真正實現(xiàn)人機物融合的cps,顛覆工業(yè)和能源行業(yè)

1、真正實現(xiàn)人、機、物融合的 CPS ,顛覆工業(yè)和能源行業(yè)禁止復制，征集碼頭版權 HYPERLINK CPS , 可以被看作升級版的物聯(lián)網(wǎng)。點擊CPS掀起的生產(chǎn)力革命將主要爆發(fā)在兩個基礎領域：能源和工業(yè)，CPS的人、！機、！物融合能力，使的人類在能源和工業(yè)領域能 夠?qū)崿F(xiàn)無所不在的信息監(jiān)視和精確控制，真正實現(xiàn)人類對復雜系統(tǒng)的全面管理。點擊color=rgb$(253, 102, 57)% !importantcolor=rgb$(253, 102, 57)% !important鈦媒體注：CPS, 全稱信息物理系 統(tǒng)(Cyber Physical Systems ), 是信息系統(tǒng)和物理系統(tǒng)的 統(tǒng)一體

2、，可以被看作升級版的color=rgb$(253, 102,57)% !important物聯(lián)網(wǎng)。點擊與物聯(lián)網(wǎng)相比，CPS更強調(diào)數(shù)字世界對于物理世界的控制，CPS可以通過互聯(lián)網(wǎng)，以可靠并且安全的方式，實時和自治的操控一個物理實體和系統(tǒng)。點擊CPS將使得數(shù)字世界不再僅僅是物理世界 的虛擬映象，而將真正進化為人類社會的新疆界。點擊 CPS的本質(zhì)就是人、！機、！物的融合。點擊它將使沒有感覺、 沒有靈魂、！不會思考、！不會合作的物理系統(tǒng)成為了活物， 不僅賦予物體以感覺，還賦予了其思考能力和協(xié)作能力， 物理世界和數(shù)字世界將合二為一。點擊下面是鈦媒體作者曹寅的文章，深入分析了 CPS對工業(yè)和color=r

3、gb$(253, 102, 57)% !important 能源行業(yè)的影響：1/:5,9/!3-未來30年，中國、！印度和其他發(fā)展中國家的數(shù)十億人將 步入中產(chǎn)階級，這些朝氣蓬勃的新生代和西方年輕人沒有 什么區(qū)別，同樣需要高樓大廈，需要購物中心，需要蘋果手機，需要汽車、！牛排、！空調(diào)、！寵物、！音樂會、！ 海外旅行等等中產(chǎn)階級物質(zhì)和精神需求。點擊不過地球養(yǎng)活 今天的20億中產(chǎn)階級已經(jīng)承受了巨大壓力，還怎么再承擔新增的幾十億中產(chǎn)階級消費需求？是不是真的像奧巴馬曾經(jīng)宣稱的“地球資源無法接受中國人像美國人一樣生活”？ 難道除了戰(zhàn)爭和計劃生育之外，人類真的無法解決人口增長和資源有限之間的矛盾 ？這種馬爾

4、薩斯主義的論調(diào)看似正 確，不過卻是站在靜止的角度去預測未來，忽略了一個重要維度：技術。點擊資源的短缺迫使人類采用新的技術， 歷史上每一次重大技術突破都成功使生產(chǎn)力躍上一個新 臺階，賦予更多人口有質(zhì)量的生活，這些突破包括化肥，電力，抗生素，流水線等，而這次將是信息物理系 統(tǒng)$(cyber physical systems, 簡稱CPS)%把人類從馬爾薩斯 陷阱拯救由來。點擊CPS :人、！機、！物融合全靠它 CPS是一個新的概念，2005年才由美國科學院提由，2008年之后，美國才將CPS作為國家戰(zhàn)略性發(fā)展方向予以重視。點擊CPS是一個結合計算領域以及傳感器$(Sensor)%和致動器$(Act

5、uator)%裝 置的整合控制系統(tǒng)。 點擊包含了無處不在的環(huán)境感知、！嵌入式系統(tǒng)、！網(wǎng)絡通信和網(wǎng)絡控制等系統(tǒng)工程，使我們身邊的各種物體具有計算、！通信、！精確控制、！遠程協(xié)作和自組織 功能，使計算能力與物理系統(tǒng)緊密結合與協(xié)調(diào)。點擊在傳 感器的幫助下，CPS接受并處理來自物理世界的大量數(shù)據(jù)， 并將這些用于基于網(wǎng)絡的各種應用和服務中，最終會這些服務和應用會通過致動器反饋并影響實體世界。點擊目前 已有莫些領域由現(xiàn)似于 CPS的電子控制綜合性系統(tǒng)，但目前這些系統(tǒng)通常都是嵌入式系統(tǒng)$(Embedded System)% ,嵌入式系統(tǒng)比較強調(diào)機器的計算能力，CPS則更為強調(diào)各個實體裝置和電腦運算網(wǎng)絡的融合

6、，CPS是借用技術手段實現(xiàn)人的能力在時間、！空間等方面的延伸，CPS的本 質(zhì)就是人、！機、！物的融合。點擊簡而言之，現(xiàn)在我們身邊常見的物體都是沒有感覺，沒有靈魂，不會思考，不會合作的死物，但CPS使我們的物理系統(tǒng)成為了活物， 不僅賦予了物體以感覺，還賦予了其思考能力和協(xié)作能力，物理世界和數(shù)字世界將合二為一。點擊其意義甚至超 過了哥倫布發(fā)現(xiàn)新大陸，將從空間上和時間上深刻的改變?nèi)祟惿鐣｜c擊從空間角度來說， CPS使得數(shù)字世界將不再僅僅是現(xiàn)實物理世界的映象，而將成為人類的新生存空問，這個空間遠遠超越了現(xiàn)實物理世界，超越了物理距離，沒有邊界，一切物體都以光速聯(lián)系彼此；從時間上 來說，CPS使得現(xiàn)實物

7、理世界的發(fā)展速度向數(shù)字世界靠近， 人類社會的發(fā)展速度將呈指數(shù)級別增長，未來歷史學家回眸過去時將不再使用公元前和公元后來斷代，而將使用前CPS時代和后CPS時代來研究人類的歷史。點擊摩爾定 律CPS作為一種使能技術，將使眾多創(chuàng)新應用成為現(xiàn)實， 孕育了無數(shù)商業(yè)模式。點擊 CPS給人類社會帶來的深刻 變化和挑戰(zhàn)應該同其他重要的新技術放在一起檢視，比如CPS和人工智能， CPS和大數(shù)據(jù)，CPS和云計算， CPS和3D打印？點擊？CPS和可再生能源， CPS和 電動汽車。點擊但 CPS給世界帶來最重要的貢獻卻鮮有人 意識到，即摩爾定律將適用于實體世界。點擊摩爾定律由 英特爾創(chuàng)始人之一戈登摩爾在50年前提

8、由，摩爾提由， 當價格不變時，集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個月便會增加一倍， 性能也將提升一倍。點擊換 言之，每一美元所能買到的計算機性能，將每隔18個月翻兩倍以上。點擊現(xiàn)在， 人類早已經(jīng)從晶體管時代進入 了芯片時代，目前正在往下一代計算技術時代邁進，但長期以來，摩爾定律只適用于信息技術，也就是所謂的 數(shù)字世界，而CPS則將會把物理世界也帶入摩爾時代點擊CPS如何實現(xiàn)無所不在的信息監(jiān)視和精確控制？CPS之所以能夠?qū)崿F(xiàn)，有賴于半個多世紀以來人類ICT$(InformationCommunication Technology, 信息通信技術)技術的不斷積 累，但最重要還是近三十年以來兩

9、項技術的爆炸式發(fā)展。 點擊首先是互聯(lián)網(wǎng)，比如因特網(wǎng)以及基于因特網(wǎng)的萬維網(wǎng)，顯而易見，這是CPS能夠?qū)崿F(xiàn)的基石。點擊其次則是 軟件密集型嵌入式系統(tǒng) $(software-intensiveembedded systems , 簡稱SIES)% , SIES在現(xiàn)今幾乎所有的高科 技產(chǎn)品和系統(tǒng)中都能發(fā)現(xiàn)，比如數(shù)控機床、！高級轎車、！飛機、！智能建筑、！智能風機等，SIES對于CPS的重要 性常常被低估，但其卻是CPS能夠落地的真正關鍵。點 擊CPS的核心理念即數(shù)字世界同物理世界的深度融合，但數(shù)字世界的更新速度遠遠快于物理世界，純物理世界難以跟上數(shù)字世界的發(fā)展，因此CPS的實現(xiàn)需要能夠?qū)⑽?理世界同數(shù)

10、字世界合二為一的粘合劑，這種粘合劑就是SIES, 而粘合方式就是“以軟代硬”。點擊color=rgb$(253, 102, 57)% important軟件的功能可以無限量地添加和升級， 而硬件通常要花費很多費用和時間來保養(yǎng)和升級，因此大規(guī)模的“以軟代硬”其實就是以數(shù)字世界融化物理世界的過 程，這種趨勢在Tesla電動車和智能手機上已經(jīng)得到體現(xiàn)。點擊在SIES中，軟件重要性遠遠超過硬件， 因此SIES 更加敏捷和靈活， 可以按照客戶的特定需求和要求進行定 制。點擊在開發(fā)或使用的任何階段，都可以通過更新軟件來快速更新功能。點擊此外，SIES的開發(fā)成本雖然可能相對于普通嵌入式系統(tǒng)有所增加，但產(chǎn)品生

11、命周期成本卻可以大幅降低。點擊在普通的硬件主導型系統(tǒng)中，硬件設計必須在產(chǎn)品開發(fā)過程的早期就確定下來，但軟件驅(qū)動的系統(tǒng)卻可以將靈活性保持到在用戶使用中。點擊因此，隨著代碼數(shù)量保持成倍增加，我們每天使用的設備將變得越來越智能化。點擊未來，在工業(yè)企業(yè)中，軟件工程師將比機械工程師更多， 未來，軟件將定義世界。點擊這種 由CPS所帶來的虛擬物理大融合將使人類的生活和生產(chǎn)更 安全，更高效，更健康，更清潔，幫助人類社會解 決很多目前物理系統(tǒng)無法解決的難題，比如人口老化帶來的養(yǎng)老問題，資源稀缺造成的物價上漲，交通擁堵帶來的效率損失，自然災害帶來的生產(chǎn)力損失，可再生能源不穩(wěn)定造成的電價上漲等。點擊一些早期的類C

12、PS應用早已經(jīng)進入我們的日常生活，并被我們天天使用。點擊典型案例就是車載導航軟件，GPS系統(tǒng)為地球表面每一塊土地 都提供了一個全新的、！瞬時可知的虛擬映象， 車輛既是行 駛在物理世界的道路上，也穿行在數(shù)字世界中， 在移動通信數(shù)據(jù)的幫助下， 現(xiàn)在的導航軟件還能根據(jù)即時路況規(guī)劃最佳行駛路線。點擊其他的常見類CPS應用還包括軌道交通控制系統(tǒng)， 風電站遠程控制系統(tǒng)等。點擊但CPS對人類世界最震撼的改造還并未降臨，CPS掀起的生產(chǎn)力革命將主要爆發(fā)在兩個基礎領域： 能源和工業(yè)，CPS的人、 機、！物融合能力，使的人類在能源和工業(yè)領域能夠?qū)崿F(xiàn)無 所不在的信息監(jiān)視和精確控制，真正實現(xiàn)人類對復雜系統(tǒng)的全面管理。

13、點擊能源革命？沒了 CPS才玩不轉(zhuǎn)呢在能源領域中， 如果我 們能夠站在全球角度來看，人類的能源系統(tǒng)正處于巨變中。點擊我們的電力供應模式正從可以隨時發(fā)電的常規(guī)大型集 中式電源$（核電，火電，大型水電）向不穩(wěn)定，非集 中，低能量密度的可再生能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。點擊由成熟應用 向不成熟應用的變化難以避免會帶來陣痛，風能和太陽能不像火電核電一樣招之即來，揮之即去，可再生能源是一種氣候能源，瞬息即變的天氣隨時都在影響風能和太陽 能的輸由。點擊此外，電力消費因時間不同，季節(jié)和習 慣不同而變化復雜， 為了滿足這些時刻處于變化中的電力 需求，電力供應量總是不得不超過電力需求量。點擊除此 以外，在你看不見的地方，還有

14、很多發(fā)電機組正處于隨時待命狀態(tài)，以滿足突然由現(xiàn)的額外電力需求，這造成了巨大資源和效率浪費。點擊由于以上原因，電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)空間正在從發(fā)電和用電兩端被前所未有的壓縮，這也對電力系統(tǒng)的調(diào)度和控制技術提由了更高的要求。點擊在新的背景下，傳統(tǒng)技術和結構已經(jīng)顯得力不從心，只有基于 CPS 的color=rgb$(253, 102, 57)% !important能源互聯(lián)網(wǎng)才能滿足新型電力系統(tǒng)的要求。點擊color=rgb$(253, 102,57)% !important智能電網(wǎng)目前被動的、！弱信息化的、！單向 傳輸?shù)?、！靜態(tài)的、！封閉式的電網(wǎng)，將進化為市場導向的、 服務化的、！分布式和集中式相結合的、

15、！動態(tài)的，開放式 系統(tǒng)。點擊未來基于 CPS的能源互聯(lián)網(wǎng)可以持續(xù)不斷監(jiān)控 每一戶家庭，每一輛電動車， 每一個工廠，甚至每一 臺用電器的電力消費數(shù)據(jù)和使用習慣，通過大數(shù)據(jù)分析來預測即期，短期，中期以及長期的電力消費。點擊而在 發(fā)電端和輸電端， 基于CPS的能源互聯(lián)網(wǎng)，則可以通 過微網(wǎng)技術，儲能技術和遠程輸電技術，大幅提升可再生能源的使用比例和使用效率，大幅降低因為不必要的冗余而造成的巨額浪費。點擊其實ICT技術在能源系統(tǒng)里面早已被廣泛應用，舉例來說，現(xiàn)在火電站已經(jīng)能夠做到遠 程控制，輸電網(wǎng)的運行情況在調(diào)度中心中能夠一目了然， 配電網(wǎng)自動化也正在逐漸普及，帶有通信功能的智能變電站也正在日益推廣；光

16、伏電站和風電站也能做到遠程智能 控制，全球過億家庭已經(jīng)安裝了智能電表，帶有通信功能的智能電器和智能汽車也越來越多；不僅電力，就連油氣開采和油氣管輸也在日益自動化和智能化，通信和控制已經(jīng)成為能源電力系統(tǒng)的標準功能配置，但是目前這些系統(tǒng)還是一個個信息孤島，在孤島內(nèi)，基于不同系統(tǒng)的CPS已經(jīng)由現(xiàn)，但目前還缺乏一個能將消費者， 生產(chǎn)者， 經(jīng)銷者，管理者和調(diào)度者，以及各種設備和服務都連接起來的網(wǎng)絡， 這個網(wǎng)絡就是基于 CPS的能源互聯(lián)網(wǎng)。 點擊CPS能讓所有地方具備和德國一樣的工業(yè)升級的能力同能 源領域一樣，如今的工業(yè)也正處于大變革的前夜。點擊上 世紀90年代以來的新型經(jīng)濟體迅速工業(yè)化后，產(chǎn)生了基于比較

17、優(yōu)勢的全球大分工和大競爭，同時，在互聯(lián)網(wǎng)時代大背景下，消費者和消費觀念也在劇變。點擊當供應端 和消費端同時發(fā)生劇變時，工業(yè)企業(yè)的核心競爭力也被徹 頭徹尾的顛覆了， 核心競爭力從產(chǎn)品質(zhì)量控制，轉(zhuǎn)移到了客戶價值創(chuàng)造。點擊這種變化對企業(yè)能力提由了前所未有 的要求。點擊為客戶創(chuàng)造價值意味著企業(yè)需要能夠生產(chǎn)夠復 雜更先進的產(chǎn)品和系統(tǒng)， 隨著機械技術和信息技術的深入 融合，人類所生產(chǎn)的各種產(chǎn)品和系統(tǒng)的復雜性也呈指數(shù)級 別增長，比較典型的例子就是高鐵，高鐵是車輛，軌道系統(tǒng)，信號及調(diào)度系統(tǒng)， 電力供應系統(tǒng)等眾多系統(tǒng)的 結合，每一個子系統(tǒng)都涉及非常復雜并且專業(yè)的技術。點擊但根據(jù)系統(tǒng)工程學觀點，系統(tǒng)的復雜性遠大于

18、子系統(tǒng)和 子系統(tǒng)元件復雜性的線性加總。點擊從單個產(chǎn)品，到系統(tǒng)， TOC o 1-5 h z 再到基于系統(tǒng)的服務， 對企業(yè)的能力要求成指數(shù)級別增 長。點擊復雜的系統(tǒng)也意味著更復雜的供應鏈和價值鏈，以及更多的參與者。點擊過去，受經(jīng)濟學分工理論的影響， 企業(yè)傾向于將工作任務進行精細劃分，然后再逐層外包，以達到專業(yè)化分工目的，但分工在提升生產(chǎn)效率同時，卻造成信息流通效率降低，如果沒有先進信息技術，復雜系統(tǒng)內(nèi)的企業(yè)協(xié)作將變的根本無法進行。點擊更何況， 在全球化和互聯(lián)網(wǎng)化背景下，企業(yè)分工價值鏈早已蔓延過了地區(qū)，甚至跨越了時區(qū)。點擊硅谷團隊負責研發(fā)，紐約團隊負責品牌管理，巴黎事務所設計， 韓國和日本企業(yè)提供

19、零部件， 深圳工廠組裝，再由迪拜分銷商送往 世界各地，這種全球大分工在很多行業(yè)已經(jīng)十分普遍。點 擊但是，截至目前只有部分巨型企業(yè)，比如波音，空客，西門子，通用電氣，東芝，蘋果等工業(yè)巨頭才 具備對復雜價值鏈的管理能力，在未來，CPS所掀起的 新工業(yè)革命將幾乎將使任何組織都具備這種能力，德國人將這種革命成為工業(yè) 4.0 , 而美國人將這種革命成為工業(yè)互 聯(lián)網(wǎng)。點擊color=rgb$(253, 102, 57)% !important 從工業(yè) 1.0到工業(yè)4.0目前CPS在工業(yè)，尤其是制造業(yè)領域中已 經(jīng)得到一定應用，基于CPS的智慧制造可以根據(jù)市場需求即時改變產(chǎn)品設計和供應鏈，利用PLM$(Pro

20、ductlifetime Management)% 平臺，甚至可以實現(xiàn)跨公司的超 柔性合作。點擊這就使得基于客戶要求和特征的快速定制化 生產(chǎn)成為可能，并且徹底改變現(xiàn)在上下游企業(yè)之間的合作 方式。點擊自組織、！自優(yōu)化、！自適應的全球價值鏈和供應 鏈大協(xié)作將在世界范圍內(nèi)迅速改變目前制造業(yè)競爭局面，傳統(tǒng)制造業(yè)企業(yè)就像是單細胞生物，而基于CPS的智慧制造將重塑制造業(yè)企業(yè)之間的合作方式，使同一價值鏈內(nèi)的眾多企業(yè)從單細胞生物融合為多細胞生物，實現(xiàn)整條價值鏈的共同進化。點擊!07*$中國2025計劃：看上去很美工業(yè)的 CPS化將給世界工業(yè)競 爭帶來巨大影響， 因此德國打生了工業(yè) 4.0概念，美國 拉開了工業(yè)

21、互聯(lián)網(wǎng)大旗，中國制造業(yè)也不甘落后，提由了 “中國制造業(yè)2025”計劃。點擊然而，對于中國企業(yè)來說， 工業(yè)CPS化任重而道遠，因為這需要重塑包括流程和 工藝，機械和設備，物流和供應鏈管理， 自動化和信 息化在內(nèi)的所有能力領域，面臨的挑戰(zhàn)數(shù)不勝數(shù)，比如，基于虛擬生產(chǎn)而重新設計的工藝和流程、！能夠容錯的強健制造流程、！性能穩(wěn)定并且可預測的生產(chǎn)設備、！開放并且標準模塊化的過程仿真和工藝模型、！人工智能的安全應用、！工業(yè)大數(shù)據(jù)的存儲和分析應用，當然，信息安全也將無比重要。點擊與此同時，工業(yè)人才的知識體系和觀念需要徹底重塑，傳統(tǒng)工業(yè)的集中式和層級化組織結構和管理理 念已經(jīng)不再適用于基于 CPS的智慧工業(yè)。點擊CPS在改造 能源和工業(yè)的同時， CPS本身也在不停進化。點擊下一階 段，CPS將實現(xiàn)自組織能力， 未來CPS能夠在沒有外 部指令和干涉的情況下，使系統(tǒng)的物理和信息部分按照奧 種規(guī)則，相互默契，各盡其責，同時又協(xié)調(diào)自動地形 成有序結構，實現(xiàn)有序有效并且有意義的系統(tǒng)自動控制和 執(zhí)行。點擊CPS自組織能力在具體工業(yè)和能源領域的應用 功能實現(xiàn)將十分