+ 邱伯華 中船工業(yè)海洋智能技術(shù)中心主任

知識(shí)經(jīng)濟(jì)與CPS在智慧海洋中的應(yīng)用與實(shí)踐

+ 邱伯華 中船工業(yè)海洋智能技術(shù)中心主任

知識(shí)經(jīng)濟(jì)與兩化融合發(fā)展

隨著人類社會(huì)從自然經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)、工業(yè)經(jīng)濟(jì)階段發(fā)展到信息經(jīng)濟(jì)和知識(shí)經(jīng)濟(jì)階段，人類技術(shù)從機(jī)械化、電氣化、信息化逐步發(fā)展到智能化時(shí)代，經(jīng)濟(jì)的價(jià)值正在逐步從傳統(tǒng)要素端向知識(shí)端轉(zhuǎn)移，知識(shí)已成為創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)新經(jīng)濟(jì)的核心生產(chǎn)要素，知識(shí)經(jīng)濟(jì)必定是未來適應(yīng)智能化時(shí)代創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展的唯一道路。

國家戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的首選

當(dāng)前，我們作為中等收入國家正面臨著日益嚴(yán)峻的經(jīng)濟(jì)危機(jī)風(fēng)險(xiǎn)，要想平穩(wěn)渡過“中等收入陷阱”時(shí)期，并在未來向更高的發(fā)展藍(lán)圖邁進(jìn)，我們必須實(shí)施國家戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，以知識(shí)經(jīng)濟(jì)為新經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，以“兩化融合”為推動(dòng)知識(shí)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的行動(dòng)綱領(lǐng)，以CPS（網(wǎng)絡(luò)實(shí)體融合系統(tǒng)）為推動(dòng)知識(shí)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與智能化革命的重要手段，以智能化技術(shù)革命和創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)來推動(dòng)產(chǎn)業(yè)提升，塑造高效型經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，逐步擺脫廉價(jià)、模仿型的要素驅(qū)動(dòng)和投資驅(qū)動(dòng)的傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)增長模式，拉動(dòng)國家可持續(xù)發(fā)展。

美國為了解決虛擬經(jīng)濟(jì)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)的矛盾，推動(dòng)了以知識(shí)為紐帶的CPS的廣泛應(yīng)用。中國同樣需要以CPS的應(yīng)用和發(fā)展為核心紐帶，推動(dòng)代表虛擬經(jīng)濟(jì)的信息化與代表實(shí)體經(jīng)濟(jì)的工業(yè)化的深度融合，在更大的范圍、更細(xì)的行業(yè)、更廣的領(lǐng)域、更高的層次、更深的應(yīng)用、更多的智能方面實(shí)現(xiàn)彼此交融，以便科學(xué)地實(shí)現(xiàn)國家經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

工業(yè)云服務(wù)

CPS并非單一的信息化概念，其實(shí)質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)與實(shí)體的完整融合體系，能夠有效融合虛擬經(jīng)濟(jì)和實(shí)體經(jīng)濟(jì)。典型代表就是美國GE公司在2011年提出的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，它確定了未來裝備制造業(yè)智能服務(wù)轉(zhuǎn)型的路線圖。按照其設(shè)想，當(dāng)智能設(shè)備、智能分析、智能決策這三大要素與機(jī)器、整機(jī)、機(jī)群和群組網(wǎng)絡(luò)整合在一起的時(shí)候，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的全部潛能將會(huì)完全體現(xiàn)出來，同時(shí)生產(chǎn)率提高、成本降低和廢物排放的減少所帶來的益處也將帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈與工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。而這一切都將直接催生工業(yè)云服務(wù)這個(gè)新形態(tài)。

在工業(yè)云服務(wù)中，如果工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)能夠節(jié)省行業(yè)1%的運(yùn)維費(fèi)用，那么工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在不同領(lǐng)域中連續(xù)使用15年所產(chǎn)生的價(jià)值將相當(dāng)可觀。比如在航空領(lǐng)域，每節(jié)省1%的燃油將產(chǎn)生300億美元的直接經(jīng)濟(jì)效益。依照上述價(jià)值評(píng)估計(jì)算模式，則工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)所帶來的信息化服務(wù)僅在運(yùn)維成本優(yōu)化方面就將實(shí)現(xiàn)32.3萬億美元的效益。根據(jù)有關(guān)報(bào)告預(yù)測，到2025年，工業(yè)云服務(wù)這個(gè)新興業(yè)態(tài)帶動(dòng)或直接相關(guān)的產(chǎn)業(yè)將達(dá)到82萬億美元的產(chǎn)值規(guī)模，約占世界總產(chǎn)值的一半。

CPS和工業(yè)云是未來重要發(fā)展方向

智能的標(biāo)準(zhǔn)是用物的智慧來解決人的智慧，它要求智能體感知可控，且以認(rèn)知取代原始數(shù)據(jù)存取。而CPS的本質(zhì)是通過“自感知-自記憶-自認(rèn)知-自決策-自重構(gòu)”的核心能力，達(dá)成“物的網(wǎng)絡(luò)-實(shí)體空間融合”的人工智能體系，實(shí)現(xiàn)“物的智慧”。因此，我們可以認(rèn)為智能工業(yè)革命中的CPS是用于實(shí)現(xiàn)“物的智慧”的核心體系，它以實(shí)體經(jīng)濟(jì)為主導(dǎo)、信息技術(shù)為核心，著重構(gòu)建知識(shí)平臺(tái)和“以終為始”的應(yīng)用體系，最終形成基于CPS的自成長知識(shí)經(jīng)濟(jì)體系，并實(shí)現(xiàn)和達(dá)到以“物的智慧”來解決“人的智慧”這樣的高技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

最早認(rèn)識(shí)到CPS重要性的是美國。危機(jī)意識(shí)強(qiáng)烈的美國，早在2005年互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展很好的時(shí)候就要求美國科學(xué)院評(píng)估美國科學(xué)技術(shù)競爭力并提出建議，隨后《站在風(fēng)暴之上》問世并認(rèn)為虛擬經(jīng)濟(jì)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)具有很大風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)該將兩者進(jìn)行融合；2006年《美國競爭力計(jì)劃》發(fā)布，明確將網(wǎng)絡(luò)-實(shí)體融合系統(tǒng)(CPS)列為美國國家科研核心課題；2007年美國總統(tǒng)科學(xué)技術(shù)顧問委員會(huì)（PCAST）在《挑戰(zhàn)下的領(lǐng)先——競爭世界中的信息技術(shù)研發(fā)》報(bào)告中列出了8大關(guān)鍵信息技術(shù)，其中CPS位列首位；2011年美國GE發(fā)布《工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)——打破智慧與機(jī)器的邊界》；2012年和2014年美國先后成立“CPS技術(shù)發(fā)展顧問委員會(huì)”與數(shù)字化制造與設(shè)計(jì)創(chuàng)新（DMDI）聯(lián)盟，大力推動(dòng)CPS技術(shù)在制造、國防、醫(yī)療、運(yùn)輸、航空、能源、環(huán)保、社區(qū)服務(wù)和公共服務(wù)等多個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展與應(yīng)用。截至目前，為了應(yīng)對智能化時(shí)代的到來，美國正在國家的各個(gè)領(lǐng)域構(gòu)建智能CPS社區(qū)，以應(yīng)對智能時(shí)代的挑戰(zhàn)，保證國家的領(lǐng)先性。

目前，中國、德國和美國等主要制造業(yè)大國都分別通過《中國制造2025》、《德國工業(yè)4.0》、《美國白宮DMDI振興計(jì)劃》，明確了CPS核心技術(shù)體系在各自國家戰(zhàn)略中的位置。

CPS又與工業(yè)大數(shù)據(jù)、PHM（故障預(yù)測與健康管理）并稱為工業(yè)云的三大核心技術(shù)。工業(yè)云是培育工業(yè)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)生態(tài)和帶動(dòng)制造業(yè)服務(wù)化轉(zhuǎn)型的重要基礎(chǔ)，是未來先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展中實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)和智能制造的信息中樞，它能解決降低運(yùn)營成本、提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)量、改善企業(yè)服務(wù)等問題，并在節(jié)約成本、產(chǎn)生巨大產(chǎn)值空間、推動(dòng)智能制造發(fā)展等方面具有重要的價(jià)值和作用。當(dāng)前，全球工業(yè)和信息技術(shù)領(lǐng)先企業(yè)都在加緊布局工業(yè)云領(lǐng)域、搶占先進(jìn)制造業(yè)云平臺(tái)和產(chǎn)業(yè)生態(tài)的制高點(diǎn)。西門子工業(yè)云MindSphere、GE工業(yè)云Predix、菲尼克斯工業(yè)云ProfiCloud、亞馬遜工業(yè)云AWS IoT平臺(tái)、KUKA 和Infosys聯(lián)合開發(fā)的工業(yè)4.0云平臺(tái)等各類工業(yè)云服務(wù)平臺(tái)層出不窮、各有特點(diǎn)。僅美國GE公司1家單位，通過應(yīng)用工業(yè)云服務(wù)技術(shù)，2016年就已節(jié)約生產(chǎn)成本5億美元（預(yù)計(jì)2020年將達(dá)到10億美元），其Predix工業(yè)云在2015年已實(shí)現(xiàn)50億美元的收入，2016年預(yù)計(jì)將達(dá)到60億美元。由此可以看出，以CPS應(yīng)用為核心的工業(yè)云服務(wù)在未來將是一個(gè)產(chǎn)值巨大的新興產(chǎn)業(yè)。

CPS與工業(yè)云在我國船舶工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)踐

中國船舶工業(yè)集團(tuán)公司聯(lián)合美國國家科學(xué)基金會(huì)IMS中心，成立了我國船舶領(lǐng)域第一個(gè)以智能化技術(shù)為研究方向的產(chǎn)學(xué)研合作機(jī)構(gòu)“海洋裝備信息智能管理與應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新中心”（以下簡稱“中心”）,針對大數(shù)據(jù)時(shí)代的智能船舶發(fā)展方向，按照“1個(gè)集成信息平臺(tái)+N個(gè)定制化船岸智能應(yīng)用”模式，聯(lián)合英國勞氏、歐洲MeteoGroup、招商輪船、福建省政府、舟山市政府、沈陽大數(shù)據(jù)局等多個(gè)行業(yè)企業(yè)、省市政府共同進(jìn)行CPS與工業(yè)云在海洋工程領(lǐng)域的應(yīng)用研究，開展了五位一體的“海云工程”體系實(shí)踐和“以終為始”的體系推廣，重點(diǎn)實(shí)施了船舶智能化（智能膠囊）、工業(yè)數(shù)據(jù)分析（CPS云平臺(tái)）、岸基智能化（智能服務(wù)）三大核心實(shí)踐，成功通過智能膠囊實(shí)現(xiàn)了裝備智能化并依托CPS平臺(tái)面向各個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)單位提供智能服務(wù)。

在對外交流合作方面，中心與多位世界頂級(jí)專家深度合作，實(shí)地走訪調(diào)研波音、GE、豐田等多家世界工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用核心企業(yè)，不斷深化了解“以用戶使用終端的應(yīng)用為牽引”的CPS技術(shù)應(yīng)用核心本質(zhì)以及智能化產(chǎn)品與服務(wù)應(yīng)用的發(fā)展趨勢。

在核心技術(shù)方面，中心結(jié)合我國船舶特點(diǎn)，通過系統(tǒng)性學(xué)習(xí)CPS相關(guān)技術(shù)和參與美國CPS工程項(xiàng)目實(shí)踐，突破了綜合數(shù)據(jù)智能采集與融合技術(shù)、輕量化傳輸技術(shù)、復(fù)雜多維度數(shù)據(jù)化建模技術(shù)、多層次多方向綜合分析技術(shù)、多任務(wù)多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化技術(shù)等多項(xiàng)CPS核心應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，自主開發(fā)出3個(gè)方向、6大類180余種算法，初步構(gòu)建起以CPS技術(shù)為核心的技術(shù)譜系，并在SOMS應(yīng)用體系中得以驗(yàn)證，目前其已開展SOMS系統(tǒng)應(yīng)用的裝備類型涵蓋軍、警、民三大領(lǐng)域。

此外，中心還出版工業(yè)大數(shù)據(jù)專著，參與組建了中國首個(gè)工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用聯(lián)盟，以國際合作方式推出智能船舶規(guī)范，并即將完成全球第一批智能船舶符號(hào)的申請，這些工作都對國內(nèi)CPS與工業(yè)云的應(yīng)用和發(fā)展產(chǎn)生了積極的社會(huì)影響和行業(yè)影響。

CPS未來發(fā)展的重點(diǎn)和方向

根據(jù)《中國制造2025》的明確要求，國防、航空航天、海洋裝備、工業(yè)自動(dòng)化、健康/醫(yī)療設(shè)備、重大基礎(chǔ)設(shè)施等方向?qū)⒊蔀榻窈驝PS的主要工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。其中，船舶工業(yè)領(lǐng)域?qū)⒁劳蠧PS核心技術(shù)體系，開展智能裝備、綜合數(shù)據(jù)分析與信息服務(wù)、智能運(yùn)營信息服務(wù)三大工程建設(shè)，構(gòu)建 “智能裝備+CPS云平臺(tái)+智能服務(wù)”的一體化創(chuàng)新模式，形成全要素的數(shù)據(jù)感知能力、多維度的數(shù)據(jù)分析與信息服務(wù)能力以及客制化的運(yùn)營服務(wù)能力。

未來推動(dòng)CPS發(fā)展的工作重點(diǎn)主要集中在技術(shù)、應(yīng)用、能力和人才四個(gè)方面。

1、技術(shù)方面，積極深化工業(yè)大數(shù)據(jù)、PHM、CPS等三大關(guān)鍵技術(shù)在涉海領(lǐng)域的研究；

2、應(yīng)用方面，面向涉海領(lǐng)域，以“產(chǎn)品+服務(wù)”的運(yùn)營模式，開展工業(yè)云服務(wù)的創(chuàng)新模式探索，并展開規(guī)?；闹悄苎b備與智能服務(wù)應(yīng)用；

3、能力方面，開展工業(yè)大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)、CPS知識(shí)平臺(tái)、工業(yè)云服務(wù)體系等核心平臺(tái)的應(yīng)用建設(shè)和推廣；

4、人才方面，加大人才培養(yǎng)力度在領(lǐng)域?qū)＜摇?shù)據(jù)科學(xué)家、產(chǎn)品服務(wù)設(shè)計(jì)師、軟件工程師等方面打造核心人才隊(duì)伍，積極探索留住人才的創(chuàng)新機(jī)制。

可以預(yù)見，即將到來的智能化時(shí)代的競爭格局是跨界競爭，死守傳統(tǒng)和放棄主業(yè)都沒有未來，融合創(chuàng)新才是最終勝出的關(guān)鍵。