信息物理系統(tǒng)（CPS）是支撐信息化和工業(yè)化深度融合的一套綜合技術(shù)體系。近日，就信息物理系統(tǒng)一些熱點(diǎn)問題，《中國電子報(bào)》記者對中國航空工業(yè)集團(tuán)信息技術(shù)中心原首席顧問寧振波進(jìn)行了專訪。
記者：都說信息物理系統(tǒng)是支撐兩化深度融合的綜合技術(shù)體系，您怎么看這個(gè)問題?
寧振波：兩化深度融合是中國特色，但是要真正實(shí)現(xiàn)融合非常困難，問題就是從事工業(yè)的技術(shù)人員和從事信息技術(shù)的人員各說各話、互不理解。工業(yè)的人關(guān)心的是產(chǎn)品、工藝、生產(chǎn)、設(shè)備、管理、物料、協(xié)作等，而信息化的人關(guān)心的是計(jì)算機(jī)、控制、軟件、數(shù)據(jù)庫、電子、網(wǎng)絡(luò)等等，經(jīng)常不在一個(gè)頻道上對話。
兩化深度融合要做什么?應(yīng)該在數(shù)字模型、過程仿真、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、業(yè)務(wù)流程管理、業(yè)務(wù)智能、電子商務(wù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、直接制造、流程電子化、面向服務(wù)架構(gòu)、企業(yè)架構(gòu)、社會協(xié)同這12個(gè)方面共同推進(jìn)，12個(gè)方面就是一個(gè)綜合體系，CPS貫穿于其中。沒有CPS中的賽博，沒有賽博和物理的融合，這12個(gè)方面都做不好。因此中國的兩化融合和CPS異曲同工，是支撐兩化深度融合的綜合技術(shù)體系。
記者：為什么說“一硬、一軟、一網(wǎng)、一平臺”是信息物理系統(tǒng)的四大核心技術(shù)要素?
寧振波：我們把CPS這種閉環(huán)系統(tǒng)提煉為：“一硬”(感知和自動控制)、“一軟”(工業(yè)軟件)、“一網(wǎng)”(工業(yè)網(wǎng)絡(luò))、“一平臺”(工業(yè)云和智能服務(wù)平臺)，實(shí)際上體現(xiàn)了一個(gè)智能體的運(yùn)行過程：狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、自主決策、精準(zhǔn)執(zhí)行、學(xué)習(xí)提升且循環(huán)上升。狀態(tài)感知靠傳感器，精準(zhǔn)執(zhí)行靠自動控制，這就是“一硬”。實(shí)時(shí)分析靠軟件，這就是“一軟”。當(dāng)然傳感器的數(shù)據(jù)和發(fā)給控制器的數(shù)據(jù)沒有工業(yè)數(shù)據(jù)總線的傳遞肯定不行，這就是“一網(wǎng)”。后臺沒有強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)集群和大量工業(yè)軟件分析決策也沒有智能，這就是工業(yè)云，就是“一平臺”。因此說“一硬、一軟、一網(wǎng)、一平臺”是信息物理系統(tǒng)的四大核心技術(shù)要素。
記者：中國工程院今年2月9日發(fā)布的《走向新一代智能制造》里面提出的HCPS是什么含義?
寧振波：中國工程院院長周濟(jì)在這個(gè)報(bào)告中講的HPS系統(tǒng)(Human Physical Systems)是一個(gè)二元系統(tǒng)，所提的HCPS(Human Cyber-Physical Systems)是一個(gè)三元系統(tǒng)，其核心是人類創(chuàng)造的Cyber，新一代的智能制造是以人為主體的CPS系統(tǒng)，即HCPS系統(tǒng)。2016年9月份，我和幾位專家共同撰寫出版的《三體智能革命》一書，描繪了三體的理論。三體的第一體就是物理實(shí)體，物理實(shí)體是客觀存在。按照達(dá)爾文的進(jìn)化論，物理實(shí)體進(jìn)化出了植物和動物，動物的最高形態(tài)就是有智能的意識人體。有了智能的意識人體，世界就發(fā)生了巨大變化，因?yàn)槿藙?chuàng)造了數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等多類學(xué)科和算法。人創(chuàng)造了電腦，可以把我們常年積累的知識、經(jīng)驗(yàn)甚至是高水平工人的操作技能變?yōu)檐浖Ｓ兄悄艿娜祟愑昧怂惴?、軟件、電腦，就可以把物理實(shí)體建模建成數(shù)字虛體，也就是虛擬模型，或者說是Cyber體。這也從另一個(gè)角度闡述了人類分工，有研究方法的、有開發(fā)軟件的，也有專注應(yīng)用的。
數(shù)字虛體兩個(gè)作用，第一就是嵌入式系統(tǒng)，既可以研制新設(shè)備時(shí)全面應(yīng)用它使得設(shè)備智能化，也可以改造傳統(tǒng)設(shè)備，使老設(shè)備變得“智能”。這里就引出智能制造一個(gè)重要概念：傳統(tǒng)的生產(chǎn)型企業(yè)轉(zhuǎn)型升級為生產(chǎn)服務(wù)型企業(yè)，核心就是產(chǎn)品的智能化。第二個(gè)作用就是我們所熟悉的虛擬產(chǎn)品模型、工藝模型、生產(chǎn)模型、試驗(yàn)仿真模型、維護(hù)維修保障模型及各類管理模型等，這些模型構(gòu)建了人和電腦之間的金橋，使得人和電腦之間有了一個(gè)共同的工程語言，換句話說，就是我們?nèi)祟惖拇竽X所作的事情可以變成軟件、變成模型，而且被電腦所認(rèn)識并理解執(zhí)行。在人類持續(xù)把成熟的算法、知識、經(jīng)驗(yàn)逐步地變成軟件和模型的過程中，不斷地把原先由人腦來干的事情交給電腦來做，我們不就是逐步走向智能了嗎?
智能制造的基礎(chǔ)是完全理解CPS，CPS的基礎(chǔ)是軟件和模型。因此，我們說智能制造難點(diǎn)是建模，焦點(diǎn)在仿真，大規(guī)模工業(yè)軟件的應(yīng)用必不可少。
記者：為什么德國的“工業(yè)4.0”提出1-2-3-8新型工業(yè)體系，把CPS系統(tǒng)建立放在第一位?
寧振波：第一，傳統(tǒng)的工業(yè)體系，就是人、機(jī)、料、法、環(huán)、測，也就是愛迪生的試錯(cuò)法，然而法、環(huán)、測三條都是人建立起來的，因此中國工程院院長周濟(jì)講傳統(tǒng)制造是HPS系統(tǒng)(Human Physical Systems)。
第二，CPS中的賽博Cyber來源于1947年諾博特維納的控制論，演化出來了CPS。CPS是一種控制機(jī)制，賽博是控制、賽博是通信、賽博是虛擬、賽博是是創(chuàng)新、賽博是協(xié)同，當(dāng)然這之后隱藏著大量的計(jì)算。CPS簡單說就是虛實(shí)精確映射，賽博控制物理。因此一個(gè)賽博就創(chuàng)造了一個(gè)虛擬空間，也就是我們所說的數(shù)字虛體。
第三，這個(gè)數(shù)字虛體可以是一個(gè)嵌入式系統(tǒng)，也可以是虛擬模型(如產(chǎn)品CAD模型、CAE模型、CAPP模型以及各類工程應(yīng)用和管理模型)。有了這種虛擬產(chǎn)品模型和管理模型，我們就可以在電腦上做大量的設(shè)計(jì)、分析、仿真、計(jì)算，從而來評估產(chǎn)品的功能和性能，而不必再造出產(chǎn)品做試驗(yàn)來評價(jià)產(chǎn)品功能和性能。這樣的做法既提高了產(chǎn)品質(zhì)量，也會大大縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，進(jìn)而增加效益。實(shí)際上，這就是第四次工業(yè)革命的要點(diǎn)。
記者：現(xiàn)在世界上有基于CPS的智能工廠嗎?
寧振波：回答這個(gè)問題之前，我先描述一下智能制造的含義。世間萬物，只有人有智能，人的智能體現(xiàn)在大腦。那么來類比企業(yè)，一個(gè)企業(yè)或者一個(gè)工廠的智能體現(xiàn)在什么地方?一個(gè)車間或一條生產(chǎn)線、一臺智能設(shè)備的智能又體現(xiàn)在哪里?這些都是需要思考的問題。我個(gè)人認(rèn)為，按照管理學(xué)理論知識，企業(yè)分為決策層、管理層和執(zhí)行層。一個(gè)企業(yè)的智能體現(xiàn)在正確的決策管理之下建立的自主研發(fā)體系，執(zhí)行層再強(qiáng)大，不是智能，因此自動化設(shè)備、機(jī)器人、自動的物料配送、數(shù)控機(jī)床等再多都是執(zhí)行層，是自動化的概念，不是智能工廠。
因此，世界上最好的工廠僅僅是數(shù)字化工廠，尚沒有智能工廠，智能工廠是目標(biāo)，不是現(xiàn)在。另外從人類四次工業(yè)革命的發(fā)展來看，每次工業(yè)革命都是幾十年甚至上百年的歷史。如果從2013年4月德國漢諾威博覽會發(fā)布“工業(yè)4.0”算作第四次工業(yè)革命的開始的話，就像一位業(yè)內(nèi)專家所說，智能制造是一次馬拉松比賽，中國作為一名運(yùn)動員，正在熱身，尚未上場。也就是說，現(xiàn)在世界上還沒有基于CPS的智能工廠。
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