真正实现人机物融合的cps,颠覆工业和能源行业

1、真正实现人、机、物融合的 CPS ,颠覆工业和能源行业禁止复制，征集码头版权 HYPERLINK CPS , 可以被看作升级版的物联网。点击CPS掀起的生产力革命将主要爆发在两个基础领域：能源和工业，CPS的人、！机、！物融合能力，使的人类在能源和工业领域能 够实现无所不在的信息监视和精确控制，真正实现人类对复杂系统的全面管理。点击color=rgb$(253, 102, 57)% !importantcolor=rgb$(253, 102, 57)% !important钛媒体注：CPS, 全称信息物理系 统(Cyber Physical Systems ), 是信息系统和物理系统的 统一体

2、，可以被看作升级版的color=rgb$(253, 102,57)% !important物联网。点击与物联网相比，CPS更强调数字世界对于物理世界的控制，CPS可以通过互联网，以可靠并且安全的方式，实时和自治的操控一个物理实体和系统。点击CPS将使得数字世界不再仅仅是物理世界 的虚拟映象，而将真正进化为人类社会的新疆界。点击 CPS的本质就是人、！机、！物的融合。点击它将使没有感觉、 没有灵魂、！不会思考、！不会合作的物理系统成为了活物， 不仅赋予物体以感觉，还赋予了其思考能力和协作能力， 物理世界和数字世界将合二为一。点击下面是钛媒体作者曹寅的文章，深入分析了 CPS对工业和color=r

3、gb$(253, 102, 57)% !important 能源行业的影响：1/:5,9/!3-未来30年，中国、！印度和其他发展中国家的数十亿人将 步入中产阶级，这些朝气蓬勃的新生代和西方年轻人没有 什么区别，同样需要高楼大厦，需要购物中心，需要苹果手机，需要汽车、！牛排、！空调、！宠物、！音乐会、！ 海外旅行等等中产阶级物质和精神需求。点击不过地球养活 今天的20亿中产阶级已经承受了巨大压力，还怎么再承担新增的几十亿中产阶级消费需求？是不是真的像奥巴马曾经宣称的“地球资源无法接受中国人像美国人一样生活”？ 难道除了战争和计划生育之外，人类真的无法解决人口增长和资源有限之间的矛盾 ？这种马尔

4、萨斯主义的论调看似正 确，不过却是站在静止的角度去预测未来，忽略了一个重要维度：技术。点击资源的短缺迫使人类采用新的技术， 历史上每一次重大技术突破都成功使生产力跃上一个新 台阶，赋予更多人口有质量的生活，这些突破包括化肥，电力，抗生素，流水线等，而这次将是信息物理系 统$(cyber physical systems, 简称CPS)%把人类从马尔萨斯 陷阱拯救由来。点击CPS :人、！机、！物融合全靠它 CPS是一个新的概念，2005年才由美国科学院提由，2008年之后，美国才将CPS作为国家战略性发展方向予以重视。点击CPS是一个结合计算领域以及传感器$(Sensor)%和致动器$(Act

5、uator)%装 置的整合控制系统。 点击包含了无处不在的环境感知、！嵌入式系统、！网络通信和网络控制等系统工程，使我们身边的各种物体具有计算、！通信、！精确控制、！远程协作和自组织 功能，使计算能力与物理系统紧密结合与协调。点击在传 感器的帮助下，CPS接受并处理来自物理世界的大量数据， 并将这些用于基于网络的各种应用和服务中，最终会这些服务和应用会通过致动器反馈并影响实体世界。点击目前 已有莫些领域由现似于 CPS的电子控制综合性系统，但目前这些系统通常都是嵌入式系统$(Embedded System)% ,嵌入式系统比较强调机器的计算能力，CPS则更为强调各个实体装置和电脑运算网络的融合

6、，CPS是借用技术手段实现人的能力在时间、！空间等方面的延伸，CPS的本 质就是人、！机、！物的融合。点击简而言之，现在我们身边常见的物体都是没有感觉，没有灵魂，不会思考，不会合作的死物，但CPS使我们的物理系统成为了活物， 不仅赋予了物体以感觉，还赋予了其思考能力和协作能力，物理世界和数字世界将合二为一。点击其意义甚至超 过了哥伦布发现新大陆，将从空间上和时间上深刻的改变人类社会。点击从空间角度来说， CPS使得数字世界将不再仅仅是现实物理世界的映象，而将成为人类的新生存空问，这个空间远远超越了现实物理世界，超越了物理距离，没有边界，一切物体都以光速联系彼此；从时间上 来说，CPS使得现实物

7、理世界的发展速度向数字世界靠近， 人类社会的发展速度将呈指数级别增长，未来历史学家回眸过去时将不再使用公元前和公元后来断代，而将使用前CPS时代和后CPS时代来研究人类的历史。点击摩尔定 律CPS作为一种使能技术，将使众多创新应用成为现实， 孕育了无数商业模式。点击 CPS给人类社会带来的深刻 变化和挑战应该同其他重要的新技术放在一起检视，比如CPS和人工智能， CPS和大数据，CPS和云计算， CPS和3D打印？点击？CPS和可再生能源， CPS和 电动汽车。点击但 CPS给世界带来最重要的贡献却鲜有人 意识到，即摩尔定律将适用于实体世界。点击摩尔定律由 英特尔创始人之一戈登摩尔在50年前提

8、由，摩尔提由， 当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍， 性能也将提升一倍。点击换 言之，每一美元所能买到的计算机性能，将每隔18个月翻两倍以上。点击现在， 人类早已经从晶体管时代进入 了芯片时代，目前正在往下一代计算技术时代迈进，但长期以来，摩尔定律只适用于信息技术，也就是所谓的 数字世界，而CPS则将会把物理世界也带入摩尔时代点击CPS如何实现无所不在的信息监视和精确控制？CPS之所以能够实现，有赖于半个多世纪以来人类ICT$(InformationCommunication Technology, 信息通信技术)技术的不断积 累，但最重要还是近三十年以来两

9、项技术的爆炸式发展。 点击首先是互联网，比如因特网以及基于因特网的万维网，显而易见，这是CPS能够实现的基石。点击其次则是 软件密集型嵌入式系统 $(software-intensiveembedded systems , 简称SIES)% , SIES在现今几乎所有的高科 技产品和系统中都能发现，比如数控机床、！高级轿车、！飞机、！智能建筑、！智能风机等，SIES对于CPS的重要 性常常被低估，但其却是CPS能够落地的真正关键。点 击CPS的核心理念即数字世界同物理世界的深度融合，但数字世界的更新速度远远快于物理世界，纯物理世界难以跟上数字世界的发展，因此CPS的实现需要能够将物 理世界同数

10、字世界合二为一的粘合剂，这种粘合剂就是SIES, 而粘合方式就是“以软代硬”。点击color=rgb$(253, 102, 57)% important软件的功能可以无限量地添加和升级， 而硬件通常要花费很多费用和时间来保养和升级，因此大规模的“以软代硬”其实就是以数字世界融化物理世界的过 程，这种趋势在Tesla电动车和智能手机上已经得到体现。点击在SIES中，软件重要性远远超过硬件， 因此SIES 更加敏捷和灵活， 可以按照客户的特定需求和要求进行定 制。点击在开发或使用的任何阶段，都可以通过更新软件来快速更新功能。点击此外，SIES的开发成本虽然可能相对于普通嵌入式系统有所增加，但产品生

11、命周期成本却可以大幅降低。点击在普通的硬件主导型系统中，硬件设计必须在产品开发过程的早期就确定下来，但软件驱动的系统却可以将灵活性保持到在用户使用中。点击因此，随着代码数量保持成倍增加，我们每天使用的设备将变得越来越智能化。点击未来，在工业企业中，软件工程师将比机械工程师更多， 未来，软件将定义世界。点击这种 由CPS所带来的虚拟物理大融合将使人类的生活和生产更 安全，更高效，更健康，更清洁，帮助人类社会解 决很多目前物理系统无法解决的难题，比如人口老化带来的养老问题，资源稀缺造成的物价上涨，交通拥堵带来的效率损失，自然灾害带来的生产力损失，可再生能源不稳定造成的电价上涨等。点击一些早期的类C

12、PS应用早已经进入我们的日常生活，并被我们天天使用。点击典型案例就是车载导航软件，GPS系统为地球表面每一块土地 都提供了一个全新的、！瞬时可知的虚拟映象， 车辆既是行 驶在物理世界的道路上，也穿行在数字世界中， 在移动通信数据的帮助下， 现在的导航软件还能根据即时路况规划最佳行驶路线。点击其他的常见类CPS应用还包括轨道交通控制系统， 风电站远程控制系统等。点击但CPS对人类世界最震撼的改造还并未降临，CPS掀起的生产力革命将主要爆发在两个基础领域： 能源和工业，CPS的人、 机、！物融合能力，使的人类在能源和工业领域能够实现无 所不在的信息监视和精确控制，真正实现人类对复杂系统的全面管理。

13、点击能源革命？没了 CPS才玩不转呢在能源领域中， 如果我 们能够站在全球角度来看，人类的能源系统正处于巨变中。点击我们的电力供应模式正从可以随时发电的常规大型集 中式电源$（核电，火电，大型水电）向不稳定，非集 中，低能量密度的可再生能源系统转变。点击由成熟应用 向不成熟应用的变化难以避免会带来阵痛，风能和太阳能不像火电核电一样招之即来，挥之即去，可再生能源是一种气候能源，瞬息即变的天气随时都在影响风能和太阳 能的输由。点击此外，电力消费因时间不同，季节和习 惯不同而变化复杂， 为了满足这些时刻处于变化中的电力 需求，电力供应量总是不得不超过电力需求量。点击除此 以外，在你看不见的地方，还有

14、很多发电机组正处于随时待命状态，以满足突然由现的额外电力需求，这造成了巨大资源和效率浪费。点击由于以上原因，电力系统的调节空间正在从发电和用电两端被前所未有的压缩，这也对电力系统的调度和控制技术提由了更高的要求。点击在新的背景下，传统技术和结构已经显得力不从心，只有基于 CPS 的color=rgb$(253, 102, 57)% !important能源互联网才能满足新型电力系统的要求。点击color=rgb$(253, 102,57)% !important智能电网目前被动的、！弱信息化的、！单向 传输的、！静态的、！封闭式的电网，将进化为市场导向的、 服务化的、！分布式和集中式相结合的、

15、！动态的，开放式 系统。点击未来基于 CPS的能源互联网可以持续不断监控 每一户家庭，每一辆电动车， 每一个工厂，甚至每一 台用电器的电力消费数据和使用习惯，通过大数据分析来预测即期，短期，中期以及长期的电力消费。点击而在 发电端和输电端， 基于CPS的能源互联网，则可以通 过微网技术，储能技术和远程输电技术，大幅提升可再生能源的使用比例和使用效率，大幅降低因为不必要的冗余而造成的巨额浪费。点击其实ICT技术在能源系统里面早已被广泛应用，举例来说，现在火电站已经能够做到远 程控制，输电网的运行情况在调度中心中能够一目了然， 配电网自动化也正在逐渐普及，带有通信功能的智能变电站也正在日益推广；光

16、伏电站和风电站也能做到远程智能 控制，全球过亿家庭已经安装了智能电表，带有通信功能的智能电器和智能汽车也越来越多；不仅电力，就连油气开采和油气管输也在日益自动化和智能化，通信和控制已经成为能源电力系统的标准功能配置，但是目前这些系统还是一个个信息孤岛，在孤岛内，基于不同系统的CPS已经由现，但目前还缺乏一个能将消费者， 生产者， 经销者，管理者和调度者，以及各种设备和服务都连接起来的网络， 这个网络就是基于 CPS的能源互联网。 点击CPS能让所有地方具备和德国一样的工业升级的能力同能 源领域一样，如今的工业也正处于大变革的前夜。点击上 世纪90年代以来的新型经济体迅速工业化后，产生了基于比较

17、优势的全球大分工和大竞争，同时，在互联网时代大背景下，消费者和消费观念也在剧变。点击当供应端 和消费端同时发生剧变时，工业企业的核心竞争力也被彻 头彻尾的颠覆了， 核心竞争力从产品质量控制，转移到了客户价值创造。点击这种变化对企业能力提由了前所未有 的要求。点击为客户创造价值意味着企业需要能够生产够复 杂更先进的产品和系统， 随着机械技术和信息技术的深入 融合，人类所生产的各种产品和系统的复杂性也呈指数级 别增长，比较典型的例子就是高铁，高铁是车辆，轨道系统，信号及调度系统， 电力供应系统等众多系统的 结合，每一个子系统都涉及非常复杂并且专业的技术。点击但根据系统工程学观点，系统的复杂性远大于

18、子系统和 子系统元件复杂性的线性加总。点击从单个产品，到系统， TOC o 1-5 h z 再到基于系统的服务， 对企业的能力要求成指数级别增 长。点击复杂的系统也意味着更复杂的供应链和价值链，以及更多的参与者。点击过去，受经济学分工理论的影响， 企业倾向于将工作任务进行精细划分，然后再逐层外包，以达到专业化分工目的，但分工在提升生产效率同时，却造成信息流通效率降低，如果没有先进信息技术，复杂系统内的企业协作将变的根本无法进行。点击更何况， 在全球化和互联网化背景下，企业分工价值链早已蔓延过了地区，甚至跨越了时区。点击硅谷团队负责研发，纽约团队负责品牌管理，巴黎事务所设计， 韩国和日本企业提供

19、零部件， 深圳工厂组装，再由迪拜分销商送往 世界各地，这种全球大分工在很多行业已经十分普遍。点 击但是，截至目前只有部分巨型企业，比如波音，空客，西门子，通用电气，东芝，苹果等工业巨头才 具备对复杂价值链的管理能力，在未来，CPS所掀起的 新工业革命将几乎将使任何组织都具备这种能力，德国人将这种革命成为工业 4.0 , 而美国人将这种革命成为工业互 联网。点击color=rgb$(253, 102, 57)% !important 从工业 1.0到工业4.0目前CPS在工业，尤其是制造业领域中已 经得到一定应用，基于CPS的智慧制造可以根据市场需求即时改变产品设计和供应链，利用PLM$(Pro

20、ductlifetime Management)% 平台，甚至可以实现跨公司的超 柔性合作。点击这就使得基于客户要求和特征的快速定制化 生产成为可能，并且彻底改变现在上下游企业之间的合作 方式。点击自组织、！自优化、！自适应的全球价值链和供应 链大协作将在世界范围内迅速改变目前制造业竞争局面，传统制造业企业就像是单细胞生物，而基于CPS的智慧制造将重塑制造业企业之间的合作方式，使同一价值链内的众多企业从单细胞生物融合为多细胞生物，实现整条价值链的共同进化。点击!07*$中国2025计划：看上去很美工业的 CPS化将给世界工业竞 争带来巨大影响， 因此德国打生了工业 4.0概念，美国 拉开了工业

21、互联网大旗，中国制造业也不甘落后，提由了 “中国制造业2025”计划。点击然而，对于中国企业来说， 工业CPS化任重而道远，因为这需要重塑包括流程和 工艺，机械和设备，物流和供应链管理， 自动化和信 息化在内的所有能力领域，面临的挑战数不胜数，比如，基于虚拟生产而重新设计的工艺和流程、！能够容错的强健制造流程、！性能稳定并且可预测的生产设备、！开放并且标准模块化的过程仿真和工艺模型、！人工智能的安全应用、！工业大数据的存储和分析应用，当然，信息安全也将无比重要。点击与此同时，工业人才的知识体系和观念需要彻底重塑，传统工业的集中式和层级化组织结构和管理理 念已经不再适用于基于 CPS的智慧工业。点击CPS在改造 能源和工业的同时， CPS本身也在不停进化。点击下一阶 段，CPS将实现自组织能力， 未来CPS能够在没有外 部指令和干涉的情况下，使系统的物理和信息部分按照奥 种规则，相互默契，各尽其责，同时又协调自动地形 成有序结构，实现有序有效并且有意义的系统自动控制和 执行。点击CPS自组织能力在具体工业和能源领域的应用 功能实现将十分