网络物理系统(CPS):工业4.0的核心驱动引擎
工业4.0落地的核心理念是赋能制造企业跨部门协同,让正确信息实时触达正确人员,支撑及时决策,提升效率与生产力。
网络物理系统(CPS)
CPS是工业4.0落地的关键要素。术语由美国国家科学基金会Helen Gill创造。NIST SP 1500-201定义CPS为:包含工程交互的物理与计算组件网络的智能系统。高度互联集成的CPS提供新功能,改善生活质量,推动个性化医疗、应急响应、交通管理、智能制造、国防国土安全、能源供用等关键领域技术进步,对全球多经济板块有深远创新影响。
Acatech(德国国家科学与工程院)描述CPS:嵌入软件的系统(设备、建筑、交通工具/路线、生产/医疗/物流/协调/管理流程),具备五大特征:
- 直接采集物理数据(传感器)并影响物理过程(执行器)
- 评估存储数据,主动/被动与物理与数字世界双向交互
- 通过数字通信设施互联互通至全球网络
- 使用全球可用数据与服务
- 拥有专用多模态人机界面
由此衍生出覆盖生活方方面面的深远解决方案与应用。
制造业视角的CPS
制造视角下,CPS是赋予IP地址的互联网使能物理实体(如泵、压缩机),嵌入计算机、控制组件(传感器/执行器),具备自监测、生成功能信息、与关联实体甚至外部通信能力,实现自调节自主运行。
随第四次工业革命演进,企业将深度利用CPS十大原则,通过生产力提升、资源高效部署(含物料人力)、客户履约、股东价值增强实现运营卓越。克劳斯·施瓦布(世界经济论坛创始人)以"第四次工业革命"命名此趋势。
工业4.0基石奠于第三次工业革命:电子计算机大规模应用自动化生产,电子计算机价格下降、小型化鲁棒化、算力爆发,数字通信技术融合,边缘/云计算、IIoT、AI、自主机器人雏形初现。数字技术与工业技术融合将重塑制造,实现工业4.0愿景。
工业4.0信条:制造企业通过让机器/设备、物流、在制品、人员直接通信协作,实现更高效率、生产力、自主生产。对齐愿景须将现有物理实体转化为CPS。
企业自评识别高价值资产(如炼厂罐区管线阀泵),当前人工巡检周维成本高效低。转化为CPS配合分析软件,可实现远程监测与预测性维护,效益显著。
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