产业要闻

宁振波:信息物理系统,支撑两化深度融合

作者:中国航空工业集团信息技术中心 原首席顾问 宁振波来源:中国电子报、电子信息产业网发布时间:2018-11-28 17:48我要评论

编者的话:两化深度融合是建设制造强国和网络强国的必由之路,是我国制造业实现“换道超车”的必然选择。党的十八大以来,我国两化深度融合不断取得新进展,顶层设计逐步加强,推进体系持续完善,发展成效不断显现,两化深度融合发展步入快速发展轨道,为中国经济转型、提质增效提供了强大动力。为集中反映我国两化深度融合发展的方方面面,中国电子报特别策划推出“改革开放40年·两化融合”特刊,邀请主管部门、专家学者撰写文章,从工业互联网平台、制造业“双创”、工业电子商务、两化融合体系贯标、工业信息安全、产业数字化转型、网络化协同制造等方面,讲述改革开放以来两化融合发展的主要成就,提出新时代我国两化融合发展的思路建议。

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中国航空工业集团信息技术中心

原首席顾问  宁振波

信息物理系统(CPS)是支撑信息化和工业化深度融合的一套综合技术体系。近日,就信息物理系统一些热点问题,《中国电子报》记者对中国航空工业集团信息技术中心原首席顾问宁振波进行了专访。

两化深度融合需要从多方面综合推进

记者:都说信息物理系统是支撑两化深度融合的综合技术体系,您怎么看这个问题?

宁振波:两化深度融合是中国特色,但是要真正实现融合非常困难,问题就是从事工业的技术人员和从事信息技术的人员各说各话、互不理解。工业的人关心的是产品、工艺、生产、设备、管理、物料、协作等,而信息化的人关心的是计算机、控制、软件、数据库、电子、网络等等,经常不在一个频道上对话。

两化深度融合要做什么?应该在数字模型、过程仿真、工业互联网、业务流程管理、业务智能、电子商务、虚拟现实、直接制造、流程电子化、面向服务架构、企业架构、社会协同这12个方面共同推进,12个方面就是一个综合体系,CPS贯穿于其中。没有CPS中的赛博,没有赛博和物理的融合,这12个方面都做不好。因此中国的两化融合和CPS异曲同工,是支撑两化深度融合的综合技术体系。

记者:为什么说“一硬、一软、一网、一平台”是信息物理系统的四大核心技术要素?

宁振波:我们把CPS这种闭环系统提炼为:“一硬”(感知和自动控制)、“一软”(工业软件)、“一网”(工业网络)、“一平台”(工业云和智能服务平台),实际上体现了一个智能体的运行过程:状态感知、实时分析、自主决策、精准执行、学习提升且循环上升。状态感知靠传感器,精准执行靠自动控制,这就是“一硬”。实时分析靠软件,这就是“一软”。当然传感器的数据和发给控制器的数据没有工业数据总线的传递肯定不行,这就是“一网”。后台没有强大的计算机集群和大量工业软件分析决策也没有智能,这就是工业云,就是“一平台”。因此说“一硬、一软、一网、一平台”是信息物理系统的四大核心技术要素。

新一代智能制造以人为主体实现CPS

记者:中国工程院今年2月9日发布的《走向新一代智能制造》里面提出的HCPS是什么含义?

宁振波:中国工程院院长周济在这个报告中讲的HPS系统(Human Physical Systems)是一个二元系统,所提的HCPS(Human Cyber-Physical Systems)是一个三元系统,其核心是人类创造的Cyber,新一代的智能制造是以人为主体的CPS系统,即HCPS系统。2016年9月份,我和几位专家共同撰写出版的《三体智能革命》一书,描绘了三体的理论。三体的第一体就是物理实体,物理实体是客观存在。按照达尔文的进化论,物理实体进化出了植物和动物,动物的最高形态就是有智能的意识人体。有了智能的意识人体,世界就发生了巨大变化,因为人创造了数学、物理、化学等多类学科和算法。人创造了电脑,可以把我们常年积累的知识、经验甚至是高水平工人的操作技能变为软件。有智能的人类用了算法、软件、电脑,就可以把物理实体建模建成数字虚体,也就是虚拟模型,或者说是Cyber体。这也从另一个角度阐述了人类分工,有研究方法的、有开发软件的,也有专注应用的。

数字虚体两个作用,第一就是嵌入式系统,既可以研制新设备时全面应用它使得设备智能化,也可以改造传统设备,使老设备变得“智能”。这里就引出智能制造一个重要概念:传统的生产型企业转型升级为生产服务型企业,核心就是产品的智能化。第二个作用就是我们所熟悉的虚拟产品模型、工艺模型、生产模型、试验仿真模型、维护维修保障模型及各类管理模型等,这些模型构建了人和电脑之间的金桥,使得人和电脑之间有了一个共同的工程语言,换句话说,就是我们人类的大脑所作的事情可以变成软件、变成模型,而且被电脑所认识并理解执行。在人类持续把成熟的算法、知识、经验逐步地变成软件和模型的过程中,不断地把原先由人脑来干的事情交给电脑来做,我们不就是逐步走向智能了吗?

智能制造的基础是完全理解CPS,CPS的基础是软件和模型。因此,我们说智能制造难点是建模,焦点在仿真,大规模工业软件的应用必不可少。

CPS提高产品质量缩短研发周期

记者:为什么德国的“工业4.0”提出1-2-3-8新型工业体系,把CPS系统建立放在第一位?

宁振波:第一,传统的工业体系,就是人、机、料、法、环、测,也就是爱迪生的试错法,然而法、环、测三条都是人建立起来的,因此中国工程院院长周济讲传统制造是HPS系统(Human Physical Systems)。

第二,CPS中的赛博Cyber来源于1947年诺博特维纳的控制论,演化出来了CPS。CPS是一种控制机制,赛博是控制、赛博是通信、赛博是虚拟、赛博是是创新、赛博是协同,当然这之后隐藏着大量的计算。CPS简单说就是虚实精确映射,赛博控制物理。因此一个赛博就创造了一个虚拟空间,也就是我们所说的数字虚体。

第三,这个数字虚体可以是一个嵌入式系统,也可以是虚拟模型(如产品CAD模型、CAE模型、CAPP模型以及各类工程应用和管理模型)。有了这种虚拟产品模型和管理模型,我们就可以在电脑上做大量的设计、分析、仿真、计算,从而来评估产品的功能和性能,而不必再造出产品做试验来评价产品功能和性能。这样的做法既提高了产品质量,也会大大缩短产品研发周期,进而增加效益。实际上,这就是第四次工业革命的要点。

记者:现在世界上有基于CPS的智能工厂吗?

宁振波:回答这个问题之前,我先描述一下智能制造的含义。世间万物,只有人有智能,人的智能体现在大脑,那么来类比企业,一个企业或者一个工厂的智能体现在什么地方?一个车间或一条生产线、一台智能设备的智能又体现在哪里?这些都是需要思考的问题。我个人认为,按照管理学理论知识,企业分为决策层、管理层和执行层。一个企业的智能体现在正确的决策管理之下建立的自主研发体系,执行层再强大,不是智能,因此自动化设备、机器人、自动的物料配送、数控机床等再多都是执行层,是自动化的概念,不是智能工厂。

因此,世界上最好的工厂仅仅是数字化工厂,尚没有智能工厂,智能工厂是目标,不是现在。另外从人类四次工业革命的发展来看,每次工业革命都是几十年甚至上百年的历史。如果从2013年4月德国汉诺威博览会发布“工业4.0”算作第四次工业革命的开始的话,就像一位业内专家所说,智能制造是一次马拉松比赛,中国作为一名运动员,正在热身,尚未上场。也就是说,现在世界上还没有基于CPS的智能工厂。


责任编辑:赵强

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