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新人工智能:CPS虚拟制造技术的魅力(图)

2016-01-06 09:54
姚看江湖
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   美国早在2006年就提出了Cyber-Physical System(CPS), 也就是“网络-实体系统”(又译为“虚拟-实体系统”或“信息-物理系统”或“智能技术系统”等)的概念,并将此项技术体系作为新一代技术革命的突破点。同时,德国也提出工业4.0的核心技术是Cyber-Physical Production System (网络-实体生产系统),也就是CPS 技术在生产系统的应用。

  CPS的概念虽然看似很抽象,却可以用日常生活常见事物来解释。比如国内使用的滴滴打车,就是在网络端将乘客和出租车的地理位置联系在一起,将乘客的请求推送给距离较近的出租车,满足的是乘客对于出行的“按需服务”. 又比如,当我们开车经过一个路段时,GPS 自动提醒我们前方路段道路颠簸请减速,使用的是许多其他车辆的经验和历史数据,是自身的传感所不能够探测到的。所以在虚拟(Cyber)世界中我们每个人都有一个数字化镜像(Digital Twin),是我们现实生活的记录和反映,这些数字化镜像可以形成一个虚拟的社区,彼此共享信息和协同活动,进而对我们现实的生活进行对称性的指导和辅助。

  同样地,任何产品也可以存在于虚拟和实体两个世界,如何在虚拟世界中将实体的状态以及实体之间的关系透明化,正是CPS技术诞生的目的和意义。基于CPS技术的应用,使设备具备了自省性(对自身状态变化的意识,self-aware)、自我预测(self-predict)、自我比较(self-compare)、和自我配置(self-configure)的能力。未来产品例如机床、汽车、飞机、船舶等都应该会有实体与虚拟的价值结合,虚拟世界中的代表实体状态和相互关系的模型和运算结果能够更加精确地指导实体的行动,使实体的活动相互协同和优化,实现价值更加高效、准确、和优化的传达。以CPS在船舶上的应用为例,在实体世界中,船舶、海洋、环境、设备、和船员构成了航行活动的主要要素,而在Cyber端可以建立这些要素的关联模型。当海洋的环境改变时,我们可以在Cyber端分析洋流变化对船舶能耗的影响,再动态优化出当前最佳的转速航和航行姿态,使船舶时刻保持最经济的状态航行。

  从技术概念上讲,CPS是什么?

  CPS不是一个简单的技术,而是一个具有清晰架构和使用流程的技术体系,能够实现对数据进行收集、汇总、解析、排序、分析、预测、决策、分发的整个处理流程,能够对工业数据进行流水线式的实时分析能力,并在分析过程中充分考虑机理逻辑、流程关系、活动目标、商业活动等特征和要求,因此是工业大数据分析中的智能化体系的核心。

  这里给出以下几个概念:

  CPS的定义

  Cyber-physical System,在众多翻译中,我们认为较为合理的是“网络-实体系统”,即:从实体空间对象、环境、活动大数据的采集、存储、建模、分析、挖掘、评估、预测、优化、协同,并与对象的设计、测试和运行性能表征相结合,产生与实体空间深度融合、实时交互、互相耦合、互相更新的网络空间(包括机理空间、环境空间与群体空间的结合);进而,通过自感知、自记忆、自认知、自决策、自重构和智能支持促进工业资产的全面智能化。

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