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院士刘经南:时空位置服务在工业4.0时代的应用

时间:2015-06-03 22:03  来源:  阅读次数: 复制分享 我要评论

  工业4.0是互联网和服务应用引起的制造业升级换代。工业4.0和工业3.0的区别在于:工业3.0是高度的自动化,采用中央控制的方式,不灵活;工业4.0是柔性的,是可变的,分布式的控制,可以通过分散的自组织的操作,自组织的自适应的智能化的这么一个制造业的效果。

  物联网服务和信息物理融合服务我们叫做CPS,实现业务自组织和流程的优化,完全由大规模的生产向大规模的模式转变,是工业4.0的共同的标志。德国是一个工业化的国家,已经完成了工业3.0,具有强大的技术基础,可以直接实施工业4.0。所以它直接瞄准智能制造,绿色制造和精准制造。而中国是2.0、3.0、4.0同处在工业化之中,要实现高效管理领域的跨越式的发展,解决制造业的创新能力,产品质量和工业基础一系列的矛盾和问题,更复杂,任务更艰巨。

  CPS是什么?

  CPS和物联网非常接近,它是更内核本质的东西,通过计算和控制技术有机的融合和深度的协同,实现大型工厂系统实时的动态的感知,精确的调控和信息服务的管理系统。使物理系统能精确通讯,能远程操作。

  CPS系统本身就是人机物的融合计算,国内把CPS叫做人机物的融合系统。未来计算和物理单元更紧密的结合,使之精确化、效能、可靠性、可用性,在任何的时间,都可以连续的使用。

  CPS还能使物理对象通过云计算和互联网提供更好的服务。工业4.0时代的智能制造,本质是基于物联网和CPS实现智能的管理和智能控制。核心是实现自配置,自组织,自修复,自检测,这些都是智能化里面的功能,满足用户定制的需求。其关键点是CPS网人机物的位置,因为自组织的位置是不确定是变化的,是柔性的,所以通讯服务和计算,还要实现实时的感知,精确的控制和智能的控制都和时间、位置有关。

  所以有体现了导航、位置服务在这个单元里的作用,包括有很多的关键的技术。CPS里面还有移动信息服务技术,深入到每一个产品零件和制造的整个的过程,所以面向智慧工厂的APP商店是我们普及的形式。实现和世界的智能控制,在家庭中的利用已经实现。信息技术网络的再一个例子就是我们的汽车——它就是一个移动服务的技术,(IDFS工业4.0服务中心),具有很多的网络来提供汽车的移动服务。汽车本身是靠软件来定义的一种运动载体,就好像是手机也是靠软件来定义的移动通话工具,汽车是靠移动和网络来移动的代步工具。

  工业4.0的核心是智能制造,首先是需要有感知和控制的挑战。以车联网为例,现在要对车况感知,路况感知,车与车之间互联,车与路之间实现互联,所以需要时时相应处理的信息,可以用智能车辆的分析,可以进行实时的控制,从而保证行车的安全。

  通过信息的融合,信息识别,来识别更贴合环境和状态的辅助驾驶系统,逐步的实现自动驾驶或者是无人驾驶。其关键是靠智能控制,这也是为什么现在研究辅助驾驶和自动驾驶很热的一个根本原因?仍以车联网为例,说明智能制造面对的技术挑战,主要是传感技术的挑战。车况的感知,驾驶员身体状态的感知,服务技术的挑战也很重要,有广大数据的分析,还有主动安全,没有发生事故之前,就可以自动的识别安全信息。还有智能控制系统,将来上亿辆的汽车,都要实现在路上的优化控制技术、车路协同技术等,都是和时空位置有关的技术。

  如果现代的工厂不实现互联网的思维的话,就会变成只能生产基本的东西,就是变成代工厂。就好像是奔驰工厂还是以机械为主的话,你就变成了奔驰的代工厂。智能制造还可以向业态来挑战。

  北斗和GPS哪些能力?

  北斗现在是区域的阶段,正要走向全球的阶段,现在是4颗星,预计到2025年未来将有35颗星,有4个服务,有针对政府和部队的,再是可以提供精确度,具有通讯功能,发汉字的短消息。它的服务精度目前优于10米,比GPS要好(20纳秒),增加天气的信号,能够达到米级和纳米级的精度。

  要实现精确的GPS网络的控制,就有两种不同的网络和区域。一种是公益性的服务,比如是国防的,公安的,应急的,还有一种是大众生活质量提高的,那可能是增值服务。

  仍以车联网为例,我们现在可以提供米级,分米级的服务,用在不同的定位上,现在大家用的嘀嘀打车,到了附近二个还要通话,一个在马路的左边,一个在马路的右边,精度就只有十米左右,如果到了米级的话,两个人完全可以看见,还有分米级的,将来智能驾驶,无人驾驶就是厘米级的。

  那么,精准的时间位置对物联网和信息物联网络到底是什么关系?这是一个很大的概念上的变化。现在的物联网或者是互联网是一个虚拟的空间,它只有IP地址,我们要把这些IP地址变成空间的地址,就好像是我们街道的坐标一样。怎么样变?我们的一个建议就是让北斗DNS这些时空传感器装到物联网和GPS的关键结点,包括路由网关,提供精确的位置。这样就可以得到结点间的信息传递速度,而且结点速度是相对的。未来就使CPS可计算和可控制,可发现。

  工业4.0和中国制造2025都提到了CPS,实现精确时空位置控制和智能控制的一个标准,今后精确的时间位置感知越来越小,将会成为物联网CPS的标准部件。

  基于北斗卫星导航系统和GPS的兼容,我们构建来自全国的精确的时间精度,提供长久的时空位置的服务能力,可以为全球的物联网和CPS的融合,一方面是融合在一起,一方面自主的精确的控制,奠定很高的基础。

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