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工信部白皮書解讀CPS:兩化深度融合綜合技術體系

來源:中國信息產業網   作者:天雨  頻道:    發布時間:2017-05-10

3月1日,工信部信軟司指導中國電子技術標準化研究院,聯合國內相關單位編撰發布的《信息物理系統白皮書(2017)》,對信息物理系統(CPS)的技術內涵做了全面歸納與系統闡釋。

支撐兩化深度融合的一套綜合技術體系

當前,面對搶占新一輪科技革命和產業變革競爭制高點的新形勢,面對“以加快新一代信息技術與制造業深度融合為主線,以推進智能制造為主攻方向”的戰略方針,面對從制造大國向制造強國轉變的戰略任務,迫切需要構建支撐兩化深度融合的技術體系。

信息物理系統通過集成先進的信息通信和自動控制等技術,構建了物理空間與信息空間中人、機、物、環境、信息等要素相互映射、適時交互、高效協同的復雜系統,實現系統內資源配置和運行的按需響應、快速迭代、動態優化。

CPS的定義是通過集成先進的感知、計算、通信、控制等信息技術和自動控制技術,構建了物理空間與信息空間中人、機、物、環境、信息等要素相互映射、適時交互、高效協同的復雜系統,實現系統內資源配置和運行的按需響應、快速迭代、動態優化。

CPS的目標是資源優化配置,其技術特征包括:數據驅動、軟件定義、泛在連接、虛實映射、異構集成、系統自治。在智能設計、智能生產、智能服務、智能應用等環節有著豐富的應用場景。其在生產制造中的層次由分單元級、系統級、系統之系統級等。

可以看出,信息物理系統是工業和信息技術范疇內跨學科、跨領域、跨平臺的綜合技術體系所構成的系統,能夠將感知、計算、通信、控制等信息技術與設計、工藝、生產、裝備等工業技術融合,能夠將物理實體、生產環境和制造過程精準映射到虛擬空間并進行實時反饋,能夠作用于生產制造全過程、全產業鏈、產品全生命周期,能夠從單元級、系統級到系統之系統(SoS)級不斷深化,實現制造業生產范式的重構。從新一輪產業變革的全局出發,結合多年來推動兩化融合的實踐,白皮書認為,信息物理系統是支撐信息化和工業化深度融合的綜合技術體系。

核心要素:“一硬、一軟、一網、一平臺”

美、歐、德相關研究機構或科研項目對信息物理系統的概念、定義不盡相同,但總體來看,其本質就是構建一套賽博(Cyber)空間與物理(Physical)空間之間基于數據自動流動的狀態感知、實時分析、科學決策、精準執行的閉環賦能體系,解決生產制造、應用服務過程中的復雜性和不確定性問題,提高資源配置效率,實現資源優化。狀態感知就是通過各種各樣的傳感器感知物質世界的運行狀態,實時分析就是通過工業軟件實現數據、信息、知識的轉化,科學決策就是通過大數據平臺實現異構系統數據的流動與知識的分享,精準執行就是通過控制器、執行器等機械硬件實現對決策的反饋響應,這一切都依賴于一個實時、可靠、安全的網絡。我們可以把這一閉環賦能體系概括為“一硬”(感知和自動控制)、“一軟”(工業軟件)、“一網”(工業網絡)、“一平臺”(工業云和智能服務平臺),即“新四基”。“新四基”與中國制造2025提出的“四基”(核心基礎零部件、先進基礎工藝、關鍵基礎材料和產業技術基礎)共同構筑了制造強國建設之基。

本質:數據在兩大空間閉環流動

CPS的本質是構建一套信息空間與物理空間之間基于數據自動流動的狀態感知、實時分析、科學決策、精準執行的閉環賦能體系,解決生產制造、應用服務過程中的復雜性和不確定性問題,提高資源配置效率,實現資源優化。

感知和自動控制是數據閉環流動的起點和終點。感知的本質是物理世界的數字化。工業軟件是算法的代碼化,是對工業知識、技術積累和經驗體系的載體,是實現工業數字化、網絡化、智能化的核心。工業軟件定義了信息物理系統,其本質是要打造數據流動的閉環與規則體系,應對制造系統的不確定性,實現制造資源的高效配置。工業網絡是連接工業生產系統和工業產品各要素的信息網絡,主要用于支撐工業數據的采集交換、集成處理、建模分析和反饋執行,是支撐數據流動的通道。物質(機械、如導線)連接、能量(物理場、如傳感器)連接、信息(數字、如比特)連接乃至意識(生物場,如思維)連接,為打造萬物互聯的世界提供了基礎和前提。工業云和智能服務平臺是高度集成、開放和共享的數據集散中心、數據存儲中心、數據分析中心和數據共享中心,基于工業云服務平臺推動專業軟件庫、應用模型庫、產品知識庫、測試評估庫、案例專家庫等基礎數據和工具的開發集成與開放共享。這將帶來產品、機器、人、業務從封閉走向開放,從獨立走向系統,將重組客戶、供應商、銷售商以及企業內部組織的關系,重構生產體系中信息流、產品流、資金流的運行模式,重建新的產業價值鏈和競爭格局。(天雨)


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