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初步了解新工業(yè)“四兄弟”

數(shù)字孿生、賽博物理系統(tǒng)、智能制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)這四大術(shù)語，是近幾年業(yè)界當(dāng)紅熱詞。在國(guó)內(nèi)業(yè)界，賽博物理系統(tǒng)興于2014年，智能制造熱于2015年，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)火于2017年，數(shù)字孿生則紅于2019年。

四大術(shù)語是各自獨(dú)立，還是彼此相關(guān)？可能絕大多數(shù)人認(rèn)為彼此相關(guān)，但是四個(gè)術(shù)語之間的異同是什么？相關(guān)內(nèi)涵有多少？運(yùn)行邏輯之間到底是什么關(guān)系？可能確實(shí)不太好說清楚。

數(shù)字孿生的定義

數(shù)字孿生是在軟件定義作用下，長(zhǎng)期的要素?cái)?shù)字化所形成的結(jié)果。此處要素泛指物理世界的各種人、機(jī)、物、數(shù)據(jù)、圖文、語言、物理信息等各種實(shí)體要素。因此數(shù)字孿生是一種經(jīng)過長(zhǎng)期發(fā)展形成的數(shù)字化通用技術(shù)。

一是指物理實(shí)體與其數(shù)字虛體之間的精確映射的孿生關(guān)系；二是將具有孿生關(guān)系的物理實(shí)體、數(shù)字虛體分別稱作物理孿生體、數(shù)字孿生體。

賽博物理系統(tǒng)的基本內(nèi)涵

CPS于2006年由美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)（NSF）的海倫·吉爾首次提出，并伴隨著德國(guó)人在工業(yè)4.0中的推廣應(yīng)用而在全球業(yè)界興起。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）、國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)（NSF）、伯克利大學(xué)、德國(guó)國(guó)家工程院（acatech）、弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)等科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行一系列研究，提出了一些理論框架。

CPS是智能制造和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基本運(yùn)行機(jī)理的抽象與提煉。在智能制造和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中，一定會(huì)發(fā)現(xiàn)CPS的身影，它變化形式多樣，尺度大小不一，可能以單元級(jí)、系統(tǒng)級(jí)、系統(tǒng)之系統(tǒng)等不同的系統(tǒng)級(jí)別來出現(xiàn)。

智能制造的基本內(nèi)涵

智能制造，源于人工智能的研究。一般認(rèn)為智能是知識(shí)和智力的總和，前者是智能的基礎(chǔ)，后者是指獲取和運(yùn)用知識(shí)求解的能力。

智能制造應(yīng)當(dāng)包含智能制造技術(shù)和智能制造系統(tǒng)，智能制造系統(tǒng)不僅能夠在實(shí)踐中不斷地充實(shí)知識(shí)庫(kù)，而且還具有自學(xué)習(xí)功能，還有搜集與理解環(huán)境信息和自身的信息，并進(jìn)行分析判斷和規(guī)劃自身行為的能力。

毫無疑問，智能化是制造自動(dòng)化的發(fā)展方向。在制造過程的各個(gè)環(huán)節(jié)幾乎都廣泛應(yīng)用人工智能技術(shù)。專家系統(tǒng)技術(shù)可以用于工程設(shè)計(jì)，工藝過程設(shè)計(jì)，生產(chǎn)調(diào)度，故障診斷等。也可以將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制技術(shù)等先進(jìn)的計(jì)算機(jī)智能方法應(yīng)用于產(chǎn)品配方，生產(chǎn)調(diào)度等，實(shí)現(xiàn)制造過程智能化。而人工智能技術(shù)尤其適合于解決特別復(fù)雜和不確定的問題。但同樣顯然的是，要在企業(yè)制造的全過程中全部實(shí)現(xiàn)智能化，如果不是完全做不到的事情，至少也是在遙遠(yuǎn)的將來。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基本含義

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)和核心是通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)把設(shè)備、生產(chǎn)線、工廠、供應(yīng)商、產(chǎn)品和客戶緊密地連接融合起來。可以幫助制造業(yè)拉長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈，形成跨設(shè)備、跨系統(tǒng)、跨廠區(qū)、跨地區(qū)的互聯(lián)互通，從而提高效率，推動(dòng)整個(gè)制造服務(wù)體系智能化。還有利于推動(dòng)制造業(yè)融通發(fā)展，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)和服務(wù)業(yè)之間的跨越發(fā)展，使工業(yè)經(jīng)濟(jì)各種要素資源能夠高效共享。

優(yōu)勢(shì)與作用

對(duì)于這四個(gè)術(shù)語，清晰理解異同，抓住內(nèi)涵實(shí)質(zhì)，有助于澄清概念，正本清源，可為這些概念的理論研究與工程實(shí)踐提供了較為明晰的指導(dǎo)，避免了對(duì)這四個(gè)術(shù)語認(rèn)為的邊界模糊、功能泛化，影響這些概念在科研與實(shí)踐中的應(yīng)用。也有有助于發(fā)揮四個(gè)術(shù)語的各自特長(zhǎng)，引導(dǎo)企業(yè)將智能制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)這些新工業(yè)革命的具體活動(dòng)內(nèi)容，在不同的行業(yè)領(lǐng)域中做好實(shí)踐與落地。

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