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Cps与物联网——引领制造业新革命
来源:机械工业技术发展基金会 2016-11-30


 

物联网已经成为了全世界的热门新技术,与此同时物理信息系统(CPS,Cyber-Physical System)也作为相似的新兴技术进入人们的视野。在多方推动下,高度信息化和现实虚拟一体化的势头已经不可阻挡,而上述两种技术很有可能引领下一次制造业的革命。

物联网是2005年在突尼斯举行的信息社会世界峰会上正式提出的,CPS则是2006年美国国家科学基金会提出的。二者发展时间都不算长,还不能准确定义二者,不过通常大家认为物联网是把所有物品通过射频识别(RDIF)等信息传感设备与互联网连接起来,进行信息交换的网络,可实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。CPS则是一个综合计算、网络和物理环境的复杂系统,通过3C(Computation、Communication、Control)技术的有机融合与深度协作,实现现实世界与信息世界相互作用,提供实时感知、动态控制和信息反馈等服务。二者定位相似,关键技术也有相通之处,但应用实例大不相同。

物联网现如今主要应用领域在物流、生产流程控制、智能家居等方面使用。在如汽车工厂中,为了实现柔性生产的要求,在同一生产线上为了生产多种配置的汽车。不同规格的配件如发动机、变速箱等都会被打上电子标签,在仓库和配件运输过程中都会有扫描仪扫描电子标签的信息,传达给中控系统,由中控系统负责分配各个零配件的去向。通过零配件的追踪,准确的分配给各个装配工位,可以确保每辆车都可以按照配置要求生产,提高生产效率。CPS的应用更加注重虚拟现实互动,美国麻省理工学院建造了一个模拟花园,传感器收集花园中的温度、湿度、光照等信息,然后通过收集的信息模拟出虚拟场景,计算机系统根据这些数据自动控制播种、松土、灌溉等,让植物在无人照看的情况下生长。著名的体感游戏机WII也是一种CPS系统,玩家通过体感设备的输入,来控制虚拟场景中的人物,达到虚拟和现实的互动。物联网更加注重于信息联通的概念,主张把世界万物连到一起;CPS更加强调反馈的概念,通过传感器感知世界,然后用计算机技术与通信技术实现对现实世界的反馈。

我国制造业领域物联网的发展刚刚起步,正处在技术跟进、产品跟跑、模式跟随的初级阶段。从总体来看,物联网在制造业的使用可以分为感知层、网络层、应用层三个层面。,相应地,“全面准确感知、高速安全传输、智能高效处理”成为物联网在制造业中发展的关键环节。

一在感知层,做到全面准确感知感知层是物联网的“皮肤和五官”,承担着物体识别和信息采集工作。RFID、GPS、传感器等传感技术是感知层的核心,也是实现“万物互联”的基础。与消费服务领域相比,生产制造领域的环境具有特殊性(强腐蚀、高低温、电磁干扰等),这就对感知设备的性能、体积、材质等提出了更高的要求,以保证数据采集的高可靠性和强稳定性。目前,国内传感技术的发展水平与发达国家仍有较大差距,尤其是在高端产品市场,被国外高价产品长期控制和垄断,较大程度制约着我国制造领域物联网的发展。

二在网络层,保障高速安全传输随着越来越多的终端接入物联网,对网络带宽和传输质量提出了更高的要求,网络世界的安全威胁也与日俱增。无处不在的传感器实时监控着汽车、飞机、生产设备、智能产品的“一举一动”,接入网络之后将数据上传到云端,进行信息交换和通信,实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理,小小的安全漏洞也可能造成不可估量的损失。例如,已有多家智能网联汽车因黑客攻击,导致汽车驾驶系统陷入瘫痪。人类是向往自由和崇尚秩序的,如何保证信息传输和存储的安全,不给黑客和其他网络犯罪分子进入企业网络以及窃取个人隐私留下可乘之机,是需要物联网系统开发者认真考虑的问题,也是制造业领域物联网发展的最大挑战。

三在应用层,确保智能高效处理智能化、绿色化、服务化是制造业转型升级的三大方向,也是物联网与制造业的重要结合点和突破口。我国制造业门类众多、涉及面广,不同领域的传感器接口不一样,物联网标准也不统一。因此,物联网的发展必须要面向行业,针对重点领域重点项目实现有针对性的突破和规范化的发展,如括车联网、智能工厂、环保监测、能源管理、食品溯源等领域。例如智能电网这种发展较快的物联网建设领域,将物联网技术应用在电子资产管理、电力设备状态监测、用电信息采集等方面,可以全面提高电力系统的智能化水平和可靠性程度,特别是在负荷预测、错峰用电、电动汽车管理信息化、分布式电源接入等方面有着巨大的潜力和发展空间。

无论是CPS还是物联网系统,我们都应该利用其对于资源的超大的调度整合能力和信息处理分析的能力,对制造业的采购、生产和管理过程进行实时监控并反馈调节。以摆脱旧时的粗放的制造模式,向网络化、智能化发展,由传统制造业向智能制造发展。

 

 





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