漫谈工业4.0、CPS和物联网

2019-06-27 15:28:21 诺塔斯智能科技 689

本文来源:联动元素

2014年10月10日,中国国务院总理李克强在柏林同德国总理安格拉·默克尔共同主持第三轮中德政府磋商。双方决定发表《中德合作行动纲要:共塑创新》。“工业4.0”合作是其中一项重要内容,并提出了4个具体合作方向。


此后,“工业4.0”概念开始在中国迅速扩散。所谓工业4.0,即第四次工业革命,在《中德合作纲要》中也被表述为工业生产的数字化。2015年,一篇名为《工业4.0提出者详解工业4.0》的文章中,一位被称为工业4.0之父的德国专家Henning Kagermann,回顾了“工业4.0”概念的提出过程及其核心理念。


据Henning Kagermann介绍,工业4.0概念,是根据德国政府的要求,于2009年作为对德国未来发展的战略性想法而提出的。

2011年,由包含企业和科研团体在内的50个机构正式向德国政府提出该概念。
2013年又提出了更新版。
2014年,工业4.0概念在德国正式上升到国家层面。


而他们之所以认为新工业革命到来,是基于三大推动力


1)数字技术;

2)物联网的应用越来越广泛;

3)工业自动化程度越来越高。


“这三个因素叠加起来就形成了一种趋势,自动化之后的重点就是系统对外部环境的感知,通过感知形成工业大数据,现在很多数据都不是免费的,将来数据会越来越廉价甚至免费;然后人工智能会让机器拥有学习能力;然后是新的分析工具,用来分析数据并指导行动。”


总体来讲,就是借助新一代传感、通信、计算机技术,将使工业生产发生质变。



随着工业4.0之火开始燎原,低调多年的CPS(信息物理融合系统),被作为工业4.0的核心架构,为业界所熟知。


实际上,CPS是由美国于2006年提出的。据公开资料显示,2005年5月,美国国会要求美国科学院评估美国的技术竞争力,并提出维持和提高这种竞争力的建议。5个月后,基于此项研究的报告《站在风暴之上》问世。


在此基础上于2006年2月发布的《美国竞争力计划》则将信息物理系统(Cyber Physical Systems,CPS)列为重要的研究项目。到了2007年7月,美国总统科学技术顾问委员会(PCAST)在题为《挑战下的领先——竞争世界中的信息技术研发》的报告中列出了八大关键的信息技术,其中CPS位列首位,其余分别是软件、数据、数据存储与数据流、网络、高端计算、网络与信息安全、人机界面、NIT与社会科学。


CPS的官方概念是“一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统,通过3C(Computing、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”。


与工业4.0的核心理念却有异曲同工之处,不同的是它提出的应用场景偏向于“大型工程”,而工业4.0的应用场景很明确就是“工业”。



同在2009年,另一概念——物联网,在中国被提出。虽然查阅各种资料,都会显示“物联网”的概念源自于1995年比尔盖茨的著作《未来之路》,脱胎于早期的传感网,但是真正将它推向产业化的却是中国。


2009年8月,中国前总理温家宝在一次无锡视察中,听取了无锡物联网产业研究院负责人对“物联网产业化”的一些建议后,表示了认同,并提出了三条具体实施建议。


此后,让“物联网”从学术概念走向了产业概念。物联网概念的提出者刘海涛对其的定义是:物联网是面向实体物理世界,以感知互动为目的,以社会属性架构为核心,建立在互联网和智能化基础之上,物理与信息深度融合的全新体系。从技术路线上来看,几乎就是对CPS的诠释。


但是,从真实应用场景上来看,范围更广,不仅局限于工业生产、大型工程,农业生产、生活服务、商业服务、社会民生等等领域,都可以借助物联网手段提高效率、产品价值,或者提升服务质量。



从起源上看,工业4.0、CPS和物联网的提出,都为了顺应国家战略转型的需求;

从技术路线上看,都是对传感、通信、计算机三大技术的深度应用;

从应用场景上来说,工业4.0和CPS定义的范围相对较窄。


不过,可笑的是,德国的工业4.0和美国的CPS开始在中国大行其道,而中国自己提出的“物联网”,却开始被排斥在战略边缘。