微软在人工智能和物联网时代如何布局

艾欧体(Aiouti)物联网资讯:2017年11月18日,广州,国际金融论坛(IFF)第14届全球年会在广州举行。

今天的演讲主题是“数字孪生(Digital Twin)”,虽然数字孪生作为一个前瞻性的概念尚处于早期阶段,但全球著名的Gartner顾问公司还是将数字孪生列为2017年全球十大战略技术之一,这是有原因的。

从技术实现角度来看,数字孪生技术的普及应用的确还有待于整体社会数字化程度的提高,但数字孪生的理念,已经为人类未来的智能社会发展指明了方向。过去几十年在通讯领域和电脑领域的迅猛发展,无论是称之为互联网革命还是移动互联网革命,或是当下最流行的人工智能,其本质还是在利用数字化技术提高人类社会的效率,以降低社会成本和提高人类的生活品质。而数字化社会的终极目标,就是在数字虚拟空间里建立对物理世界的完全仿真,然后再利用数字化技术,建立虚拟空间与物理世界的实时互动来达到提高效率,降低成本的目的。在工业领域,数字孪生有两个前提条件:需要有一个实时在线的客户群,以及实时在线的企业。

这里所说的在线,不只是以ID表示的“人”或“物”的身份在线,还要通过传感器系统和通讯系统实现每一个ID下“人”和“物”的各种物理状态在线。这两者结合,就创造了将物理世界中的存在和行为完全数字化的基础,再加上软件的力量,就有可能实现物理与数字虚拟世界的共存与共荣。

由此而产生的效率提高,不仅会降低成本,还可提供更加优化的用户体验。在这里要补充说明一下数字孪生(Digital Twin)与数字主线(Digital Thread)这两个既相关又有所区别的概念。大概而言,数字主线与智能化制造密切相关,而数字孪生则把制造上游的原材料和制造下游的用户使用因素也关联进来,从而形成整体社会的数字化效应。今天我的重点是介绍数字孪生在智能制造领域的应用以及微软公司与智能制造技术长达几十年的渊源。

我先举一个基于微软Azure工业云服务的智能工厂的范例说明利用智能工业云的智能制造场景供大家参考。示范网址在www.microsoftazureiotsuite.com/demos/connectedfactory。

大家可以看到,通过“云计算”,“物联网”,“大数据”和“人工智能”技术,我们首先可以实现实时监测全球工厂的生产情况。通过对工厂实时数据的采集,传输,存储,加工,分析和显示,用户可以直观了解到全球范围内的工厂状态。当出现问题时(在控制板上以红点表示),再一步一步跟踪下去,可以实时跟踪到工厂中哪一条生产线出了问题,再点入,可以看到生产线上哪个设备出了问题,再点入,看这个设备上哪个部件出现了问题,同时每一步都有详细的物理世界的实时数据显示,在这种情况下我们可以对生产过程进行高效实时的远程监控,实时维护,以及基于智能算法的预测性维护。

刚才的演示只是个例子,那么实现数字孪生的基本要素是什么呢?顾名思义,首先是“数字化”,而数字化的前提是什么呢?需要先建立起一个将物理世界中的所有“物”与“人”关联在一起的优质数据结构。我在微软做了十多年的Windows操作系统,过去几十年微软在桌面电脑和商用领域的成功有助于大家理解未来几十年在中国产能转换、产业升级方面需要做哪些准备。需要指出的是,操作系统绝不仅仅是一个技术话题,它是一个形而上哲学层面的话题。人们需要时刻反思的是操作系统到底起了什么作用?在过去近二十年全球市值排头五位的上市公司,只有微软一直在里面。早期的能源公司,金融公司都悄无声息了。

其原因绝对不仅仅是前期的Windows、Office或现在的云计算或人工智能那么简单,其根本还是在于微软对于数字化的深刻理解,以及因此在社会数字化进程的每个阶段都能推出与时俱进的产品与服务的能力。尽管“数字化”的话题很热门,但绝大部分人还是低估了数字化对社会、对产业的冲击。我在另一个报告中曾强调,数字化的本质是效率提高和成本下降。这种成本下降不是以降低利润或者是杀价产生的成本下降,而是由效率提高带来的真正的成本下降。这种成本优势具备“降维打击”的能力。

怎样更好地理解数字化的优势呢?举个例子,如果把一定大小的石子放在一个容器里,假设可以放下十粒石子,那么我们先假定这个容器有承载十粒石子的能力或广义的“效率”。如果把这些石子打成粉末,那么同样的容器可能能够放入等同于原来二十粒石子的物质。颗粒度越小,在容器容量没有改变的前提下,可容纳的物质数量越大。也可以说,在没有改变容量的前提下,细粒度化本身就造成了容器效率的提高。我们如果把“粗糙”的物理过程理解成大颗粒的石子,那么经过数字化处理后的同样过程,也就是变为“0”和“1”的代码之后的过程,就是效率提高的过程。

现在另一个人们开始热烈讨论的话题是SDX,Software Define Everything,软件定义一切。软件处理的就是数字化对象,社会数字化的过程,就是将粗粒度的物理世界细粒度化的过程。所以当软件遇到高度数字化后的社会,就造成整个社会的关联度和效率的大幅度提高。纵观过去几十年的寻呼机时代、手机时代、互联网时代和即将来临的万物互联的智能时代,就是一个数字化程度不断提高的历史,也是一个社会生产力不断提高的历史,同时是一个社会效率不断提高的历史。大家可能还记得在寻呼机时代、手机时代,中国的电子产品走私现象还是很严重的。当时广东番禺有一个易发市场,承载着绝大多数的电子走私产品。现在番禺批发市场早就没有了。为什么?除了国家大力管控的因素外,还有一只无形的经济之手在起作用。

在二三十年前由于中国的工业能力还不强,我们的产品无论怎么杀价成本还是下不来,而发达国家在先进生产力条件下制造的产品具有质量与成本的双重优势,走私就会出现。但现在不同了,这是由于中国制造业的生产力提高了,我们可以制造出既具备成本优势,又具备质量优势的产品。我经常开玩笑,再过几年大家可能会发现大量的中国货会走私到那些闭关锁国的先进国家去,因为他们的工业化程度落后了。由于工业效率上不去,成本降不下来,这就会遭遇到从更高生产力而来的降维式的打击。这就是数字化本质,理解这个本质才有可能理解我们现在应该做什么。

讲了这些数字化发展史,跟微软有什么关系呢?跟刚才所说的产能转换,产业升级又有什么关系呢?大家可以看看接下来要谈的这几个关键词,一个是数字孪生,一个是OPC UA,一个是全息影象。数据孪生一个是数字一个是孪生,数字代表数据化能力,孪生是如何把物理世界跟数据化结合,核心本质是把两项融合之后产生最大的效率化。

关于OPC UA,背后的故事就很有意思了。我在微软工作多年,其中有十年做与Windows相关的业务。我曾经跟一些Windows的早期开发人员交流,问Windows成功的内涵?他们的回答很简单,It Is Run Time,也就是“运行时”。当电脑上执行的程序都需要你的“运行时”来控制和协调时,所有电脑上的动作都要由你的操作系统来执行,那么它对整个以电脑为基础的IT产业链的影响就最大。这些程序需要操作系统做什么呢?除了教科书上讲的对电脑的资源管理和提供友好的人机界面以外,还有一个很重要的任务就是为所有在操作系统中运行的程序提供一个可共享的数据结构。微软自身不是工业制造领域的专家,但如果大家去参观全世界任何一间先进制造工厂的话,其生产线上使用的工控电脑应该大部分都是运行在Windows上的。

很多人都不知道,微软的数据专家在二十多年前就为打通人、电脑和不同设备之间的无缝沟通做出过巨大的努力,为了实现这一目标,微软在当时推出了COM数据结构,后来由COM数据结构发展到分布式COM,也就是DCOM,再由DCOM发展到OPC,最早OPC叫OLE for Process Control,OLE是对象的链接和嵌入。现在智能制造领域力推的OPC UA标准,其前身就是OPC,而OPC的前身就是OLE for Process Control。了解了这段历史,大家可能就能够大致体会到无论技术如何演绎,总有些基本的东西是不会改变的,其中就包括数字化重要性和与数字化息息相关的数据结构。

其实过去几十年数字技术和软件技术,对人类社会产生这么大的影响,就是用数字化的概念把物理世界进行不同层次的抽象,不同抽象方式之间产生的效率之争又体现为各种编程语言和编程方式之间的竞争。如果大家有机会了解这点的话,就有助于了解选择合适的数字化技术和数据结构对物理世界进行抽象的重要性了。

有关数据结构的重要性,还有一个典型的例子就是微软的活动目录,Active Directory技术。可以这样说,正是由于这个毫不起眼的活动目录,使得微软的桌面产品可以取得如此巨大的成功。

其核心,还是一个可以把“人”,“电脑”和“行为”互联互通的数据库结构。大家都知道,微软的创始人比尔·盖茨先生当初的的愿景是要保证每人桌面上都有一台电脑,如果全世界电脑都连上的话,怎么样用一种非常有效的分层,分权限和分区域的数据库结构管理人、管理电脑、管理工作,其底层靠的就是活动目录。活动目录的成功,造就了当初微软桌面领域的辉煌。秦始皇统一中国在历史上这么出名,他作为始皇帝很重要的一点就是做到了“书同文,车同轨”,从而造就了社会生产力的巨大发展。一个统一的,有效的数据结构,对于数字化社会发展的贡献,绝不亚于“书同文,车同轨”的成就。未来几十年将是中国领导的时代,如果主管智能制造的领导部门能够在这一轮的工业数字化过程中实现类似于始皇帝“书同文,车同轨”的成就,那对中国智能制造业的发展将产生巨大的促进作用。

与此相关的还有关于时空大数据的概念。微软研究院有一个先进的时空大数据研究成果,用于城市计算领域。时空这个词很有意思,世界是时空,宇宙也是时空。咱们信息化百人会的十方研究名称里的十方,也与时空有关。刚才介绍的数字孪生技术主要以智能制造为主,如果把概念扩展至智慧化社会的层面,我们就需要建立成时空化的数据结构,也就是XYZ再加上一个T。

XY是常规的网格化管理,把北斗卫星的立体数据建立起来,就成为XYZ,再加上时间,就建立起了时空数据。中国下功夫建立起一个统一的时空大数据平台,在这里所有人、机器、设备、流程全都数字化,可以说在新的智能时代来临前做了一个始皇帝的工作,就是等同于“书同文,车同轨”。

微软自己也在做数字化转型,我们同时希望成为业内数字化转型的伙伴和使能者。我曾经与一个智慧城市规划专家交流,他说他们的最大的痛点是搞IT的人不懂行业,但懂行业的人又不懂IT。我说太感同身受了,搞IT的人如果不具备行业知识,就去到一个行业说我帮你做转型,其实是很不负责任、很自大的话。但要同时成为行业与IT的专家又很难,所以行业专家与IT专家的协同作战成为目前实体经济转型成功的关键因素。

现在是智能社会来临的前夜,我们要充分认识到数字化对这个社会所带来的冲击,理解这个之后,物理世界中的所有对象,不管是人还是工厂,包括物和流程,全部数字化之后,再加上软件的作用,形成物理世界与虚拟世界的孪生关系,才能产生最大的效率提高。

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