工业4.0和CPS

CPS的意思是Cyber-Physical Systems,即网络物理系统。它是一个集计算、网络和物理环境于一体的多维复杂系统。通过3C(计算、通信和控制)技术的有机融合和深度合作,实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务。

?CPS实现计算、通信和物理系统的一体化设计,通过人机界面实现与物理过程的交互,利用网络化空间以远程、可靠、实时、安全、协作的方式控制一个物理实体。

?工业4.0是德国的提法,中国的叫中国制造2025。

?工业4.0是一种全新的生产管理模式,以分布式智能制造为方向,是未来的发展趋势。德国工业4.0团队在《德国工业4.0战略计划实施建议》中这样描述:“工业4.0将在制造领域的所有要素和资源之间形成新层次的社会-技术互动。它将使生产资源(生产设备、机器人、传送带、存储系统和生产设施)形成一个循环网络。这些生产资源将具有以下特征:自主性,自我调整以应对不同的形式,自我配置,根据以往的经验,配备传感设备,分散配置,同时,它们还包括相关的规划和管理系统。智能工厂作为工业4.0的核心组成部分,将渗透到公司之间的价值网络中,最终促进数字世界与现实的完美结合。”

?在德国人的愿景中,工业4.0是基于自动化、数字化、网络化的智能生产模式。在工厂里,人、机、物独立协作,自我组织,高效运转;在工厂之外,通过端到端的集成和横向的集成,实现了价值链的享受和协作,效率、成本、质量、敏捷都有了质的飞跃。虽然处境很艰难,但德国也不是没有机会。德国制造业基于其成熟坚实的工业化基础,仍然有很大的机会,完全可以优势互补,突出重围。

?CPS起源于美国,但它在制造业的应用在德国很流行。2007年7月,美国总统科技顾问委员会在《挑战下的领先——竞争世界中的信息技术研究与发展》报告中列出了八大关键信息技术,其中CPS位列第一。美国人将CPS作为一门科学和技术来研究,而德国人将CPS作为一种实用的使能技术。工业4.0将CPS定位为核心技术(如图),这既是技术发展的需要,也是德国基于自身优势建立的技术堡垒。CPS对德国工业4.0战略具有攻守兼备的功能。

?根据中国驻德国大使馆经济商务参赞处的统计报告,汽车、机械制造、电子电气工业和化学工业是德国的四大支柱产业。

?近年来,德国在可再生资源、纳米技术、生物技术、环保技术等高科技领域也进步神速:在风力发电、光伏太阳能等领域,德国无论是产量还是技术水平都处于国际领先水平;在无公害食品产业方面,德国在废弃物处理与回收、土地、空气、水污染控制等环保技术方面有很大优势。德国公司每年的环保专利技术注册量都位居世界第一。纳米技术在国际上占据领先地位,特别是在研究水平上,其论文和专利数量与美国和日本处于同一水平;在航空复合碳纤维轻质材料、航空发动机、大型运载火箭、地球遥感等研发方面具有一定优势。在新材料研发方面,处于国际先进行列,与新材料研发关联度高的R&D密集型产品占世界市场份额的18%。

?此外,SAP、西门子等德国工业软件在全球工业软件中占有很大份额,是工业4.0的推动者之一。面对当今几大热门技术,如CPS、物联网、云计算、大数据、人工智能、机器人、增材制造等。,德国的研究和应用并不逊色。