谈工业4.0的核心——CPS信息物理系统

邓范毅

无论是德国工业4.0、美国工业互联网、还是中国制造2025的两化深度融合战略，其共同点、核心均是CPS信息物理系统。CPS是研究、实现工业4.0等战略的关键。

       现在大家对CPS的概念的理解不同，众说纷纭。以下是笔者的一些理解，希望能达到抛砖引玉的效果，通过共同探讨，将CPS概念剖析地更透彻，将有助于推动工业4.0的实现。

       CPS是CYBER Physical System的简称，被广泛翻译成信息物理系统，CPS这个词起源于美国(2006年2月发布的《美国竞争力计划》)，火爆于德国，雏形产生于日本，最大受益者应为中国。

       下面简述一下：CPS中第一个单词是CYBER,源于希腊语，后被美国人借用后，就代表与Internet相关或电脑相关的事物，即采用电子或计算机进行的控制。很多学者认为，CPS翻译成信息物理系统有些不妥，一来，CYBER与physical的本义是网络信息化的丶物理的，并非两个简单的名词，翻译成信息、物理，词的属性就有问题。二来，信息只是这种CPS系统中的一个方面，不只是信息通讯丶采集、管理等内容，更有智能控制丶自律制造等成分。所以，有些学者认为，CPS与其翻译不准确，索性音译，就叫赛博物理系统，也是有一定道理的。

    作为IT强国，美国一直强调的是“软实力”，擅长的是信息化，在设备(数控设备、嵌入式设备等)方面，并不擅长，所以，美国虽然率先提出CPS概念，但随后的几年里，CPS不温不火;

       德国为了“确保制造业的未来”，提出了工业4.0的概念，核心就是CPS系统，并成为了火爆全球的概念，这主要得益于德国雄厚的工业基础，特别是数控设备为代表的机械，以及发展迅速的德国信息技术;

       而日本MAZAK在多年前就推出了CPC系统。其CPC是 Cyber Production Center的简称，中文是智能生产中心，这是一套工厂内实现网络化管理的软件，通过将机器、加工程序、夹具以及生产日程安排等所有的数据都进行共享，从而实现对工厂的实施管理，帮助用户工厂实现智能化，该软件由四个系统构成，它们分别是：加工程序自动编制系统(CAMWARE)、智能化日程管理(Cyber Scheduler)、智能刀具管理(Cyber Tool Manager)和智能监控系统(Cyber Monitor)。这套系统推出后，很多参观者叹为观止，评价很高。但由于这套系统开放性较差，不兼容其他控制系统，所以在市场上并没有引起大规模应用，但其理念却是非常领先的。甚至笔者一直怀疑，美国人提出CPS，没有用Information, computer( 如CAD/CAM/CAE)等字样，而用了CYBER这个外来语，很有可能就是借鉴了日本CPC的概念。马扎克CPC的确实现了软件与生成设备的深度集成，很一种很典型的信息物理系统。

       作为制造大国的中国，企业正面临着严峻的经济转型，正处于由制造大国向制造强国的迈进阶段，同样也为“确保制造业的未来”，国家提出了“中国制造2025”国家级战略，是非常及时、非常正确的，与美国工业互联网，德国工业4.0异曲同工，可以有效地帮助企业实现升级转型。

       中国的工业、信息技术发展迅速，工业基数大，中国人学习能力超强，抓住这次工业革命的机会，并与美国、德国等世界级领头羊几乎是同一时间提出了类似的国家战略，方向正确、目标清晰，笔者相信，以CPS为核心的工业4.0对中国的促进将是最大的，因为别的国家是从优秀到卓越，难度很大，效果不会太显著，中国企业很可能就是由“及格”到优秀，甚至是卓越，效果应该是最显著的。

       CPS在国内一些实际应用方面，一些公司也做很多有益的探索与应用。北京兰光创新科技有限公司作为国内领先的数字化车间供应商，率先在青岛海尔模具实施CPS系统并取得了良好的应用效果。系统实现了生产设备的互联互通，如：设备联网、网络通讯、远程实时监控、生产过程的协同生产准备、故障智能提醒、可视化展示、决策支持等功能。现在，车间成功地实现了少人化，1个操作工可以照看5台设备，设备利用率平均在75%以上，这是离散行业，全国最高的效率(根据兰光创新数百家实施客户的经验，国内离散行业机床利用率大多在30-40%之间)。工业4.0权威、美国辛辛那提大学李杰教授在参观现场后，给予高度评价，认为海尔模具的生产管理完全可以媲美于国外先进企业，是CPS系统很好的实践。

       笔者认为，随着工业4.0、中国制造2025等战略的推进及普及，CPS必将成为这些战略的突破口与落脚点，成为这些战略成功的关键。对制造企业而言，以CPS为指导思想，首先在企业制造设备层面实现互联互通，然后在此基础上，实现生产过程的智能化管控，最终实现3个集成(纵向集成、横向集成、端对端集成)，打通整个价值链，实现社会化生产。

       从这个角度来讲，在工业4.0革命中，CPS不只是一种技术，也是一种基于自动化、信息化、网络化的生产管理模式，乃至是影响到我们将来工作、生活的发展趋势。