邱伯华谈CPS与船舶工业价值链创造_CPS_船舶

邱伯华谈CPS与船舶工业价值链创造

2017/9/20 15:43:16

4月12日，CPS信息物理系统专家宣讲团第四讲“CPS与船舶工业价值链创造”，由中国船舶工业系统工程研究院海洋智能技术中心主任、中国信息物理系统发展论坛专家咨询委员会委员邱伯华先生网络开讲。

“CPS信息物理系统专家宣讲团”

第四讲网络直播实录

为做好信息物理系统CPS的宣传贯彻工作，在工信部信软司的大力支持下，中国电子技术标准化研究院、中国信息物理系统发展论坛、走向智能研究院组织团结各方力量，组建“CPS信息物理系统专家宣讲团”，在网络上发起集中宣传活动，每周邀请一名精通CPS的专家，从不同角度讲解CPS，为广大企业用户进行网络宣讲。

第一讲：“CPS”专家宣讲团火爆开讲万名群友分享信息物理融合科技干货

第二讲：宁振波：CPS是智能制造核心技术，更是智能化思想精华（附完整下载）

第三讲：【干货】CPS专家：赵敏谈CPS技术演进及应用落地

第四讲主讲专家：

邱伯华：中国船舶工业系统工程研究院海洋智能技术中心主任、中国信息物理系统发展论坛专家咨询委员会委员

宣讲主题：CPS与船舶工业价值链创造

活动主持人：

苏明灯：走向智能研究院执行秘书长、《三体智能革命》编委

微信多群同步直播，万人在线同时分享。网络宣贯CPS，怎么看，如何干？

相信我，2017，中国制造最大的IP是CPS

以下为本次活动实录：

主持人：大家好，我是今晚五十个科技、产业社群同步直播CPS专家宣讲团活动的开场主持人苏明灯，走向智能研究院执行秘书长，也是国内第一本讨论新工业革命与智能化创新的专著《三体智能革命》的编委会成员。

沏上一杯好茶，守候在电脑旁，或拿着手机窝在沙发上，今晚我们再次在赛博空间相遇。“相信我，2017，中国制造最大的IP是CPS”，不错，这就是我们的口号。

为做好信息物理系统CPS的宣传贯彻工作，在工信部信软司的大力支持下，中国电子技术标准化研究院、中国信息物理系统发展论坛、走向智能研究院联合组织团结各方力量，组建专家宣讲团，从不同角度，为政企各届朋友集中宣传讲解CPS，推动CPS技术和应用发展。

在前三周的同一时间，我们分别有幸邀请到走向智能研究院执行院长、中国发明协会发明方法研究分会会长赵敏先生，给大家分享了CPS技术发展路线、技术应用路线。邀请到中航工业集团信息技术中心首席顾问、两化融合专家、智能制造研究专家宁振波研究员，从CPS的内涵、沿革、分类和层级四个角度，为大家分享了的宁振波视角的CPS的精义。以及《CPS白皮书》主要作者之一，中国信息物理系统发展论坛秘书长郭楠博士首次开讲，为大家解读了《CPS白皮书（2017）》的主要内容与出台背景。

今晚即将登场的嘉宾，是中国船舶工业系统工程研究院海洋智能技术中心邱伯华主任，邱主任长期从事工业4.0、CPS系统、工业大数据分析、人工智能、预测与健康管理等研究，多次获得国防科技进步奖和舰船工业科技进步奖，参与了国家智慧海洋工程、高新技术船舶等重大工程项目的规划论证。在权威的产学研组织中国信息物理系统发展论坛中，邱主任也是专家咨询委员会的重要成员。可以说，《CPS白皮书2017》的成稿，凝聚了郭楠博士、宁振波研究员、赵敏院长、邱伯华主任等一大批关心并从事CPS技术发展的专家们的心血和期望。

值得一提的是，我国工业、IT行业若干重要部门、机构、单位、企业对今晚的活动给予重要指导与大力支持。他们是:

CPS信息物理系统专家宣讲团

指导单位：工业和信息化部信息化和软件服务业司

主办单位：中国电子技术标准化研究院、中国信息物理系统发展论坛、走向智能研究院

支持单位（滚动更新，不分先后）：中国机电一体化技术应用协会、青岛工业软件研究所(中国科学院软件研究所青岛分部)、全国智能制造发展联盟，中国两化融合应用推广联盟，中国工业软件联盟，中国两化融合服务联盟、中国科技自动化联盟、北京信息科技大学自动化学院、机械工业出版社、广东华南计算技术研究所、华为、PTC、索为系统公司、索为云网、兰光创新、英诺维盛、北京联讯动力、合众联恒、深圳昱辰泰克、北京格分维、兮易强企、大驰创新、e-works数字化企业网、工业4.0俱乐部、智能制造百人会、精益自主研究会、工控兄弟连、物联网智库、全国三维数字化创新设计大赛组委会、全国三维数字化技术推服务与教育培训联盟、世界绿色设计组织WGDO智能制造专委会、3D动力、智造家IMEfuture、工业4.0商业共同体等。

今晚同步直播《CPS白皮书》专家宣讲团活动的微信群有近50个，基本包含了工业领域、IT领域一些主流科技社群、企业社群。他们中参与较早的是：CPS发展论坛、CPS信息物理系统专家宣讲团、走向智能论坛读书汇、CPS专家宣讲团政企群、《三体智能革命》雅读汇、国家两化融合创新推进联盟I、Enterprise的含义群、工业4.0俱乐部北京群、山西装备制造之家、工业4.0俱乐部上海群、工业4.0俱乐部深圳群、新工业联盟群、工业4.0俱乐部转型升级群、工业4.0俱乐部大数据群、工业4.0俱乐部大连群、工业4.0俱乐部智能制造群、工业4.0俱乐部东北群、智能制造百人会群、精益自主研协会00群、精益自主研协会07群、拓智企管精益工场群、中国智能制造IMchina、智造家-智造课堂-工业大数据、西南精益智造联盟、智慧工业研究院、智能科技创新交流群、人工智能创新论坛群、中欧智能制造，中欧校友制造业群，中欧校友人工智能/大数据研习群、中国信息自动化交流群，慧玩创新知本家俱乐部、工业4.0商业共同体（主群，以及北京、浙江、青岛分群）、大数据产业化资源平台群、慧造智能研究院研讨群等等微信社群。

接下来，有请邱主任进入宣讲时间，为大家阐述CPS与船舶工业价值链创造。

【邱伯华】

尊敬的各位专家、领导：晚上好！我是中国船舶工业系统工程研究院海洋智能技术中心主任邱伯华。前三周郭主任、宁总和赵总对于CPS都发表了精彩的演讲，我也是受益匪浅。今天，我结合我们团队这些年的研究、实践与思考，谈一些粗浅的认识，供大家批评指正！

今天，我将从“工业界需要什么样的CPS”、“为什么中国工业更需要CPS”、“中国船舶的新挑战”、“我们的实践工作”和“从实践中得到的启发”这五个部分进行阐述。

1、工业界需要什么样的CPS？

要回答这个问题，我们不妨换一个角度，从价值需求的角度去思考CPS的本质。

虽然CPS是这些年才正式提出来的，其实，自从有了信息技术，实体空间与CYBER空间两大能力就在不断融合，并一直在深刻影响我们的生活。当CYBER空间释放了控制自动化能力，与实体空间融合，就诞生了自动控制，创造了巨大的价值空间和能力；几十年后，CYBER空间信息传递的自动化能力又被挖掘和释放，与实体空间的融合，就诞生了信息化和互联网经济，创造出更为巨大的价值空间和能力。可以说，信息技术出现以来，物理（P）、赛博（C）、人体（P）的三体融合一直在发生。而目前CPS的发展，在我们看来，正是处于“控制自动化-信息传递自动化-决策自动化（即智能化）”的第三个阶段。

可见，工业转型的价值需求决定了CPS新的要求，而现有的技术又恰好发展到可以逐渐满足CPS应用。因此，当CYBER空间这两种能力（控制自动化与信息传递自动化）被最大程度地释放，以及这两种能力与实体空间融合价值被充分利用时，我们希望释放CYBER空间的新的能力，并与实体空间如何融合，进而形成更大的价值与能力，是我们目前在研究CPS中应该关注的重点。

工业转型的需求是什么？可以说是工业品边际效应的扩展，实现产业的健康持续发展。那么首先，我们的现代工业面临什么样的体系问题呢？最核心的是产品卖不动了。随着全世界工业升级的完成，以工业品性能提高为目标的工业品采购这个硬需求已经逐步消失，用户的购买意愿开始降低；这使得传统工业品的销售举步维艰，制造商习惯的卖商品实现自身价值创造的传统模式，正在逐步走到尽头（边际效应越来越狭小），即使研究性能更好的商品，内部尽可能的挖潜，也只能延缓而不能根本性改变这一情况。

于是，制造商开始学着转型，最早出现的是通过故障诊断和远程监控等能力，提升售后服务能力，进而带动备品备件的销售，实现新的价值空间。但这种应激式远程服务和备品备件服务，依然是以制造商的价值需求为目的的，希望在用户多次获利。随着整个经济条件的越来越严峻，地主家也没有了余粮，一只羊身上不断的拔毛，也有拔完的那一天，这种零和游戏（即损害用户利益带来制造商利益增长）无疑也难以为继。

逐渐地，很多制造商开始发现，用户对商品性能的要求背后实际上是商品能力的利用需求，即通过商品效能的最佳体现来满足用户的利益。比如，买装备变成租装备，很大程度满足了用户的价值利用需求，同时也释放了产品新的边际效应，这里典型的就是罗罗公司的案例，从卖飞机引擎转变为卖飞行时间，通过实时监控4600具引擎的运行状况，来达到使飞机随时保持最佳飞行状态的目标，并仅以4%的成本换取了61%的效益，由此走出了产品销售的红海！

但是，在实践中，有一个很现实的问题，例如租车服务。很多人都会开车，也有自己的爱车，买车前往往都会先租车练手。由于用户长期的不合理使用装备，比如经验不足或者恶意使用，使得租的车寿命往往远小于私家车。这样带来一个矛盾，租费高，制造商可以获利，用户就会少；而租费低，用户多，制造商又承受不了。有的制造商为解决这一矛盾，想出提供远程支持中心的办法，一方面帮助用户更合理的使用装备，发挥其效能，达到用户的活动目标，另一方面也实现装备消耗保持在合理状态。

这样，又带来两个问题，一是需要远程监控，二是远程的支持者不仅要了解装备，也要了解用户，才能提出合理的建议，有效指导用户的使用，这往往需要专家级别的人员。这就带来了新的制约问题：实时性、客制化和成本。而人在回路的支持，很难做到实时的支持，同时，更做不到对散、少、杂用户的支持。大家都听说过长尾理论，往往80%的客户是这种客户，这个价值空间无法通过这种方式被发掘，比如行车导航。

大家开车都或多或少用导航，导航就是一个很有意思的案例，首先，它证明了面对最广泛用户需求的实时服务，不能再依靠人在回路；其次，也很好的解释了什么是CPS，在实体空间，获取车辆位置、路况、道路信息感知和用户需求（去哪里，希望如何去），然后在CYBER空间里评估、分析、优化和决策，进而适时指导实体空间的活动，即告诉用户最佳的行驶路线，帮助用户利用实体装备达到自身活动需求，这样，通过CYBER空间的力量，满足了最广大用户的个性化需求，创造出新的边际效应。

可见，制造商需要CPS实现这种转型，这种模式更广泛适用于工业品的用户价值支持！

通过以上简单分析，我们也试图来给出智能时代的CPS新组成与目标，即：希望在CYBER空间控制精准与信息流动高效这两大能力的基础上，进一步释放其分析、评估、优化和决策的能力（即决策自动化），与前两种能力一起，与实体空间相融合，实现物、CYBER和人一体的“三体智能”（亦与宁总、赵总等专家在《三体智能革命》中所阐述的观点相一致），这或许才是我们需要的CPS。

未来的CPS在我们看来，应该是以决策自动化的逐步形成，并与自动化、信息化相集成，构建的PCP（物、CYBER、人）新形态，形成一个新的价值空间。

而现代信息技术的发展，也使得这种三体智能成为了可能：首先，物联网（IOT）技术，通过智能感知、识别、普适计算等通信感知技术，使得我们的感知更加全面与动态、信息掌握更加多样与实时；第二，大数据分析、云计算技术等，使得数据处理能力大幅增强，可将包括软硬件的一切资源、海量数据通过虚拟化和分布式等手段，进行高效获取、深度加工，并提高数据的可用性；第三，认知技术，认知学习的出现与逐步发展，使得我们对于实体空间状态的正确掌握、事物发展规律的客观了解，使个体的实时决策所需要的认知支持，成为可能！

由此可见，通过CPS，实现认知能力的提升，实现基于预测的决策，进而实现控制与管理能力的跃升，实际上也是CPS被各国关注的内在原因。

在这里多说一句，现在“大数据”很热，大数据中心四处在建，似乎现在不谈大数据都不好意思见人，大数据能包治百病，但是，盲目的采集与存储这些数字化的信号，却忽视数据的认知和新知识的挖掘，是否真的是很好的？而认知与智能是否一定要以大数据为前提？这个问题提出来，也供各位思考。

2、为什么中国工业更需要CPS？

改革开放以来，我国工业取得了诸多伟大成就：2013年，中国GDP是9.24万亿美元，其中工业产值是4.24万亿美元，比美国和德国工业产值之和还多；中国工业220种产品产量居世界第一位，其中，粗钢、煤、水泥产量已连续多年稳居世界第一；中国拥有39个工业大类，191个中类，525个小类，是全世界唯一拥有联合国产业分类中全部工业门类的国家。

中国工业取得了伟大的成就，但是由于生产关系定位和生产力特点的原因，使得中国现在在传统工业链中处于不利地位。相较于其他发达国家，在我国工业快速发展的过程中，结合我国在能源、资源、劳动力等方面的优势以及在工业基础、工人素质等方面的劣势，在国际工业体系分工中选择了以加工制造为主的世界工厂路径。

数十年的现代化历程，我们遵循的是“雁阵理论”，技术上走的是追随道路，引进、消化、吸收再创新，这点大家都很熟悉；产业链上，我们放弃设计与服务，重点在加工制造，“物美价廉”是我们无奈的选择。一方面，我们快速的成为大国；另一方面，在成为强国面临了挑战，西方数百年所形成的先验知识是我们缺乏的，使得我们知其然，不知其所以然，除了像华为等很少的企业，我们没有全球的服务能力，这些制约了我们原创型产品和品牌的形成。

因此，单纯利用传统手段无法改变现状，因为我们往往缺乏的是设计知识、产品品牌、研发过程、服务模式等。然而，从另一方面考虑，我国是工业“制造大国”又是“使用大国”，我们拥有着极大的数据优势和产业链齐全优势，这恰恰给我们带来了新的机遇：

因为，CPS的到来，使得用户价值提升、制造商新的经济增长点的实现，拥有了新的机会，即，将数据优势与CPS相结合，在商品性能没有根本性改变的时候，利用赛博空间的决策支持能力提升其效率，反馈到设计能力，最终创造品牌价值，从零和博弈变成共享，从而利用新的认知能力来达到能力快速提升与转型的目标。

3、中国船舶的新挑战

近三十年来，中国船舶工业得到了极大的发展，到如今：中国船舶订单量的世界市场占有率35%、船舶建造量的世界市场占有率30.7%、船舶未交付订单量的世界市场占有率33.5%，这三大指标均列世界第一。可以说，我们当仁不让的成为了“造船大国”和“航运大国”。

再看我国的船舶工业，就会发现它有很强的中国制造代表性：船舶工业涵盖了近85%的现代工业产品，覆盖面足够广；是国际贸易和“一带一路”的重要载体，它是我们现代经济的重要支撑。并且，中国船舶工业又是中国为数不多实现军民融合的主业之一，CPS在实现工业智能和军事智能，通过一整套CPS技术体系在全产业链的广泛创新和应用的过程，也是军民融合创新发展的过程。

同时，中国船舶和其他行业一样，大而不强，高端船配基本被国外垄断，船壳经济明显，在经济衰退中苦苦挣扎，到目前，全国的船厂比全盛时期有近90%倒闭。面对市场的低迷，船舶的产业转型升级压力巨大。在这些明显的劣势相对应，我们作为制造大国和使用大国所具备的过程数据优势，是有别于其他国家的优势。以过程数据驱动的，以认知为核心的，实现控制与管理协同与优化为目标的CPS体系的建立，无疑是我们弯道超车的好机会。

正是在这种背景下，我们中国船舶工业系统工程研究院在中船集团的指示下，开始CPS技术的研究与实践探索，力求找到船舶行业转型发展的新路径。

4、我们的实践工作

以下简单汇报下我们的具体实践：

中国船舶工业集团公司作为中国船舶工业的主要力量之一，为了探索适应中国船舶制造业和远洋航运业的转型发展方案，率先开展基于CPS船舶行业解决方案的探索。集团下属中国船舶工业系统工程研究院，早在2010年率先在中国船舶领域开展CPS体系在海洋装备领域的研究与应用实践，在此基础上，与多个国际顶尖技术团队合作，并联合美国国家科学基金会IMS中心，定位于大数据时代的智能船舶发展，于2013年成立了中国船舶领域第一个以CPS应用为方向的智能化技术产学研合作机构——“海洋装备信息智能管理与应用技术创新中心”，全面发展基于工业大数据的CPS智能技术研究与应用。2016年，中心更名为海洋智能技术中心（OITC），进一步整合优势力量，在船舶智能化领域全面发力。

中心由PHM国际学科带头人、工业大数据专家、美国白宫CPS顾问李杰（Jay Lee）教授作为首席科学家，组建中美创新团队，专项开展CPS面向船舶领域的研究与实践；期间得到信息专家宁总，船舶专家陈映秋、航运专家黄涌泉、高伟杰等帮助，更是得到了招商轮船、劳氏船级社、中国船级社以及集团内总体院、总装厂和核心船舶配套单位的大力支持。在此表示衷心的感谢！

在我们的实践中，首先对于船舶产业链进行分析，不难看出：1）船舶产业链的各个环节，都有感知的需求、都有认知的需求、都有决策的需求、都有提升能力的需求；2）大家所有做的，都是独立的、单向的、割裂的；3）这种需求与现实的矛盾，造成了“数据-知识-能力-成本”的束缚。

这样，我们不妨提出假设：能不能用赛博空间的力量，形成合力，支持各自的能力需求？答案是肯定的。

为什么？我们来举个金矿的例子。

数据金矿的价值化误区：如今，大家都意识到过程数据的重要性，把数据当作金矿，加大了数据的占有力度。但是，占有了一定的数据，就真的可以实现转型发展了吗？我们来看黄金产业，金矿是分布在全球各地，没有一家可以完全占有，同时，金矿也分富矿和贫矿，一吨金矿最多也就百十克黄金含量。所以要提炼成需要的纯度黄金；在此基础上各个金制品公司根据市场需求加工成各种金制品。采矿、提炼和加工制造是完全不同的领域，都需要大量的投入。金制品公司核心竞争力在于市场需求的把握和金制品的加工制造。现在却把大量的精力在采矿和冶炼，这种转型是否是真的合适？小而全，大而全除了包袱的增加，未必实现企业竞争力真实的提高，而且，最重要的是，任何企业没有能力，其他企业也不会允许你控制所有的金矿与冶炼的。换一种思路，从事必躬亲变成产业联盟，专业的事专业的人做，共享资源，强化能力，保守秘密，实现资源、能力与效率的最优配置，这是一个大势所趋。

思路转型：船舶一直以来被当作一个商品，生产者制造，使用者购买。使用者有钱，制造者就有利润，反之亦然。但是，我们换个思路，把船舶看作一个载体，是船舶产业链都需要的一个矿山，面向产业链的需求，重新设计船舶的感知，把数据的贫矿改造成富矿，建立数据知识化，知识价值化的基础，再建立一个合理的模式，实现产业链的共同发展而不是零和博弈新模式，或许是产业转型的一种思路。同时，船又是活动主体，船、岸、船员，构建了生态链的实体空间，在船舶这个实体空间中，构建一个小的CYBER空间（智能装备），相对应地在赛博空间之中，形成双向映射，满足控制、管理和决策的需求，并与大的CYBER空间协同，实现体系的能力。

由于以往数据私有性、商业秘密以及同业竞争的考虑，数据是分散在各个所有者手里，数据的不完备性和企业缺少规模化的分析提炼能力，其价值化一直无法实现。如何解决数据规模化以及分析专业化和保持企业竞争力的矛盾？将冶炼的工作交给熟悉产业链，又不具体做产业链具体工作，有较强分析能力的第三方，根据产业链各环节对数据不同的知识化需求（冶炼的纯度需求）集中工作，并按需提供给联盟的各方。为什么提炼，提炼后做什么，他不需要知道。产业链各环节根据自己的需求，重点做价值最大化工作。联盟内共担风险，共享价值，而不是某一方价值最大化，在我看来，是数据经济未来的新模式。

基于以上的分析，我们根据CPS技术体系和应用原则，结合我国海洋装备技术和应用特点，面向船舶工业的价值链各环节，首次研制以装备全寿命周期视情使用、视情管理和视情维护为核心、面向船舶与航运智能化的智能船舶运行与维护系统（Smart-vessel Operation and Maintenance System，简称SOMS），提供包括船载智能Agent硬件，模型化岸海通信网络、CPS认知系统、智能信息服务与集成平台、集成工业控制与管理软件等的一体化解决方案，打造“一硬”（感知与控制硬件）、“一软”（工业软件）、“一网”（工业互联网）、“一云”（工业云和智能服务平台）的应用体系；并进一步面向船队、船东和船舶产业链，分别设计了面向船舶（个体）、船队（群体）和产业链（社区）的应用解决方案，为整个船舶产业链提供面向环境的智能、面向状态的智能、面向集群的智能和面向任务的智能。

在“SOMS个体解决方案”的实践中，我们提出了基于CPS的船舶智能化解决方案，并在军民领域同步开展了实船应用实践：

在与招商轮船开展的实船验证合作中，全球首个搭载定制版SOMS系统的远洋大型船舶 “明勇轮”自2015年起已累计运行超过10080小时，18个不同航段，航行数据5.79GB，其中健康管理和能效管理两大模块，实现了显著的油耗节省和“近零故障”(Near-Zero Breakdown）。

在此基础上承担了工信部“智能船舶1.0”重大专项中“智能系统总体设计和船舶智能信息平台”、“设备运行与维护智能系统”等的研制任务，并作为智能系统总体牵头单位，设计船舶智能化解决方案，构建智能Agent，实现船舶智能化。

在该专项中，也给出了中国智能船舶的“三步走”目标：第一期（2017-2019年），开展总体设计、关键设备及系统开发，研制推出两型（四艘）智能示范船，实现船-船和船-岸互联和辅助决策；第二期（2019-2022年），突破智能控制等关键技术，实现部分自主操作和远程控制，减少船员配置的智能船舶的建造；第三期（2022-2026年），开展无人船舶总体研究和自主控制系统研制，实现无人自主船舶的建造。

在“SOMS群体解决方案”的实践中，我们针对船队这一船舶工业领域最典型的设备集群，设计了以5大空间（个体空间、群体空间、环境空间、活动空间、推演空间）为核心的智能服务云体系。

作为中国最早开展CPS应用研究的船东之一，招商轮船在劳氏船级社的支持下，率先与中船集团签署战略合作协议，共同推进船队智能管理、船队智能分析、船队协同优化方向的全面合作；目前“SOMS群体解决方案”已在招商轮船VLOC、VLCC等主力船型开展了实船试装与测试工作，并取得了阶段性成果。2016年底，招商轮船和中船系统院召开智能船项目年度总结会在北京成功召开，双方总结了SOMS与智能管理的实践经验，认为项目的效果好于预期，并借此机会签署战略合作协议，进一步扩大SOMS的实船安装范围和智能管理内容。

在“SOMS社区解决方案”的实践中：针对船舶营运，以提升航运竞争力为目标，实现基于数据的全新智能营运模式，降低船东运营成本，提高船舶运营安全性；针对设计建造，以提升造船竞争力为目标，实现基于营运数据的船舶设计建造迭代优化，满足船东的个性化需求；针对船舶配套，以提升船舶配套能力为目标，为船舶配套提供集成应用和验证平台，推动我国船舶配套向智能化方向发展，增强船舶配套售后服务能力，抢占船舶配套新市场；针对船舶检验，以提升船检效率为目标，开启基于数据的全新船舶检验模式，提升船检效率和服务质量，推动入级船舶数量提升；针对港口物流，以提升港口物流能力为目标，打通船舶、港口、货物信息流，促进航运链整体高效衔接，推动港口物流的高效运营。由此，力图实现产业的融合，价值的创新。