)字孿生的表述則是面向非計算機(jī)專業(yè)的人員,或者說是面向計算機(jī)應(yīng)用人員,或者說是面向終端用戶的數(shù)字世界工作方式的一種表述。

但需要特別強(qiáng)調(diào)的一點是,圖靈機(jī)模型是數(shù)字孿生的基礎(chǔ),是數(shù)字孿生能力的自然約束。數(shù)字孿生這一表述最容易讓人們提出超越圖靈機(jī)能力的不切實際的要求,需要引起我們的警覺,別忘了還有NP問題是不能用計算機(jī)求解的。

第四,數(shù)字孿生的表述是多種類似表述中最生動形象的一個,也最容易讓非純計算機(jī)專業(yè)的應(yīng)用人員理解,更容易讓計算機(jī)應(yīng)用的終端用戶插上想象的翅膀,浮想聯(lián)翩,自我探索,進(jìn)而催生出更多、更有價值、更有意義的應(yīng)用,解決其所面對的各種問題。這恐怕是數(shù)字孿生概念最大的價值所在,也是數(shù)字孿生迅速成為當(dāng)下熱點的重要原因。

計算機(jī)應(yīng)用當(dāng)下更為流行的術(shù)語叫數(shù)字化,或數(shù)字化轉(zhuǎn)型,已經(jīng)進(jìn)入到了爆發(fā)式的增長階段,已經(jīng)進(jìn)展到了非純計算機(jī)專業(yè)人員主導(dǎo)的時代,新的階段需要有新的時代印記,這應(yīng)該是數(shù)字孿生這一概念提出后,被冷遇了十年之久才走了大眾視野的原因。

第五,數(shù)字孿生像霧像雨又像風(fēng)??梢园阉暈橐环N方法、一種模式,當(dāng)然也可以視為一種技術(shù)。但個人認(rèn)為,還是將數(shù)字孿生視為在數(shù)字世界中求解現(xiàn)實世界中問題時,更易于使用者理解問題求解過程或求解機(jī)理的一種主觀表述,一種思想方法,或者說是一種應(yīng)用模式。而不應(yīng)該視為一種技術(shù)。這一意見,估計會引起較大爭議。

如果非要將數(shù)字孿生理解為一種新技術(shù),那么這種新技術(shù)特定的內(nèi)涵又是什么呢?如果現(xiàn)在列出一個數(shù)字孿生方面的技術(shù)清單,就會發(fā)現(xiàn),清單中絕大多數(shù)是已有技術(shù),或者是現(xiàn)有技術(shù)的某種翻版,有點新瓶裝舊酒的感覺。比如,當(dāng)談?wù)摂?shù)字孿生的時候,無論如何也繞不過建模與仿真。而建模與仿真是已經(jīng)研發(fā)了數(shù)十年的技術(shù)。好像真的很難列出數(shù)字孿生專有的技術(shù)清單。

在將數(shù)字孿生落地的時候,就會發(fā)現(xiàn),只有數(shù)字孿生概念自身,幫不到企業(yè)什么,反倒是那些類似建模、仿真、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法、數(shù)據(jù)庫、云計算、ERP、MES、SCADA等能夠提供給企業(yè)莫大的幫助。

△圖源:ANSYS

如果還有疑問,可以采取反向思維,看看沒有數(shù)字孿生是否可以用現(xiàn)有的計算機(jī)技術(shù)求解實際問題。

所以,將數(shù)字孿生作為當(dāng)下國內(nèi)熱點——工業(yè)軟件的救星,智能制造的救世主,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的推進(jìn)器等努力,必定會滿載希望而來,鎩羽而歸。

第六,各種形式的數(shù)字孿生形式的提出,都與要解決的特定問題密切相關(guān)。建立一個現(xiàn)實世界對象的數(shù)字孿生與要求解的問題密切相關(guān),與問題求解程度密切相關(guān),或者說數(shù)字孿生的“孿生”程度,與人們求解的問題需要相匹配。所以,求解100類不同的問題就會有100類數(shù)字孿生。

那種試圖建立能夠滿足各種應(yīng)用場景需求的數(shù)字孿生標(biāo)準(zhǔn)和建模方法的努力,或者研究將會遇到極大的挑戰(zhàn)。其背后的深刻原因是,這個世界是極其多樣化的、復(fù)雜的,建立一個大一統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)或模型,恐怕現(xiàn)階段人的能力與技術(shù)以及資源條件,還不足以應(yīng)對這種努力。比如,GE提出的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng),只是嘗試解決提高工業(yè)革命后誕生的數(shù)以萬計的機(jī)器的利用率問題,工業(yè)4.0則是解決大規(guī)模個性化定制所需的動態(tài)自組織跨企業(yè)邊界的新型價值鏈等等。這些戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)的提出,都是問題驅(qū)動的解決方案,都有限定的目標(biāo)。

另一方面,對數(shù)字孿生的定義或理解,在目前還存在較大差異,或者說還沒有達(dá)成廣泛共識的狀況下,即便是能給出某種統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)、模型,又能有多大的實際價值?

在智能制造火熱時,我們搞智能制造標(biāo)準(zhǔn);當(dāng)CPS熱門時我們搞CPS標(biāo)準(zhǔn)。這么多年過去了,這些標(biāo)準(zhǔn)的實際應(yīng)用價值有多少?值得思考!現(xiàn)在數(shù)字孿生火熱了,難道要再搞一套一統(tǒng)天下的數(shù)字孿生的標(biāo)準(zhǔn)或模型?

也許,將數(shù)字孿生標(biāo)準(zhǔn)限定在特定行業(yè)、特定領(lǐng)域,還是具有一定的實際價值。如果非要搞統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)或模型,也應(yīng)限定在理論探討中,而不宜進(jìn)行大范圍的工程實現(xiàn)。

第七,嘗試建立一個100%相識的數(shù)字孿生,僅僅有理論意義,沒有實際工程價值,實事求是地講,技術(shù)上也做不到。這與物聯(lián)網(wǎng)中經(jīng)常提到的“萬物互聯(lián)”是一個道理,或許在科幻片中可以做到。這一點特別應(yīng)該引起新聞媒體朋友的注意,過分夸大的宣傳必然會誤導(dǎo)普通大眾。

第八,如果將數(shù)字孿生僅僅定義為現(xiàn)實世界對象在數(shù)字世界中的映射,理所當(dāng)然的可以將數(shù)字孿生應(yīng)用到各種數(shù)字化的場景中。這應(yīng)該是數(shù)字孿生的概念快速走出制造行業(yè),進(jìn)入到智慧城市、智慧醫(yī)療等領(lǐng)域的根本原因。將現(xiàn)實世界對象進(jìn)行數(shù)字世界映射,是任何數(shù)字化項目的必由之路。

第九,Gartner公司將數(shù)字孿生連續(xù)三年列入了十大戰(zhàn)略技術(shù)中,對國內(nèi)數(shù)字孿生的火熱,起到了推波助瀾的作用。這已經(jīng)成為國內(nèi),呼吁建立專業(yè)的數(shù)字孿生的研究機(jī)構(gòu)、將數(shù)字孿生上升為國家戰(zhàn)略的一個重要依據(jù)。

我們應(yīng)該要獨立思考、冷靜分析,看清楚數(shù)字孿生的實質(zhì),理性應(yīng)對。個人認(rèn)為,是該考慮將Gartner的預(yù)測趕下神壇的時候了。

第十,CPS與數(shù)字孿生有著近似相同的境遇。

狹義上,可以將CPS(Cyber-Physical Systems)看作是計算機(jī)嵌入式系統(tǒng)的一副更為學(xué)術(shù)一點的馬甲。同樣地,也很難以找到CPS自身獨有的實現(xiàn)技術(shù)。廣義上,CPS可以視為一種特殊形式的數(shù)字孿生,是數(shù)據(jù)輸入+數(shù)字孿生承載體+數(shù)據(jù)輸出的一個有機(jī)整體,大體上與嚴(yán)格意義下的智能產(chǎn)品、智能設(shè)備等同。技術(shù)實現(xiàn)上,CPS是一種通過網(wǎng)絡(luò)或接口實時采集到物理世界對象狀態(tài)數(shù)據(jù),并作為數(shù)據(jù)孿生承載對象的輸入,經(jīng)過數(shù)據(jù)孿生承載對象的加工處理,將結(jié)果再通過網(wǎng)絡(luò)或接口實時地,直接作用到物理對象上的特殊的數(shù)字孿生承載對象。

CPS的境遇,從某種意義上講,就是數(shù)字孿生的前世今生。

近來,智能制造領(lǐng)域的新觀念、新思想、新說法特別多,但大多是在沒有明確概念自身內(nèi)涵的前提下,在沒有自身新技術(shù)或獨特技術(shù)支撐的基礎(chǔ)上玩的概念游戲,讓人們無所適從。還有一部分人自娛自樂,發(fā)布一些是是而非的結(jié)論,比如說,有人說“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是智能制造的基礎(chǔ)”,也有人說“智能制造是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基石”,似乎哪個都對,都沒有問題,可兩者之間確實存在明顯的邏輯矛盾。

個人的觀點是,當(dāng)理解不了某個新概念、新想法的時候,不要盲目跟隨,可以看看它是怎樣落地的。說起來容易,做起來難,是一個永恒的真理。

如果仔細(xì)研讀一下CPS實際案例,列舉一下CPS自有的技術(shù)清單,就會對CPS有一個清醒的自我判斷。正如《霧里看花》的歌詞如是說,“借我借我一雙慧眼吧,讓我把這紛擾,看得清清楚楚明明白白真真切切”,道出了當(dāng)下的狀況。這雙慧眼,就是實踐,實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。

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