工业4.0与CPS

工业4.0与CPS,第1张

  CPS意思是信息物理系统(Cyber-Physical Systems),即赛博物理系统。是一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统,通过3C(Computation、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,通过人机交互接口实现和物理进程的交互,使用网络化空间以远程的、可靠的、实时的、安全的、协作的方式 *** 控一个物理实体。

  工业40是德国提法,中国的叫中国制造2025
  工业40是以分散式智能制造为方向的全新生产管理模式,是将来的一种发展趋势。德国工业40小组在《德国工业40战略计划实施建议》中这样描述:“工业40将在制造领域的所有因素和资源间形成全新的社会—技术互动水平。它将使生产资源(生产设备、机器人、传送装置、仓储系统和生产设施)形成一个循环网络,这些生产资源将具有以下特性:自主性、可自我调节以应对不同形式、可自我配置、基于以往经验、配备传感设备、分散配置,同时,它们也包含相关的计划与管理系统。作为工业40的一个核心组成,智能工厂将渗透到公司间的价值网络中,并最终促使数字世界和现实的完美结合。”

  在德国人的愿景中,工业40是一种基于自动化、数字化、网络化的智能化生产模式。工厂内,人、机、料自主协同,自组织、高效运转;工厂外,通过端到端集成、横向集成,实现价值链的共享、协作,效率、成本、质量、敏捷性都得到了质的飞跃。虽然处境很困难,但德国也并非没有机会。基于其成熟、雄厚的工业化基础,德国制造业还是很有机会的,完全可以扬长补短,突出重围。

  CPS源于美国,在制造业应用却兴于德国。2007年7月,美国总统科学技术顾问委员会在《挑战下的领先——竞争世界中的信息技术研发》报告中列出了八大关键的信息技术,其中CPS位列首位。美国人将CPS作为科学技术来进行研究,而德国人则把CPS拿来作为使能技术进行实用。工业40将CPS定位为核心技术(如图),既是技术发展的需要,也是德国基于自身优势建立起来的技术堡垒,CPS对德国工业40战略来说,具有攻防兼备的功能。

  中国驻德国大使馆经济商务参赞处的统计报告显示,汽车、机械制造、电子电气和化工是德国的四大支柱产业。
  近年来,德国在可再生资源、纳米技术、生物技术和环保技术等高科技领域也取得了突飞猛进的发展:在风电和光伏太阳能领域,德国不论在产量还是在技术水平上,都处于国际领先水平;在无公害食品行业,废弃物处理和再循环,土地、大气和水污染治理等环保技术方面德国优势较大,每年环保专利技术登记,德国公司稳居世界头名;纳米技术居世界领先地位,特别是在研究水平方面,其论文和专利数量与美、日处于同一层次;在航空复合碳纤维轻质材料、航空发动机、大型运载火箭和地球遥感等方面的研发具有一定优势;在新材料研发方面处于国际先进行列,与新材料研发相关度较高的研发密集性产品占了世界市场份额的18%。

  除此之外,德国SAP、西门子等工业软件占据了全球工业软件的较大的份额,是工业40的推手之一。在当今几个热点技术面前,如CPS、物联网、云计算、大数据、人工智能、机器人、增材制造等,德国的研究与应用也并不逊色。

目前涉及物联网运营的关键技术是终端接入和平台服务。终端是直接与用户接触的使用界面,而平台则是承载服务的核心系统。终端接入和平台服务保障了物联网应用端到端的服务质量,是可运营、可管理的物联网涉及网络层面的两大关键技术。
物联网是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物体与因特网连接起来,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
物联网这一概念提出已有20多年,但受全球各国重视是2008年和2009年这两年,各国纷纷推出物联网相关政策,我国也开启了物联网发展里程碑的年份,列为国家五大新兴战略性产业之一。经过10年发展,物联网已不再是高高在上的概念,在云+AI等技术加持下,让物联网得到了广泛应用,产业发展迅猛,也迎来了黄金发展时代。
运营商、半导体厂商、通信设备、云服务商和应用端等形成物联网产业链,而NB-IoT和LoRa等LPWA低功耗广域网通信技术,解决物联网大规模部署连接等需求,继而使得物联网在工业、零售、物流和交通等垂直领域得到广泛应用。
在产业链积极推动下,物联网连接规模成倍速度增长,LPWAN连接的复合年增长率为109%。此外物联网高级顾问杨剑勇指出,5G技术部署,也将把物联网带上更高的层次,也让万物互联成为可能,其中运营商是万物互联积极推动者,全球运营商纷纷转型寄望于在大连接时代,不再局限做一个管道提供者,希望能抢夺物联网应用端市场,例如面向工业、教育、医疗、车联网和智慧家庭等应用场景寻求机遇。
物联网在移动监测、智能可穿戴、POS机、气象、医疗和能源等行业用途很大,而且是实现设备联网不可或缺的产品,不少相关的top域名都被注册。

新华社11 月3 日授权发布了《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十三个五年规划的建议》(下称建议),其中指出,拓展发展新空间。用发展新空间培育发展新动力,用发展新动力开拓发展新空间。当中包括五个方面:一、拓展区域发展空间;二、拓展产业发展空间;三、拓展基础设施建设空间;四、拓展网络经济空间;五、拓展蓝色经济空间。在拓展网络经济空间部分,建议称,要实施“互联网+”行动计划,发展物联网技术和应用,发展分享经济,促进互联网和经济社会融合发展。实施国家大数据战略,推进数据资源开放共享。超前布局下一代互联网。推进产业组织、商业模式、供应链、物流链创新,支持基于互联网的各类创新。多位受访专家向21世纪经济报道记者表示,中央将在宽带基础设施、IPv6、物联网、CPS、移动技术、OS等领域超前布局下一代互联网,增加国际规则制定上的话语权;而分享经济、大数据、“双创”等网络经济新空间的拓展,将带来中国商业模式的“轻资产”、“个性化”趋势,进而为整个国家的产业生态乃至国民经济带来深刻的变革。补板“下一代互联网”中国社科院信息化研究中心秘书长、中国信息经济学会常务理事姜奇平11月3日接受21世纪经济报道记者采访时表示,建议所提的“下一代互联网”包括宽带基础设施、IPv6、物联网、CPS(物理信息系统)、移动技术、卫星技术等广泛领域,中央希望在这些技术领域实现突破,补齐短板。实际上,中国的“下一代互联网”已经具备了一定基础。姜奇平称,目前中国在宽带层面并不落后,IPv6目前的制约因素是应用,而非该技术本身,在卫星、LBS等多个领域则已经具备了自主知识产权。但另一方面,中国面临的形势还是不容乐观。‘中国所谓的’大而不强‘就是,中国的’下一代互联网“虽然在应用方向市场很大,但在不少技术领域确实存在短板,是需要补短板的,这也正是在十三五规划中提出这些问题的原因。”在姜奇平看来,这些短板也正是“下一代互联网”所有发展的重点方向。具体而言,最基础的宽带需要将智能宽带技术列为重点突破对象;以IPv6为代表的新一代网络协议是需要“超前布局”的,其目标是让每一粒沙子等可以分配一个地址;CPS和物联网本质上要发展的都是网格技术,前者更侧重于智能性的发展,后者则加入了“万物互联”等内容,而CPS最核心的芯片技术,我国是有很大欠缺的;移动技术的主要的发展方向是WEB网络和智能网络,语义网络和人工智能的结合也将是其下一步发展的重要方向。姜奇平表示,中国的“下一代互联网”还面临着核心技术的体系化问题。“无论是在宽带领域,还是移动互联领域,都涉及一个跨平台 *** 作问题,跨平台的底层是Linux,其上是交叉设施,在这一块,我们几乎是空白的。我们现在做的大都是把外部系统嵌入到OS系统上面去了,但触及到OS层的极少。”值得担忧的是,美国除了OS之外,已经向更深一层的底层技术做延伸。姜奇平认为,这涉及到物联网和大数据的很多更深层次的技术,这也是“下一代互联网”的重要内容,而这些底层的技术我们没有掌握。从国际竞争的角度看,“下一代互联网”已经突破了技术的范畴,而涉及到政治经济等更多问题。建议明确提出,十三五规划要提参与网络方面的新国际规则的制定。拓展网络经济空间带来深刻变革“‘下一代互联网’不能只理解为一个纯技术的概念,还包括一个技术经济的概念,也就是‘下一代互联网’的工程化、产业化,这也是将‘拓展网络经济空间’纳入到国民经济‘十三五’规划的重要原因。”姜奇平说。建议提出,拓展网络经济空间,要实施“互联网+”行动计划,发展物联网技术和应用,发展分享经济,促进互联网和经济社会融合发展。实施国家大数据战略,推进数据资源开放共享。推进产业组织、商业模式、供应链、物流链创新,支持基于互联网的各类创新。姜奇平认为,“十三五”规划中的“互联网+”就是技术经济的一个比较综合的体现,它是互联网技术和各行各业的业务结合,会对整个国民经济产生深远的影响。姜奇平认为,通过“超前布局”,中央希望能够带动一批相关技术的发展。因为新技术正在从应用层向系统性延伸,它能带动整个相关技术、相关产业的发展,带来整个生态的变化。“中央作出的决策不是技术上的决策,而是考虑了整个宏观经济的转型升级,经济结构向更有带动力的未来的发展。”姜奇平表示,近20年的技术经济主要集中在消费领域,下一步将向生产性互联网迈进,包括智能制造、包括生产性服务。姜奇平介绍,中国关于创新的理论主要包括两大流派,二者一直存在争论:一是技术创新理论流派,即侧重于人与自然之间的关系;二是服务创新理论流派,即侧重于人与人之间的关系。长期以来,技术创新都被摆在第一位。例如,应对“大而不强”的问题,关于如何做强的文件主要强调技术创新,主要由科技部、工信部等主导。然而,目前这一状况正在出现微妙的逆转。技术创新主要靠增加科研经费来支撑。尽管政府提供各种激励和优惠,可是企业的研发比例仍然很低,研发能力依然薄弱。这并不是因为企业缺钱,而是另有考虑。具体而言,企业最关注的是利润,而利润的获得可以通过提高技术和改善服务两种途径实现,二者殊途同归。而十八届五中全会一个很重要的意义就在于,突出强调了服务创新的重要性。关于“十三五”规划提出的分享经济,姜奇平认为是规划的一大亮点。“分享经济已经从技术层面映射到商业领域本身的变革,引起了商业模式制度性的变化,它渗入到各行各业之后,将可能为新技术发挥作用的重要方式。比如分享经济和大数据是紧密结合在一起的,特别强调对知识资源的分享,这已经打破了之前对‘商品’的拷贝,而涉及到‘资产’层面的拷贝。如此以来,新技术不仅仅是拷贝的商品,而是店铺、柜台等资产,而且把我们生产的条件复制了,这会对经济带来巨大的影响,分享经济将带来‘轻资产’的趋势。”姜奇平认为,“大众创新、万众创业”就是“轻资产”运作的典型,过去创业创新需要厂房、机器,但现在这些已经不是必需的了。另外一个深刻的影响是“个性化”的趋势。“数据资产是可以拷贝的,最适合做精准的个性化,而这将使得整个国家的经济结构打破之前的简单的节省成本、同质化竞争,朝着高附加值方向升级,所以这对中国经济结构的转型升级具有战略意义。”姜奇平说。作者:夏旭田 (责任编辑:郭艳艳)关于拓展发展新空间有哪些新部署新要求

物联网没有主平台,就像互联网一样,它不依托于平台,是普通的化的,大众化的。

物联网的标准化是国家在该领域实力的综合体现

物联网的标准化是国家在该领域综合实力的体现,而架构标准则是标准化的核心,就像宪法之于法律的意义。

我国在2014年1月提交了物联网顶层架构国际标准立项申请,至3月投票结束,第一轮没有通过,2014年5月再次提交,9月正式通过。这是美日等西方发达国家同盟没有预料到的。

互联网的架构是美国人的,因为中国拿到了国际物联网架构的设计权、主导权,物联网架构是中国人的。当时我们非常高兴、自豪、开心、激动、兴奋,标准通过以后我们曾觉得高枕无忧了。

物联网起源于多个领域

多个领域都在推进物联网的研究,很多条线都在做物联网。

电信领域推动物联网的研究应用是较早的领域之一,叫M2M(机器到机器的通讯),目前的发展不像想象得那么快。

互联网领域,则是大家所熟知的IOT(Internet of Things物的互联网),1999年MIT提出,是强调把互联网延伸到物体上的连接,最初IOT的声音并不是很大,随着互联网的快速发展,现在IOT的声音大过了M2M,但是,这一领域真正的大的典型应用还没有出现。

传感器领域,则称之为网络化的传感器,较为知名的如Smart Dust(智能尘埃)于1997年被提出,这个领域实际上也是很小,大约2000年过后的几年,这一条线的热度非常高。

传感器网络领域,早年也是物联网的强大的生力军,在上世纪80年代、90年代从军用开始应用到民用,最著名的是ZigBee联盟,但更注重于短距离互联。

溯源、标识领域,就是大家熟悉的激光码、条码、二维码、RFID等, RFID最早出现于上世纪60年代,美国的一个敌我识别系统。但是市场总空间还是很小,功能很弱,主要是标识。

智能化也是在物联网领域声音比较大的另一个分支,强调物联网的核心是智能化,以IBM为代表,比如智慧地球、智慧城市。

在工业自动化的领域,美国2006年提出了CPS(Cyber-Physical Systems信息物理系统),目前主要还是在学术界有一些声音,在应用层面声音不是很大。

还有众多的行业,比如安防、消防、环保等等,都从各自的领域提出了物联网的需求,并实践探索。

在中国,我们感知中国则把物联网作为物理在研究,从1999年开始,从实体世界的角度研究推动物联网技术和标准,并走在了世界的前列。

不管哪个领域探索物联网,都有一个共同的特点,就是面向实体世界,解决我们现实实体世界中的问题。

参考资料:

物联网与感知中国梦_中国网


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