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谈工业4.0的核心——CPS信息物理系统

工业4点0产业联盟
2016-12-01
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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。

现在大家对CPS的概念的理解不同,众说纷纭。以下是笔者的一些理解,希望能达到抛砖引玉的效果,通过共同探讨,将CPS概念剖析地更透彻,将有助于推动工业4.0的实现。

CPS是CYBER Physical System的简称,被广泛翻译成信息物理系统,CPS这个词起源于美国(2006年2月发布的《美国竞争力计划》),火爆于德国,雏形产生于日本,最大受益者应为中国。

下面简述一下:CPS中第一个单词是CYBER,源于希腊语,后被美国人借用后,就代表与Internet相关或电脑相关的事物,即采用电子或计算机进行的控制。很多学者认为,CPS翻译成信息物理系统有些不妥,一来,CYBER与physical的本义是网络信息化的丶物理的,并非两个简单的名词,翻译成信息、物理,词的属性就有问题。二来,信息只是这种CPS系统中的一个方面,不只是信息通讯丶采集、管理等内容,更有智能控制丶自律制造等成分。所以,有些学者认为,CPS与其翻译不准确,索性音译,就叫赛博物理系统,也是有一定道理的。

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作为IT强国,美国一直强调的是“软实力”,擅长的是信息化,在设备(数控设备、嵌入式设备等)方面,并不擅长,所以,美国虽然率先提出CPS概念,但随后的几年里,CPS不温不火;

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;

而日本MAZAK在多年前就推出了CPC系统。其CPC是 Cyber Production Center的简称,中文是智能生产中心,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(Cyber Scheduler)、智能刀具管理(Cyber Tool Manager)和智能监控系统(Cyber Monitor)。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。甚至笔者一直怀疑,美国人提出CPS,没有用Information, computer( 如CAD/CAM/CAE)等字样,而用了CYBER这个外来语,很有可能就是借鉴了日本CPC的概念。马扎克CPC的确实现了软件与生成设备的深度集成,很一种很典型的信息物理系统。

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。

中国的工业、信息技术发展迅速,工业基数大,中国人学习能力超强,抓住这次工业革命的机会,并与美国、德国等世界级领头羊几乎是同一时间提出了类似的国家战略,方向正确、目标清晰,笔者相信,以CPS为核心的工业4.0对中国的促进将是最大的,因为别的国家是从优秀到卓越,难度很大,效果不会太显著,中国企业很可能就是由“及格”到优秀,甚至是卓越,效果应该是最显著的。

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。广东捷讯智能系统有限公司作为国内领先的数字化车间供应商,率先研发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。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。

笔者认为,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。

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