工信部白皮书解读CPS:两化深度融合综合技术体系

日期:2020-06-30 16:49:56

3月1日,工信部信软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发布的《信息物理系统白皮书(2017)》,对信息物理系统(CPS)的技术内涵做了全面归纳与系统阐释。

支撑两化深度融合的一套综合技术体系

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。

CPS的定义是通过集成先进的感知、计算、通信、控制等信息技术和自动控制技术,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。

CPS的目标是资源优化配置,其技术特征包括:数据驱动、软件定义、泛在连接、虚实映射、异构集成、系统自治。在智能设计、智能生产、智能服务、智能应用等环节有着丰富的应用场景。其在生产制造中的层次由分单元级、系统级、系统之系统级等。

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,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,白皮书认为,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。

核心要素:“一硬、一软、一网、一平台”

美、欧、德相关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。

本质:数据在两大空间闭环流动

CPS的本质是构建一套信息空间与物理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。

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。工业软件是算法的代码化,是对工业知识、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。工业软件定义了信息物理系统,其本质是要打造数据流动的闭环与规则体系,应对制造系统的不确定性,实现制造资源的高效配置。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,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。工业云和智能服务平台是高度集成、开放和共享的数据集散中心、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与开放共享。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。(来源:中国信息产业网)


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