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安筱鹏:数字孪生——通向零成本试错之路

(本文根据阿里研究院副院长安筱鹏博士在2020113"星系2020、预见2030—新经济朝阳跨年会"上的演讲整理)


未来十年,信息通信技术发展及数字化转型重要的主题是,如何重建数字商业基础设施。

1、未来十年,企业面临的重大挑战是,如何面对消费者主权崛起

回望过去的100多年,整个工业经济最重要的一个标志是规模化生产、福特式生产。福特有句名言,"不管消费者需要什么,我只有黑色"。在这100多年间,工业界、学术界、管理界不断研究探讨规模经济背景下,如何提高生产的成本、质量、效率和交期。今天及未来,企业面对的最大的挑战是消费者主权的崛起,我们每一个消费者的意愿都可以充分地表达、聚合,并广泛参与并深刻地影响整个供给体系。

面向未来,企业如何面对消费者主权崛起的重要挑战,企业能否适时、精准响应消费者需求,正成为企业核心竞争力的重要组成部分。欧莱雅中国总裁兼首席执行官 Fabrice Megarbane曾讲到,22年前,欧莱雅进入中国时美妆行业面对的是“千人一面”,而今天则是“一人千面”。对于化妆品企业来说,能不能做到“一人千面”是其核心竞争力的重要标志。

2、全球迈向信息技术体系架构大迁移时代

今天,我们看到整个的商业世界变得复杂,这种复杂来自消费者需求的碎片化、场景化,来自产品本身的变得越来越复杂,来自供应链体系的复杂性。传统的机械设备,不断加载了通信模块、CPU、存储、上亿行软件代码,产品变得越来越复杂。面对复杂的商业场景,在过往二三十年所构建的传统IT架构及解决方案,越来越难以适应商业系统的复杂性,越来越难以快速地对需求的碎片化、实时化做出精准的、科学的、实时的、低成本的响应。

基于云计算、边缘计算、IoT的新技术新架构,正在构建面向复杂商业世界的新解决方案,一个新的数字商业基础设施正在兴起。这个数字商业基础设施,是把原有的基于计算存储的资源不断迁移到云平台上,把原有孤立的、分散的业务系统打碎,重新构建在基于云计算及中台体系上,包括数据中台、业务中台、IoT中台,各种各样SaaS化的应用软件,可以形成面向角色、面向场景、响应需求的解决方案。

3、智能技术群的“核聚变”推动新型数字商业基础设施重构

新型数字商业基础设施是由什么样的技术构成的呢?5G、物联网、互联网、大数据、云计算、AI、数字孪生、边缘计算。事实上,这些技术并不是在一个平台上。任何单一的技术在这场变革中都不可能完成某种功能,新的技术架构体系需要多种技术的组合,这是智能技术群落的一场"核聚变",它们正在构建新型的数字商业基础设施。MEMS传感器和IoT可以收集更多的数据,5G更加高效、低成本、低延时传输各种运动设备,人工智能、数字孪生、云计算、边缘计算,都以不同的角色发挥作用。

这些技术都扮演了什么样的角色?今天可以把所有信息通信技术的逻辑放在数据+算力+算法的体系中,去看它对未来数字化转型的价值。数字化转型本质是两个革命:工具革命和决策革命。传统机器设备不断被智能化,成为智能工具。同时,信息技术的价值在于把正确的数据、在正确的时间、以正确的方式,传递给正确的人和机器,以优化资源配置的效率。无论IoT、云计算,数字孪生互联网数据,最终是要为企业决策提供数据。我们正在进入数据+算力+算法定义的新世界。

就数据而言,今天我们每天基于大量的摄像头、MEMS传感器各种设备,以及基于互联网不断产生海量数据。就算力而言,今天的计算正在演变成基于云计算、边缘计算、泛在计算的复杂体系,智能手表、智能运动鞋、无人驾驶汽车都会各种计算,无所不在的计算体系正形成,云计算+边缘计算+移动计算,将构建今天计算体系的新架构。算法是对物理世界运行规则的逻辑化、代码化,这种规则包括物理的、化学的、生物的,也包括业务流程化的各种规律。在数据+算力+算法的体系中,“+”就是5GNB-IoT、时间敏感网等各种新网络体系,各种各样能够把数据、算力、算法连起来的一套体系。

数据+算力+算法正在构建一个数字孪生的新世界,这个世界对于我们有什么的价值?

4、创新是一个持续试错的过程

数字孪生对于创新的意义重大。

什么是创新?我们对创新有很多种解释,从某种意义上来讲,创新就是试错。我们要开发一架飞机、一辆汽车、一部手机,要发明一个电灯泡,都会有各种各样的技术的解决方案,这些解决方案都是在试错的过程中不断去完善的。汽车需要做多次碰撞试验,飞机要做几万小时的风洞实验,安全性才能够达到最终的要求。这些本质上都是不断试错的过程,工艺路线试错,研发设计试错,制造加工试错等等。如何制造加工,选用什么材料,采用什么工艺,加工温度是多少,采用什么气体,等等,都是一个个不断试错的过程。质量有一个爬坡期,在质量的爬坡期,从60%的成品率提高到99%的成品率的背后,是一个试错的过程。

客户需求的判断分析,也是一个试错的过程。开发了一辆汽车、一架飞机、一件衣服、一个手机,还有食品、化妆品等等,这些产品是不是客户所需要的,需要我们不断地去派样,先让客户体验一下,客户认可之后,再大规模地生产。过去的服装是大规模生产,百万件甚至上千万件地生产,今天的服装生产是小批量定制的模式,这些从本质上看都是企业对客户需求的一种试错过程。过去都是要把衣服、汽车等产品开发生产出来让客户试用,然后再判断是不是符合客户的需求。此外,还有商业模式的试错,我们在探索商业模式的过程中,也是一个不断试错的过程,然后不断地去迭代,找到一个最优的模式。

5、通向零成本试错之路:构建数字孪生世界

今天,企业、国家之间的竞争不仅仅是创新能力的竞争,也是创新效率的竞争。市场上的成功不仅仅是能不能开发设计生产出来某种新产品,而是能不能高效率、低成本、快速地推出市场需要的产品。

创新是一个试错的过程,那把创新跟数字孪生放在一起来看时,数字孪生的价值是什么呢?数字孪生的价值,就是找到了一条零成本试错之路。事实上,零成本永远不可能实现,就像零库存永远不可能实现一样,它背后传递的是一种理念。1953年日本丰田公司提出高质量、低库存的生产方式——及时生产JITjust in time),丰田生产模式的及时生产、精益生产的理念核心关键词就是零库存。企业能实现零库存吗?也许不可能真正实现零库存,但企业可以不断地去逼近零库存这样一个理想状态。对于一个企业来说,试错总是有成本的,但是今天有了一种新的方法论,这个方法论就叫做数字孪生,可以把试错的成本降到最低,不断地去逼近零成本。

数据+算力+算法,连接起来作为一种信息基础设施,或者把它定义为数字商业基础设施,它有什么价值?它在做一件事情,无论芯片、物联网、大数据、云计算,都在数字孪生的虚拟世界中描述现实的物理世界,在此基础上,持续诊断、预测、决策,找到一条通向零成本试错之路。

达索科学家说达索不是软件公司,而是科技公司。达索的科学家给我们讲心脏的构造,心脏中某一块肌肉的拉力极限是多少?心肌细胞电脉冲的规律是什么?达索与全球最顶级的医学院合作研究心脏的规律,基于此来构造虚拟世界中的数字心脏。这个数字心脏有什么价值呢?它可以缩短医疗器械研发生产周期,可以快速通过设备验证,可以提高实习医生的学习效率,可以提高医生手术的质量。

这套方法论,不仅在医疗上,在经济社会各领域正在成为一种现实,我们称之为数字孪生的世界。物联网、大数据、云计算正在描绘一张蓝图,虽然现在看不清楚长什么样子,星星点点、模模糊糊的,但是可以预测未来,所有这些技术都在虚拟世界重构物理世界。

过去开发一辆新汽车,需要做30次碰撞试验,今天只需要做一次,明天可能一次也不要了;过去要碰撞、再设计、再制造、再碰撞,反复迭代周期很长。今天,人们可以在虚拟世界仿真。

过去研制一架飞机需要上万小时风洞实验,现在风洞实验可以减少很多;过去飞机从立项到首飞需要近20年,现在只需要10年。

过去设计生产火车,需要把火车生产出来,在京沪线上跑起来进行;今天可以通过虚拟高速列车在虚拟的京沪线上跑起来,测量不同的时速下高铁的电流、电压,稳定性、安全性、可靠性,以及每个座位上的噪音。在此基础上快速地迭代产品的研究周期,提高研发效率。

马斯克的SpaceX公司将火箭发射成本已经降低到传统商业发射公司1/10以下,在数字世界重构火箭研发新体系发挥了重要作用。火箭研制绝大部分成本都耗费在试车过程中,火箭发动机研制75%成本在“试验、失败、修改”,SpaceX公司通过仿真技术,一方面替代大量传统实物试验,提高研制效率、降低成本;另一方面,创新研制新方法,如通过仿真分析成功采用机械冷分离,替代传统爆炸式热分离。为了满足仿真需要SpaceX公司甚至自己开发计算流体力学仿真软件(CFD)。

2018年阿里天猫平台上的新品5000多万,2019年发展到有上亿新品。3C产品新品从一年上新一次到每年上新两次以上,美妆从每年上新一次到每月上新一款旗舰商品,个人护肤上新从18-24个月缩短到9个月,电器从2-3年上新到每年上新两次。其背后在于天猫与品牌厂商合作,构建了一套在数字世界中模拟消费者对产品评估、评价、反馈的新机制,大大提高了新产品的研发效率。无论是3C、美妆、个人护肤品、电器、服装等很多产品的研发生产效率大幅提高,他们内在的逻辑跟飞机、汽车开发机制是一样的。

数字建筑也正沿着这个方向去演进。今天,人们可以把城市通过虚拟化的方式在数字孪生世界中呈现出来,每一个建筑、每一个房间、每一个通风口都可以在数字孪生的世界呈现、展示、模拟、优化。未来10年,如果围绕数字化转型做一件事情,那就是重构一个新的数字商业基础设施,在这个基础之上,构造数字孪生的世界。

当今数字孪生的世界还是碎片化的、静态的,未来一定是动态的,实现物理世界与赛博空间数据实时互动,把来自物理世界的数据传递给数字孪生世界,数字世界快速优化、反馈,服务于交通、制造、建筑、医疗等方方面面。

6、人类社会认识客观世界的四种方法论

这场数字商业基础设施的重构,对整个社会带来了什么?它构造了一种新的认识和改造世界的方法论。

首先是理论推理。在过往的几百年间,人类进步依赖于天才科学家牛顿、爱因斯坦等,他们通过抽象、归纳、数学,去认识发现这个世界的规律。

二是实验验证。100多年前,爱迪生为了发明电灯,采用了各种各样的材料,在几千种材料不断试错,发现最好的发光材料,这是试验验证方法论来认识世界。这种方法论今天仍然是我们认识世界的重要方法。

三是模拟择优。今天有了软件、IoT5G、人工智能这些新技术,我们在构造一个新的改造和认识世界的方法论,这就是模拟择优。在一个虚拟的世界中去还原、优化物理世界所发生的事情。

四是大数据分析,模拟择优是一种基于机理模型的分析,大数据更多是基于相关性的分析。


数字商业基础设施的变化,对整个经济社会带来的影响才刚刚开始,未来还有更广阔的空间。