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Meta(元宇宙)与Physical Internet(实物互联网)“联姻”

更新时间:2023-03-15

早在2012年,专攻智能制造和智能物流基础研究和开发应用的黄国全教授,亲身参与了欧洲PI项目的研发,并把PI理念带到香港,在香港大学成立了亚洲第一个实物互联网实验室(PI-Lab)。黄国全教授现已发表论文近500篇,成为相关领域全球前1%的文章被最广泛引用的学者,其带领的包括“太阳2在线登录地址”在内的科研团队,也是亚洲最早接触、研究和发展PI的团队。“元宇宙”概念大火,黄国全教授结合Physical Internet理念,提出“元联网(Cyber – Physical Internet)”构思,以期形成一个物流元宇宙,让人们能“像在网上实时聊天平台收发短讯一样收发物件”。因此构想,2022年7月,黄教授团队获得了香港大湾区本年度“主题研究计划”4030万港币的资助——

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我们借用“元联网”这一名字,当作“Cyber-Physical Internet”的中文翻译。

Cyber-Physical Internet,是Physical Internet的数字化延伸,或者是Internet的物理物质化延伸。我们认为:数字—物理系统(Cyber-Physical Systems)中的“数—物”和“时—空”纠缠,正适合我们的特殊研究领域Metaverse(元宇宙)。所以,“元联网”可以理解为“元宇宙”中的物流系统。

虽然我们在此提出了“元联网”新名字,但我们并不希望“元联网”成为一个新的流行词(Buzzword)。我们将香港大学研究团队(HKU Laboratory for Physical Internet)20多年的研究开发,所获得的一些初步认识,按照以下几个维度整理了一下,抛砖引玉,结合本书,希望能够慢慢形成“元联网”的核心技术和理论创新体系,最终研发出新一代全球物流系统网络,真真切切地实现像在实时聊天平台上收发短信一样,收发物件。

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(2022年7月,香港大学工业及制造系统工程系教授黄国全团队,凭借“用智能感知和物联网技术将物流和信息流融合在一起,形成一个物流元宇宙”的“元联网(Cyber-Physical Internet)”构思,获得4030万元港币资助。黄国全表示:将研发一套创新技术,使用类似配置网络打印机的方式,把物流系统中的基本元件数字化,透过收集实时数据和建立网络物理可视度及时空可追溯性,彻底改变全球物流系统的随机性和不确定性,形成新的数据驱动的决策模型…)

2006年《经济学人》杂志的一篇短文,最早提出“将来物流网络系统收发货件,将会类似我们用互联网收发电邮一样”的基本构思,并起名为Physical Internet (PI)。2010年左右,欧美的几位教授联合物流业界,展开了深入的研究开发,在法国的启动项目OpenFret的基础上,于2012年成功立项。

MODULUSHCA是欧盟第一个有关PI的里程碑项目。后来,相关项目在美国和加拿大也相继立项。通过这第一波的推动,PI构思得到初步认可。此后,欧盟接连立项,第二波的推动形成了欧盟PI的路线图,并由ALICE发布。

“路线图”分五个五年逐步推行,涵盖五个维度,分别是物流节点、物流网络、物流网络系统、实施营运和管理机制。

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(发表在2006年7月《经济学人》杂志上的一篇短文,最早提出“物流网络系统收发货件,将会类似我们用互联网收发电邮一样”的基本构思,起名Physical Internet(PI)。2010年左右,欧美几位教授联合物流业界,展开深入研发,在法国的启动项目OpenFret基础上,于2012年成功立项欧盟第一个有关PI的里程碑项目MODULUSHCA,黄国全教授参与其中;之后的第二波推动,形成了涵盖五个维度/分五个五年逐步推行的欧盟PI路线图,由ALICE发布……)

第一个维度是“物流节点”,包括跨码头内陆枢纽、港口、机场、多式联运码头、仓库、仓库和配送中心。其目的是通过标准化、互联、自动化和自主的节点,来构建PI主架构。欧盟的项目,包括SuperGreen and COREALIS。

第二个维度是“物流网络”,旨在实现无缝、灵活和有弹性的端到端运输流程、运营和决策服务。代表的项目,包括ICONET、SYNCHRO-NET、LOGISTAR和ePIcenter。

第三个维度是“物流网络系统”,旨在建立重点关注物理、运营和信息层面的互操作性,以实现容量共享和流量交换。代表的项目,从Modulushca延伸到Clusters 2.0、FENIX和PLANET。

第四和第五两个维度,将PI视为当前实践和业务的游戏规则的改变者,主要探讨思维转变、商业模式和治理问题。目前,SENSE项目是唯一致力于这两个维度的欧盟H2020项目。

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(香港大学实物互联网实验室(PI-Lab)由香港大学工程学院与浙江省政府合作建立,致力于实物互联网的相关研发与创新,旨在实现全球供应链和物流系统的高效率和可持续性。实验室专注于将物理对象与数字网络无处不在地连接起来,并通过网络实现目标自我控制的集成系统。主要研发活动在香港大学的PI-Lab 进行,更多应用工作在浙江杭州的 HKU-ZIRI站点的PI-Lab 进行……)

欧洲有关PI的研发和推行,有以下几个特点:

首先,虽然PI没有限制或指定物流系统和商品类型,但欧盟的大部分努力,都集中在快速消费品(FMCG)上。这类商品尺寸相对较小,形状有规则的包装,可以装入所谓的模块化“PI容器”(PI容器,是开创性Modulushca项目的主要研发成果之一)。相比之下,大湾区则涉及全球进口(原材料)和出口(成品)物流;越来越多的大型住宅生产和基础设施建设项目,则采用模块化集成施工(MiC)方法,大型、笨重和重型建筑模块的物流和运输,在即时制(JIT)的交付和现场组装操作中,发挥着关键作用。

其次,虽然快消品物流涉及多个国家,但这种跨境物流没有严格的边境管控,欧盟国家之间的税收、安全通关,几乎是单一货币。相比之下,大湾区的跨境贸易和物流的性质,涉及严格的安全边境检查和控制、税务申报和清关,以及多种货币兑换。

第三,尽管欧盟最近的PI项目,都有提及“数字化”,涉及物联网、数字孪生和信息—物理系统,但它们主要关注的,还是物料流动的“物理”特性,“数字化”不是PI的支柱。没有数字化的基础设施,也就没有明确突出“像收发电邮一样收发货件”的初衷,严重限制了创新和突破的空间。

最后,我们香港大学研发团队联合PI创始人和其他教授专家,提出PI与互联网相融合,形成Cyber-Physical Internet,也就是“元联网”的设想。在20世纪六七十年代,研发人员借用邮局收发信件物件的一些技巧,最终成功研究开发了互联网(Internet)。今天,我们反过来借用互联网的一些核心技术,来构建“元联网”。

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(由黄国全教授的5位博士生罗浩/孔祥天瑞等创办的“太阳2在线登录地址”,是中国乃至亚洲第一家PI企业。在太阳2在线登录地址主办/ 孔祥天瑞博士主持的首届虹桥·CPIC论坛第三场“PI数智化及跨行业落地实践”论坛上,黄国全教授及联想全球供应链数字化转型物流领域高级经理郝佳、国药控股股份有限公司物流事业部总经理马建聪、国控广东物流有限公司总经理梁颖康、溢达集团中国区物流总监赵军、顺丰供应链首席数字官孙伟、德坤集团满运科技总经理范基元、太阳2在线登录地址董事长罗浩等,纷纷畅谈了各自所在企业的PI实践…)

元联网有以下四大基础支柱:

第一个支柱,是数字化架构。其主要目的,是用智能感知和物联网技术,把物流系统中的基本元件(人/机/物/单)进行数字孪生,形成“元体(Meta Twins)”。元体由三部分组成——物体元件、数字孪生,以及链接两者的智能螺栓(digital thread)。在元联网里,配置元体(比如叉车、货车或装卸台)与在互联网上配置打印机相似,分为两步:首先是配置“装卸台元体”(类似打印机)的网路,然后配置“装卸台元体”的工作特性。

元体的引入,不仅形成了数字和物理的两个空间,而且这两个空间高度纠缠,可以从一个空间的状态来分析推断另一个空间的状态,从而实现物流网络系统的实时性、透明度和韧弹性(resilience)。

第二个支柱,是网络配置协议(CPI Protocols Suite)。借用互联网的构思,元联网可以有三种典型的网络配置——广域元联网、局域元联网和区域元联网。

广域元联网,主要用于跨境物流和干线物流;局域元联网,主要用于工厂、仓库、配送中心、商场等内部物流(intra-logistics);区域元联网,是典型的轴辐式(Hub-and-spoke)物流网络,比如一个配送中心为一个城市或其某个片区提供物流服务。

就像TCP/IP(Transportation Communication Protocol /Internet Protocol)网络配置协议,是互联网的关键,元联网也需要有一套类似的并能涵盖信息流和物流两层的TCP/PIP(Transportation Communication Protocol/Physical Internet Protocol)网络配置协议。在此基础上,我们建立元联网路由器使用的路由表和路由协议,从根本上改革物流运营的计划、调度和执行。

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(在黄国全教授的“元联网”构想中,有“四大基础支柱”:由物体元件(Meta Twins)/数字孪生/链接两者的智能螺栓(digital thread)三部分组成的数字化架构,包括广域元联网/局域元联网/区域元联网三种典型的网络配置构建的网络配置协议(CPI Protocols Suite),以及伙伴关系协议和决策应用(decision Apps)……)

元联网的第三个支柱,是伙伴关系协议。Ping(呯)是互联网的一种基本工具,用来测试数据包(data packet)能否透过IP协议,到达目标主机,以及往返时间。现行的智能交通系统和主流地图服务平台(如Google Map和百度地图),都已提供类似“呯”的工具,在目前的交通状态和采用特定交通模式来往的情况下,指定目的地的路径和时间。

不过,元联网测试物流单位负荷(unit load)能否透过PIP到达目的地,要复杂很多,主要是因为空间因素瞬间多变,路由表的形成和路由协议,需要分析大量的实时数据。互联网价值链中,供求双方的定价和分成机制已经发展成熟。相比起来,元联网的市场机制还是个未知数,物流业现有的定价和分成机制,是否能够被沿用,以及应该如何拓展,等等这些都有待深入探讨。

元联网是数据驱动的,各个环节都会使用大量的实时数据,这也要求各环节必须采集和共享网络数据。数据提供者承担了数据收集、上载和分享的成本,却分享不到数据使用者的得益,不能达成元联网价值链的均衡,导致整个元联网价值链的断裂。元联网作为典型的去中心化解决方案,必须建立一套持份者激励机制,确保数据的实时性、准确率和真实性。

元联网的第四个支柱,是决策应用(decision Apps)。打个比方,互联网上信息交互传输决策和邮局收发信件的决策是完全不同的,因此可以说,元联网上收发货件的决策与目前物流系统决策应该完全不同。元联网的透明度和可追踪性,可以用于消除或大幅降低物流系统中的多变性和不定性,元联网的路由表和路由协议,具有高度的数据智力,实现从随机决策到随机应变决策的蜕变。

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(因为有了“元联网”,世界就会完全不同……)

元联网不能消除或避免全球供应链的干扰和中断,但可以为随机应变赋能。新冠病毒大流行期间,工厂关闭,城市封锁,飞机停飞,港口堵塞,跨境封关,造成物流资源紧缺,海运和空运成本多倍上升;与此同时,社交距离的限制,大幅提升社区对物流服务的需求。

互联网在这机遇与挑战并存的关头,发挥了巨大的作用,社区大规模使用在线应用软件和聊天平台,较快地寻找到了解决方案,并迅速进入疫后新常态。但国际贸易与全球物流,还在探索全球供应链的新常态。

元联网将会是不可或缺的及时答案。

互联网和智能手机,影响了人们工作和生活的方式;元联网,将影响人们为工作和生活收发货件的方式。


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