自2006年美国国家科学基金会研讨CPS(信息物理系统)之后,CPS就成为美、德等工业强国抢占技术制高点的优先议题,并陆续作出战略部署。基于信息物理系统的新型技术体系,正成为新一代信息技术革命的最重要潮流。
信息物理系统是推动制造业与互联网融合发展的重要抓手。 《中国制造2025》与《国务院关于深化制造业与互联网融合发展的指导意见》都要求加强信息物理系统的研发与应用。工信部信软司指导中国电子技术标准化研究院,联合国内相关单位,编撰形成了《信息物理系统白皮书(2017)》。3月1日,安筱鹏副司长在白皮书发布会上阐述了书中所凝聚的我国学术界产业界对CPS的内涵、前景的总体认识,并对下一步推动和发展CPS的思路作了说明。
资源优化是目标
信息物理系统通过信息技术与制造要素的深度融合,构建一个信息空间与物理空间数据自动流动的闭环赋能体系,实现生产制造的自主协调、智能优化和持续创新,推动制造业与互联网融合发展。总的来看,要围绕以下五个方面建设信息物理系统。
安筱鹏强调,制造效率、成本、质量是工业永恒的追求。信息物理系统通过将研发设计、试验、制造、服务在虚拟空间的仿真测试和生产,形成人类认识和改造世界新方法,实现资源优化的新模式。企业面对个性需求带来生产批次越来越多、批量越来越少的新形势,面对制造环节柔性生产、追求零库存等新要求,面对从全局优化的新目标,面对从传统的“试错法”到基于数字仿真的“模拟择优法”的演变,应对方式就是制造范式的迁移,通过构建制造业快速迭代、持续优化、数据驱动的新方式,重建制造效率、成本和质量管控新体系,实现更短的研发周期、更低的制造成本、更高的产品质量和更好的客户体验。
数据自动流动是关键
当感知无所不在,连接无所不在,数据一定无所不在。安筱鹏认为,信息物理系统的本质就是构建一套数据自动流动的运行体系,即将正确的数据(所承载知识)、在正确的时间、传递给正确的人和机器,以信息流带动技术流、资金流、人才流、物资流,进而不断优化制造资源的配置效率。
新一代信息技术的发展带来最本质的变化是实现了生产全流程、全产业链、全生命周期管理数据的可获取、可分析、可执行。这带来了数据驱动的服务,智能互联产品正演变为一个客户需求数据实时感知的平台,演变为基于实时数据的客户服务平台。带来了数据驱动的创新,企业对客户现实需求和潜在需求的深度挖掘、实时感知、快速响应、及时满足,越来越依赖于需求-功能-创意-产品链条数据联动的速度、节奏和效率。带来了数据驱动的新模式,数字化模型普遍存在于生产体系各个环节,构建了面向设计、生产、运营、服务和管理的产品库、知识库、专家库,衍生出个性化定制、极少量生产、服务型制造和云制造等新的生产模式。带来了数据驱动的决策,企业内部的横向集成和企业间的纵向集成实现了数据的及时性、完整性、准确性和可执行性,推动数据-信息-知识-决策持续转化,构建企业运营新机制。
工业软件是核心
工业软件是一种以数据与指令集合对知识、经验、控制逻辑等进行固化封装的数字化(代码化)技术,构建了工业领域中数据自动流动的规则体系,是业务、流程、组织的赋能工具和载体,解决了复杂制造系统的不确定性、多样性等问题。工业软件作为一种工具、要素和载体,为制造业建立了一套信息空间与物理空间的闭环赋能体系,实现了物质生产运行规律的模型化、代码化、软件化,使制造过程在虚拟世界实现快速迭代和持续优化,并不断优化物质世界的运行。产品设计和全生命周期管理软件(如CAX、PLM等)建立了高度集成的数字化模型以及研发工艺仿真体系,生产制造执行系统(MES)是企业实现纵向整合的核心,联通了设备、原料、订单、排产、配送等各主要生产环节和生产资源,企业管理系统(如ERP、WMS、CRM)为企业的业务活动进行科学管理,改变了企业管理模式和管理理念。在网络化协同生产、个性化定制、服务型制造等生产新模式的驱动下,工业软件定制化、平台化、网络化和智能化已成为工业软件巨头推动产品变革的重要方向。
新型能力培育是主线
信息物理系统作为支撑两化深度融合的一套综合技术体系,落到企业具体实践上,其最终目的是打造企业互联网时代背景下的新型能力。安筱鹏认为,历次技术进步引发的工业革命,不仅推动了制造范式的变革,也伴随着企业核心能力体系的变迁。当前,伴随着制造业新产品、新需求、新模式的快速发展,伴随着制造系统越来越复杂及生产全流程不确定性增加,迫切需要CPS系统更广泛地应用和普及。CPS的出现和应用,它不仅仅是CPS部件、单元、数控机床、智能机器人、自动化生产线的引入,也不仅仅是企业内部的流程再造、组织优化,最终都要落实到企业核心能力提升上来,并不断推动从传统能力拓展到新型能力。因此,企业推进信息物理系统建设,不能只单纯强调信息技术的先进性,而要围绕企业新型能力打造不断推进数据、技术、业务流程、组织结构的互动创新和持续优化,将技术的进步、组织结构的变革、业务流程的优化转化成企业的新型能力,诸如个性化定制、精益管理、风险管控、供应链协同、市场快速响应等新型能力,进而重构企业生产方式、服务模式和组织形态,不断获取差异化的可持续竞争优势。
系统解决方案是重点
推动信息物理系统的应用与发展既需要核心关键技术的突破,也需要一批具有广泛应用前景的行业系统解决方案。美德日等发达国家从各自发展特点出发,围绕信息物理系统的建设、使用和推广,组建产业联盟、研制参考架构、研发共性技术、建设试验环境,逐步摸索出一套方法、路径和模式,形成了多种解决方案。率先打造基于信息物理系统的成熟、完整、可复制的解决方案,正成为国际巨头竞争的制高点和引领行业转型发展的风向标。在实践中,迫切需要抓住制造资源碎片化、在线化、再重组、再优化的机遇,在打造信息物理系统共性平台的基础上,要围绕产品、装备、工具、客户、供应链、第三方应用等要素的数字化、网络化、智能化,逐步构建跨设备、跨产线、跨车间、跨工厂、跨企业的信息物理系统解决方案。
聚焦六项重点任务
信息物理系统是工业和信息技术跨界交织、深度融合的新型技术体系,涉及多技术、多标准、多领域,需要加大统筹协调力度,加强顶层设计。 测试验证平台是实现信息物理系统高效适配、安全可靠的关键载体,是整合产业链创新资源的重要手段,是当前阶段推广普及信息物理系统的重要抓手。
安筱鹏强调,当前,信息物理系统相关技术和产业仍处在起步期,应抢抓机遇、提早布局、整合资源、重点突破,抢占发展主动权。当前,要将基于CPS的产业生态系统培育和构建作为新一轮产业变革的制高点,将技术产业发展、测试平台建设、解决方案推广作为生态建设的三大环节。具体地,要以加强顶层设计为基础,以突破技术和产业瓶颈为关键,以强化工业信息安全为保障,加强国际合作,通过搭建测试验证公共服务平台推进相关技术应用的测试验证,以面向特定行业的应用示范带动相关技术和系统解决方案的产业化。简而言之,就是:加强顶层设计、夯实技术基础、推动测试验证、组织试点示范、强化信息安全、深化国际合作。