為什么數(shù)字孿生關(guān)系到整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展

本周，中美的未來科技角力，圍繞華為CFO被捕一事，幕后較量再次升溫。就像飛機(jī)在超越聲速之時(shí)，需要克服音爆的沖擊一樣，挑戰(zhàn)和超越傳統(tǒng)強(qiáng)國的科技優(yōu)勢(shì)，從中國制造轉(zhuǎn)型為中國“智造”，正在經(jīng)歷這個(gè)從巨大的防燥防爆中破繭而出的瞬間。華為事件之外，我們忽視了什么，有哪些盲區(qū)值得我們關(guān)注，有哪些科技短板隱藏著巨大機(jī)會(huì)，是本文希望探索的話題。

這是我在【物女心經(jīng)】專欄寫的第103篇文章。

物聯(lián)網(wǎng)尚未爆發(fā)，卻提先遭受了“音爆”。

音爆，是當(dāng)飛機(jī)突破音速時(shí)，產(chǎn)生的一種聲學(xué)現(xiàn)象。在飛機(jī)達(dá)到聲速的瞬間，飛機(jī)追上向前傳播的聲波，形成類似駐波的情況，聲波發(fā)生干涉自激，所以如同爆炸一般。

本周，中美的未來科技角力，圍繞華為CFO被捕一事，幕后較量再次升溫。就像飛機(jī)在超越聲速之時(shí)，需要克服音爆的沖擊一樣，挑戰(zhàn)和超越傳統(tǒng)強(qiáng)國的科技優(yōu)勢(shì)，從中國制造轉(zhuǎn)型為中國“智造”，正在經(jīng)歷這個(gè)從巨大的防燥防爆中破繭而出的瞬間。

華為事件之外，我們忽視了什么，有哪些盲區(qū)值得我們關(guān)注，有哪些科技短板隱藏著巨大機(jī)會(huì)，是本文希望探索的話題。

日前，工業(yè)軟件公司Aras獲得了高盛7000萬美元的投資，這一事件卻并未引起足夠的重視。如今我們已經(jīng)進(jìn)入軟件定義一切的時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)認(rèn)知物理世界的第一步，便是將物理世界數(shù)字化，也就是為各種硬件抽象出來其數(shù)字孿生。這家名為Aras的公司所生產(chǎn)的軟件工具，正是數(shù)字孿生的重要使能產(chǎn)品。因此在本文中我將嘗試討論：

為什么這家在國內(nèi)少有耳聞的工業(yè)軟件公司，會(huì)獲得高盛7000萬美元的投資？

數(shù)字孿生在未來將會(huì)如何演進(jìn)？

數(shù)字孿生是物聯(lián)網(wǎng)的底層邏輯

在分析這樁投資所蘊(yùn)含的意義之前，我們先來看看數(shù)字孿生（Digital Twin）。

也許有人認(rèn)為，數(shù)字孿生只存在于工業(yè)領(lǐng)域，這其實(shí)是一種錯(cuò)誤認(rèn)知。數(shù)字孿生并不局限于特定的行業(yè)或者領(lǐng)域，而是貫穿整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)邏輯。

就像基因刻載了生命的大數(shù)據(jù)，保存著生命在孕育、生長(zhǎng)、繁殖過程中的重要信息，數(shù)字孿生猶如設(shè)備的“基因”，在數(shù)字空間構(gòu)建了一套表征該設(shè)備在設(shè)計(jì)、研發(fā)、工作、迭代過程中的虛擬實(shí)體。

數(shù)字孿生具有很強(qiáng)的延展性，有些數(shù)字孿生只是對(duì)單個(gè)傳感器或設(shè)備的建模和指代，有些數(shù)字孿生則是整個(gè)智能系統(tǒng)的代言人，展示了系統(tǒng)中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、能源分配和設(shè)備實(shí)時(shí)情況。物理世界中的設(shè)備與數(shù)字世界中的“孿生”，兩者的關(guān)聯(lián)不是單向和靜態(tài)的，而是時(shí)時(shí)對(duì)應(yīng)、并貫穿整個(gè)產(chǎn)品生命周期的始終。

數(shù)字孿生帶來的不僅僅是更便捷的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、更低廉的試錯(cuò)成本、更精細(xì)的測(cè)量、更可靠的預(yù)測(cè)和更易于復(fù)制的經(jīng)驗(yàn)，它還升級(jí)了人們對(duì)于“模型世界”的認(rèn)知，打開了通過數(shù)字世界改造物理世界的窗口。缺少了數(shù)字孿生在數(shù)字世界中構(gòu)建的設(shè)備“基因”，物聯(lián)網(wǎng)就缺失了通過數(shù)字世界認(rèn)知和改造物理世界的底層邏輯，可以說，數(shù)字孿生處于物聯(lián)網(wǎng)啟蒙的“咽喉”地位。

意大利豪車品牌瑪莎拉蒂生產(chǎn)出了全新一代的Ghibli跑車，通過數(shù)字孿生的理念，瑪莎拉蒂對(duì)軟件里的數(shù)字化模型進(jìn)行設(shè)計(jì)和測(cè)試，縮短了30%的新款車型設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)間，將跑車上市的時(shí)間縮短了16個(gè)月，同時(shí)Ghibli跑車的產(chǎn)量提升了3倍，卻又保持了不變的品質(zhì)。

看到了數(shù)字孿生的廣闊前景，Gartner在最新發(fā)布的2018技術(shù)成熟度曲線中，將數(shù)字孿生置于波峰位置。Gartner認(rèn)為數(shù)字孿生利用物理模型、傳感器采集、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，在虛擬空間中完成了對(duì)現(xiàn)實(shí)的映射，實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的升級(jí)。

作為數(shù)字孿生的必備管理工具之一，PLM（Product Lifecycle Management）產(chǎn)品生命周期管理軟件發(fā)揮著重要作用。PLM中包含CAD計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、PDM產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、SPDM模擬過程數(shù)據(jù)管理、CAPP計(jì)算機(jī)輔助工藝流程規(guī)劃等環(huán)節(jié)，涉及一個(gè)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)管理、物料管理、工藝管理、生產(chǎn)管理、維護(hù)維修的整個(gè)流程。

PLM成為投資的熱門領(lǐng)域

前文提到的工業(yè)軟件公司Aras，核心產(chǎn)品就是PLM軟件。Aras是微軟在PLM領(lǐng)域唯一的一家金牌合作伙伴，其產(chǎn)品也是全球首款獲得了美國構(gòu)型管理協(xié)會(huì)（Institute for Process Excellence）四星認(rèn)證的開放式企業(yè)級(jí)PLM，與西門子Teamcenter比肩。在獲得高盛的7000萬美元投資之前，Aras還獲得了銀湖資本的4000萬美元投資。因此在一年內(nèi)，Aras獲得的投資數(shù)額超過1億美元。

高盛考核被投企業(yè)的指標(biāo)之一，是幾乎肉眼可見產(chǎn)生回報(bào)的能力，獲得高盛的投資意味著Aras的“印鈔”本領(lǐng)非同一般。在具體的商業(yè)模式上，Aras并沒有照搬“前輩”的慣性思維，而是另辟蹊徑。

Aras采用同類企業(yè)中絕無僅有的打法：它的基礎(chǔ)模塊免費(fèi)、不限制用戶點(diǎn)數(shù)，通過增值服務(wù)和套件收費(fèi)，利用PLM軟件用戶粘性較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，逐步積累了開發(fā)者生態(tài)和用戶群體的網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)，因而最終從西門子、達(dá)索、PTC等一眾強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手中脫穎而出。

與傳統(tǒng)PLM動(dòng)輒數(shù)百萬、上千萬的初始資金投入形成反差，Aras的軟件僅需十幾萬成本便可起步，從而滿足了中小企業(yè)對(duì)于產(chǎn)品生命周期管理的需求。成功的商業(yè)模式使得Aras成為PLM領(lǐng)域發(fā)展最快的公司之一，連續(xù)3年Aras的平均增長(zhǎng)率都在60-65%之間，客戶群體亦逐步從中小企業(yè)轉(zhuǎn)向通用汽車、寶馬、空中客車等大型企業(yè)。

其實(shí)Aras只是縮影之一，拉遠(yuǎn)放大來看，以之為代表，與數(shù)字孿生密切相關(guān)的PLM，正在成為投資的熱門領(lǐng)域。Arena、Propel、Jama Software都是在過去兩年中吸引了大量投資的PLM軟件公司。

如果我們將視角進(jìn)行橫向細(xì)化，從不同行業(yè)來看，PLM又有各種變身。

比如在芯片領(lǐng)域，EDA（Electronic Design Automation）軟件，可以通過計(jì)算機(jī)創(chuàng)建的“數(shù)字孿生”不斷試錯(cuò)，以較低的成本設(shè)計(jì)出合格的芯片產(chǎn)品。目前我國進(jìn)口額最多的產(chǎn)品不是原油而是芯片，國內(nèi)EDA設(shè)計(jì)工具的欠缺已經(jīng)成為制約中國芯片行業(yè)崛起的“七寸命門”，如果缺少了EDA這一必備工具，上千億的芯片都不過是硅土。

在建筑領(lǐng)域，BIM（Building Information Modeling）軟件是建筑物在設(shè)計(jì)和建造過程中，創(chuàng)建和使用“數(shù)字孿生”的工具。BIM建模對(duì)于工程師、建筑師、設(shè)計(jì)師和施工人員來說是一個(gè)改變游戲規(guī)則的工具，讓各種物理空間在設(shè)計(jì)和建造的過程中，可以采用通用的思維模式，同時(shí)為嘗試無人酒店、綠色建筑等新型運(yùn)營(yíng)模式打下基礎(chǔ)。

雖然PLM乃至數(shù)字孿生如此重要，但是相關(guān)的核心軟件，卻是中國的一大短板。這與我們長(zhǎng)期以來，認(rèn)為硬件是核心的產(chǎn)業(yè)鏈思維有關(guān)，國內(nèi)企業(yè)普遍不重視軟件這一人類知識(shí)的數(shù)字化成果，但這個(gè)觀念到了“不得不”扭轉(zhuǎn)的關(guān)鍵時(shí)刻。

整個(gè)世界逐步被軟件定義。一方面，全球各大傳統(tǒng)硬件巨頭，比如蘋果、西門子、波音，都已化身為由軟件驅(qū)動(dòng)的科技公司。另一方面，隨著傳統(tǒng)軟件逐步云化，以SaaS應(yīng)用的形式對(duì)外輸出，版權(quán)意識(shí)愈發(fā)規(guī)范。如果構(gòu)建“數(shù)字孿生”的核心軟件這個(gè)短板不能補(bǔ)上，中國在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，可想而知仍將處于被動(dòng)位置。

數(shù)字孿生的未來之路

最后，我們?cè)賮碚務(wù)剶?shù)字孿生的未來之路。數(shù)字孿生以產(chǎn)品為主線，貫穿了產(chǎn)品生命周期中的不同階段，它在生命周期的不同階段引入不同的要素，形成了不同階段的表現(xiàn)形態(tài)，具體包括設(shè)計(jì)階段、制造階段，以及服務(wù)階段的數(shù)字孿生。

（圖片源自西門子）

既然數(shù)字孿生是為物體植入“基因”，那么這種基因就可以脫離人類的意志，通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)創(chuàng)建。因此，數(shù)字孿生的創(chuàng)建和管理過程，正在逐漸由人工智能來掌舵。

11月29日，PTC作為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的風(fēng)向標(biāo)之一，宣布收購Frustum，為其CAD產(chǎn)品引入人工智能和衍生設(shè)計(jì)（Generative Design）能力。

這里對(duì)“衍生設(shè)計(jì)”略作解釋，它是一種模仿自然的進(jìn)化設(shè)計(jì)方法。傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)是：

全新的衍生設(shè)計(jì)，則是計(jì)算機(jī)和設(shè)計(jì)師一同創(chuàng)造。工程師將設(shè)計(jì)目標(biāo)以及材料、制造方法和成本限制等參數(shù)，輸入到生成設(shè)計(jì)軟件中。與拓?fù)鋬?yōu)化不同，該軟件探索解決方案的所有可能排列，快速生成設(shè)計(jì)備選方案。它能測(cè)試并從每次迭代中學(xué)習(xí)哪些有效，哪些無效。即：

除了建筑結(jié)構(gòu)、平面視覺、消費(fèi)電子產(chǎn)品等領(lǐng)域，衍生設(shè)計(jì)還被服裝、珠寶、工業(yè)等領(lǐng)域所采用。Under Armour用它設(shè)計(jì)新款跑鞋，航空巨頭空中客車用它設(shè)計(jì)放生機(jī)艙的隔離結(jié)構(gòu)。

同時(shí)，隨著數(shù)字孿生的不斷發(fā)展，我們與物理世界的互動(dòng)關(guān)系也可能會(huì)發(fā)生變化。在這種變化的進(jìn)程中，區(qū)塊鏈或?qū)⑵鸬街匾饔谩?/p>

以SAP為代表的企業(yè)，正在嘗試將區(qū)塊鏈與PLM、資產(chǎn)管理等軟件相結(jié)合，解決合同與數(shù)據(jù)分散導(dǎo)致的溝通和管理成本過高、以及創(chuàng)意與應(yīng)用在不同公司之間流轉(zhuǎn)的問題。

Gartner預(yù)測(cè)，到2021年有50%的大型企業(yè)都會(huì)使用數(shù)字孿生。數(shù)字孿生意味著企業(yè)將要開始實(shí)現(xiàn)一種全新的商業(yè)邏輯：產(chǎn)業(yè)價(jià)值的“數(shù)字”交付——無論交付物是一件智能設(shè)備或產(chǎn)品，還是一座數(shù)字工廠，亦或是一條數(shù)字化產(chǎn)線。

首當(dāng)其沖的是，誰被授權(quán)獨(dú)立應(yīng)付這份新任務(wù)？一家輪胎制造商，在為用戶交付輪胎的時(shí)候，必須同時(shí)交付一套數(shù)字化雙胞胎和支撐軟件。這意味著，在輪胎的合同里面，將會(huì)出現(xiàn)軟件交付和數(shù)字交付。這是一次商業(yè)的變革，拓展了企業(yè)傳統(tǒng)信息化的邊界。

數(shù)字孿生，未來的發(fā)展空間巨大，而我們尚處于變局的原點(diǎn)。目前很多企業(yè)都在嘗試?yán)脭?shù)字孿生促進(jìn)產(chǎn)品全生命周期管理，越來越多的案例就發(fā)生在我們身邊，美國的灣流宇航公司Gulfstream Aerospace Corporation已經(jīng)取得了豐富經(jīng)驗(yàn)和良好效果。

最后，衷心感謝西門子工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品專家李恒在成文過程中對(duì)我的大力支持。2019年，物聯(lián)網(wǎng)智庫有意舉辦“物聯(lián)網(wǎng)+？”巡回研討會(huì)，“？=工業(yè)軟件”是其中的重要選項(xiàng)，現(xiàn)招募演講者，歡迎聯(lián)系智庫小伙伴報(bào)名。

本文小結(jié)：

1.數(shù)字孿生不局限于特定的行業(yè)或者領(lǐng)域，而是貫穿整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)邏輯。它猶如設(shè)備的“基因”，在數(shù)字空間構(gòu)建了一套表征設(shè)備在設(shè)計(jì)、研發(fā)、制造、迭代過程中的虛擬實(shí)體。

2.數(shù)字孿生的必備管理工具之一，新型PLM產(chǎn)品生命周期管理軟件正在成為投資與布局的熱點(diǎn)領(lǐng)域。

3.如果構(gòu)建“數(shù)字孿生”的核心軟件這個(gè)短板不能補(bǔ)上，中國在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，很可能仍將處于被動(dòng)位置。