西門子數(shù)字化世界

能不能以遠(yuǎn)程方式控制和維護(hù)成千上萬(wàn)的建筑物和機(jī)器？當(dāng)然可以。這是一個(gè)龐大的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)新全景的組成部分。在這里，現(xiàn)實(shí)世界的幾乎所有實(shí)物都有數(shù)字的對(duì)應(yīng)。

對(duì)象一經(jīng)數(shù)字化，即可被無(wú)限制地克隆及重新分配，且無(wú)需耗費(fèi)任何成本。

從古籍、地籍冊(cè)，到數(shù)不勝數(shù)的各種工業(yè)設(shè)施組件和城市構(gòu)筑物，現(xiàn)實(shí)世界里的事物紛紛有了數(shù)字化對(duì)應(yīng)物。隨著這一趨勢(shì)的愈演愈烈，數(shù)字世界不僅從物質(zhì)層面，而且從機(jī)能層面復(fù)制了現(xiàn)實(shí)世界。因此，我們不僅能調(diào)用詳盡的數(shù)字化圖像――譬如，工廠車間里的機(jī)器配置圖，而且，還可以從實(shí)際出發(fā)，模擬在這樣的環(huán)境中對(duì)工人而言最安全的安裝位置和符合人機(jī)工程學(xué)的配置。當(dāng)然，這歸功于以生物測(cè)定學(xué)為基礎(chǔ)、能精準(zhǔn)表征人類特性的技術(shù)的發(fā)展。

與此類似，隨著奧地利維也納Aspern區(qū)建設(shè)的如火如荼，西門子中央研究院（CT）開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)正使用四軸飛行器生成的圖像，來(lái)跟蹤、記錄在這片占地240公頃的工地上所進(jìn)行的施工活動(dòng)。這種能自動(dòng)將當(dāng)前數(shù)據(jù)與以往數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)的系統(tǒng)，也被廣泛用于跟蹤工廠內(nèi)部的變化，以保證數(shù)字版的規(guī)劃方案符合的實(shí)際情況。

秘訣：軟件。這種對(duì)象和功能均朝數(shù)字世界大規(guī)模遷移的現(xiàn)象背后，是什么在起支撐作用呢？使這一切成為可能的秘訣，當(dāng)然是軟件。軟件，在幾乎每個(gè)技術(shù)領(lǐng)域都起到了重要作用，這一點(diǎn)從西門子公司研發(fā)預(yù)算的40%都用于軟件開(kāi)發(fā)上便可見(jiàn)一斑。西門子中央研究院的工作集中在跨領(lǐng)域項(xiàng)目和諸如改進(jìn)架構(gòu)、降低復(fù)雜度等根本性的問(wèn)題上，它雇傭了大約4500名程序員和軟件架構(gòu)師。在整個(gè)公司，西門子總共雇傭了大約1.75萬(wàn)名軟件工程師，他們聚集在各種各樣的項(xiàng)目上，從模擬“好奇號(hào)”火星探測(cè)儀，到創(chuàng)新發(fā)電廠的控制系統(tǒng)；從用于優(yōu)化鐵路系統(tǒng)的顯示屏幕，到面向操作室的圖像、數(shù)據(jù)融合解決方案等等，不一而足。

當(dāng)今世界，數(shù)字化技術(shù)大行其道，軟件扮演關(guān)鍵角色的例子比比皆是。譬如，在紐倫堡附近，有一座專門生產(chǎn)Simatic可編程邏輯控制器（PLC）的西門子工廠。在這里，西門子的NX和Teamcenter軟件系統(tǒng)每天要追蹤大約5000萬(wàn)道生產(chǎn)工序的結(jié)果，從焊接溫度到拾取-貼裝速度，無(wú)所不包。這座工廠的生產(chǎn)合格率能高達(dá)99.9988%，這些跟蹤信息功不可沒(méi)。通過(guò)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，這些信息被發(fā)送到工廠的研發(fā)部門，用于優(yōu)化現(xiàn)有及規(guī)劃中的生產(chǎn)線及生產(chǎn)工藝。

這座工廠的自動(dòng)化程度非常高，因此被譽(yù)為朝第四次工業(yè)革命邁出第一步的楷模——在第四次工業(yè)革命的愿景中，為了自動(dòng)優(yōu)化生產(chǎn)工藝，現(xiàn)實(shí)世界和虛擬世界將相互吸取經(jīng)驗(yàn)。這座工廠憑借高效率而享有卓著聲譽(yù)，當(dāng)之無(wú)愧地成為了其他工廠的榜樣。譬如，在地處中國(guó)西部的成都，一座幾乎是這座德國(guó)工廠的翻版的工廠正在幫助滿足中國(guó)對(duì)PLC的旺盛需求。從汽車生產(chǎn)線到采礦機(jī)械，PLC可以用于控制幾乎一切工業(yè)設(shè)備。

將現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界融為一體的開(kāi)發(fā)實(shí)例不計(jì)其數(shù)，最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的生產(chǎn)便是其中之一。為了加快開(kāi)發(fā)進(jìn)度，制造商使用了西門子NX軟件對(duì)用于生產(chǎn)直徑達(dá)1.5米的望遠(yuǎn)鏡鏡片的機(jī)器進(jìn)行三維模擬，然后將模擬數(shù)據(jù)與生產(chǎn)系統(tǒng)集成。這樣，只用了短短一年半的時(shí)間，就開(kāi)發(fā)出了這臺(tái)拋光精度高達(dá)30納米的機(jī)器。

軟件是實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化生產(chǎn)（左上圖）和多城市交通管理的關(guān)鍵。

在手術(shù)室里融合可移植成像。現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)字化步伐也在闊步邁向醫(yī)療領(lǐng)域。譬如，在位于新澤西州普林斯頓的西門子美國(guó)研究院，研究人員正與來(lái)自西門子醫(yī)療的專家合作，將術(shù)前三維計(jì)算機(jī)斷層掃描成像和核磁共振成像與手術(shù)室或介入治療室里的其他成像設(shè)備生成的實(shí)時(shí)圖像相融合。其思路是將高分辨率的三維成像用作引導(dǎo)底圖，并將所有其他模式的成像融合到其中。

多模數(shù)據(jù)融合將不僅限于成像。研究人員預(yù)計(jì)，諸如患者實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，甚至一些官能的現(xiàn)場(chǎng)模擬數(shù)據(jù)等信息，將被整合到一張可能很快就將支持無(wú)線移植的融合實(shí)時(shí)成像中。事實(shí)上，在這個(gè)愿景中，融合數(shù)據(jù)集的可移植性是關(guān)鍵?？梢浦矆D像將支持視覺(jué)、心理活動(dòng)與手眼協(xié)調(diào)的融合，甚至可能被用在增強(qiáng)了的現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，從而允許外科醫(yī)生將診斷信息重疊到他/她的實(shí)際視野上。鑒于可移植性的諸多益處，西門子研究人員正在開(kāi)發(fā)有關(guān)技術(shù)，以促進(jìn)超快速可視化解決方案的獲取――包括量身定制流式傳輸和針對(duì)醫(yī)療應(yīng)用的視頻壓縮解決方案。

不論對(duì)象是工業(yè)環(huán)境還是醫(yī)療環(huán)境，硬件還是軟件，數(shù)字世界里的大多數(shù)高級(jí)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)都考慮了自動(dòng)監(jiān)控、預(yù)防性維護(hù)和遠(yuǎn)程維修等需求。譬如說(shuō)，現(xiàn)在，西門子的通用遠(yuǎn)程服務(wù)平臺(tái)（cRSP）就跟蹤了大約25萬(wàn)個(gè)系統(tǒng)，從摩天大樓和燃?xì)廨啓C(jī)，到255座城市的交通控制中心，不勝枚舉。它還監(jiān)控了大約12萬(wàn)臺(tái)高端醫(yī)療設(shè)備，并提供維修服務(wù)。每個(gè)月，這些系統(tǒng)總共要生成差不多10兆兆字節(jié)的數(shù)據(jù)。但隨著所監(jiān)控系統(tǒng)精密度的日益增長(zhǎng)，其診斷傳感器和軟件驅(qū)動(dòng)的功能也與日俱增。因此，專家預(yù)計(jì)，到2020年，cRSP每個(gè)月將需要處理大約80兆兆字節(jié)的數(shù)據(jù)。為了增強(qiáng)安全性，同時(shí)保證有足夠的能力來(lái)應(yīng)對(duì)這些海量數(shù)據(jù)，西門子正在開(kāi)發(fā)新一代結(jié)構(gòu)。

通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施和專業(yè)知識(shí)的整合和虛擬化，基于云計(jì)算的服務(wù)可降低費(fèi)用。

新經(jīng)濟(jì)。在越來(lái)越多系統(tǒng)的監(jiān)控和維護(hù)功能朝著數(shù)字世界遷移的同時(shí)，與這些功能有關(guān)的實(shí)物基礎(chǔ)設(shè)施本身也在經(jīng)歷數(shù)字化。譬如，為什么每一座城市都要具備自有交通管理中心呢？在德國(guó)，已有10座城市基本上將這項(xiàng)功能外包給了一家西門子服務(wù)中心。由于可以通過(guò)基于云計(jì)算的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)獲取其所有交通數(shù)據(jù)，每一座城市都能對(duì)當(dāng)?shù)赜绊懡煌ǖ氖录M(jìn)行規(guī)劃和管理，而無(wú)需部署成本不菲的實(shí)物設(shè)施，也無(wú)需進(jìn)行相關(guān)維護(hù)。

IT基礎(chǔ)設(shè)施也直沖云霄。自動(dòng)化系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)量非常之龐大，就連西門子這樣的大型企業(yè)也面臨著數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量日益增長(zhǎng)的挑戰(zhàn)。同時(shí)，作為虛擬IT解決方案的云計(jì)算具有強(qiáng)烈的吸引力?？紤]到這一點(diǎn)，西門子中央研究院正支持公司各業(yè)務(wù)部門開(kāi)展一項(xiàng)計(jì)劃，旨在探索產(chǎn)品設(shè)計(jì)新途徑，以期既能充分利用云存儲(chǔ)系統(tǒng)里的海量數(shù)據(jù)，又不降低安全性。通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施和專業(yè)知識(shí)的整合和虛擬化，基于云計(jì)算的服務(wù)可降低費(fèi)用。事實(shí)上，據(jù)市場(chǎng)情報(bào)提供商國(guó)際數(shù)據(jù)公司（IDC）預(yù)計(jì)，IT服務(wù)朝云計(jì)算系統(tǒng)的遷移將是締造所謂“智能數(shù)據(jù)”經(jīng)濟(jì)的決定性因素。

產(chǎn)品、服務(wù)和知識(shí)的快速數(shù)字化進(jìn)程將帶來(lái)巨大益處，這一點(diǎn)毋庸置疑。每個(gè)人都能有切身感受的一個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域是我們與政府的關(guān)系。比利時(shí)eGovlab公司的董事兼創(chuàng)始成員Vasilis Koulolias設(shè)想，電子政務(wù)將是民主制度下一步的發(fā)展趨勢(shì)。他預(yù)言道，“這意味著朝更睿智、高效、更具代表性的政府轉(zhuǎn)變；這將為合作、共同創(chuàng)造和相互交流降低成本。”

雖然這個(gè)數(shù)字化的美麗新世界潛力無(wú)限，但是我們?cè)诔~進(jìn)的同時(shí)必須小心謹(jǐn)慎。正如麻省理工學(xué)院數(shù)字化商務(wù)中心主任Erik Brynjolfssen教授在接受我們的采訪時(shí)所指出的那樣，自動(dòng)化系統(tǒng)正日益瞄準(zhǔn)藍(lán)領(lǐng)和白領(lǐng)的工作崗位。Brynjolfssen說(shuō)：“利用數(shù)字化技術(shù)，可以創(chuàng)造無(wú)窮的財(cái)富。但這些財(cái)富既可能被集中在少數(shù)人手里，也可能為數(shù)十億人創(chuàng)造廣泛的機(jī)會(huì)。我們有能力創(chuàng)造全人類的共同繁榮，但如果我們坐視不管、放任自流，那么這樣的繁榮景象永遠(yuǎn)不會(huì)到來(lái)。”