Archive for 2015年5月6日

德國談推CPS技術的動機及理由

? ? ?德國Acatech在agendaCPS報告中,對為什么推CPS技術的問題進行了一定的解釋,主要是從經濟和社會的影響來談的。工業4.0研究院結合到CPS核心技術,對這部分內容進行了編譯,請大家進行討論溝通,以便更深入理解德國工業4.0體系的前提條件。

???? 信息通信技術是創新的強大動力。其中下列兩大因素起到重要推動作用:

? ? ?-如今,所有的高科技產品和系統內都能找到嵌入式軟件密集型系統,例如電子設備、汽車、飛機、建筑和生產系統的功能都體現在嵌入式軟件密集型系統上。

? ? ?-全球網絡(如互聯網)以及萬維網上的數據和服務。

? ? ?這兩大創新因素在信息物理系統中融合。現在越來越多設備和物體擁有嵌入式計算機,這些計算機通過傳感器和觸發器相互交換信息并與物理世界互動。如今,數百萬人正在使用移動設備,例如智能手機。射頻識別技術(RFID)被廣泛使用,例如用于自動監控數以十億計的交通運輸過程。之前封閉的系統變得日益開放,更多地與其他系統結合并用于網絡應用。在信息物理系統中,物理世界與信息技術下的虛擬世界無縫連接,形成物、數據與服務聯網。

德國嵌入式系統及CPS演進路徑

?????以上CPS演進圖示展示的全球“物、數據與服務聯網”的愿景,是嵌入式系統通過互聯網連接并不斷演變發展。封閉的嵌入式系統是切入點,例如安全氣袋。《國家嵌入式系統技術路線圖(2009年)》提出了發展本地嵌入式系統網絡的建議。德國國家科學工程院的研究項目 agendaCPS把研究范圍擴大到包括全球網絡。其中一個成果是智能交叉路口,它將數據用于交通堵塞提示。

? ? ?信息物理系統技術屬于“使能技術“,即它們能夠產生大量創新的應用。信息物理系統帶來的深刻變化和巨大挑戰將影響其他現代技術領域的創新,因此我們在下面將對其進行詳細闡述。

? ? ?根據摩爾定律,信息通信技術的發展是非常迅速的。在1965年,處理器制造商英特爾的聯合創始人戈登·摩爾(Gordon Moore)提出一個原理:在價格不變的情況下,集成電路芯片上所集成的電路的數目以及相應的數字系統的處理能力都會以每18個月翻倍的速度發展。數字信息處理系統性能的這種指數級增長與技術創新、經濟發展和社會變遷密切相關。

? ? ?信息物理系統把物理流程和虛擬世界聯系起來,促進這種發展。合理地使用信息物理系統對解決重大社會問題起到決定性重要,例如人口老齡化、氣候變化、健康、安全、轉向可再生能源、超級城市、有限的資源、可持續性、全球化和人口流動。這些在德國國家科學工程院的研究項目 agendaCPS中都有所體現。全球數字化網絡的快速普及,例如互聯網和全球通過“云計算”獲得數據和服務,將促進上述發展。云計算描述了全新的信息技術范式。根據這種范式,信息技術的資源,例如處理能力、內存、應用和數據,得以在網絡中動態地提供、管理和記錄。因此,信息技術資源可以在“云以外”獲取和使用。

? ? ?自2005年以來,在《德國高科技戰略2020》與《德國信息通信技術戰略2015》的框架內,德國政府一直在推動信息物理系統基礎技術的研究。另外,在《國家嵌入式系統技術路線圖(2009年)》中提出了推動嵌入式系統發展的綜合行動建議。《國家嵌入式系統技術路線圖(2009年)》中列出的挑戰和缺點目前仍然存在,信息物理系統也不能幸免:

? ? ?-產業界仍然未能充分認識信息物理系統作為跨領域技術和創新動力所起的作用。

? ? ?-跨產業標準化仍然不足。

? ? ?-單個系統要素的制造商還不能以合適的方法聯網。

? ? ?-各種孤立的解決方案仍然普遍存在。

? ? ?-物理信息系統對單個供應商的依賴很大,導致容易產生經濟問題。

? ? ?-缺少合格的工程師。

? ? ?德國國家科學工程院建議:

? ? ?進一步貫徹落實《國家嵌入式系統技術路線圖(2009年)》提出的行動建議以及《德國高科技戰略2020》中“智能物體”(Intelligent Objects)項目的行動。

? ? ?這份立場報告和agendaCPS的研究都旨在促進物、數據與服務聯網的發展,在快速轉向信息通信技術領域時保護和加強德國的競爭力。上述研究的目標是使德國制造商成為信息物理系統單個要素或技術的領先者,以及信息物理系統解決方案的全球創新領先者。

德國對工業4.0核心技術CPS的認識

? ? ?德國在正式提出工業4.0概念之前,對德國的核心競爭力進行了深入的分析,在Acatech針對CPS的一個名為agendaCPS項目中,Acatech明確提出了基于嵌入式系統的演進技術——CPS將是德國繼續領先未來制造業的技術基礎。工業4.0研究院CPS研究中心對德國agendaCPS報告進行了編譯,分享給行業人士,共同探討學習。

? ? ?嵌入式的硬件和軟件系統是德國工業出口和新興市場創新的決定性驅動力。這些系統提供更多功能,從而增加汽車、飛機、醫藥設備、生產設備和家用電器的實用價值和競爭力。如今,有98%的微處理器嵌入設備中并通過傳感器和觸發器與外部世界連接。這些微處理器相互的連接和與互聯網的連接日益增加。物理世界和虛擬世界(網絡世界)正在融合。人們建立信息物理系統,系統中的產品、設備和物體與嵌入式的硬件和軟件互動,這種互動不受單個應用的限制。

? ? ?上述信息物理系統成為未來全球網絡世界的組成部分。在傳感器的幫助下,這些系統處理來自物理世界的數據,并將數據用來提供基于網絡的服務,這反過來對信息物理系統產生直接影響。通過信息物理系統,物理世界與虛擬世界連接,形成了“物、數據與服務聯網”。

? ? ?早期的信息物理系統,例如聯網的導航軟件,如今仍然存在。這些導航軟件在移動通信數據的幫助下篩選實時交通堵塞信息,提供更好的導航服務。更多的例子包括航空電子和鐵路運輸領域的交通輔助和控制系統。在這些例子中,信息物理系統自動實施控制。

? ? ?未來的信息物理系統將在安全、效率、舒適度和健康方面帶來前所未有的好處,從而有助于解決我們社會的重要挑戰,幾個重要的應用領域包括:人口老齡化、資源有限、人口流動或者向可再生資源的轉移。

? ? ?未來,信息物理系統作為智能電網的組成部分,將控制由多家可再生能源生產商組成的能源網絡;未來,信息物理系統將通過協調使交通更安全并且減少二氧化碳排放量;現代智能醫療系統將把病人和醫生接入網絡,使遠程診斷更方便,并提供家庭醫療服務;在制造、物流和交通運輸領域將建立用于遠程監控自動化生產系統的網絡系統。未來還將實現自我組織。機器可以根據工作量自動確定維修方案,確保在維修過程出現故障時,后備能力可以保證生產不受影響。

? ? ?信息物理系統對市場結構帶來顛覆性影響,它們將極大改變商業模式和市場競爭。基于信息物理系統的新服務提供商正在侵吞市場。革命性的應用將促使新價值鏈的形成,改變傳統產業,例如汽車產業、能源產業和生產工程。

? ? ?信息物理系統將給科研帶來新挑戰。怎樣才能以系統的方法,通過機械工程、電力工程和計算機科學的跨學科合作,把各種接入網絡的不同結構整合起來?如何從技術層面控制信息物理系統?信息物理系統應該如何建立、運營、監控和維護呢?

? ? ?德國是嵌入式系統領域的全球領先者,在安全解決方案和企業軟件領域也處于領先地位。另外,德國過去一直擁有研發復雜系統的高水平工程能力,以及語義技術和嵌入式系統方面的豐富研究經驗。盡管德國具備很好的先天條件,但還必須考慮自身在發展信息物理系統方面的缺點。

? ? ?德國必須努力提高下列能力:互聯網的研究和應用的能力、建立平臺和操作模式的能力以及提出用戶為中心人機界面創新解決方案的能力。另一方面,美國國家自然科學基金會自2006年以來通過與大量項目和計劃的合作,一直在推動信息物理系統的研究。

? ? ?在采用創新的信息物理系統方面,由于時間緊迫,如果德國希望確保其領先地位,政府就要與科研界、經濟界和社會力量合作,快速行動。行動的目標是掌握技術和獲得效益,并重點增加社會對信息物理系統的接受度。

? ? ?社會接受這些新事物是信息物理系統成功的決定性因素。信息物理系統將隱私和數據安全的要求提升到新高度。未來,大量重要數據將在網絡中傳輸。公眾對這一新技術的信心取決于數據傳輸過程的安全和透明。

? ? ?未來,信息物理系統對解決很多關鍵問題起到重要作用。因此,德國政府必須在能源和資源戰略以及高科技和信息通信技術(ICT)戰略中考慮信息物理系統。最后,向可再生資源轉移也是信息物理系統整體戰略中的組成部分。

工業4.0研究院設立“CPS研究中心”

? ? ?為了推動工業4.0體系在中國制造企業的應用,工業4.0研究院經過半年時間的籌備,于2015年4月11日正式成立“CPS研究中心”,其主要工作為跟蹤和研究全球CPS技術、標準、專利以及應用等內容。

? ? ?在工業4.0體系中,CPS(Cyber-Physical Systems,信息物理系統)是最重要的概念之一,它將在未來制造業中扮演至關重要的角色。

? ? ?工業4.0研究院CPS研究中心目前專注:

? ? ?(一)基于MOS的CPS體系研究

? ? ?MOS(Manufacturing Operation System,制造操作系統)是未來制造業的核心,它可能會成為未來制造體系的決策中心。

制造操作系統(MOS)體系架構

? ? ?目前工業4.0研究院CPS研究中心已經擁有近10人的專家團隊,正在對基于MOS的CPS體系進行深入研究,并積極尋找相關應用的合作方。

? ? ?(二)高級MES系統及應用研究

? ? ?MES(Manufacturing Execution System,制造執行系統)在各個行業的應用非常廣泛,如何構建適用于工業4.0體系的MES系統,需要進一步的研究,形成標準化的模塊及系統。

? ? ?(三)面向未來制造的SysLM研究

? ? ?PLM(Product Lifecycle Management,產品生命周期管理)是制造業創新的起點,在工業4.0體系中,PLM可能會演化為SysLM系統,因為去中心化的智能制造體系,需要全新的產品生命周期管理,這就是SysLM。

? ? ?(四)基于物聯網的CPS系統研究

? ? ?按照德國工業4.0體系,CPS技術未來的演進方向是物聯網,但狹義的物聯網(傳感網)將是目前CPS得以落地的基礎技術,從工業無線網、物聯網、傳感網等核心技術去認識CPS系統,會對工業4.0有深入的認識。

? ? ?(五)Robotic CPS理論及應用

? ? ?在智能工廠空間,Robotic CPS將扮演重要的角色,并推動真正的智能制造創造驚人的價值。Robotic CPS是面向CPS體系的移動工業機器人應用,是工業4.0研究院CPS研究中心重點研究課題之一。

? ? ?對以上課題有興趣的國內外研究機構、高等院校、企業等,可以跟我們建立溝通渠道,共同探討CPS的相關主題。聯系方式:huquan(#)innobase.cn

?
香港好彩手机现场开奖 m