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信息物理系统与物联网的区别

供稿:中国工控网 2018/6/25 14:58:24

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  • 关键词: 信息物理系统 物联网
  • 摘要:本文对信息物理系统与物联网的本质区别进行了详细论述,供参考。

信息物理系统(CPS,Cyber-PhysicalSystems)是一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统,通过3C(Computer、Communication、Control)技术的有机融合与深度协作,实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务。CPS实现计算、通信与物理系统的一体化设计,可使系统更加可靠、高效、实时协同,具有重要而广泛的应用前景。

信息物理系统包含了将来无处不在的环境感知、嵌入式计算、网络通信和网络控制等系统工程,注重计算资源与物理资源的紧密结合与协调,主要用于一些智能系统上如设备互联,物联传感,智能家居,机器人,智能导航等。

▲“3C”模式

另外何积丰院士认为,CPS的意义在于将物理设备联网,特别是连接到互联网上,使得物理设备具有计算、通信、精确控制、远程协调和自治等五大功能。

德国为了“确保制造业的未来”,提出了工业4.0的概念,核心就是CPS系统,并成为了火爆全球的概念,这主要得益于德国雄厚的工业基础,特别是数控设备为代表的机械,以及发展迅速的德国信息技术。

日本MAZAK在多年前就推出了CPC系统。其CPC是Cyber Production Center的简称,这是一套工厂内实现网络化管理的软件,通过将机器、加工程序、夹具以及生产日程安排等所有的数据都进行共享,从而实现对工厂的实施管理,帮助用户工厂实现智能化,该软件由四个系统构成,它们分别是:加工程序自动编制系统(CAMWARE)、智能化日程管理(CyberScheduler)、智能刀具管理(CyberTool Manager)和智能监控系统(CyberMonitor)。这套系统推出后,很多参观者叹为观止,评价很高。但由于这套系统开放性较差,不兼容其他控制系统,所以在市场上并没有引起大规模应用,但其理念却是非常领先的。

对于CPS广阔的应用前景,应用下我们的何积丰院长的话:“下一代工业将建立在CPS之上,随着CPS技术的发展和普及,使用计算机和网络实现功能扩展的物理设备无处不在,并将推动工业产品和技术的升级换代,极大地提高汽车、航空航天、国防、工业自动化、健康/医疗设备、重大基础设施等主要工业领域的竞争力。”

CPS信息物理系统其实和物联网很像,但有着本质的区别。

物联网以及传感网,最擅长的是基于无线连接,主要实现的是感知,控制的成分很少。就像现在我们在办公室里在手机上按下按钮,家里的所谓的智能电饭煲就开始煮饭了。

而CPS在实现信息传递之外,协调能力,计算能力更加强大,从而实现自治。同样是我在办公室在手机上按下按钮,家里面基于CPS的智能机器人,就可以通过网络收集到我最近今天的身体状况,饮食习惯,食品市场情况等等信息,根据这些数据进行分析,得出应该做怎样的饭,怎样的菜的结论,最后再把饭菜做出来。智能机器人也属于CPS的应用范围。

从两种情况的对比,可以很清楚的感觉到物联网和信息物理系统之间的差距。物联网就像现在的瘦客户端,而CPS就是胖客户端,基于CPS的硬件可以通过收集信息,将信息的处理分析过程在本地进行,这就需要物理硬件有很强大的计算能力,能够适应海量运算。这也是现在研究的一个难点。

无论是德国工业4.0、美国工业互联网、还是中国制造2025的两化深度融合战略,其共同点、核心均是CPS信息物理系统。CPS是研究、实现工业4.0等战略的关键。

作为制造大国的中国,企业正面临着严峻的经济转型,正处于由制造大国向制造强国的迈进阶段,同样也为“确保制造业的未来”,国家提出了“中国制造2025”国家级战略,是非常及时、非常正确的,与美国工业互联网,德国工业4.0异曲同工,可以有效地帮助企业实现升级转型。

CPS在国内一些实际应用方面,一些公司也做很多有益的探索与应用。北京兰光创新科技有限公司作为国内领先的数字化车间供应商,率先在青岛海尔模具实施CPS系统并取得了良好的应用效果。系统实现了生产设备的互联互通,如:设备联网、网络通讯、远程实时监控、生产过程的协同生产准备、故障智能提醒、可视化展示、决策支持等功能。现在,车间成功地实现了少人化,1个操作工可以照看5台设备,设备利用率平均在75%以上,这是离散行业,全国最高的效率(根据兰光创新数百家实施客户的经验,国内离散行业机床利用率大多在30-40%之间)。工业4.0权威、美国辛辛那提大学李杰教授在参观现场后,给予高度评价,认为海尔模具的生产管理完全可以媲美于国外先进企业,是CPS系统很好的实践。

▲海尔模具CPS生产系统的结构

随着工业4.0、中国制造2025等战略的推进及普及,CPS必将成为这些战略的突破口与落脚点,成为这些战略成功的关键。对制造企业而言,以CPS为指导思想,首先在企业制造设备层面实现互联互通,然后在此基础上,实现生产过程的智能化管控,最终实现3个集成(纵向集成、横向集成、端对端集成),打通整个价值链,实现社会化生产。

从这个角度来讲,在工业4.0革命中,CPS不只是一种技术,也是一种基于自动化、信息化、网络化的生产管理模式,乃至是影响到我们将来工作、生活的发展趋势。

审核编辑(王静)
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