真正实现人机物融合的cps颠覆工业和能源行业Word文件下载.docx

1、important钛媒体注：CPS，全称信息物理系统（Cyber Physical Systems），是信息系统和物理系统的统一体，可以被看作升级版的color=rgb$（253, 102, 57）% !important物联网。点击与物联网相比，CPS更强调数字世界对于物理世界的控制，CPS可以通过互联网，以可靠并且安全的方式，实时和自治的操控一个物理实体和系统。点击CPS将使得数字世界不再仅仅是物理世界的虚拟映象，而将真正进化为人类社会的新疆界。点击CPS的本质就是人、!物的融合。点击它将使没有感觉、!没有灵魂、!不会思考、!不会合作的物理系统成为了活物，不仅赋予物体以感觉，还赋予了其思考

2、能力和协作能力，物理世界和数字世界将合二为一。点击下面是钛媒体作者曹寅的文章，深入分析了CPS对工业和color=rgb$（253, 102, 57）% !important能源行业的影响：1/:5,9/!3-未来 30年，中国、!印度和其他发展中国家的数十亿人将步入中产阶级，这些朝气蓬勃的新生代和西方年轻人没有什么区别，同样需要高楼大厦，需要购物中心，需要苹果手机，需要汽车、!牛排、!空调、!宠物、!音乐会、!海外旅行等等中产阶级物质和精神需求。点击不过地球养活今天的20亿中产阶级已经承受了巨大压力，还怎么再承担新增的几十亿中产阶级消费需求? 是不是真的像奥巴马曾经宣称的“地球资源无法接受中

3、国人像美国人一样生活”?难道除了战争和计划生育之外，人类真的无法解决人口增长和资源有限之间的矛盾?这种马尔萨斯主义的论调看似正确，不过却是站在静止的角度去预测未来，忽略了一个重要维度：技术。点击资源的短缺迫使人类采用新的技术，历史上每一次重大技术突破都成功使生产力跃上一个新台阶，赋予更多人口有质量的生活，这些突破包括化肥，电力，抗生素，流水线等，而这次将是信息物理系统$（cyber physical systems,简称CPS）%把人类从马尔萨斯陷阱拯救出来。CPS：人、!物融合全靠它CPS是一个新的概念，2005年才由美国科学院提出，2008年之后，美国才将CPS作为国家战略性发展方向予以重

4、视。点击CPS是一个结合计算领域以及传感器$（Sensor）%和致动器$（Actuator）%装置的整合控制系统。点击包含了无处不在的环境感知、!嵌入式系统、!网络通信和网络控制等系统工程，使我们身边的各种物体具有计算、!通信、!精确控制、!远程协作和自组织功能，使计算能力与物理系统紧密结合与协调。点击在传感器的帮助下，CPS接受并处理来自物理世界的大量数据，并将这些用于基于网络的各种应用和服务中，最终会这些服务和应用会通过致动器反馈并影响实体世界。点击目前已有某些领域出现似于CPS的电子控制综合性系统，但目前这些系统通常都是嵌入式系统$（Embedded System）%，嵌入式系统比较强调

5、机器的计算能力，CPS则更为强调各个实体装置和电脑运算网络的融合，CPS是借用技术手段实现人的能力在时间、!空间等方面的延伸，CPS的本质就是人、!点击简而言之，现在我们身边常见的物体都是没有感觉，没有灵魂，不会思考，不会合作的死物，但CPS使我们的物理系统成为了活物，不仅赋予了物体以感觉，还赋予了其思考能力和协作能力，物理世界和数字世界将合二为一。点击其意义甚至超过了哥伦布发现新大陆，将从空间上和时间上深刻的改变人类社会。点击从空间角度来说，CPS使得数字世界将不再仅仅是现实物理世界的映象，而将成为人类的新生存空间，这个空间远远超越了现实物理世界，超越了物理距离，没有边界，一切物体都以光速联

6、系彼此；从时间上来说，CPS使得现实物理世界的发展速度向数字世界靠近，人类社会的发展速度将呈指数级别增长，未来历史学家回眸过去时将不再使用公元前和公元后来断代，而将使用前CPS时代和后CPS时代来研究人类的历史。点击摩尔定律CPS作为一种使能技术，将使众多创新应用成为现实，孕育了无数商业模式。点击CPS给人类社会带来的深刻变化和挑战应该同其他重要的新技术放在一起检视，比如CPS和人工智能，CPS和大数据，CPS和云计算，CPS和3D打印?点击?CPS和可再生能源，CPS和电动汽车。点击但CPS给世界带来最重要的贡献却鲜有人意识到，即摩尔定律将适用于实体世界。点击摩尔定律由英特尔创始人之一戈登摩

7、尔在50年前提出，摩尔提出，当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。点击换言之，每一美元所能买到的计算机性能，将每隔18个月翻两倍以上。点击现在，人类早已经从晶体管时代进入了芯片时代，目前正在往下一代计算技术时代迈进，但长期以来，摩尔定律只适用于信息技术，也就是所谓的数字世界，而CPS则将会把物理世界也带入摩尔时代。CPS如何实现无所不在的信息监视和精确控制?CPS之所以能够实现，有赖于半个多世纪以来人类ICT$（Information Communication Technology,信息通信技术）%技术的不断积累，但最重要还是近三十年以来两

8、项技术的爆炸式发展。点击首先是互联网，比如因特网以及基于因特网的万维网，显而易见，这是CPS能够实现的基石。点击其次则是软件密集型嵌入式系统$（software-intensiveembedded systems，简称SIES）%，SIES在现今几乎所有的高科技产品和系统中都能发现，比如数控机床、!高级轿车、!飞机、!智能建筑、!智能风机等，SIES对于CPS的重要性常常被低估，但其却是CPS能够落地的真正关键。点击CPS的核心理念即数字世界同物理世界的深度融合，但数字世界的更新速度远远快于物理世界，纯物理世界难以跟上数字世界的发展，因此CPS的实现需要能够将物理世界同数字世界合二为一的粘合剂

9、，这种粘合剂就是SIES，而粘合方式就是“以软代硬”。点击color=rgb$（253, 102, 57）% !important软件的功能可以无限量地添加和升级，而硬件通常要花费很多费用和时间来保养和升级，因此大规模的“以软代硬”其实就是以数字世界融化物理世界的过程，这种趋势在Tesla电动车和智能手机上已经得到体现。点击在SIES中，软件重要性远远超过硬件，因此SIES更加敏捷和灵活，可以按照客户的特定需求和要求进行定制。点击在开发或使用的任何阶段，都可以通过更新软件来快速更新功能。点击此外，SIES的开发成本虽然可能相对于普通嵌入式系统有所增加，但产品生命周期成本却可以大幅降低。点击在普

10、通的硬件主导型系统中，硬件设计必须在产品开发过程的早期就确定下来，但软件驱动的系统却可以将灵活性保持到在用户使用中。点击因此，随着代码数量保持成倍增加，我们每天使用的设备将变得越来越智能化。点击未来，在工业企业中，软件工程师将比机械工程师更多，未来，软件将定义世界。点击这种由CPS所带来的虚拟物理大融合将使人类的生活和生产更安全，更高效，更健康，更清洁，帮助人类社会解决很多目前物理系统无法解决的难题，比如人口老化带来的养老问题，资源稀缺造成的物价上涨，交通拥堵带来的效率损失，自然灾害带来的生产力损失，可再生能源不稳定造成的电价上涨等。点击一些早期的类CPS应用早已经进入我们的日常生活，并被我们

11、天天使用。点击典型案例就是车载导航软件，GPS系统为地球表面每一块土地都提供了一个全新的、!瞬时可知的虚拟映象，车辆既是行驶在物理世界的道路上，也穿行在数字世界中，在移动通信数据的帮助下，现在的导航软件还能根据即时路况规划最佳行驶路线。点击其他的常见类CPS应用还包括轨道交通控制系统，风电站远程控制系统等。点击但CPS对人类世界最震撼的改造还并未降临，CPS掀起的生产力革命将主要爆发在两个基础领域：能源革命？没了CPS才玩不转呢在能源领域中，如果我们能够站在全球角度来看，人类的能源系统正处于巨变中。点击我们的电力供应模式正从可以随时发电的常规大型集中式电源$（核电，火电，大型水电）%向不稳定，

12、非集中，低能量密度的可再生能源系统转变。点击由成熟应用向不成熟应用的变化难以避免会带来阵痛，风能和太阳能不像火电核电一样招之即来，挥之即去，可再生能源是一种气候能源，瞬息即变的天气随时都在影响风能和太阳能的输出。点击此外，电力消费因时间不同，季节和习惯不同而变化复杂，为了满足这些时刻处于变化中的电力需求，电力供应量总是不得不超过电力需求量。点击除此以外，在你看不见的地方，还有很多发电机组正处于随时待命状态，以满足突然出现的额外电力需求，这造成了巨大资源和效率浪费。点击由于以上原因，电力系统的调节空间正在从发电和用电两端被前所未有的压缩，这也对电力系统的调度和控制技术提出了更高的要求。点击在新的

13、背景下，传统技术和结构已经显得力不从心，只有基于CPS的color=rgb$（253, 102, 57）% !important能源互联网才能满足新型电力系统的要求。important智能电网目前被动的、!弱信息化的、!单向传输的、!静态的、!封闭式的电网，将进化为市场导向的、!服务化的、!分布式和集中式相结合的、!动态的，开放式系统。点击未来基于CPS的能源互联网可以持续不断监控每一户家庭，每一辆电动车，每一个工厂，甚至每一台用电器的电力消费数据和使用习惯，通过大数据分析来预测即期，短期，中期以及长期的电力消费。点击而在发电端和输电端，基于CPS的能源互联网，则可以通过微网技术，储能技术和远

14、程输电技术，大幅提升可再生能源的使用比例和使用效率，大幅降低因为不必要的冗余而造成的巨额浪费。点击其实ICT技术在能源系统里面早已被广泛应用，举例来说，现在火电站已经能够做到远程控制，输电网的运行情况在调度中心中能够一目了然，配电网自动化也正在逐渐普及，带有通信功能的智能变电站也正在日益推广；光伏电站和风电站也能做到远程智能控制，全球过亿家庭已经安装了智能电表，带有通信功能的智能电器和智能汽车也越来越多；不仅电力，就连油气开采和油气管输也在日益自动化和智能化，通信和控制已经成为能源电力系统的标准功能配置，但是目前这些系统还是一个个信息孤岛，在孤岛内，基于不同系统的CPS已经出现，但目前还缺乏一个能将消费者，生产者，经销者，管理者和调度者，以及各种设备和服务都连接起来的网络，这个网络就是基于CPS的能源互联网。CPS能让所有地方具备和德国一样的工业升级的能力同能源领域一样，如今的工业也正处于大变革的前夜。点击上世纪90年代以来的新型经济体迅速工业化后，产生了基于比较优势的全球大分工和大竞争，同时，在互联网时代大背景下，消费者和消费观念也在剧变。点击当供应端和消费端同时发生剧