院士劉經(jīng)南：時(shí)空位置服務(wù)在工業(yè)4.0時(shí)代的應(yīng)用

　　工業(yè)4.0是互聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)應(yīng)用引起的制造業(yè)升級(jí)換代。工業(yè)4.0和工業(yè)3.0的區(qū)別在于：工業(yè)3.0是高度的自動(dòng)化，采用中央控制的方式，不靈活;工業(yè)4.0是柔性的，是可變的，分布式的控制，可以通過分散的自組織的操作，自組織的自適應(yīng)的智能化的這么一個(gè)制造業(yè)的效果。

　　物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)和信息物理融合服務(wù)我們叫做CPS，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)自組織和流程的優(yōu)化，完全由大規(guī)模的生產(chǎn)向大規(guī)模的模式轉(zhuǎn)變，是工業(yè)4.0的共同的標(biāo)志。德國是一個(gè)工業(yè)化的國家，已經(jīng)完成了工業(yè)3.0，具有強(qiáng)大的技術(shù)基礎(chǔ)，可以直接實(shí)施工業(yè)4.0。所以它直接瞄準(zhǔn)智能制造，綠色制造和精準(zhǔn)制造。而中國是2.0、3.0、4.0同處在工業(yè)化之中，要實(shí)現(xiàn)高效管理領(lǐng)域的跨越式的發(fā)展，解決制造業(yè)的創(chuàng)新能力，產(chǎn)品質(zhì)量和工業(yè)基礎(chǔ)一系列的矛盾和問題，更復(fù)雜，任務(wù)更艱巨。

　　CPS是什么?

　　CPS和物聯(lián)網(wǎng)非常接近，它是更內(nèi)核本質(zhì)的東西，通過計(jì)算和控制技術(shù)有機(jī)的融合和深度的協(xié)同，實(shí)現(xiàn)大型工廠系統(tǒng)實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)的感知，精確的調(diào)控和信息服務(wù)的管理系統(tǒng)。使物理系統(tǒng)能精確通訊，能遠(yuǎn)程操作。

　　CPS系統(tǒng)本身就是人機(jī)物的融合計(jì)算，國內(nèi)把CPS叫做人機(jī)物的融合系統(tǒng)。未來計(jì)算和物理單元更緊密的結(jié)合，使之精確化、效能、可靠性、可用性，在任何的時(shí)間，都可以連續(xù)的使用。

　　CPS還能使物理對象通過云計(jì)算和互聯(lián)網(wǎng)提供更好的服務(wù)。工業(yè)4.0時(shí)代的智能制造，本質(zhì)是基于物聯(lián)網(wǎng)和CPS實(shí)現(xiàn)智能的管理和智能控制。核心是實(shí)現(xiàn)自配置，自組織，自修復(fù)，自檢測，這些都是智能化里面的功能，滿足用戶定制的需求。其關(guān)鍵點(diǎn)是CPS網(wǎng)人機(jī)物的位置，因?yàn)樽越M織的位置是不確定是變化的，是柔性的，所以通訊服務(wù)和計(jì)算，還要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的感知，精確的控制和智能的控制都和時(shí)間、位置有關(guān)。

　　所以有體現(xiàn)了導(dǎo)航、位置服務(wù)在這個(gè)單元里的作用，包括有很多的關(guān)鍵的技術(shù)。CPS里面還有移動(dòng)信息服務(wù)技術(shù)，深入到每一個(gè)產(chǎn)品零件和制造的整個(gè)的過程，所以面向智慧工廠的APP商店是我們普及的形式。實(shí)現(xiàn)和世界的智能控制，在家庭中的利用已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。信息技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的再一個(gè)例子就是我們的汽車——它就是一個(gè)移動(dòng)服務(wù)的技術(shù)，具有很多的網(wǎng)絡(luò)來提供汽車的移動(dòng)服務(wù)。汽車本身是靠軟件來定義的一種運(yùn)動(dòng)載體，就好像是手機(jī)也是靠軟件來定義的移動(dòng)通話工具，汽車是靠移動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)來移動(dòng)的代步工具。

　　工業(yè)4.0的核心是智能制造，首先是需要有感知和控制的挑戰(zhàn)。以車聯(lián)網(wǎng)為例，現(xiàn)在要對車況感知，路況感知，車與車之間互聯(lián)，車與路之間實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，所以需要時(shí)時(shí)相應(yīng)處理的信息，可以用智能車輛的分析，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，從而保證行車的安全。

　　通過信息的融合，信息識(shí)別，來識(shí)別更貼合環(huán)境和狀態(tài)的輔助駕駛系統(tǒng)，逐步的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛或者是無人駕駛。其關(guān)鍵是靠智能控制，這也是為什么現(xiàn)在研究輔助駕駛和自動(dòng)駕駛很熱的一個(gè)根本原因?仍以車聯(lián)網(wǎng)為例，說明智能制造面對的技術(shù)挑戰(zhàn)，主要是傳感技術(shù)的挑戰(zhàn)。車況的感知，駕駛員身體狀態(tài)的感知，服務(wù)技術(shù)的挑戰(zhàn)也很重要，有廣大數(shù)據(jù)的分析，還有主動(dòng)安全，沒有發(fā)生事故之前，就可以自動(dòng)的識(shí)別安全信息。還有智能控制系統(tǒng)，將來上億輛的汽車，都要實(shí)現(xiàn)在路上的優(yōu)化控制技術(shù)、車路協(xié)同技術(shù)等，都是和時(shí)空位置有關(guān)的技術(shù)。

　　如果現(xiàn)代的工廠不實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)的思維的話，就會(huì)變成只能生產(chǎn)基本的東西，就是變成代工廠。就好像是奔馳工廠還是以機(jī)械為主的話，你就變成了奔馳的代工廠。智能制造還可以向業(yè)態(tài)來挑戰(zhàn)。

　　北斗和GPS哪些能力?

　　北斗現(xiàn)在是區(qū)域的階段，正要走向全球的階段，現(xiàn)在是4顆星，預(yù)計(jì)到2025年未來將有35顆星，有4個(gè)服務(wù)，有針對政府和部隊(duì)的，再是可以提供精確度，具有通訊功能，發(fā)漢字的短消息。它的服務(wù)精度目前優(yōu)于10米，比GPS要好(20納秒)，增加天氣的信號(hào)，能夠達(dá)到米級(jí)和納米級(jí)的精度。

　　要實(shí)現(xiàn)精確的GPS網(wǎng)絡(luò)的控制，就有兩種不同的網(wǎng)絡(luò)和區(qū)域。一種是公益性的服務(wù)，比如是國防的，公安的，應(yīng)急的，還有一種是大眾生活質(zhì)量提高的，那可能是增值服務(wù)。

　　仍以車聯(lián)網(wǎng)為例，我們現(xiàn)在可以提供米級(jí)，分米級(jí)的服務(wù)，用在不同的定位上，現(xiàn)在大家用的嘀嘀打車，到了附近二個(gè)還要通話，一個(gè)在馬路的左邊，一個(gè)在馬路的右邊，精度就只有十米左右，如果到了米級(jí)的話，兩個(gè)人完全可以看見，還有分米級(jí)的，將來智能駕駛，無人駕駛就是厘米級(jí)的。

　　那么，精準(zhǔn)的時(shí)間位置對物聯(lián)網(wǎng)和信息物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)到底是什么關(guān)系?這是一個(gè)很大的概念上的變化?，F(xiàn)在的物聯(lián)網(wǎng)或者是互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)虛擬的空間，它只有IP地址，我們要把這些IP地址變成空間的地址，就好像是我們街道的坐標(biāo)一樣。怎么樣變?我們的一個(gè)建議就是讓北斗DNS這些時(shí)空傳感器裝到物聯(lián)網(wǎng)和GPS的關(guān)鍵結(jié)點(diǎn)，包括路由網(wǎng)關(guān)，提供精確的位置。這樣就可以得到結(jié)點(diǎn)間的信息傳遞速度，而且結(jié)點(diǎn)速度是相對的。未來就使CPS可計(jì)算和可控制，可發(fā)現(xiàn)。

　　工業(yè)4.0和中國制造2025都提到了CPS，實(shí)現(xiàn)精確時(shí)空位置控制和智能控制的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，今后精確的時(shí)間位置感知越來越小，將會(huì)成為物聯(lián)網(wǎng)CPS的標(biāo)準(zhǔn)部件。

　　基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和GPS的兼容，我們構(gòu)建來自全國的精確的時(shí)間精度，提供長久的時(shí)空位置的服務(wù)能力，可以為全球的物聯(lián)網(wǎng)和CPS的融合，一方面是融合在一起，一方面自主的精確的控制，奠定很高的基礎(chǔ)。