我们离CPS信息物理系统还有多远 -行业资讯

　　当今，企业的挑战是来自平衡内部和外部的复杂性，并且在发生各种不同变化的情况下仍然能保持平衡。从系统的角度来看，只有通过分散的自主智能协同结构系统才能实现。这意味着，价值创造网中的分布化就是解决日益增加复杂性的答案。复杂性越高，自主化和分散的程度也就越高。
　　
　　一、什么是CPS（Cyber Physical Systems)？
　　
　　CPS信息物理系统就是要实现分布化和自主化，包括物体、仪器、建筑、交通工具，还有多种生产设备、许多物流组成部分等，包括具有很强通信能力的相关系统。CPS系统可以通过互联网进行通信并利用互联网服务。CPS信息物理系统可以通过传感器直接感受周围的环境，通过全球通用的数据和服务对环境进行判断、存储，还可以借助执行器作用于真实的物理世界。
　　
　　通过多模人机接口，人类可以与信息物理系统对接，还可以通过不同的方式，如语音或触摸屏幕来控制CPS信息物理系统。未来，信启、物理系统甚至可能对手势做出反应。
　　
　　信息物理系统可以联网并建立自动、分散的网络，也就是完全与自我相似的生产分形一致，并自发进行自我操控。信息物理系统可以与人配合，独立解决遇到的问题。
　　
　　这样就是智能工厂，通过信息物理系统的分布、自发、实时地进行组织，将工厂的数据实时地上传提供使用，这是智能工厂最重要的特点，并且通过这些实时数据，可以将真实世界与虚拟世界融合起来；可以借助实时数据的帮助，持续更新真实世界的虚拟图像。这样，就有可能产生完全崭新的商业模式即工业4.0的新工业革命。
　　
　　信息物理系统平台为不同的“互联网”互相连接打下了基础：人类互联网与物联网及服务互联网。一方面，人们在社交网络中联网；另一方面，机器、具有通信能力的智能物体联网，并在互联网中使用以服务为导向的服务。第三方面使用软件算法，借助各个信息物理系统平台的数据和人们的智慧，使人们能够分散、快捷、实时地在不同领域获得解决方案。这三个世界之间的联系通过信息物理系统平台创造出更多的可能性。
　　
　　二、CPS进化四阶段
　　
　　信息物理系统将会经过许多发展阶段。**阶段是被动的，只能提供一个清晰的识别功能，但是系统的智能只能通过中心服务来提供。这个系统自身到目前为止还不智能，而且也还没有存储或者评估功能。下一步就是要向主动传感器和执行器方向发展。第三阶段，具有智能联网能力的系统。这些系统由几个执行器和传感器组成，它们已经通过相应的接口拥有人工智能，并且可以自发地与其他系统建立联系。
　　
　　这也就可以引导我们进入第四个阶段，也就是所谓的系统，信息物理系统可以自发、智能地将它的单项能力组合起来。这样，信息物理系统就可以发展出全新的能力，并可以自己提供服务。目前，我们距离这一阶段显然还非常遥远，但是它将会是最终的扩展阶段，在这一阶段，利用各个系统的自我组态及“即接入、即生产”能力的可能性，可以最终实现分布地自主发展和形成。
　　
　　日益增加的复杂性核心要求是系统的自主性和分散性。信息物理生产系统（CPPS）使得整体的分散性成为了可能。现在，不仅机构可以被分散，工厂的服务、软件和实物也可以被分散。它们可以互相连接，因此系统的分散性和自主性达到了一个新的高度。这就是德国提出工业4.0的核心系统。
　　
　　三、CPS在中国的发展面临的四大挑战
　　
　　德国提出工业4.0战略是站在他们的企业发展现状设计大约到2030年左右实现的宏伟蓝图。这给了我们向德国工业学习的大好契机。但是，这个蓝图对我们大多数企业是不**的。所以，给我们企业有种不接地气的感觉。因为我们过度的关注设备、软件及智能化的研究与解读。应从更广的角度，参考工业4.0的架构，研究我们企业的可持续发展，如创新、流程、成本、供应链、质量、工艺、客户服务、人才、商业模式、管理模式等方面展开，如何提升展开研究，迎接第四次工业革命的到来。
　　
　　所以信息物理系统CPS在中国的发展面临的四大挑战: 一是关键技术亟待**。二是生态体系尚未建立。三是CPS标准体系亟待建立。四是关键技术产品受制于人。
　　
　　1、是关键技术亟待**。数据挖掘、关联分析等大数据技术尚不成熟，无法满足实现工业数据海量获取和分析反馈的需要；智能控制、精准判断等物联网关键技术还未取得**，无法实现传感器、控制器、工业设备和工业控制系统之间的无缝对接和远程智能管控；资源整合、协同制造、实时共享等技术仍处于初级阶段，无法**盘活工业控制系统资源存量、实现系统间对接匹配和资源共享。
　　
　　2、是生态体系尚未建立。CPS的跨领域、跨行业、跨产业链应用特征更为凸出，但当前用户需求、产品设计、生产制造、物流运输、市场营销等环节处于“各自为战”状态，系统隔离、信息孤岛、行业壁垒现象严重。
　　
　　3、是CPS标准体系亟待建立。CPS相关技术标准与信息技术、网络技术等技术标准存在较大差异，严重阻碍各行业之间实现系统兼容、互联互通等无缝对接；数据格式、通信协议、数据采集等标准差异极大，数据互通、互动存在障碍。我国在国际标准体系中处于弱势地位，以互联网标准为例，在几千项互联网标准中我国主导的不足2%；CPS网络安全标准严重缺乏，尚不能适应其网络化发展趋势。
　　
　　4、是关键技术产品受制于人。目前，国外专业工业生产设备提供商已经在各方面垄断了工业生产控制系统和设备市场。国际巨头们也通过操控工业互联网联盟等国际组织，试图控制CPS**技术及标准的走向。我国发展CPS存在受制于人的巨大风险。
　　
　　四、但是，发展CPS给我们带来巨大机遇与价值
　　
　　作为智能制造的核心，CPS的发展为我国包括制造业在内的工业企业和行业带来机遇，将有力推动我国工业信息化和智能化水平的提高，促进制造业等实体经济发展，提升制造业国际竞争力。
　　
　　1、CPS打通“人机料法环测”环节，推动工业生产智能化
　　
　　人机料法环测，即人员、机器、物料、方法、环境和测度，是制造业的六大要素。在CPS中，人机料法环测成为智能制造的数字化组成部分，不断推动制造业从自动化向自主化演进。通过数据采集和分析，可以更好地选择合适的操作人员，掌握机器设备状态，安排物料供给，优化解决方法，感知环境变化，测度产品质量。在生产层面充分采用CPS及相关技术，有助于构建具有自感知、自组织、自适应、自决策等能力的智能工厂，是提高制造业信息化和智能化水平的关键。
　　
　　2、CPS整合上下游资源，促进制造业全产业链整体优化
　　
　　制造业涉及原料供给、生产制造、物流运输、市场营销、终端用户、售后服务等多个环节，传统制造业中各环节之间存在明显脱节，传统制造业多为粗放式运营。采用CPS，有助于推动制造业从供应侧走向需求侧，能够根据终端用户的需求，确定原料供给的类型和数量，安排生产制造的批次和型号，调配物流资源，降低市场营销成本，云化售后服务能力。因此，CPS将为制造业全产业链整体优化带来契机。
　　
　　3、CPS助力柔性制造，推动制造业向生产性服务业转型
　　
　　传统制造业多为批量化生产，高库存常常占用企业大量资金，且无法满足终端用户日益个性化和多样化的需求。制造业向生产性服务业转型成为全球趋势。CPS有助于小批次、定制化或半定制化地进行生产，成为制造业转型升级的关键。
　　
　　五、现状与实践
　　
　　目前，已经掀起全民智能的狂欢，一夜之间冒出的工业4.0智能示范工厂，改头换面的所谓CPS智能系统，摇身一变的智能制造专家，数据统计全变成"大"，无论是政府或企业感觉新的造神运动又要开始……。
　　
　　笔者经常被邀公开演讲，题目必需时髦体即工业4.0下的或互联网+，再或带个"智"字，才能吸引听众。大有你方唱罢我登场之势。自动化改造、设备的传感连接、精益生产改善、供应链优化、业务流程的重组、数字化工厂、机器人和机器学习、大数据战略、**算法与人工智能等，让我们企业目不暇接。这是因为每个专家、供应商或个别企业站在自身的角度来诠释这场新工业革命，都想指点江山为企业提出一个所谓的正确的路径与生路。
　　
　　重要提醒的是每个企业切忌盲目冲动，保持清醒的头脑，根据自身的情况，科学的、系统的规划实现新工业革命的升级，实现互联网+企业，ERP+制造，精益化、数字化、自动化、智能化，逐步实现计算智能、感知智能、认知智能……中国制造2025的智能制造。面对这次新工业革命，我们太渴望了，虽然，每个企业不能错过这个契机，需要要速度与激情，但也要保持一颗平静的心。
　　
　　实际上，智能制造属于复杂系统，是人工智能与大系统理论的结合，属于第三代控制论，不过还在进化。随着物联网、大数据、云计算的技术出现，CPS嵌入式人机物协同控制是智能制造的基础。不过，六大基础理论一个都不能少，否则，真是昙花一现。智能制造需要六个基础理论:1、人工智能。2、自动控制。3、运筹学。4、系统论。5、工业工程。6、精益生产。从而达到制造系统自治的智能优化状态。
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