科技

工业4.0的核心CPS是什么?如何看?怎么干?

字号+ 作者:新闻小编 来源:未知 2019-07-03 09:11 我要评论( )

:2006年美国国家科学基金会(NSF)组织召开了国际上第一个关于信息物理系统的研讨会,并对Cyber-Physical Systems(即CPS)......

2006年美国国家科学基金会(NSF)组织召开了国际上第一个关于信息物理系统的研讨会,并对Cyber-Physical Systems(即CPS)这一概念做出详细描述。此后美国政府、学术界和产业界高度重视CPS的研究和应用推广,并将CPS作为美国抢占全球新一轮产业竞争制高点的优先议题。2013年德国《工业4.0实施建议》将CPS作为工业4.0的核心技术,并在标准制定、技术研发、验证测试平台建设等方面做出了一系列战略部署。CPS因控制技术而起、信息技术而兴,随着制造业与互联网融合迅速发展壮大,正成为支撑和引领全球新一轮产业变革的核心技术体系。

《中国制造2025》提出,“基于信息物理系统的智能装备、智能工厂等智能制造正在引领制造方式变革”,要围绕控制系统、工业软件、工业网络、工业云服务和工业大数据平台等,加强信息物理系统的研发与应用。《国务院关于深化制造业与互联网融合发展的指导意见》明确提出,“构建信息物理系统参考模型和综合技术标准体系,建设测试验证平台和综合验证试验床,支持开展兼容适配、互联互通和互操作测试验证。”

当前,《中国制造2025》正处于全面部署、加快实施、深入推进的新阶段,面对信息化和工业化深度融合进程中不断涌现的新技术、新理念、新模式,迫切需要研究信息物理系统的背景起源、概念内涵、构成要素、应用场景、发展趋势,以凝聚共识、统一认识更好的服务于制造强国建设。现结合两化深度融合工作,就信息物理系统谈几点认识和体会:

一、一个总体定位:CPS是支撑两化深度融合的一套综合技术体系

信息化和工业化融合是人类社会两个重要发展历史进程的交汇。从社会形态演进角度看,其所引发的生产方式变革与生活方式调整正在构建信息社会发展新蓝图;从经济发展角度看,其所推动的资源配置方式优化与发展方式转变正在构建现代产业体系新格局;从工业发展角度看,其所催生的智能化技术装备、协同化创新体系、柔性化生产方式、集约化资源利用、精准化管理模式正在重塑新时期国家竞争新优势。

我国正处于信息化大背景下工业化加速发展的历史时期。党的十七大做出了大力推进信息化与工业化融合的战略部署,十八大又进一步提出信息化和工业化深度融合。去年4月19日,习近平总书记在网络安全和信息化工作座谈会上强调要“做好信息化和工业化深度融合这篇大文章”。推动信息化和工业化融合是历史赋予工业和信息化部的重要使命,是立部之本,更是全国工业和信息化系统的共同责任。

推动信息化和工业化深度融合,就是要深刻把握全球信息化深入发展与中国工业化进程加速交汇的时代特征,在全面提高信息化水平的基础上,促进信息技术向工业体系全面渗透,加快实现信息化基础上的新型工业化。推动信息化和工业化深度融合,就是要实现信息技术从单项业务应用向多业务综合集成转变,从单一企业应用向产业链协同应用转变,从局部优化向全业务流程再造转变,从提供单一产品向提供一体化的“产品+服务”转变,从传统的生产方式向柔性智能的生产方式转变,从实体制造向实体制造与虚拟制造融合的制造范式转变。

从实践来看,两化深度融合具有四个基本特征:一是内生性,两化深度融合是企业提升劳动生产率、获取竞争新优势的重要手段和途径,具有内生的自增强机制。二是创新性,两化深度融合是一个伴随技术、商业模式和组织体系创新的过程,需要构建相适应的制度和管理新模式。三是层次性,两化深度融合体现在技术、产品、装备、工艺、管理等方面,也体现在发展理念、产业体系、生产方式、业务模式等方面。四是长期性,两化深度融合是一个从局部到整体的拓展、从点线到面的延伸、从技术变革到组织制度变迁的演进,这一转变是不断持续演进的过程。

当前,面对抢占新一轮科技革命和产业变革竞争制高点的新形势,面对“以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线,以推进智能制造为主攻方向”的战略方针,面对从制造大国向制造强国转变的战略任务,迫切需要构建支撑两化深度融合的技术体系。信息物理系统通过集成先进的信息通信和自动控制等技术,构建了物理空间与信息空间中人、机、物、环境、信息等要素相互映射、适时交互、高效协同的复杂系统,实现系统内资源配置和运行的按需响应、快速迭代、动态优化。可以看出,信息物理系统是工业和信息技术范畴内跨学科、跨领域、跨平台的综合技术体系所构成的系统,覆盖广泛、集成度高、渗透性强、创新活跃,是两化融合支撑技术体系的集大成。信息物理系统能够将感知、计算、通信、控制等信息技术与设计、工艺、生产、装备等工业技术融合,能够将物理实体、生产环境和制造过程精准映射到虚拟空间并进行实时反馈,能够作用于生产制造全过程、全产业链、产品全生命周期,能够从单元级、系统级到系统之系统(SoS)级不断深化,实现制造业生产范式的重构。从新一轮产业变革的全局出发,结合多年来推动两化融合的实践,我们认为,信息物理系统是支撑信息化和工业化深度融合的综合技术体系。

二、四大技术要素:“一硬、一软、一网、一平台”是CPS的四大核心技术要素

美国国家科学基金会、美国国家标准与技术研究院、德国国家科学与工程院、欧盟第七框架计划等研究机构或科研项目对信息物理系统的概念、定义不尽相同,但总体来看,其本质就是构建一套赛博(Cyber)空间与物理(Physical)空间之间基于数据自动流动的状态感知、实时分析、科学决策、精准执行的闭环赋能体系,解决生产制造、应用服务过程中的复杂性和不确定性问题,提高资源配置效率,实现资源优化。状态感知就是通过各种各样的传感器感知物质世界的运行状态,实时分析就是通过工业软件实现数据、信息、知识的转化,科学决策就是通过大数据平台实现异构系统数据的流动与知识的分享,精准执行就是通过控制器、执行器等机械硬件实现对决策的反馈响应,这一切都依赖于一个实时、可靠、安全的网络。我们可以把这一闭环赋能体系概括为“一硬”(感知和自动控制)、“一软”(工业软件)、“一网”(工业网络)、“一平台”(工业云和智能服务平台),即“新四基”。“新四基”与中国制造2025提出的“四基”(核心基础零部件、先进基础工艺、关键基础材料和产业技术基础)共同构筑了制造强国建设之基。

感知和自动控制是数据闭环流动的起点和终点。感知的本质是物理世界的数字化,通过各种芯片、传感器等智能硬件实现生产制造全流程中人、设备、物料、环境等隐性信息的显性化,是信息物理系统实现实时分析、科学决策的基础,是数据闭环流动的起点。与人体类比,可以把感知看作是人类接收外部信息的感觉器官,提供视觉、听觉、嗅觉、触觉和味觉这“五觉”。自动控制是在数据采集、传输、存储、分析和挖掘的基础上做出的精准执行,体现为一系列动作或行为,作用于人、设备、物料和环境上,如分布式控制系统(DCS)、可编程逻辑控制器(PLC)及数据采集与监视控制系统(SCADA)等,是数据闭环流动的终点。与人体类比,根据指令信息完成特定动作和行为的骨骼和肌肉可以看作是控制的执行机构。

工业软件是对工业研发设计、生产制造、经营管理、服务等全生命周期环节规律的模型化、代码化、工具化,是工业知识、技术积累和经验体系的载体,是实现工业数字化、网络化、智能化的核心。简而言之,工业软件是算法的代码化,算法是对现实问题解决方案的抽象描述,仿真工具的核心是一套算法,排产计划的核心是一套算法,企业资源计划也是一套算法。工业软件定义了信息物理系统,其本质是要打造“状态感知-实时分析-科学决策-精准执行”的数据闭环,构筑数据自动流动的规则体系,应对制造系统的不确定性,实现制造资源的高效配置。与人体类比,工业软件代表了信息物理系统的思维认识,是感知控制、信息传输、分析决策背后的世界观、价值观和方法论,是通过长时间工作学习而形成的。

工业网络是连接工业生产系统和工业产品各要素的信息网络,通过工业现场总线、工业以太网、工业无线网络和异构网络集成等技术,能够实现工厂内各类装备、控制系统和信息系统的互联互通,以及物料、产品与人的无缝集成,并呈现扁平化、无线化、灵活组网的发展趋势。工业网络主要用于支撑工业数据的采集交换、集成处理、建模分析和反馈执行,是实现从单个机器、产线、车间到工厂的工业全系统互联互通的重要基础工具,是支撑数据流动的通道。物质(机械、如导线)连接、能量(物理场、如传感器)连接、信息(数字、如比特)连接、乃至意识(生物场,如思维)连接,为打造万物互联的世界提供了基础和前提。与人体类比,工业网络构成了经路脉络,可以像神经系统一样传递信息。

工业云和智能服务平台是高度集成、开放和共享的数据服务平台,是跨系统、跨平台、跨领域的数据集散中心、数据存储中心、数据分析中心和数据共享中心,基于工业云服务平台推动专业软件库、应用模型库、产品知识库、测试评估库、案例专家库等基础数据和工具的开发集成和开放共享,实现生产全要素、全流程、全产业链、全生命周期管理的资源配置优化,以提升生产效率、创新模式业态,构建全新产业生态。这将带来产品、机器、人、业务从封闭走向开放,从独立走向系统,将重组客户、供应商、销售商以及企业内部组织的关系,重构生产体系中信息流、产品流、资金流的运行模式,重建新的产业价值链和竞争格局。国际巨头正加快构建工业云和智能服务平台,向下整合硬件资源、向上承载软件应用,加快全球战略资源的整合步伐,抢占规则制定权、标准话语权、生态主导权和竞争制高点。与人体类比,工业云和智能服务平台构成了决策器官,可以像大脑一样接收、存储、分析数据信息,并分析形成决策。

三、三个层次体系:单元级、系统级、系统之系统级是CPS的三个层次

理解和认识信息物理系统要树立系统观和层次观,要深刻把握信息物理系统演进和发展的规律。具体来说,信息物理系统具有明显的层级特征,小到一个智能部件、一个智能产品,大到整个智能工厂都能构成信息物理系统。信息物理系统建设的过程就是从单一部件、单机设备、单一环节、单一场景的局部小系统不断向大系统、巨系统演进的过程,是从部门级到企业级、再到产业链级、乃至产业生态级演进的过程,是数据流闭环体系不断延伸和扩展的过程,并逐步形成相互作用的复杂系统网络,突破地域、组织、机制的界限,实现对人才、技术、资金等资源和要素的高效整合,从而带动产品、模式和业态创新。

单元级是具有不可分割性的信息物理系统最小单元。可以是一个部件或一个产品,通过“一硬”(如具备传感、控制功能的机械臂和传动轴承等)和“一软”(如嵌入式软件)就可构成“感知-分析-决策-执行”的数据闭环,具备了可感知、可计算、可交互、可延展、自决策的功能,典型如智能轴承、智能机器人、智能数控机床等。每个最小单元都是一个可被识别、定位、访问、联网的信息载体,通过在信息空间中对物理实体的身份信息、几何形状、功能信息、运行状态等进行描述和建模,在虚拟空间也可以映射形成一个最小的数字化单元,并伴随着物理实体单元的加工、组装、集成不断叠加、扩展、升级,这一过程也是最小单元在虚拟和实体两个空间不断向系统级和系统之系统级同步演进的过程。

系统级是“一硬、一软、一网”的有机组合。信息物理系统的多个最小单元(单元级)通过工业网络(如工业现场总线、工业以太网等,简称“一网”),实现更大范围、更宽领域的数据自动流动,就可构成智能生产线、智能车间、智能工厂,实现了多个单元级CPS的互联、互通和互操作,进一步提高制造资源优化配置的广度、深度和精度。系统级CPS基于多个单元级最小单元的状态感知、信息交互、实时分析,实现了局部制造资源的自组织、自配置、自决策、自优化。由传感器、控制终端、组态软件、工业网络等构成的分布式控制系统(DCS)和数据采集与监控系统(SCADA)是系统级CPS,由数控机床、机器人、AGV小车、传送带等构成的智能生产线是系统级CPS,通过制造执行系统(MES)对人、机、物、料、环等生产要素进行生产调度、设备管理、物料配送、计划排产和质量监控而构成的智能车间也是系统级CPS。

系统之系统级(即SoS级)是多个系统级CPS的有机组合,涵盖了“一硬、一软、一网、一平台”四大要素。SoS级CPS通过大数据平台,实现了跨系统、跨平台的互联、互通和互操作,促成了多源异构数据的集成、交换和共享的闭环自动流动,在全局范围内实现信息全面感知、深度分析、科学决策和精准执行。基于大数据平台,通过丰富开发工具、开放应用接口、共享数据资源、建设开发社区,加快各类工业APP和平台软件的快速发展,形成一个赢者通吃的多边市场,构建一个新的产业生态。西门子Mindsphere、GE Predix以及海尔COSMO、PTC的Thing Worx等软件和大数据平台,通过实现横向、纵向和端到端集成,形成了开放、协同、共赢的产业新生态,体现了SoS级CPS的发展方向。

四、五点统一认识:继承性与创新性统一、理论性与指导性统一、阶段性与演进性统一、层次性与系统性统一、实体制造与虚拟制造统一

一部工业革命的断代史,就是一部具有划时代意义的颠覆性产品的创新史,从蒸汽机到电动机,从手摇机床到数控机床,从阿帕网到互联网,从功能手机到智能手机,都预示一个新时代的开始。信息物理系统作为一项颠覆性创新技术,正在带来制造体系的重构与制造范式的迁移,昭示着人类正进入新工业革命时代。认识信息物理系统,需要坚持五个统一。

继承性与创新性的统一。信息技术产业的发展史,就是一部传承与颠覆、追赶与超越、竞合与重生相互交织的发展史。信息物理系统是新一轮产业革命的奥林匹克,它永恒的主题是更高更快更强,是如何超越和不被超越。信息物理系统由美德等发达国家提出,我们看到的是基于信息物理系统的智能装备、智能工厂等智能制造正在引领制造方式变革,其背后是一个国家对产业生态的驾驭能力,是一个国家实力的消涨。面对产业生态系统构建的重大窗口期,面对构建技术先进、产业领先、安全可控的历史任务,我们需要继承国外优秀的研究成果,需要系统总结中国两化融合的多年实践,更需要有领跑者思维和持续创新的勇气,提出具有中国特色的信息物理系统的技术架构,增强产品和服务的定义能力、产业生态的驾驭能力。

理论性与指导性的统一。信息物理系统不仅仅是一套技术体系,也是一套人类认识和改造世界的新方法,是一套制造业价值观、方法论、发展模式和运行规律的认识框架。信息物理系统在中国的应用和发展必须与中国的实践相结合,从中国的工业实践出发,体现对实践规律的理论认识。从本质上来说,开展信息物理系统的研究就是要构建一套符合我国国情的信息化和工业化深度融合的技术体系,通过这套技术体系形成指导我国工业实践的方法论、技术谱系、标准体系。因此,我们提出信息物理系统包含一硬、一软、一网、一平台四大技术要素,让信息物理系统这一概念在我国真正落地。

阶段性与演进性的统一。当前,我们正处在一个技术变革的时代,信息技术发展日新月异,颠覆、跨界、融合、生态、创新将是信息技术产业的主题。对信息物理系统而言,技术在发展,产品在创新,体系在重建,能够实现感知、分析、决策、执行等环节的新技术将会不断涌现,当前的技术体系可能被未来的技术体系所颠覆,因此对信息物理系统的认识不是静态的,而是动态的、演进的、优化的过程。同时,信息物理系统的建设,只有起点,没有终点,是一个认识和应用不断深化的过程。白皮书体现了当前阶段对信息物理系统的认识,随着对信息物理系统认识的加深,理解的深入,需要对白皮书不断更新,对技术体系建设不断完善。

层次性与系统性的统一。信息技术扩散、融合、应用的内在逻辑是在比特的汪洋中重构原子的运行轨道,信息物理系统建设就是在比特的世界中构建物质世界的运行框架和体系,是以数据自动流动实现资源优化,这将是一个从局部到全局、从初级到高级、从单机到系统逐步演进的过程。信息物理系统层次性体现为最小单元叠加成为小系统,小系统叠加成为大系统,大系统叠加构建成巨系统,这带来资源优化配置从单点到多点、从静态到动态、从低级到高级的跃升。感知、通信、计算、控制相互作用构成了信息物理系统的基本形态,其不断叠加形成的复杂巨系统是信息物理系统演进的最终形态,一硬、一软、一网、一平台既是信息物理系统相对独立的四大技术要素,也是相互融合、互相促进的集成系统,这是CPS系统性的集中体现。从工业领域的实施路径和落地方案来看,智能制造不只是黑灯工厂,不只是机器换人,不单纯是设备改造,也不是简单地软件堆叠,而是制造系统的集成、制造体系的重建、制造模式的再造。对于信息物理系统而言,其不是传统制造思维的线性延伸,不是传统制造要素的全面展开,也不完全是制造阶段的整体跨越,而应该是适用性和先进性、局部实现和整体实现的相对统一。

实体制造和虚拟制造的统一。ICT对人类社会带来的重大变革是创造一个新世界:信息空间。制造业数字化、网络化、智能化的过程,是在信息空间重建制造流程,并基于此不断提升制造效率的过程。未来制造,将是基于信息物理系统的制造,将是数据驱动、软件定义、平台支撑的制造,将是实体制造与虚拟制造实时交互的制造,无论是产品、设备、工艺流程都将以数字双胞胎的形态出现。虚拟制造的应用,将会经历从碎片化到一体化、从局部到全局、从静态到动态的过程,逐渐涵盖研发设计、制造过程、服务运营的全流程。

五、五条建设思路:资源优化是目标、数据自动流动是关键、工业软件是核心、新型能力培育是主线、系统解决方案是重点

信息物理系统通过数据、软件、网络、平台等信息技术与人员、机器、物料、环境、供应链等制造要素的深度融合,构建一个信息空间与物理空间数据自动流动的闭环赋能体系,实现生产制造的自主协调、智能优化和持续创新,推动制造业与互联网融合发展。总的来看,要围绕以下五个方面建设信息物理系统。

资源优化是目标。工业革命300年来,技术变革是永恒的主题,而不变的主题是对制造效率、成本、质量永恒的追求。企业是社会资源配置的一种组织,是通过对社会资本、人才、设备、土地、技术、市场等各种资源进行组合配置来塑造企业能力,满足客户需求的一种社会组织。企业的竞争就是资源配置效率的竞争,是能力不断跃升的竞争。如何缩短一个产品研发周期、提高一部机床使用精度、提高一个班组的产量、提高一组设备的使用效率、提升仓储周转次数、减少一类部件库存数量、缩短客户服务的响应时间、降低资金使用成本等,所有这些本质上都是如何优化资源使用效率。信息物理系统通过创造一个与实物制造相对应的虚拟制造空间,实现了研发设计、试验、制造、服务在虚拟空间的仿真测试和生产,形成人类认识和改造世界新方法,实现资源优化的新模式。一是在资源优化的频率上,从静态优化走向动态优化,摒弃传统的以不变应万变的思维模式,根据需求和环境的变化实时调整资源配置方式,企业面对个性需求带来生产批次越来多、批量越来越少的新形势,面对制造环节柔性生产的要求,面对不断追求零库存的过程就是资源优化频率加快的过程,对资源优化频率的追求将是无止境的。二是在资源优化的范围,从单点局部走向全局优化,参与优化的资源沿着点、线、面、体、大系统、巨系统方向不断拓展,局部优化不能替代全局优化,全局优化也不是局部优化的总和。三是在资源优化方法论上,从实体优化走向虚实结合优化,从传统的“试错法”到基于数字仿真的“模拟择优法”的演变,这一新方法推动了制造范式的迁移,通过构建制造业快速迭代、持续优化、数据驱动的新方式,重建制造效率、成本和质量管控新体系,实现更短的研发周期、更低的制造成本、更高的产品质量和更好的客户体验。

数据自动流动是关键。当感知无所不在,连接无所不在,数据一定无所不在。信息物理系统的本质就是构建一套数据自动流动的运行体系,即将正确的数据(所承载知识)、在正确的时间、传递给正确的人和机器,以信息流带动技术流、资金流、人才流、物资流,进而不断优化制造资源的配置效率。新一代信息技术的发展带来最本质的变化是实现了生产全流程、全产业链、全生命周期管理数据的可获取、可分析、可执行。这带来了数据驱动的服务,智能互联产品正演变为一个客户需求数据实时感知的平台,演变为基于时实数据的客户服务平台。带来了数据驱动的创新,企业对客户现实需求和潜在需求的深度挖掘、实时感知、快速响应、及时满足,越来越依赖于需求—功能—创意—产品链条数据联动的速度、节奏和效率。带来了数据驱动的新模式,数字化模型普遍存在于生产体系各个环节,构建了面向设计、生产、运营、服务和管理的产品库、知识库、专家库,衍生出个性化定制、极少量生产、服务型制造和云制造等新的生产模式。带来了数据驱动的决策,企业内部的横向集成和企业间的纵向集成实现了数据的及时性、完整性、准确性和可执行性,推动数据—信息—知识—决策持续转化,构建企业运营新机制。

工业软件是核心。工业软件是一种以数据与指令集合对知识、经验、控制逻辑等进行固化封装的数字化(代码化)技术,构建了工业领域中数据自动流动的规则体系,是业务、流程、组织的赋能工具和载体,解决了复杂制造系统的不确定性、多样性等问题。工业软件作为一种工具、要素和载体,为制造业建立了一套信息空间与物理空间的闭环赋能体系,实现了物质生产运行规律的模型化、代码化、软件化,使制造过程在虚拟世界实现快速迭代和持续优化,并不断优化物质世界的运行。产品设计和全生命周期管理软件(如CAX,PLM等)建立了高度集成的数字化模型以及研发工艺仿真体系,生产制造执行系统(MES)是企业实现纵向整合的核心,联通了设备、原料、订单、排产、配送等各主要生产环节和生产资源,企业管理系统(如ERP、WMS、CRM)为企业的业务活动进行科学管理,改变了企业管理模式和管理理念。在网络化协同生产、个性化定制、服务型制造等生产新模式的驱动下,工业软件定制化、平台化、网络化和智能化已成为工业软件巨头推动产品变革的重要方向。

新型能力培育是主线。信息物理系统作为支撑两化深度融合的一套综合技术体系,落到企业具体实践上,其最终目的是打造企业互联网时代背景下的新型能力。历次技术进步引发的工业革命,不仅推动了制造范式的变革,也伴随着企业核心能力体系的变迁。当前,伴随着制造业新产品、新需求、新模式的快速发展,伴随着制造系统越来越复杂及生产全流程不确定性增加,迫切需要CPS系统更广泛地应用和普及。CPS的出现和应用,它不仅仅是CPS部件、单元、数控机床、智能机器人、自动化生产线的引入,也不仅仅是企业内部的流程再造、组织优化,最终都要落实到企业核心能力提升上来,并不断推动从传统能力拓展到新型能力。因此,企业推进信息物理系统建设,不能只单纯强调信息技术的先进性,而要围绕企业新型能力打造不断推进数据、技术、业务流程、组织结构的互动创新和持续优化,将技术的进步、组织结构的变革、业务流程的优化转化成企业的新型能力,诸如个性化定制、精益管理、风险管控、供应链协同、市场快速响应等新型能力,进而重构企业生产方式、服务模式和组织形态,不断获取差异化的可持续竞争优势。

系统解决方案是重点。推动信息物理系统的应用与发展既需要核心关键技术的突破,也需要一批具有广泛应用前景的行业系统解决方案。美德日等发达国家从各自发展特点出发,围绕信息物理系统的建设、使用和推广,组建产业联盟、研制参考架构、研发共性技术、建设试验环境,逐步摸索出一套方法、路径和模式,形成了多种解决方案。率先打造基于信息物理系统的成熟、完整、可复制的解决方案,正成为国际巨头竞争的制高点和引领行业转型发展的风向标。在实践中,迫切需要抓住制造资源碎片化、在线化、再重组、再优化的机遇,在打造信息物理系统共性平台的基础上,要围绕产品、装备、工具、客户、供应链、第三方应用等要素的数字化、网络化、智能化,逐步构建跨设备、跨产线、跨车间、跨工厂、跨企业的信息物理系统解决方案。

六、六项重点任务:加强顶层设计、夯实技术基础、推动测试验证、组织试点示范、强化信息安全、深化国际合作

当前,信息物理系统相关技术和产业仍处在起步期,应抢抓机遇、提早布局、整合资源、重点突破,抢占发展主动权。当前,要将基于CPS的产业生态系统培育和构建作为新一轮产业变革的制高点,将技术产业发展、测试平台建设、解决方案推广作为生态建设的三大环节。具体地,要以加强顶层设计为基础,以突破技术和产业瓶颈为关键,以强化工业信息安全为保障,加强国际合作,通过搭建测试验证公共服务平台推进相关技术应用的测试验证,以面向特定行业的应用示范带动相关技术和系统解决方案的产业化。

加强顶层设计。信息物理系统是工业和信息技术跨界交织、深度融合的新型技术体系,涉及多技术、多标准、多领域,需要加大统筹协调力度,加强顶层设计。一是持续跟踪信息物理系统技术、产业、应用发展趋势,凝聚行业发展共识,发布并不断更新《信息物理系统白皮书》,在《中国制造2025》、《国务院关于深化制造业与互联网融合发展的指导意见》的战略部署中,强化相关任务的落实。二是加快制定信息物理系统参考架构,形成信息物理系统发展的路线图,牵引和指导技术标准、技术研发、实验验证、应用推广等工作全面展开。三是完善标准体系,编制信息物理系统综合标准化建设指南,开展基础共性标准、关键技术标准和行业应用标准的研制,加快构建信息物理系统术语、数据和信息模型等基础标准,工业大数据、工业云、工业软件等平台和软件标准,以及传感控制、生产设施、工业网络等领域的标准体系。

夯实技术基础。信息物理系统技术演进正处于新旧融合、快速迭代、多方博弈的新阶段,当前要以“一硬、一软、一网、一平台”为重点,加大支持力度,推进关键技术研发和产业化。一是提升感知与自动控制产业支撑能力,突破核心芯片、驱动器、现场总线、工业以太网等关键器件和技术的发展瓶颈,加快推动智能传感器、可编程逻辑控制器、分布式控制系统、数据采集与监控系统等研发和产业化。二是实施工业技术软件化工程,促进软件技术与工业技术深度融合,重点突破工业嵌入式软件、制造执行系统等传统工业软件,虚拟仿真、工业数据分析等新型工业软件,提升工业软件的集成应用能力。三是建设工业云和智能服务平台,围绕智能装备接入工业云的数据采集、网络连接和调度管理等重点环节,突破通信协议、数据接口、数据分析等关键技术,提升工业云平台系统解决方案供给能力,推动工业设计模型、数字化模具、产品和装备维护知识库等制造资源向全社会的开放共享,鼓励培育基于平台的新型生产组织模式。四是推动工业网络发展,制定工业互联网总体体系架构方案,明确关键技术路径,加快IPv6、泛在无线等技术在工厂内部网络的部署,推动软件定义网络、5G等技术在网络基础设施中的应用。

开展测试验证。测试验证平台是实现信息物理系统高效适配、安全可靠的关键载体,是整合产业链创新资源的重要手段,是当前阶段推广普及信息物理系统的重要抓手。美工业互联网、德工业4.0平台组织几百家企业参与近百个各类测试床建设。当前要以信息物理系统核心组件为对象,建立通用性和专业性相结合的应用测试验证平台,加速信息物理系统关键软硬件技术应用和产业化,依托平台汇聚产业和打造生态系统。一是建设信息物理系统通用性技术测试验证平台,以“一硬、一软、一网、一平台”为重点,开展通用性技术的可靠性、开放性、互通性测试验证,促进相关通用性标准的建立和行业应用的推广。二是建设面向特定行业应用的专业性测试验证平台,围绕钢铁、石化、航空等不同重点行业,建设通用性网络和生产试验床,开展设备和系统互通性、系统解决方案及技术测试验证,验证实现通用性技术在特定生产环境、生产工艺下的适用性和可用性稳定性和鲁棒性。三是支持研究院所、运营商、设备商及制造企业建设面向信息物理系统的工业网络测试验证平台建设,推动SDN、5G等新型工业网络技术在工业中的应用。四是建设信息物理系统体验中心,聚焦具体行业领域,模拟客户现场真实环境,开展解决方案、最佳实践等示范、演示和推广示范。

组织试点示范。行业应用试点示范是牵引技术应用测试和标准体系建立的有效手段,应从特定行业选择、特定应用场景两个角度来考虑试点示范工作的推进思路。一是开展信息物理系统技术平台试点示范,在基础数据采集、设备互联互通、异构数据集成、生产资源优化等领域,形成一批行业应用示范项目。二是开展CPS行业系统解决方案试点示范,面向生产设备及生产线改造、数据共享、工艺流程改造、能耗智能管控等重点,通过匹配客户需求和信息物理系统最佳实践,可复制、可推广的行业系统解决方案,建设应用案例库,形成边研究、边试点、边推广的联动模式。三是开展部省共建,以信息物理系统在区域落地为重点,通过强化省部资源统筹,建设国家创新中心、测试验证平台、试点示范项目、紧缺人才培养等,建设一批信息物理系统示范区。

强化信息安全。信息物理系统应用越深化,工业信息系统安全形势将越严峻,要将工业控制系统安全作为当前信息物系统推进和部署的重要内容,同规划、同部署、同推进,打造安全可靠产业发展环境。一是完善工业信息安全政策标准体系,研究制定《工业控制系统信息安全行动计划》、《工业控制系统信息安全防护能力评估方法》等政策文件,以及工业信息安全评估、测试等相关标准。二是建设“国家工业信息安全发展研究中心”,培育工业信息安全国家队,建设工业信息安全态势感知、风险预警、应急处置、安全防护、产业推进能力。三是增强工业信息安全技术产业支撑能力,建设工业信息安全态势感知、信息共享等技术平台,开展工业控制系统信息安全年度检查,组织工控安全防护能力试点示范。

深化国际合作。当前,美德日等不断加强信息物理系统国际合作,强化全球发展主导权。我国应抓住信息物理系统刚刚起步、国际格局正在形成、创新空间大的历史契机,将国际合作作为战略举措系统推进,积极主动、取长补短,在全球发展中把握主动权。一是推动政府、协会、联盟及企业等不同层面,开展与德国工业4.0、美国工业互联网以及国际标准化组织、国际产业组织之间在技术研究、测试验证、试点示范、应用推广、标准化等方面的交流与合作,探索国际合作新领域、新机制。二是积极利用中德智能制造合作机制,将信息物理系统作为中德企业合作、园区合作、标准合作、人才培养的重点内容。三是引导企业积极参与国际竞合发展,鼓励企业积极参与全球信息物理系统技术架构、标准化、测试验证平台、解决方案等研究和成果输出,提升国际话语权和全球影响力。

推进两化深度融合是一项富有创新性的伟大实践,信息物理系统作为支撑两化深度融合的综合技术体系,是推动制造业与互联网融合发展的重要抓手,需要在技术研发、标准研制和产业应用等方面尽早部署。为此,我司指导中国电子技术标准化研究院,联合国内相关单位,编撰形成了《信息物理系统白皮书(2017)》。本白皮书在编写过程中集众人之智、采众家之长,体现了当下我国对信息物理系统的认识水平。下一步,要围绕信息物理系统共性关键技术研发、测试验证平台建设、综合标准化体系建设及试点示范推进等方面,统筹开展工作。希望能够通过白皮书为相关人员提供参考,通过社会各界共同努力,为我国信息物理系统的发展贡献一份力量。

      本网提醒:本网站转载【工业4.0的核心CPS是什么?如何看?怎么干?】文章仅为流传信息,交流学习之目的,其版权均归原作者所有;凡呈此刻本网站的信息,仅供参考,本网站将尽力确保转载信息的完整性,如原作者对本网站转载文章有疑问,请及时联系本网站,本网站将积极维护著作权人的合法权益。

转载请注明出处。

1.本站遵循行业规范,任何转载的稿件都会明确标注作者和来源;2.本站的原创文章,请转载时务必注明文章作者和来源,不尊重原创的行为我们将追究责任;3.作者投稿可能会经我们编辑修改或补充。

相关文章
  • 应用于汽车和工业领域的直流无刷电机和步进电机驱动器

    应用于汽车和工业领域的直流无刷电机和步进电机驱

    2019-07-03 09:11

  • 地铁自动防护系统是的工作原理-

    地铁自动防护系统是的工作原理-

    2019-07-02 10:29

  • 人才短缺是制约云计算高速发展的主因

    人才短缺是制约云计算高速发展的主因

    2019-07-02 10:29

  • PLC控制系统的干扰问题分析

    PLC控制系统的干扰问题分析

    2019-07-02 10:29

精彩导读