数字孪生的神话

2020-11-26

数字孪生的神话


数字孪生越来越火了。有5G、物联网和大数据这三大支柱的支持和护航,数字孪生开始从构想走向现实。这个脱胎于航空航天器维修和工业互联网的概念,最近频出人们的视野。而且随着京东数科和中国信通院等企业和研究机构关于智慧城市的力推,这个概念也越来越广义和模糊。


所谓数字孪生,也可以简单理解为“数字克隆”,其前身是计算机仿真。仿真是在对研究对象进行形象概括、结构抽象的基础上建立模型,然后完成模拟研究的过程。比如风洞,比如MatLab。而数字孪生有了大数据作为后盾,雄心勃勃地想要抛弃仿真的概要性,直接把目标订在了以前时代望洋兴叹的11上面。它希望将复杂对象的交互运行及内在演化过程在虚拟空间中完成映射,从而反映实体系统的全生命周期过程。换句话说,它旨在对真实设备或系统创造一个数字版的“克隆”。

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没有5G,物联网不会落地;没有物联网,真正的大数据也还没有成熟。现在,数字孪生即将瓜熟蒂落。它带来的技术红利也许是惊人的,人工智能的智慧城市管理、无所不在的智慧家居、天衣无缝的工业管理,想像有多远,发展空间就有多大。所以有人鼓吹这是下一次产业革命,还有人称这是将人类的健康监测和大脑管理升级为“数字人”的必经之路。


但我认为,这个时候,恰恰有必要探讨一下数字孪生的美梦背后,存在的风险。对数字孪生引申到各个领域的必要性,我认为同样值得商榷。

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在数字孪生最早应用的航空器维修领域,媒体曾这样形容,“如果确实存在一架与物理世界飞机相对称的数字孪生飞机,让每一个零部件的信息都可感知,那么,针对飞机的异常分析与预防性维修都将变得更加容易。”确实,无论是空客还是波音,对此都有深入的研究和应用。基于ACAS系统的预防性维修已经在民航业大规模普及,维修效率得到大幅度的提升,收到了良好的经济效益。但是,被波音引以为傲,被宣称“数字化、智能化程度最高”,能够“大幅减少人为操作失误”的737 Max机型,它的问题不是出在维修上,而是出在操控上。恰恰是因为对此的过度应用和对人工智能的错误依赖,忽视了人的决策优先权,才导致了两次坠机事故的发生。737 Max的全球停飞不是数字孪生的正面案例,而是负面的。


更早的负面案例是十年前的法航447空难。要确定信号的真实有效,一个信号必须由三个传感器来保证21的逻辑有效性,所以空客飞机的飞控传感器设计了三套。但空速管的信号失效仍然成为了空难的关键诱因。因此,要确定传感器是否正常工作,又需要更多的传感器。


既然物联网的所有信号都来自传感器,既然数字孪生系统的构建目标是将系统的所有部分按1:1进行数字映射,那么每一个部件都需要三个传感器来确定其状态,而每一个传感器又需要三个上级传感器来确定其状态子子孙孙无穷匮也。事实上,一个完全1:1的数字孪生系统理论上是不可能构建的。


这就引出数字孪生的另一个风险:传感器悖论。如果不采用传感器的层叠布局,那么真实对象和数字孪生之间的差距有多大呢?失之毫厘谬以千里的道理亘古不变。人类和大部分哺乳动物的基因差距小于5%,和黑猩猩的基因差距甚至不超过2%,“但就是这小小的差距决定了人类是地球的统治者,而不是其他动物”。大数据与正确的决策之间,并不存在必然的因果关系,就是因为这失掉的毫厘。正确的决策是超越数据的,否则创造软件产业的应该是IBM而不是比尔盖茨,发明汽车的应该是马车夫和邮政局而不是卡尔本茨。讽刺的是,IBM这次又是数字孪生的积极倡导者。

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考虑成本因素,数字孪生在飞机预维修上的作用也许是经济的,但低级别工业产品的数字孪生就毫无必要。同样是机械维修,汽车因故障抛锚带来的风险并不如飞机那样直接关系生命安全,所以总体上是可以容忍的。简单用途的工业产品,通过产品质量和寿命周期的控制已经能够很好地达成目的,根本没有必要建立为物联网而物联网的数字孪生。更不用说数字孪生所需的大数据中心或者区块链带来的资源消耗。数字孪生和区块链状态下的物,相当于一个联邦状态;而没有数字孪生的物态世界,相当于一个自治状态。何处才是两者恰到好处的平衡?


马车、轮船、火车、飞机,行动速度的不断提升意味着世界和空间距离的不断缩小,人类到达和改变世界的能力越来越强。而数字孪生反其道而行,对象的不断细节化感知意味着数据量的暴增和物化空间的不断膨胀,从一定意义上与人类的全局观和系统自适应能力背道而驰。新古典经济学曾经以为,以创造完全竞争和掌控完全信息为前提,可以导出资源的最优配置,可以导出最无效的“有效市场”,更可以导出计划经济与市场经济同等效率的结论。数字孪生仍然是在这条老路上前进。


可以理解,人类对确定性的追求,对不确定性的排斥,实际上来自对未知的恐惧,来自对生存的忧虑。但它并不是这个世界的本来面目,对数字孪生的追捧必然指向更新形态的机械物理观和机械决定论。它必然在发展到一定阶段之后,遭遇量子世界的天花板。

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数字孪生更长远的一个风险,是它与脑机接口技术以及虚拟现实的深入结合之后,可能滋生出《黑客帝国》一样的矩阵世界。


费尔巴哈说,“人们更愿意用符号代替事物的所指,用复制代替原创、用幻想代替真实、用表象代替本质。幻觉一旦是神圣的,真理就会被亵渎”。假如数字孪生能够有一天真正掩盖了现实的物和人,我们的生活就不再是直接可控的了。虽然这一切现在仍然只是一个幻想,但假如技术的发展升级能够制造出一个个幻想的自我实现和快乐的世界体验,真正将我们诱惑到对它更深层次的依赖上,相信没有谁可以帮助我们摆脱这种忘我的处境,引导我们离开这种虚幻的世界,回到实实在在的现实生活。


到那个时候,我们从本质上说不再生活在这个世界上。呼吸和心跳都不再必需,生命的能量和血液的流动都仅仅是锦上添花的“孪生”而已。

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