智能感知 实现人机“沟通”

“工业4.0”自出现以后已经鼓噪一时。然而，除了德国，这种现象在中国表现得尤为明显。究其原因，是因为中国将“工业4.0”当成了助推经济转型的一剂良药，并想从中觅得先进的技术和理念，从而为中国的经济转型找寻出路。

如今，“工业4.0”已上升为德国的国家级战略。而对于“工业4.0”，德国人将其定义为“以CPS系统为基础的智能化生产”。对于CPS系统，中国科学院院士何积丰认为，CPS的意义在于将物理设备联网，特别是连接到互联网上，从而使得物理设备具有计算、通信、精确控制、远程协调和自治等五大功能。而这五大功能最终要实现的就是产品生产过程中的实时感知、动态控制和信息服务。综合来说，也就是我们眼中的智能化生产。

按照德国工业4.0体系设想，智能产品将集成有动态数字存储器、感知和通信能力，承载着在其整个供应链和生命周期中所需的各种必需信息。在这样的情况下，智能产品具有三个方面的特征：智能产品是信息的载体，智能产品在整个完整的供应链和生命周期中都一直带有自身信息；智能产品是一个AGENT（），将会影响其所在环境；智能产品具有自我监测能力，产品会对其自身状态和环境进行监测。

现在，众多相关的国内专家、学者在谈到“工业4.0”的时候，无不提到德国西门子安贝格工厂。可以说，安贝格工厂已成了德国工业发展的一个缩影和最好代表，并被誉为德国“工业4.0”的模范工厂。

在安贝格工厂的产品生产过程中，无论是元件、半成品还是待交付的产品，均有各自编码，在电路板安装上生产线之后，可全程自动确定每道工序；生产的每个流程，包括焊接、装配或物流包装等，一切过程数据也都记录在案可供追溯。更重要的是，在一条流水线上，可通过预先设置控制程序，自动装配不同元件，流水生产出各具特性的产品。

由于“产品”与“机器”实现了“沟通”，整个生产过程都为实现IT控制进行了优化，生产效率因此大大提高：只有不到四分之一的工作量需要人工处理，主要是数据检测和记录；工厂每年生产元件30亿个，每秒钟可生产出一个产品，产能较数字化前提高了8倍，而由于对所有元件及工序进行实时监测和处理，工厂可做到24小时内为客户供货。此外，由于实时监测并挖掘分析质量数据，次品率大大降低。

从生产、装配、物流到数据追溯、分析、监测以及控制，整个安贝格工厂的生产过程充分应用了CPS技术。基于CPS在智能工厂应用当中的重要作用，是不是可以理解为CPS可以应用到所有的场景当中，或是智能工厂的解决方案就是CPS的解决方案？其实不然。两种理解都存在问题，前者忽视了智能工厂当中还有其他非CPS系统的存在，后者则缩小了CPS可以帮助制造企业解决问题的范围。

在一个基于CPS的智能工厂当中，CPS虽然是智能工厂应用的主要技术，但在CPS之外，还有诸如MES、CAD、ERP以及PLM等应用系统，从严格意义上讲，这些系统并不属于CPS的一部分，而是较为独立的一些系统体系。

另外， 在“工业4.0”体系中，传统的工厂将因为应用CPS等技术，成为智能工厂。这样一来将促使工厂内的生产力大大提升，生产的柔性也将显著提高，一条生产线可以实现更多的产品型号的生产，从而最终实现大规模个性化生产的目的。

不过，在制造企业的研发、制造、运营和营销等多个环节中，CPS仍然大有所为，例如，CPS还可以利用到供应链的管理中，通过原材料工厂的CPS应用，并跟工厂的CPS系统连接起来，可以实现网络化CPS系统，这就为智能产品的出现奠定了基础。

未来，在基于CPS的生产制造过程中，生产资料在进入生产体系之前就被赋予了CPS能力，它是一个具有智能的生产资料，会进行自我描述，可以跟同样赋予了CPS能力的生产线进行对话，生产线可以根据对话的结果，智能化地安排相关生产制造计划。