雷鋒網(wǎng)按：近日，2017 世界機(jī)器人大會(huì)人工智能與機(jī)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(guó)電子學(xué)會(huì)-嵌入式系統(tǒng)與機(jī)器人分會(huì)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(jī)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(tuán)研究院副院長(zhǎng)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?cè)獾木庉嫞?/p>

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(jiǎn)單地從一個(gè)地方摘取來(lái)的，從信息和物理這兩個(gè)系統(tǒng)怎么結(jié)合在一起，我們很多隱性的數(shù)據(jù)通過(guò)狀態(tài)感知變成顯性數(shù)據(jù)，通過(guò)分析變成有用信息，這些信息再通過(guò)科學(xué)決策變成我們的知識(shí)，通過(guò)執(zhí)行來(lái)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(gè)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(shuō)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(gè)級(jí)別，有單元級(jí)的、有系統(tǒng)級(jí)的、還有 SOS 系統(tǒng)之系統(tǒng)級(jí)?，F(xiàn)在一般的智能化系統(tǒng)至少是有硬件、有軟件，我們?cè)缙谥挥杏布?，機(jī)械的裝置可能只有硬件，沒(méi)有軟件。

這里面大家有興趣后面會(huì)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(tái)。一硬就是我們的感知和自動(dòng)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(duì)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(gè)平臺(tái)主要是工業(yè)云與智能服務(wù)這個(gè)平臺(tái)，這是我們的新四級(jí)。

這里簡(jiǎn)單列出了中控在工業(yè)自動(dòng)化的整體解決方案，叫做 Inplant，我們分成智能決策、智能運(yùn)營(yíng)、智能操作、智能結(jié)構(gòu)、智能檢測(cè)、智能控制六個(gè)方面。我們最終可能會(huì)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(lái)說(shuō)，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(gè)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(jì)劃。

整個(gè)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(gè)綜保服務(wù)，還有一個(gè)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(gè)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(gè)控制，必須要有信號(hào)輸入，我們要有傳感信號(hào)，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(gè)控制算法，你肯定不能盲目地輸出。

最簡(jiǎn)單的 PRD 控制，兩個(gè)構(gòu)成能夠構(gòu)成一個(gè)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?cè)诳刂祁I(lǐng)域最基礎(chǔ)的需求。我們把所有這些需求如果簡(jiǎn)單地看，就是我們各種模塊的一個(gè)組合。如果把這些模塊的組合做成一個(gè)芯片呢？以前如果我們做控制系統(tǒng)，基本上是拿來(lái)通用的CPU，我們拿來(lái)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(gè)芯片，這個(gè) CMC 是一個(gè)控制芯片。它把輸入、輸出，控制運(yùn)算、通訊這些共性的東西都集中在了芯片里面。

在這個(gè)芯片里面我們除了實(shí)現(xiàn)了邏輯控制，我們還把運(yùn)動(dòng)控制也集成進(jìn)去了，因?yàn)槲覀冊(cè)瓉?lái)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(yùn)動(dòng)控制，比如說(shuō)一些電機(jī)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(jī)。

這是一個(gè)簡(jiǎn)單的圖，我們?nèi)绻?jiǎn)單地看左半邊部分上邊是模擬量處理，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(kù)、Flash、RAM，下半部分中間這個(gè)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(shuō)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(lái)，我們基本上都是集成。

控制運(yùn)算 CMU 這一塊，LCP 是邏輯控制單元，MCP 是運(yùn)動(dòng)控制單元，這三塊部分是我 CMC 這個(gè)芯片的最核心的部分，這里面等于說(shuō)把最主要的控制部分全部是用我們自己來(lái)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(gè)都做進(jìn)去了，所有的這些通訊接口都可以做到冗余。

這個(gè)是我們芯片內(nèi)部的一個(gè)結(jié)構(gòu)，在這個(gè)圖里也標(biāo)出來(lái)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(gè)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(yáng)一起做的工業(yè)無(wú)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(jī)里面的一個(gè)單元級(jí)，作為一個(gè)典型的案例列在里面了。工信部組織了國(guó)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(gè)級(jí)別，單元級(jí)就是我們 CMC 這個(gè)芯片，另外還有系統(tǒng)級(jí)和 SOS 級(jí)。

 智能制造的中控方案

剛才前面講到的主要是以 CPS 這個(gè)概念來(lái)說(shuō)。接下來(lái)我想針對(duì)智能工廠說(shuō)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(shuō)一下，智能工廠的目標(biāo)是什么？

對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)，企業(yè)經(jīng)營(yíng)工廠要的就是利潤(rùn)，有錢賺才是我的目標(biāo)。但是光有錢、有利潤(rùn)可能還不夠，我們還需要有高效，沒(méi)有效率競(jìng)爭(zhēng)不過(guò)別人，還要節(jié)能，現(xiàn)在國(guó)家對(duì)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(gè)部分，利潤(rùn)、高效、節(jié)能、安全、綠色是我們企業(yè)經(jīng)營(yíng)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(gè)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(gè)目標(biāo)。

拿中控作為一個(gè)案例來(lái)說(shuō)，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(duì)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(duì)這五個(gè)用戶的需求，我們?cè)诎踩S、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(gè)戰(zhàn)略。

往下看的話，針對(duì)我們的智能制造有四個(gè)示范項(xiàng)目，這是國(guó)家工信部立的四個(gè)項(xiàng)目。再往下是我們20多年的行業(yè)積累，這個(gè)是倒著從上往下看的，其實(shí)如果從下往上看，這是我們智能制造中控的四個(gè)階段，最底下是解決我們單個(gè)企業(yè)用戶的，最后我們拿出來(lái)一個(gè)整體解決方案，包括最后要制定標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)槠髽I(yè)做到一定程度，你需要把這個(gè)東西標(biāo)準(zhǔn)化，那么中控參與了很多國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定。

同時(shí)，我們也通過(guò)示范項(xiàng)目，把原來(lái)的一些大規(guī)模級(jí)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(gè)更好的提升。 

這是整個(gè)中控智能制造的一個(gè)實(shí)施平臺(tái)，剛才講到安全的、節(jié)能環(huán)保的解決方案，我們還有一個(gè)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(gè)解決方案的聯(lián)合體，一個(gè)實(shí)施平臺(tái)，多個(gè)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(gè)點(diǎn)，一個(gè)是數(shù)字化移交，第二個(gè)核心裝備需要國(guó)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(duì)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(gè)平臺(tái)都需要一個(gè)高效協(xié)同?；ヂ?lián)互通也是，你一個(gè)系統(tǒng)信息都不能互聯(lián)互通，怎么可能構(gòu)成一個(gè)我們的智能工廠？還有節(jié)能減排，在設(shè)備、裝置全場(chǎng)這個(gè)級(jí)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(xiǎn)辨識(shí)、預(yù)控、應(yīng)急指揮方面要求越來(lái)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(gè)實(shí)施平臺(tái)，我們叫彩虹防御安全工廠整體解決方案，這個(gè)功能是工廠運(yùn)行過(guò)程中本身應(yīng)該具備的功能安全。這里面大家看到很多機(jī)器人，這個(gè)機(jī)器人如果你走過(guò)去，它根本探測(cè)不到你，就誤傷了工人，這個(gè)功能安全可能不夠，需要這一塊再增加。風(fēng)險(xiǎn)管控，還有信息安全，這一系列的東西我們都有一個(gè)整體解決方案。

它從幾個(gè)層次，分別針對(duì)人員、環(huán)境、資產(chǎn)三個(gè)安全對(duì)象的時(shí)序，兩個(gè)安全維度，七項(xiàng)安全技術(shù)，最終一個(gè)目標(biāo)就是全方位地守護(hù)園區(qū)安全。這個(gè)分別是針對(duì)我們規(guī)劃設(shè)計(jì)、生產(chǎn)護(hù)航、危機(jī)應(yīng)對(duì)的三個(gè)層次，我們從全生命周期管理角度來(lái)進(jìn)行安全技術(shù)體系的設(shè)計(jì)。

這個(gè)是我們的產(chǎn)品體系，因?yàn)閯偛胖v到的是從技術(shù)體系來(lái)說(shuō)的，這是針對(duì)產(chǎn)品體系，從下面的一些設(shè)計(jì)，再到運(yùn)行，像這里介紹的 TCS900 是我們的一個(gè)具備三級(jí)安全移控系統(tǒng)。像這樣的系統(tǒng)它的目標(biāo)主要是針對(duì)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(gè)系統(tǒng)，它很有可能就會(huì)爆炸，這樣一個(gè)系統(tǒng)它需要通過(guò)國(guó)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(yùn)營(yíng)、智能操作、智能結(jié)構(gòu)、智能檢測(cè)、智能控制六個(gè)板塊，這是我們智能的一些軟件。還有一個(gè)平臺(tái)是我們綠色工廠的解決方案，針對(duì)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(jì)架構(gòu)，接下來(lái)我想給各位說(shuō)幾個(gè)我們?cè)趯?shí)踐中的一些突破。我們拿剛才提到的四個(gè)示范項(xiàng)目，第一個(gè)示范項(xiàng)目是神華寧煤，它是百萬(wàn)級(jí)烯烴裝備的制造，我們用了一種全新的模式，三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)、八套國(guó)產(chǎn)系統(tǒng)、三大先進(jìn)技術(shù)、一個(gè)指導(dǎo)方向，分別對(duì)應(yīng)在這里，我們《中國(guó)制造  2025》在這里一層一層體現(xiàn)出來(lái)。

通過(guò)這么一個(gè)神華寧煤項(xiàng)目的實(shí)施，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)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(shí)候，生產(chǎn)歸生產(chǎn)、銷售歸銷售，計(jì)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(gè)是效益，像提質(zhì)增效方面，處理能力提升了 1.5%，對(duì)一個(gè)企業(yè)來(lái)說(shuō) 1.5% 的效益也是很好的，變量波動(dòng)降低 30%，這個(gè)對(duì)我的產(chǎn)品穩(wěn)定性有很好的提高，還有一個(gè)雙烯烴的收氯也有所提升，生產(chǎn)波動(dòng)減小 10%。在安全防御方面，實(shí)現(xiàn)事故源頭管理，事故事件由 25.8% 降到 11.3%，因?yàn)樵趯?shí)際生產(chǎn)過(guò)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(gè)就是東北制藥的項(xiàng)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(dòng)化、品控信息、防御自動(dòng)化這一塊都做了，這個(gè)是效果，降低能耗、物耗、降低運(yùn)行費(fèi)用、提高運(yùn)行效率方面都有了很好提高。比如說(shuō)這里面人員從 50 個(gè)人的車間，現(xiàn)在可以變到 10 個(gè)人的一個(gè)車間。

這個(gè)是我們第三個(gè)新疆天業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)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(lái)說(shuō)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?cè)谌忠?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(lái)做的。為客戶創(chuàng)造價(jià)值是我們中控價(jià)值觀里面的第一條，所以我們一定會(huì)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(diǎn)體會(huì)，簡(jiǎn)單提一下，在頂層設(shè)計(jì)以創(chuàng)造價(jià)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(shí)踐中探索前行，為中國(guó)的智能制造做一個(gè)榜樣。

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