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信息物理系統與物聯網的區別

信息物理系統與物聯網的區別

2018/6/25 14:58:24

信息物理系統(CPS,Cyber-PhysicalSystems)是一個綜合計算、網絡和物理環境的多維復雜系統,通過3C(Computer、Communication、Control)技術的有機融合與深度協作,實現大型工程系統的實時感知、動態控制和信息服務。CPS實現計算、通信與物理系統的一體化設計,可使系統更加可靠、高效、實時協同,具有重要而廣泛的應用前景。

信息物理系統包含了將來無處不在的環境感知、嵌入式計算、網絡通信和網絡控制等系統工程,注重計算資源與物理資源的緊密結合與協調,主要用于一些智能系統上如設備互聯,物聯傳感,智能家居,機器人,智能導航等。

▲“3C”模式

另外何積豐院士認為,CPS的意義在于將物理設備聯網,特別是連接到互聯網上,使得物理設備具有計算、通信、精確控制、遠程協調和自治等五大功能。

德國為了“確保制造業的未來”,提出了工業4.0的概念,核心就是CPS系統,并成為了火爆全球的概念,這主要得益于德國雄厚的工業基礎,特別是數控設備為代表的機械,以及發展迅速的德國信息技術。

日本MAZAK在多年前就推出了CPC系統。其CPC是Cyber Production Center的簡稱,這是一套工廠內實現網絡化管理的軟件,通過將機器、加工程序、夾具以及生產日程安排等所有的數據都進行共享,從而實現對工廠的實施管理,幫助用戶工廠實現智能化,該軟件由四個系統構成,它們分別是:加工程序自動編制系統(CAMWARE)、智能化日程管理(CyberScheduler)、智能刀具管理(CyberTool Manager)和智能監控系統(CyberMonitor)。這套系統推出后,很多參觀者嘆為觀止,評價很高。但由于這套系統開放性較差,不兼容其他控制系統,所以在市場上并沒有引起大規模應用,但其理念卻是非常領先的。

對于CPS廣闊的應用前景,應用下我們的何積豐院長的話:“下一代工業將建立在CPS之上,隨著CPS技術的發展和普及,使用計算機和網絡實現功能擴展的物理設備無處不在,并將推動工業產品和技術的升級換代,極大地提高汽車、航空航天、國防、工業自動化、健康/醫療設備、重大基礎設施等主要工業領域的競爭力?!?/p>

CPS信息物理系統其實和物聯網很像,但有著本質的區別。

物聯網以及傳感網,最擅長的是基于無線連接,主要實現的是感知,控制的成分很少。就像現在我們在辦公室里在手機上按下按鈕,家里的所謂的智能電飯煲就開始煮飯了。

而CPS在實現信息傳遞之外,協調能力,計算能力更加強大,從而實現自治。同樣是我在辦公室在手機上按下按鈕,家里面基于CPS的智能機器人,就可以通過網絡收集到我最近今天的身體狀況,飲食習慣,食品市場情況等等信息,根據這些數據進行分析,得出應該做怎樣的飯,怎樣的菜的結論,最后再把飯菜做出來。智能機器人也屬于CPS的應用范圍。

從兩種情況的對比,可以很清楚的感覺到物聯網和信息物理系統之間的差距。物聯網就像現在的瘦客戶端,而CPS就是胖客戶端,基于CPS的硬件可以通過收集信息,將信息的處理分析過程在本地進行,這就需要物理硬件有很強大的計算能力,能夠適應海量運算。這也是現在研究的一個難點。

無論是德國工業4.0、美國工業互聯網、還是中國制造2025的兩化深度融合戰略,其共同點、核心均是CPS信息物理系統。CPS是研究、實現工業4.0等戰略的關鍵。

作為制造大國的中國,企業正面臨著嚴峻的經濟轉型,正處于由制造大國向制造強國的邁進階段,同樣也為“確保制造業的未來”,國家提出了“中國制造2025”國家級戰略,是非常及時、非常正確的,與美國工業互聯網,德國工業4.0異曲同工,可以有效地幫助企業實現升級轉型。

CPS在國內一些實際應用方面,一些公司也做很多有益的探索與應用。北京蘭光創新科技有限公司作為國內領先的數字化車間供應商,率先在青島海爾模具實施CPS系統并取得了良好的應用效果。系統實現了生產設備的互聯互通,如:設備聯網、網絡通訊、遠程實時監控、生產過程的協同生產準備、故障智能提醒、可視化展示、決策支持等功能?,F在,車間成功地實現了少人化,1個操作工可以照看5臺設備,設備利用率平均在75%以上,這是離散行業,全國最高的效率(根據蘭光創新數百家實施客戶的經驗,國內離散行業機床利用率大多在30-40%之間)。工業4.0權威、美國辛辛那提大學李杰教授在參觀現場后,給予高度評價,認為海爾模具的生產管理完全可以媲美于國外先進企業,是CPS系統很好的實踐。

▲海爾模具CPS生產系統的結構

隨著工業4.0、中國制造2025等戰略的推進及普及,CPS必將成為這些戰略的突破口與落腳點,成為這些戰略成功的關鍵。對制造企業而言,以CPS為指導思想,首先在企業制造設備層面實現互聯互通,然后在此基礎上,實現生產過程的智能化管控,最終實現3個集成(縱向集成、橫向集成、端對端集成),打通整個價值鏈,實現社會化生產。

從這個角度來講,在工業4.0革命中,CPS不只是一種技術,也是一種基于自動化、信息化、網絡化的生產管理模式,乃至是影響到我們將來工作、生活的發展趨勢。

審核編輯(
王靜
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