為集中反映我國兩化深度融合發(fā)展的方方面面，中國電子報特別策劃推出“改革開(kāi)放40年·兩化融合”特刊，邀請主管部門(mén)、專(zhuān)家學(xué)者撰寫(xiě)文章，從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、制造業(yè)“雙創(chuàng )”、工業(yè)電子商務(wù)、兩化融合體系貫標、工業(yè)信息安全、產(chǎn)業(yè)數字化轉型、網(wǎng)絡(luò )化協(xié)同制造等方面，講述改革開(kāi)放以來(lái)兩化融合發(fā)展的主要成就，提出新時(shí)代我國兩化融合發(fā)展的思路建議。

 

寧振波——中國航空工業(yè)集團信息技術(shù)中心原首席顧問(wèn)  

 

     信息物理系統(CPS)是支撐信息化和工業(yè)化深度融合的一套綜合技術(shù)體系。近日，就信息物理系統一些熱點(diǎn)問(wèn)題，《中國電子報》記者對中國航空工業(yè)集團信息技術(shù)中心原首席顧問(wèn)寧振波進(jìn)行了專(zhuān)訪(fǎng)。

 

【一】?jì)苫疃热诤闲枰獜亩喾矫婢C合推進(jìn)

 

     記者：都說(shuō)信息物理系統是支撐兩化深度融合的綜合技術(shù)體系，您怎么看這個(gè)問(wèn)題?

 

     寧振波：兩化深度融合是中國特色，但是要真正實(shí)現融合非常困難，問(wèn)題就是從事工業(yè)的技術(shù)人員和從事信息技術(shù)的人員各說(shuō)各話(huà)、互不理解。工業(yè)的人關(guān)心的是產(chǎn)品、工藝、生產(chǎn)、設備、管理、物料、協(xié)作等，而信息化的人關(guān)心的是計算機、控制、軟件、數據庫、電子、網(wǎng)絡(luò )等等，經(jīng)常不在一個(gè)頻道上對話(huà)。

 

     兩化深度融合要做什么?應該在數字模型、過(guò)程仿真、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、業(yè)務(wù)流程管理、業(yè)務(wù)智能、電子商務(wù)、虛擬現實(shí)、直接制造、流程電子化、面向服務(wù)架構、企業(yè)架構、社會(huì )協(xié)同這12個(gè)方面共同推進(jìn)，12個(gè)方面就是一個(gè)綜合體系，CPS貫穿于其中。沒(méi)有CPS中的賽博，沒(méi)有賽博和物理的融合，這12個(gè)方面都做不好。因此中國的兩化融合和CPS異曲同工，是支撐兩化深度融合的綜合技術(shù)體系。

 

     記者：為什么說(shuō)“一硬、一軟、一網(wǎng)、一平臺”是信息物理系統的四大核心技術(shù)要素?

 

     寧振波：我們把CPS這種閉環(huán)系統提煉為：“一硬”(感知和自動(dòng)控制)、“一軟”(工業(yè)軟件)、“一網(wǎng)”(工業(yè)網(wǎng)絡(luò ))、“一平臺”(工業(yè)云和智能服務(wù)平臺)，實(shí)際上體現了一個(gè)智能體的運行過(guò)程：狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、自主決策、精準執行、學(xué)習提升且循環(huán)上升。狀態(tài)感知靠傳感器，精準執行靠自動(dòng)控制，這就是“一硬”。實(shí)時(shí)分析靠軟件，這就是“一軟”。當然傳感器的數據和發(fā)給控制器的數據沒(méi)有工業(yè)數據總線(xiàn)的傳遞肯定不行，這就是“一網(wǎng)”。后臺沒(méi)有強大的計算機集群和大量工業(yè)軟件分析決策也沒(méi)有智能，這就是工業(yè)云，就是“一平臺”。因此說(shuō)“一硬、一軟、一網(wǎng)、一平臺”是信息物理系統的四大核心技術(shù)要素。

 

 

【二】新一代智能制造以人為主體實(shí)現CPS

 

     記者：中國工程院今年2月9日發(fā)布的《走向新一代智能制造》里面提出的HCPS是什么含義?

 

     寧振波：中國工程院院長(cháng)周濟在這個(gè)報告中講的HPS系統(Human Physical Systems)是一個(gè)二元系統，所提的HCPS(Human Cyber-Physical Systems)是一個(gè)三元系統，其核心是人類(lèi)創(chuàng )造的Cyber，新一代的智能制造是以人為主體的CPS系統，即HCPS系統。

 

     2016年9月份，我和幾位專(zhuān)家共同撰寫(xiě)出版的《三體智能革命》一書(shū)，描繪了三體的理論。三體的第一體就是物理實(shí)體，物理實(shí)體是客觀(guān)存在。按照達爾文的進(jìn)化論，物理實(shí)體進(jìn)化出了植物和動(dòng)物，動(dòng)物的高形態(tài)就是有智能的意識人體。有了智能的意識人體，世界就發(fā)生了巨大變化，因為人創(chuàng )造了數學(xué)、物理、化學(xué)等多類(lèi)學(xué)科和算法。人創(chuàng )造了電腦，可以把我們常年積累的知識、經(jīng)驗甚至是高水平工人的操作技能變?yōu)檐浖?。有智能的人?lèi)用了算法、軟件、電腦，就可以把物理實(shí)體建模建成數字虛體，也就是虛擬模型，或者說(shuō)是Cyber體。這也從另一個(gè)角度闡述了人類(lèi)分工，有研究方法的、有開(kāi)發(fā)軟件的，也有專(zhuān)注應用的。

 

     數字虛體兩個(gè)作用，第一就是嵌入式系統，既可以研制新設備時(shí)全方面應用它使得設備智能化，也可以改造傳統設備，使老設備變得“智能”。這里就引出智能制造一個(gè)重要概念：傳統的生產(chǎn)型企業(yè)轉型升級為生產(chǎn)服務(wù)型企業(yè)，核心就是產(chǎn)品的智能化。第二個(gè)作用就是我們所熟悉的虛擬產(chǎn)品模型、工藝模型、生產(chǎn)模型、試驗仿真模型、維護維修保障模型及各類(lèi)管理模型等，這些模型構建了人和電腦之間的金橋，使得人和電腦之間有了一個(gè)共同的工程語(yǔ)言，換句話(huà)說(shuō)，就是我們人類(lèi)的大腦所作的事情可以變成軟件、變成模型，而且被電腦所認識并理解執行。在人類(lèi)持續把成熟的算法、知識、經(jīng)驗逐步地變成軟件和模型的過(guò)程中，不斷地把原先由人腦來(lái)干的事情交給電腦來(lái)做，我們不就是逐步走向智能了嗎?

 

     智能制造的基礎是完全理解CPS，CPS的基礎是軟件和模型。因此，我們說(shuō)智能制造難點(diǎn)是建模，焦點(diǎn)在仿真，大規模工業(yè)軟件的應用必不可少。

 

【三】CPS提高產(chǎn)品質(zhì)量縮短研發(fā)周期

 

     記者：為什么德國的“工業(yè)4.0”提出1-2-3-8新型工業(yè)體系，把CPS系統建立放在第一位?

 

     寧振波：第一，傳統的工業(yè)體系，就是人、機、料、法、環(huán)、測，也就是愛(ài)迪生的試錯法，然而法、環(huán)、測三條都是人建立起來(lái)的，因此中國工程院院長(cháng)周濟講傳統制造是HPS系統(Human Physical Systems)。

 

     第二，CPS中的賽博Cyber來(lái)源于1947年諾博特維納的控制論，演化出來(lái)了CPS。CPS是一種控制機制，賽博是控制、賽博是通信、賽博是虛擬、賽博是是創(chuàng )新、賽博是協(xié)同，當然這之后隱藏著(zhù)大量的計算。CPS簡(jiǎn)單說(shuō)就是虛實(shí)映射，賽博控制物理。因此一個(gè)賽博就創(chuàng )造了一個(gè)虛擬空間，也就是我們所說(shuō)的數字虛體。

 

     第三，這個(gè)數字虛體可以是一個(gè)嵌入式系統，也可以是虛擬模型(如產(chǎn)品CAD模型、CAE模型、CAPP模型以及各類(lèi)工程應用和管理模型)。有了這種虛擬產(chǎn)品模型和管理模型，我們就可以在電腦上做大量的設計、分析、仿真、計算，從而來(lái)評估產(chǎn)品的功能和性能，而不必再造出產(chǎn)品做試驗來(lái)評價(jià)產(chǎn)品功能和性能。這樣的做法既提高了產(chǎn)品質(zhì)量，也會(huì )大大縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，進(jìn)而增加效益。實(shí)際上，這就是第四次工業(yè)革命的要點(diǎn)。

 

     記者：現在世界上有基于CPS的智能工廠(chǎng)嗎?

 

     寧振波：回答這個(gè)問(wèn)題之前，我先描述一下智能制造的含義。世間萬(wàn)物，只有人有智能，人的智能體現在大腦，那么來(lái)類(lèi)比企業(yè)，一個(gè)企業(yè)或者一個(gè)工廠(chǎng)的智能體現在什么地方?一個(gè)車(chē)間或一條生產(chǎn)線(xiàn)、一臺智能設備的智能又體現在哪里?這些都是需要思考的問(wèn)題。我個(gè)人認為，按照管理學(xué)理論知識，企業(yè)分為決策層、管理層和執行層。一個(gè)企業(yè)的智能體現在正確的決策管理之下建立的自主研發(fā)體系，執行層再強大，不是智能，因此自動(dòng)化設備、機器人、自動(dòng)的物料配送、數控機床等再多都是執行層，是自動(dòng)化的概念，不是智能工廠(chǎng)。

 

     因此，僅僅是數字化工廠(chǎng)，尚沒(méi)有智能工廠(chǎng)，智能工廠(chǎng)是目標，不是現在。另外從人類(lèi)四次工業(yè)革命的發(fā)展來(lái)看，每次工業(yè)革命都是幾十年甚至上百年的歷史。如果從2013年4月德國漢諾威博覽會(huì )發(fā)布“工業(yè)4.0”算作第四次工業(yè)革命的開(kāi)始的話(huà)，就像一位業(yè)內專(zhuān)家所說(shuō)，智能制造是一次馬拉松比賽，中國作為一名運動(dòng)員，正在熱身，尚未上場(chǎng)。也就是說(shuō)，現在世界上還沒(méi)有基于CPS的智能工廠(chǎng)。