龍小昂 | 數(shù)據(jù)要素支撐數(shù)字化轉(zhuǎn)型

數(shù)字化轉(zhuǎn)型是當(dāng)前很多組織的發(fā)力點(diǎn)，形式多樣。數(shù)據(jù)要素則是一個(gè)重要線索。數(shù)據(jù)要素已經(jīng)從國家層面正式提出來，這是一種全新的思維方式轉(zhuǎn)變。每一個(gè)數(shù)據(jù)，其實(shí)都是數(shù)據(jù)要素，但這個(gè)要素一直在變換形態(tài)。從設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)、制造、營銷，一直到用戶使用，它面向的群體是不一樣的。因此，數(shù)字要素是有生命力和應(yīng)用場(chǎng)景的。在數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中，如何發(fā)揮數(shù)字要素的價(jià)值，非常值得關(guān)注。而不同的相關(guān)群體，如在預(yù)測(cè)和決策方面所要求的數(shù)據(jù)要素，關(guān)系也大不相同。


數(shù)字孿生是將數(shù)據(jù)要素重新編織在一起的重要載體。在整個(gè)數(shù)據(jù)要素的變化過程中，包括設(shè)計(jì)對(duì)象數(shù)字化、運(yùn)行環(huán)境數(shù)字化、運(yùn)行模型數(shù)字化，同樣的數(shù)據(jù)參與了不同的流程，呈現(xiàn)了不一樣的特征。

數(shù)字孿生就像是數(shù)字化的替身演員，與物理實(shí)體相比，它的試錯(cuò)成本會(huì)大幅度降低。人們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)完成調(diào)試和改善的成本是巨大的，而利用數(shù)字孿生技術(shù)則可以利用模型驅(qū)動(dòng)，提前虛擬試錯(cuò)，減少昂貴的物理實(shí)體的移動(dòng)和消耗。

筆者在2008年就開始組建數(shù)字孿生的團(tuán)隊(duì)，為一家煙草工廠的設(shè)備零部件建立起 3D 虛擬輔助維修，以解決昂貴的機(jī)器維修問題。當(dāng)時(shí)一臺(tái)設(shè)備的投入動(dòng)輒上億人民幣，近2萬個(gè)零部件，沒有三年以上的培訓(xùn)，工人不敢開動(dòng)機(jī)器；而一旦機(jī)器有了故障，往往需要等國外工程師來修復(fù)。后來采用了將機(jī)器零部件逐一建立1:1的數(shù)字模型，然后按照機(jī)器運(yùn)動(dòng)軌跡，建立空間實(shí)際運(yùn)動(dòng)機(jī)理，并且將電路圖、使用指南的知識(shí)都進(jìn)行了數(shù)字化。這三者不同的數(shù)據(jù)要素重新結(jié)合在數(shù)字孿生機(jī)器里。當(dāng)機(jī)器有故障的時(shí)候，維修人員就可以按圖索驥，直接在屏幕上分析出故障位置，并且借助于電子手冊(cè)，找到合理的維修方式。早期的數(shù)字孿生，讓一臺(tái)高不可攀的設(shè)備，變成可以輕松上手的尋常機(jī)器。

十三年過去了，隨著數(shù)字化技術(shù)的完善，數(shù)字孿生也越來越成熟。2021年5月27日，國家統(tǒng)計(jì)局公布了《數(shù)字經(jīng)濟(jì)及其核心產(chǎn)業(yè)統(tǒng)計(jì)分類(2021)》(簡(jiǎn)稱“統(tǒng)計(jì)分類”)。數(shù)字孿生首次列入其中，正式成為國家統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。

從數(shù)據(jù)要素到數(shù)字孿生，落地應(yīng)用越來越務(wù)實(shí)，這是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的快速進(jìn)步。

那么，數(shù)據(jù)源從何而來，向何而去？道理很簡(jiǎn)單，實(shí)踐很繁雜。

這幾年的智能制造，讓IT與OT兩個(gè)不同方向的團(tuán)隊(duì)開始走向融合。但是信息化的團(tuán)隊(duì)盡管在絞盡腦汁研究機(jī)器如何管理，如何做設(shè)備控制模型，但實(shí)際對(duì)設(shè)備并不了解。而OT的團(tuán)隊(duì)則不懂編碼技術(shù)，心中萬千體會(huì)也無法實(shí)現(xiàn)軟件化表達(dá)。如果這是兩支團(tuán)隊(duì)分別行動(dòng)，那么IT與OT兩張皮的現(xiàn)象是永遠(yuǎn)存在的。后面我們用數(shù)字孿生技術(shù)最好的方法是，OT人士和IT人士組成一個(gè)緊密的團(tuán)隊(duì)，并且以數(shù)字孿生為對(duì)象，將很多數(shù)據(jù)在邊緣側(cè)解決。特斯拉電動(dòng)車就代表了一種很簡(jiǎn)單而先進(jìn)的方式。汽車有兩類芯片，一類芯片是控制車子的運(yùn)行，還有一類芯片在管理現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。在行駛過程中，邊緣側(cè)會(huì)有自己的處理程序。如果碰到一條新路，云端沒有的時(shí)候，邊緣側(cè)先形成一套路徑。隨后這段新路段的所有數(shù)據(jù)，就會(huì)全到云上。而后下載到任何一臺(tái)特斯拉的汽車，一條新路變成了所有車的老路。數(shù)據(jù)的特征描述也同樣非常重要。就地處理數(shù)據(jù)，就涉及到數(shù)據(jù)清洗。很多臟數(shù)據(jù)和不準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)需要剔除掉。而對(duì)于處理好的數(shù)據(jù)，由于如此之多，必須能夠快速合理地設(shè)置標(biāo)簽，以便于后續(xù)不同場(chǎng)合進(jìn)行調(diào)用。就地處理，實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽認(rèn)定和標(biāo)識(shí)界定，就可以使得數(shù)據(jù)的去向變得非常清晰。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的架構(gòu)，從邊緣層、PaaS，到SaaS層來區(qū)分，這是一種視角。如果完全從另外的角度來看，也就是數(shù)據(jù)要素的架構(gòu)。一個(gè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)里面，它的數(shù)據(jù)要素是什么？所有數(shù)據(jù)放在這里是干什么，為什么要放在這個(gè)位置，哪些數(shù)據(jù)是在Paas層，哪些是在邊緣層，搞清楚這個(gè)原理了，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)就迎刃而解了。

原來的信息化系統(tǒng)都是由N個(gè)不同信息化公司建立的，所有數(shù)據(jù)都是單列的，天生就是煙囪式一樣的相互分離。很多數(shù)據(jù)庫，如ERP數(shù)據(jù)庫、MES數(shù)據(jù)庫、大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫、邊緣側(cè)的數(shù)據(jù)庫，都各自為政。但是如果從場(chǎng)景應(yīng)用出發(fā)，從數(shù)字孿生角度看，就可以把數(shù)據(jù)庫做成一體化。有了被標(biāo)識(shí)過的數(shù)據(jù)，無論它們來自何方，都可以按照一個(gè)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行統(tǒng)一排隊(duì)和分類。就像是用同一個(gè)數(shù)據(jù)庫，將各種數(shù)據(jù)庫直連，人們可以在任何時(shí)候，尋找所需要的數(shù)據(jù)模型，改變響應(yīng)的指標(biāo)參數(shù)。

數(shù)字孿生是應(yīng)用場(chǎng)景的虛擬化，每一個(gè)領(lǐng)域、每一個(gè)行業(yè)、每一個(gè)設(shè)備、每一個(gè)裝備、每一個(gè)產(chǎn)品都是不一樣的，而不一樣的數(shù)字孿生的數(shù)據(jù)要素，如何變成統(tǒng)一？就是要靠數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)。只有數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)統(tǒng)一，才能讓數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化流動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)橫向集成或者縱向集成。

那么既有的信息化系統(tǒng)需要重構(gòu)嗎？

并不需要。原有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可以看成是風(fēng)箏，而這些系統(tǒng)自有的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，就像是風(fēng)箏的拉線。任何第三方的數(shù)據(jù)（風(fēng)箏）抽取以后，都可以帶著“尾巴”參與業(yè)務(wù)的重新編排使用，而借助于拉線則很容易跟原有系統(tǒng)建立關(guān)聯(lián)。在新的數(shù)字化平臺(tái)上，數(shù)據(jù)是自由流動(dòng)的，而且可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)化，推動(dòng)數(shù)字孿生完成規(guī)定動(dòng)作。。


數(shù)字孿生為場(chǎng)景而生。如果它無法快速復(fù)制，那么建立一個(gè)一個(gè)數(shù)字孿生將是昂貴的。最好的方法就是將支撐數(shù)字孿生的數(shù)據(jù)要素形成模型化和規(guī)則化的方式。同時(shí)要有數(shù)字孿生生產(chǎn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生的快速生產(chǎn)、調(diào)用、復(fù)制和組合。

如果把數(shù)字模型、驅(qū)動(dòng)模型、設(shè)計(jì)模型、管理模型全部融合成數(shù)據(jù)標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)自由流動(dòng)，那么這樣數(shù)字孿生將可以變得廉價(jià)。而且，它可以實(shí)現(xiàn)跨界面的應(yīng)用。例如原來一臺(tái)人機(jī)界面只能看到某一臺(tái)設(shè)備的情況，而現(xiàn)在數(shù)字孿生的跨界面性，可以使得一個(gè)人可以隨時(shí)調(diào)出其他機(jī)器的設(shè)備運(yùn)行情況，而且可以實(shí)現(xiàn)交互，甚至反控。

一個(gè)數(shù)字化工廠在建設(shè)過程當(dāng)中，可以同步建立一個(gè)數(shù)字孿生平臺(tái)。設(shè)計(jì)圖紙會(huì)同時(shí)導(dǎo)入到數(shù)字孿生平臺(tái)，二者按照1:1的比例關(guān)系。與此同時(shí)，這些模型之間，按照一定的約束關(guān)系進(jìn)行重新組合。當(dāng)生產(chǎn)線發(fā)生變化的時(shí)候，由于數(shù)字孿生帶有的數(shù)據(jù)，具有邏輯可追溯性，因此很容易進(jìn)行再次組合。一臺(tái)機(jī)器原來放在A廠區(qū)，現(xiàn)在放到B廠區(qū)了。只要點(diǎn)擊相關(guān)運(yùn)行程序，A廠區(qū)所有的數(shù)據(jù)都會(huì)全部調(diào)用過來，B廠區(qū)的人就只需要尋找變化量進(jìn)行配置，其他數(shù)據(jù)配置都是一鍵導(dǎo)入。大大降低了生產(chǎn)線的調(diào)試時(shí)間。五年前一個(gè)工廠的數(shù)字孿生，20個(gè)人需要一年。而現(xiàn)在5個(gè)人2個(gè)月就能建一個(gè)數(shù)字化工廠的數(shù)字孿生空間，而且展示的面板都是不用寫代碼的。

表面的柔性，離不開底層的支撐。在建設(shè)數(shù)字孿生平臺(tái)的過程中，首先需要支持多種協(xié)議接口，強(qiáng)大的集成功能包括輔助決策。而數(shù)據(jù)則是多樣化，包括設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、經(jīng)營管理數(shù)據(jù)、裝備銘牌數(shù)據(jù)等。除了這些靜態(tài)數(shù)據(jù)之外，還要包括各種生產(chǎn)工藝配方、設(shè)備消耗、人員管理、日常排班等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。數(shù)字孿生在建設(shè)的過程當(dāng)中，它與數(shù)據(jù)要素是交融的。除此之外，每一個(gè)環(huán)節(jié)里面還需要加入控制邏輯，實(shí)現(xiàn)具體的業(yè)務(wù)模型驅(qū)動(dòng)。只有這樣，一個(gè)工廠才能從數(shù)據(jù)工廠變成模型工廠，最終走向智能工廠。

筆者十年來通過實(shí)踐，建立了一個(gè)龐大的知識(shí)圖譜，很多知識(shí)通過數(shù)字化進(jìn)入了一個(gè)企業(yè)的知識(shí)體系。一家制造商生產(chǎn)的價(jià)值7000萬的設(shè)備，在賣給客戶的時(shí)候，沒有一頁說明書，沒有一本操作手冊(cè)。所有數(shù)據(jù)、信息和知識(shí)點(diǎn)，都包含在機(jī)器系統(tǒng)之中。這種連裝備帶知識(shí)的一體化數(shù)字化交付機(jī)器的方式，引起了用戶的高度好評(píng)。昂貴機(jī)器的使用，再也不需要很高的門檻。數(shù)據(jù)要素，通過知識(shí)圖譜，構(gòu)建了一個(gè)一個(gè)友好界面的數(shù)字孿生，與工廠操作工可以實(shí)現(xiàn)高度互動(dòng)和智能性輔導(dǎo)。一臺(tái)設(shè)備的旁邊，悄然駐扎了設(shè)計(jì)師、工藝員和故障維修工。

這種數(shù)字孿生平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)跨產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用。在一個(gè)省的數(shù)字化轉(zhuǎn)型項(xiàng)目中，它需要從一產(chǎn)一直到三產(chǎn)的全產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)動(dòng)。首先從原產(chǎn)地的育苗、山林、陽光等開始記錄數(shù)據(jù)。隨后進(jìn)入復(fù)雜的制造環(huán)節(jié)，既有發(fā)酵等流程行業(yè)工序，也有高速包裝這樣的典型離散制造。最后進(jìn)入流通環(huán)節(jié)，也可以實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者一碼追溯。數(shù)據(jù)要素在全環(huán)節(jié)的流動(dòng)過程中，層層增值，而不同形式的數(shù)字孿生，則相互交融、套合，形成一套全鏈價(jià)值的提升。

數(shù)據(jù)要素已經(jīng)獨(dú)立解放出來，呈現(xiàn)出自己活靈活現(xiàn)、天馬行空的風(fēng)格，但有效的約束是必不可少的。而數(shù)字孿生則讓數(shù)據(jù)流動(dòng)變得井然有序，充分吸收不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來形成價(jià)值合力，逐漸釋放數(shù)據(jù)要素的交易性特征。從這些角度出發(fā)，數(shù)字化轉(zhuǎn)型就有了堅(jiān)實(shí)的基座。