雷鋒網(wǎng)按：近日，2017 世界機器人大會人工智能與機器人青年創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)專題論壇在京召開，本次論壇由中國電子學(xué)會-嵌入式系統(tǒng)與機器人分會主辦，雅瑞資本、真格基金、立德共創(chuàng)承辦，并由多家大學(xué)、創(chuàng)投機構(gòu)、新型企業(yè)聯(lián)合支持。

在下午的論壇主題演講中，浙江中控集團研究院副院長潘再生以《信息物理系統(tǒng)與智能工廠》為題作了演講。

以下為劉連慶演講內(nèi)容，雷鋒網(wǎng)做了不改變原意的編輯：

信息物理系統(tǒng)

首先，信息物理系統(tǒng)是什么？信息物理系統(tǒng)從概念提出到現(xiàn)在已經(jīng)有很多年了，這里面我簡單地從一個地方摘取來的，從信息和物理這兩個系統(tǒng)怎么結(jié)合在一起，我們很多隱性的數(shù)據(jù)通過狀態(tài)感知變成顯性數(shù)據(jù)，通過分析變成有用信息，這些信息再通過科學(xué)決策變成我們的知識，通過執(zhí)行來影響到最終的物理系統(tǒng)。這里面是物理系統(tǒng)跟信息系統(tǒng)的一個系統(tǒng)圖，包括人類的參與，包括一些網(wǎng)絡(luò)，這里面有很多說法，有各種各樣的表述方法。

這里面信息物理系統(tǒng)分成三個級別，有單元級的、有系統(tǒng)級的、還有 SOS 系統(tǒng)之系統(tǒng)級?，F(xiàn)在一般的智能化系統(tǒng)至少是有硬件、有軟件，我們早期只有硬件，機械的裝置可能只有硬件，沒有軟件。

這里面大家有興趣后面會提到一些白皮書可以去看一下，信息物理系統(tǒng)的四要素就是一硬、一軟、一網(wǎng)、一平臺。一硬就是我們的感知和自動控制，叫做硬件電路；我們軟的部分叫工業(yè)軟件，特別是針對工業(yè)，提高我們工業(yè)企業(yè)研發(fā)、制造、生產(chǎn)、服務(wù)、管理水平的軟件；網(wǎng)絡(luò)我們指的是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)；還有一個平臺主要是工業(yè)云與智能服務(wù)這個平臺，這是我們的新四級。

這里簡單列出了中控在工業(yè)自動化的整體解決方案，叫做 Inplant，我們分成智能決策、智能運營、智能操作、智能結(jié)構(gòu)、智能檢測、智能控制六個方面。我們最終可能會組合出很多很多，包括最底下如果從我們中控產(chǎn)品的角度來說，最底下有芯片的形式，有 CPA、CMC 芯片，芯片應(yīng)該是最基礎(chǔ)的一個部件，再往上就是儀表、閥門，儀表是我們的傳感，閥門是我們的中控，控制系統(tǒng)我們也分成不同種類的，再往上 MES、APC 是先進(jìn)控制，再往上就是 ERP，是企業(yè)的資源計劃。

整個是我們的整體解決方案，還包括不同的行業(yè)，在這里面我們有一些咨詢的服務(wù)，還有工程服務(wù)，還有一些 MAC 是一個綜保服務(wù)，還有一個行業(yè)解決方案，這是中控積累了 20 多年的產(chǎn)品和體系。

這里面我想給大家再稍微細(xì)化地介紹一下，這是我這幾年做的一個工作，叫 CMC 控制芯片，什么是 CMC？我們搞控制的都清楚，如果要構(gòu)成一個控制，必須要有信號輸入，我們要有傳感信號，最終要輸出，要控制。在取得這些傳感數(shù)據(jù)之后，我一定要有一個控制算法，你肯定不能盲目地輸出。

最簡單的 PRD 控制，兩個構(gòu)成能夠構(gòu)成一個回路控制?，F(xiàn)在如果構(gòu)成更大的系統(tǒng)還需要網(wǎng)絡(luò)通訊，這些東西是我們在控制領(lǐng)域最基礎(chǔ)的需求。我們把所有這些需求如果簡單地看，就是我們各種模塊的一個組合。如果把這些模塊的組合做成一個芯片呢？以前如果我們做控制系統(tǒng)，基本上是拿來通用的CPU，我們拿來做電路，編寫控制模塊，這是我們的一些方法，現(xiàn)在把要做的電路圖全部芯片化做成一個芯片，這個 CMC 是一個控制芯片。它把輸入、輸出，控制運算、通訊這些共性的東西都集中在了芯片里面。

在這個芯片里面我們除了實現(xiàn)了邏輯控制，我們還把運動控制也集成進(jìn)去了，因為我們原來搞流程工業(yè)，基本上都是邏輯控制，智能工廠里邊還涉及到了運動控制，比如說一些電機控制，一些生產(chǎn)線的裝備，一些印刷、包裝這些用到的很多電機。

這是一個簡單的圖，我們?nèi)绻唵蔚乜醋蟀脒叢糠稚线吺悄M量處理，下面是數(shù)字量處理。右邊的圖上半部分基本上都是我們芯片內(nèi)部用到的一些資源，有上面是一些控制算法庫、Flash、RAM，下半部分中間這個板塊是我們芯片的核心，也是我們自己完全自主的，右邊的上半部分絕大部分都是集成了芯片的單元，基本上我們比如說做 CPU 類的都有這些東西，我們自己也不可能做出一些新東西來，我們基本上都是集成。

控制運算 CMU 這一塊，LCP 是邏輯控制單元，MCP 是運動控制單元，這三塊部分是我 CMC 這個芯片的最核心的部分，這里面等于說把最主要的控制部分全部是用我們自己來研發(fā)。右邊的下半部分是我們通訊接口，這里面我們把常用的像以太網(wǎng)、CAN、UART、SPI、IIC 五個都做進(jìn)去了，所有的這些通訊接口都可以做到冗余。

這個是我們芯片內(nèi)部的一個結(jié)構(gòu)，在這個圖里也標(biāo)出來了，綠色部分完全是我們自主研發(fā)的，紅色部分是我們芯片里面一些通用的模塊、IP，其他還有一些黃色部分，就是芯片代工廠提供的一些 IP，整個的芯片我們做到了自主可控。

這是我們可以提供的十多款小規(guī)格的 CMC，小的以開關(guān)量控制為主，大的有 256 角的，包括和沈陽一起做的工業(yè)無線，一般情況下常規(guī)應(yīng)用的 128 角，或者 144 角的芯片用得比較多。

今年 3 月份，工信部發(fā)布了信息物理系統(tǒng)白皮書，其中把我們的 CMC 芯片作為復(fù)錄機里面的一個單元級，作為一個典型的案例列在里面了。工信部組織了國內(nèi)的一些專家、院士以白皮書的方式發(fā)布的，它這里面剛才也提到了信息物理系統(tǒng)分三個級別，單元級就是我們 CMC 這個芯片，另外還有系統(tǒng)級和 SOS 級。

 智能制造的中控方案

剛才前面講到的主要是以 CPS 這個概念來說。接下來我想針對智能工廠說一下我們的解決方案。智能工廠大家可能也聽到了很多，不同的工廠它的智能化方案、智能化解決目標(biāo)也不一樣，但是我們這里想說一下，智能工廠的目標(biāo)是什么？

對企業(yè)來說，企業(yè)經(jīng)營工廠要的就是利潤，有錢賺才是我的目標(biāo)。但是光有錢、有利潤可能還不夠，我們還需要有高效，沒有效率競爭不過別人，還要節(jié)能，現(xiàn)在國家對能源的利用也很高，如果大量的能耗很高，大量產(chǎn)生污染也不合適。

現(xiàn)在安全事故也經(jīng)常發(fā)生，安全是非常地重要，它也是一票否決。綠色這一塊是我們的五個部分，利潤、高效、節(jié)能、安全、綠色是我們企業(yè)經(jīng)營的目標(biāo)，也是我們智能工廠要去解決的目標(biāo)。

圍繞著這五個目標(biāo)，我們相應(yīng)地有一些原料供應(yīng)，我們的產(chǎn)品銷售、企業(yè)的智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，這一系列都是圍繞這五個目標(biāo)。

拿中控作為一個案例來說，如果我們看中控智能化的整體解決方案，大家看到中間黃色部分智能制造有五大需求，這是從客戶角度出發(fā)的，分別對應(yīng)的是下面的安全、提升質(zhì)量、降本（降低成本），增效（增加企業(yè)的效益），還有環(huán)保。

中控針對這五個用戶的需求，我們在安全工廠、智能優(yōu)化工廠、綠色工廠方面有一些整體方案，這是我們現(xiàn)在智能制造的一個戰(zhàn)略。

往下看的話，針對我們的智能制造有四個示范項目，這是國家工信部立的四個項目。再往下是我們20多年的行業(yè)積累，這個是倒著從上往下看的，其實如果從下往上看，這是我們智能制造中控的四個階段，最底下是解決我們單個企業(yè)用戶的，最后我們拿出來一個整體解決方案，包括最后要制定標(biāo)準(zhǔn)，因為企業(yè)做到一定程度，你需要把這個東西標(biāo)準(zhǔn)化，那么中控參與了很多國際標(biāo)準(zhǔn)的制定。

同時，我們也通過示范項目，把原來的一些大規(guī)模級應(yīng)用的企業(yè)、行業(yè)再進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，把我們的智能制造為用戶做一個更好的提升。 

這是整個中控智能制造的一個實施平臺，剛才講到安全的、節(jié)能環(huán)保的解決方案，我們還有一個智能優(yōu)化解決方案，圍繞著安全、體質(zhì)、降本、增效的目標(biāo)。還有三個解決方案的聯(lián)合體，一個實施平臺，多個行業(yè)的方案。

這里面也提一下智能工廠關(guān)鍵的技術(shù)。我們歸納了八個點，一個是數(shù)字化移交，第二個核心裝備需要國產(chǎn)化，如果很多裝備都是進(jìn)口的，很多東西做不好，這里面中控幾乎所有的核心裝備都能提供。還有控制優(yōu)化，針對我們的工藝優(yōu)化，高效協(xié)同，在廣泛創(chuàng)新和應(yīng)用一體化這個平臺都需要一個高效協(xié)同?；ヂ?lián)互通也是，你一個系統(tǒng)信息都不能互聯(lián)互通，怎么可能構(gòu)成一個我們的智能工廠？還有節(jié)能減排，在設(shè)備、裝置全場這個級別需要進(jìn)行優(yōu)化策略。

工信部也發(fā)布了網(wǎng)絡(luò)安全的一些管理方面的要求，另外就是互聯(lián)網(wǎng)+安全，隨著工廠信息化、智能化水平的提高，隨著互聯(lián)網(wǎng)接入，在風(fēng)險辨識、預(yù)控、應(yīng)急指揮方面要求越來越高，這是我們總結(jié)的一些關(guān)鍵技術(shù)。

這里面我們剛才講了三個實施平臺，我們叫彩虹防御安全工廠整體解決方案，這個功能是工廠運行過程中本身應(yīng)該具備的功能安全。這里面大家看到很多機器人，這個機器人如果你走過去，它根本探測不到你，就誤傷了工人，這個功能安全可能不夠，需要這一塊再增加。風(fēng)險管控，還有信息安全，這一系列的東西我們都有一個整體解決方案。

它從幾個層次，分別針對人員、環(huán)境、資產(chǎn)三個安全對象的時序，兩個安全維度，七項安全技術(shù)，最終一個目標(biāo)就是全方位地守護(hù)園區(qū)安全。這個分別是針對我們規(guī)劃設(shè)計、生產(chǎn)護(hù)航、危機應(yīng)對的三個層次，我們從全生命周期管理角度來進(jìn)行安全技術(shù)體系的設(shè)計。

這個是我們的產(chǎn)品體系，因為剛才講到的是從技術(shù)體系來說的，這是針對產(chǎn)品體系，從下面的一些設(shè)計，再到運行，像這里介紹的 TCS900 是我們的一個具備三級安全移控系統(tǒng)。像這樣的系統(tǒng)它的目標(biāo)主要是針對工廠在應(yīng)急處理，它能夠把系統(tǒng)正常地控制，否則缺少這樣一個系統(tǒng)，它很有可能就會爆炸，這樣一個系統(tǒng)它需要通過國際認(rèn)證，要求就很高。

 智能優(yōu)化工廠

智能優(yōu)化工廠，從我們的智能決策、智能運營、智能操作、智能結(jié)構(gòu)、智能檢測、智能控制六個板塊，這是我們智能的一些軟件。還有一個平臺是我們綠色工廠的解決方案，針對節(jié)能降耗、環(huán)保治理、固廢綜合利用等不同層次上都有解決方案。

剛才講到的都是我們的一些設(shè)計架構(gòu)，接下來我想給各位說幾個我們在實踐中的一些突破。我們拿剛才提到的四個示范項目，第一個示范項目是神華寧煤，它是百萬級烯烴裝備的制造，我們用了一種全新的模式，三項標(biāo)準(zhǔn)、八套國產(chǎn)系統(tǒng)、三大先進(jìn)技術(shù)、一個指導(dǎo)方向，分別對應(yīng)在這里，我們《中國制造  2025》在這里一層一層體現(xiàn)出來。

通過這么一個神華寧煤項目的實施，整個生產(chǎn)過程可視化，并且三維可視，把它的產(chǎn)供銷一體化，企業(yè)制造的時候，生產(chǎn)歸生產(chǎn)、銷售歸銷售，計劃、協(xié)調(diào)、調(diào)度優(yōu)化、操作執(zhí)行優(yōu)化、生產(chǎn)物流優(yōu)化，在生產(chǎn)設(shè)備和監(jiān)管上都進(jìn)行了安全保護(hù)。

這個是效益，像提質(zhì)增效方面，處理能力提升了 1.5%，對一個企業(yè)來說 1.5% 的效益也是很好的，變量波動降低 30%，這個對我的產(chǎn)品穩(wěn)定性有很好的提高，還有一個雙烯烴的收氯也有所提升，生產(chǎn)波動減小 10%。在安全防御方面，實現(xiàn)事故源頭管理，事故事件由 25.8% 降到 11.3%，因為在實際生產(chǎn)過程中，現(xiàn)在還做不到零事故。另外在燃料成本、蒸汽消耗、設(shè)備利用率方面都有所提高。

第二個就是東北制藥的項目，是大宗原料和醫(yī)藥中間體的模式，這里面也一樣，在生產(chǎn)自動化、品控信息、防御自動化這一塊都做了，這個是效果，降低能耗、物耗、降低運行費用、提高運行效率方面都有了很好提高。比如說這里面人員從 50 個人的車間，現(xiàn)在可以變到 10 個人的一個車間。

這個是我們第三個新疆天業(yè)循環(huán)經(jīng)濟智能產(chǎn)業(yè)園區(qū)，它能耗降低 2.37%。這是九江石化的，最后看數(shù)字來說的話，員工總數(shù)減少 122%，班組數(shù)量減少 13%，外操作室數(shù)量減少 35%。

最后也提一下，作為企業(yè)，我們做事情的最終用戶需求是我們智能制造的基礎(chǔ)，我們在全局規(guī)劃、統(tǒng)一資源、信息分享、目標(biāo)導(dǎo)向、有序建設(shè)方面都是以用戶需求來做的。為客戶創(chuàng)造價值是我們中控價值觀里面的第一條，所以我們一定會把我們的行業(yè)積累、工業(yè)的 Konwhow 和用戶的內(nèi)生需求結(jié)合在一起為用戶做。

我們中控在智能制造中有四點體會，簡單提一下，在頂層設(shè)計以創(chuàng)造價值為核心，另外我們建立的智能工廠就像我們的大腦，最后標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)設(shè)施是保障，中控在實踐中探索前行，為中國的智能制造做一個榜樣。

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