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数字孪生 点亮制造业的影子世界
发布日期:2018-10-08     文章来源:山东轻工网     作者:山东轻工网

    本月初,亚马逊市值超过万亿美元,再次封神。它是紧随苹果成为全球第二个市值进入万亿美元俱乐部的公司。要知道,它在第二季度的利润,还只有苹果的20%。就是这家利润未必抢眼的公司,一直被视为华尔街的宠儿。从电商业务到全球第一大云服务商,通过构建一个全新的数字生态,亚马逊实现了前所未有的爆发性增长,建立了全新的商业格局。
物联网引发的万物互联时代,正在呼啸而来。在工业领域,人们是否可以期待同样的数字生态和传奇出现?美国国防部高级项目预研局DARPA曾经启动的一个项目,就是想通过数字化技术引爆制造业,实现工业的幂指数增长。
   数字化工业,正在出现令人期待的局面。
    数字孪生 点亮制造业的影子世界
    根据业内专家宁振波的看法,制造业正在从爱迪生的实物试错法,走向模型仿真的一次定型法。这意味着,对应于“工业4.0”最早的概念中所提到的“智能产品”、“智能生产”和“智能服务”,数字孪生(Digital Twin,便于记忆也叫“数字化双胞胎”,本文混用)似乎是最好的礼物。
    数字化双胞胎是将物理对象以数字化方式在虚拟空间呈现,模拟其在现实环境中的行为特征。由于二者形成了一个闭环的互动,现实与虚拟之间的鸿沟不再。工业史上第一次,人类有机会彻底点亮一个黑暗、无言的影子世界。对于人们熟悉的产品、生产和服务,数字孪生无疑是一门重要而合手的战略性技术。而基于数字化双胞胎的数字企业,自然也就呼之欲出。
这张图,最为清晰的反映了数字化双胞胎世界中的三元结构。它实现了一个产品的终极意义:我是谁?哪里来?哪里去?

图1 实体和数字的交融


    数字化双胞胎完美地体现了软件、硬件和物联网回馈的机制,成为虚实两界的渡船。实时运行的实体,成为数字化双胞胎的源源不断的营养液输送线。
    天行健 万物皆有双胞胎
    这是一个颠覆性的变化。而对这一风向最敏感的捕捉,自然是来自全球工业风向标的汉诺威工业博览会。今年4月份在这次全球盛会上,汉诺威最重要的主题,就是聚焦在“数字化双胞胎”。各家企业使出浑身解数,拿出自己在数字化双胞胎的战略理念和实践。
    没有一个企业的数字战略会忽略数字化双胞胎的作用。SAP Leonardo平台为数字化双胞胎引入了一个云解决方案“预防性工程洞察力”。利用新并购的软件,评估分析从传感器来的压力、张力和材料数据,从而帮助企业加大对设备的洞察。
    这是一个双进化的过程。然而,这并不是IT独自的胜利,这也是机械制造行业的狂欢。数字化双胞胎正在成为一个企业走向数字化进程的标配。德国夹具公司雄克Schunk有5000多个标准产品 ,都将配置一个数字化双胞胎。在去年一家工厂的先导项目中,已经有50多个零部件建立了数字化双胞胎,并且实现虚拟安装和远程跟踪。而在未来,对于要交付的产品,数字化双胞胎可能会先于实物到达客户手中。

 
图2 夹具的数字化双胞胎


    数字技术的快速发展,使得虚拟的数字空间开始透入了明亮的光线。数据不再是隐形的羽毛,而是显性的翅膀。这些数据就像是人体的蛋白质,重新表达之后,形成了活灵活现的数字化双胞胎。没有任何力量,能够阻止物理世界对数字空间的向往,在后者抽象的空间中,物理实体开始不顾一切地复制自己。
    地势坤,数字化身正当时。
    数字交付引发组织冲击波
    数字化,是不是早已经是一个陈词滥调?在过去几年来一直做的,难道不都是在推进数字化吗?
    很不幸,事实并不是这样。
    福布斯杂志在2018年初讨论企业在发展数字化时,尖锐地指出它的缓慢发展。咨询公司凯捷在对1338名高管进行的调查显示,数字转型比人们最初想象的要复杂得多。“六年来,组织已经有很多时间来建立能力和经验,推动数字转换。人们自然会期待数字化的掌握水平,此刻会比2012年时有所提高。然而,我们的研究却发现了相反的情况。至少不是一个明显的进步 。”
很显然,数字化的演变尚未取得突破性的进展。然而,这种缓慢变化的背后,正在酝酿着全新的风暴。
    Gartner预测,到2021年有50%的大型企业都会使用数字化双胞胎。数字化双胞胎意味着企业要开始实现一种全新的商业逻辑:工业价值的数字交付,无论交付物是一件智能设备或产品,还是一座数字工厂,或是一条数字化产线。首当其冲的是,企业的首席信息官CIO,是否被授权来独立应付这份新任务?一家轮胎制造商,在为用户交付轮胎的时候,必须同时交付一套数字化双胞胎和支撑软件。这意味着,在轮胎的合同里面,将会出现软件交付和数字交付。这是一次商业的变异,远离了企业传统信息化的边界。这种严峻的考验,不仅涉及到了成本和经济性的问题,而且引发了商业模式和交付方式的思考。
    全新的激荡波,需要更加缜密的应对。人们的意识,比以往任何时候,更加真切地感受到这种撞击。工业界的思维方式,正在从天真时代、理智时代,走向科学时代:以实际演进路径作为控制,而非“历史教导我们”。
    这一刻,正是数字化紧锣密鼓进行的时候。

    IT与OT融合 工业互联网正当红
    工业互联网是企业数字化转型过程中最具雄心的一个实践。即使有媒体和观察家的推波助澜,工业互联网的深入人心,依然超过了任何人的估计。机器互联以迅雷不及掩耳之势,使得IT要素稳步注入企业设备运营部门(OT)。流动的数据自然是二者最重要的粘结剂。此时,观察一个企业家的数字化理念的成熟度,最好的试纸就是他对海量数据的态度。要超越传统业务的经营方式,管理层必须重新思考公司的结构。而IT部门和OT部门以何种方式的融合,也决定了工业互联网之路,可以走的有多稳健。
    颇具讽刺意味的是,在投入真金白金进行升级改造的许多大型企业中,智能制造和工业互联网,依然是两拨人马;而IT与OT融合的战略共识,也是处于谨慎的猜忌之中。
    二者的鸿沟,仍然巨大。
    打破这个僵局,不能完全靠企业内部的边界去解决。更好的思路,是打破边界,从厂墙之外,重新思考问题。工业互联网,正在试图填满IT与OT之间的各种缝隙。与很多消费者互联网不同,工业互联网不会出现只有双雄寡头的局面。但最后能够胜出的,依然要靠生态的力量。
    从最简单的认知来看,工业互联网并不复杂。底层需要设备连接,中间需要各种复杂的设备管理和数据分析,而最上端的则是各种应用。一开始许多工业互联网平台的竞争焦点,都放在底层。很快,大家就将战场转移到中间层。然而,对用户真正有价值的突破,却是来自最上层的各种场景应用。
    对此,大家都心知肚明,必须鼓励更多的伙伴进入,建立丰富的场景应用,工业互联网平台的价值才会更大。于是围绕着社区开发、围绕着众多中小企业的生态建设,开始变得热闹起来。GE的创新数字工坊,2017年4月在上海旗帜鲜明地开幕。作为全球生态化的一部分,它意图带动更多的伙伴进入数字化的平台。
    西门子工业物联网平台也在低调地进行同样的努力。西门子基于云的开放式物联网操作系统MindSphere,自2016年在汉诺威首次公开亮相之后,便在各种尝试中不断的加速迭代。其战略价值也日趋凸显,成为西门子全面数字化解决方案的组成部分。最重要的是,它实现了用统一的顶层逻辑,完整地覆盖了西门子诸多工业领域的战略底盘。正是因为事关重大,西门子也表现了高度柔性的实用主义原则,先后落脚SAP、微软、亚马逊云。而在中国,则在今年选定了阿里云。
    云、平台、操作系统,这些在IT领域已经清晰的概念,在工业领域的边界,还需要仔细的廓清。然而,有一点可以肯定的是,如果数据真的是石油,那么西门子期望MindSphere就像是神奇的总闸门,哐当一声(就像开瓶器开酒瓶一样)闸门开启,数据石油从机器里面喷溅而出。
    数字化轨道的跃升路径
    这些急于推动工业进入快速数字化轨道的公司,它们首先需要改变的其实是自己。这里面挑战最大的是传统工业企业。为此,通用电气付出了惨重的代价。它最近一年所赢得的头条关注,几乎都不是它前两年闪闪发光的工业互联网理念,而是它在组织的自我修正所带来的地动山摇。很难说清楚大家对它近两年的复杂情绪:工业互联网似乎成了一副发泄华尔街投资人情绪的泻药,一个百年来一直广受尊敬的企业巨人,被搞的摇摇晃晃。业界也无不跟着目瞪口呆:工业互联网这条最具典型意义的数字化之路,真的是如此颠簸吗?
    这可能只是一个孤例。能源市场意外走低、执行力不足,其实都是造成GE股价持续大跌的重要原因。而即使如此,当下的GE仍然没有放弃数字化战略,它只是需要暗自收缩前CEO不顾一切所许诺下的边疆。过于激进,恐怕是这个工业老司机最不该犯下的错误之一。
    然而,这些都不重要了。从行业发展趋势来看,工业互联网也不再需要旗手了:人人都在争当旗手。数字化也不需要标杆了,家家开始争着上赛道。
    这背后,首当其冲的就是软件的力量。
    全球最大的军火制造商洛克希德马丁,可并不是只在为美军制造战机。它正在为美国军方的未来作战理念——网络中心战NCW——建立一个武器全集成平台。所有武器无论是导弹、无人机还是匹马单枪,都是无缝接入。这,才是未来的武器之王。而这个制造巨头,正是世界上最大的软件企业,以代码数量而言,超过微软。依靠着无处不在的软件和数字技术,洛克希德马丁推动自己成为一个数字化企业,也在成就美国军部的豪言,“没有一个士兵是在孤军作战”。同样在工业领域,没有一台机器是孤立作业,它们彼此相连,与数字化双胞胎相连。
    锻造这样的工业世界,似乎才是工业巨头的真正归宿。GE的前CEO伊梅尔特最广为流传的是:“GE一夜醒来,成为一个软件公司”。这句话,恐怕还是混淆了IT化和数字化的区别。后者是根植于工业本身,与纯IT还有一定距离。正如他在演讲中透露出的片断中所暗示的那样,伊梅尔特应该是受到了太多来自微软员工的IT理念的影响。
    颇具戏剧意味的是,GE原来设定的在2020年成为全球十大软件公司的目标,被西门子悄悄地实现了。在过去十年中,西门子以超过110亿美元的收购规模,大幅扩大了其在软件上的投资组合。这个疾风暴雨般的疆土扩张,使得西门子成为欧洲仅次于SAP的第二大软件供应商。
    深海侯门,一脚跨入。拥有37.7万名员工的西门子,软件工程师比例已经达到了7%。2017财年,西门子数字化服务和软件业务营收已经超过52亿欧元,数字化工业丰厚的未来,已经近前来报。
    在2014年的“2020愿景”规划中,西门子就开始明确地区分了电气化、自动化、数字化三大领域,并组建了数字化工厂集团。而四年之后的2020愿景再出发的时候,西门子再度大跨一步,“数字化工业”赫然成为三大“运营公司”之一,与“天然气与发电”、“智能基础设施”并列 。几年前被分离出去的过程工业与驱动集团,重新与数字化工厂集团合并。数字化工厂集团四年前跨出的一大步,现在已经站稳根基,成为未来工业的支柱。
    这次新成立的数字化工业公司的核心仍然是自动化,但它将更加专注于能够从数字化中获益最多的先进硬件和软件。而工业控制产品和低压开关及控制装置,则被重组到新的智能基础设施公司,与那些用于楼宇控制和数字电网的产品重新组合。
    十年时间,西门子成为一家全球Top10的软件公司。而四年之内的两次大调整,西门子正在用实践表明,软件公司并不是它的归宿。在数化转型的道路上,西门子为别人鸣枪,也为自己发出了起跑口令:从工业巨头走进软件企业,再到数字帝国。这,才是工业巨头最向往的自由之地。
    数字化不是有待锁定的电台信号,不是北京正南3000公里的飓风,而是满格的手机信号,是扑面而来的热浪。企业数字化不是趋势,而是现实。
    IT的平民时代
    数字化之战既然已经打响,炮火最密集的战场,自然落在了应用层。每一个制造企业,都在寻找让行业知识更容易地被用户所使用的方法。而工业APP,成为IT与OT融合的最佳场景,也是数字化转型的重要一环。
    工业APP的建设,是每个工业企业,在面临数字化转型都需要思考的问题。换言之,设备运营很重要,信息化部门也很重要。那么一个微妙的问题出现了:IT与OT,到底谁管谁?在实际的企业中,OT是一个很强势的传统部门,在数字化改造过程中,这一关是信息化部门很难逾越的。而替OT找到快速入门IT,无疑是一个障碍最少的的路径选择。
    总有聪明的先行者,抢先去解决这样的问题。一家成立于2005年,天生基于云架构,而且提供低代码应用的程序开发供应商,就是为了简化最终用户的物联网应用程序开发。不懂IT的OT人员可以快速上手,轻松构建应用程序,这样工厂大量的知识将可以直接进行开发。
    很难理解这样的公司,一开始是如何在逼仄的空间中,存活下来到今天。但在当前数字化正当时的时代,它成功卡位。而西门子在今年,则非常低调地收购这家叫做Mendix的公司。其实也不低调,毕竟是6亿欧元现金。只是大家对Mendix不太熟悉,并未给出相应的关注。
    严格意义上讲,这次并购是一个跨界的并购。它跟西门子其它任何一次的软件并购,都不相同。这次并购背后,不是IT的理念,不是信息化的拓展,而是数字化的信念。面向OT的IT,意味着在数字化的时代,也是一个平民IT化的时代。
    工业互联网正当红,IT与OT融合恰逢其时。
    小记:你要哪里去
    数字化,首先看到的是成本。这是每个企业最为犹疑的地方。这让人想起战国时期的一场投入产出比的经典激辩。为了疲劳秦人,勿使伐韩,韩国著名的水利专家郑国上计给秦王开辟运河。在意图被发现之后争辩说“始臣为间,然渠成亦秦利也”。这段成功地辩解最后成就了举世知名的“郑国渠”。因了这条运河,关中为沃野,而秦则得以富强。
    未来,只有数字化企业才能生存、才能攫取财富。智能硬件、支撑软件和数字服务,是数字化的三大支点。这是传统工业的软肋,往往不能同时驾驭。然而这是必经之路。基于数字化之上的数字工业生态,才是未来工业财富的根本保障。
    儒生去朝廷,道僧入山林,墨子访平民 。企业数字化,你要哪里去?