認知孿生：嵌入管理思維的虛實整合

文：黃正傑 2021-05-10

發布時間： 2021-05-10 15:08:00

科技意會 數位孿生 知識圖譜 工業4.0

除了數位孿生，還有認知孿生? 認知孿生是基於數位孿生上，建構人們對於數位實體的認知模型!! 是不是愈來愈玄了? 事實上，已經開始有應用案例與雛形發展。本文簡介認知孿生的意義、新加坡智慧城市應用案例、及企業如何實踐。

在前幾篇探討了數位孿生的意義、行業應用、區塊鏈等，也用了李安導演的「雙子殺手」來舉例孿生的意義；「雙子殺手」的複製人不只複製身體而已，還包含男主角的頭腦、記憶。大家有沒有想過。數位孿生有沒有想要這麼做呢? 在實際應用的意義又是甚麼呢? 

《延伸閱讀：數位孿生，讓虛擬與實體融合與預測》

事實上，學術界、產業界正在討論與實踐「認知孿生」(Cognitive Twins)的應用。是不是感覺愈來愈玄? 有點像科幻小說? 我們先來舉個智慧城市的例子，比較容易理解。

圖1、新加坡城市數位孿生(資料來源:新加坡Virtual Singapore)

智慧城市的認知孿生

新加坡的「虛擬新加坡」(Virtual Singapore)是全球第一個數位孿生城市，利用3D模型，結合地形、建築物、交通、天氣、空氣指數等不同數據，可以即時地監控城市狀況，並可以透過模擬技術進行相關模擬，協助基礎建設、資源管理、城市規劃等。

例如:在某個區域建一個陸橋對於交通的衝擊為何? 或者可以模擬公共區域疏散人潮規劃? 或者這一個區域要設置多少LED路燈? 廢棄物回收? 或者藉由其他區域的設置狀況來分析此區域的需求規劃。

在這邊，我們可以看到新加坡智慧城市的數位孿生模型包含:地形、公共設施、建築物、汽車、行人乃至於空氣、天氣等。但我們忽略了許多實體物品意義，是人為定義出來的，例如:街道名、LED路燈、花園燈、噪音分貝等。

這些人們定義的實體意義，可能是存在不同的實體模型裡面(例如:大樓裡面的燈、街道的路燈、大樓招牌)，但卻存在某種情境分析上的關係。規劃人員要進行搜尋規劃時，可能會遇到「認知」上的問題。

例如:規劃分析某一區域的能源耗用時，到底耗用能源的是哪些設備、物品或設施呢? 是否也牽涉到人們聚集程度呢? 規劃者必須橫跨不同建築、不同設備能源使用資料、地底下能源供應狀況、街道上的交通設施電力使用及四季溼度、溫度狀況、乃至於假日可能聚集人們產生的能源耗用等，這些必須建立跨實體間或跨越知識領域間的關係，以進行搜尋與分析。如下圖所示，在新加坡的數位孿生中建立認知搜尋的知識圖譜技術。

《延伸閱讀：知識圖譜:數據挖掘探照燈》

圖2、新加坡城市數位孿生知識圖譜(資料來源:Akroyd etc. al(2020), 劍橋大學)

從新加坡「虛擬新加坡」數位孿生的案例看到，建立一個跨實體、跨知識領域的決策分析時，不僅僅是實體物件的關係、屬性需要建立，還要建立人們從「管理」上所需的知識分類與關係。

企業的認知孿生

同樣的，企業具有更多需要依據管理需求定義的概念，諸如:品質、製程、庫存、交期、能源耗用、成本、組織、職能等；其牽涉到許多不同的實體，如:機台、機器手臂、半成品、零件、人員等之間的相互關係。

如果要進行複雜的企業數位孿生決策分析時，可以在數位孿生技術基礎上結合知識圖譜等認知技術，來提高搜尋與分析的效率，就是實現認知孿生。

例如:在工廠中偵測異常狀況是來自於生產線員工異常操作行為? 或是哪個設備異常情況? 或是不良產品過多? 這些異常情況可能會影響訂單遲交? 增加庫存成本? 設備損壞? 或是導致停機代工? 這些牽涉到多種設備、物料、人員以及管理意義上的決策分析，適合加入知識圖譜技術來協助數位孿生處理。

此外，知識圖譜技術也可以協助過濾大量IT/OT數據、初始化數據問題及數據分析可解釋性等企業大數據決策分析中可能遇到的問題，詳見本刊前述《知識圖譜:數據挖掘探照燈》一文。

小結

認知孿生在數位孿生模型，加上管理意義、語意等，利用知識圖譜相關技術，協助數位孿生進行跨知識領域搜尋及幫助管理人員決策分析。其主要原因在於，建構數位孿生虛實模型時，人類賦予真實世界的概念、意義或知識，必須一起納入考量，才能滿足人們管理實體決策需求。換言之，認知孿生是數位孿生的大腦!!

黃正傑

你喜歡挑戰不斷隆起的技術高原、探索無限寬廣的創新領域嗎? 那麼我們是同路人。黃正傑，台大資管博士，協助鼎新進行前瞻技術研究與應用發展。歷經IT架構技術顧問、供應鏈管理顧問、軟體產業分析師等多項職務，並兼任文化大學助理教授。讓我們一起從創新與變革角度，探索新興技術！

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