CPS是什么，與數(shù)字孿生有什么關(guān)系

第四次工業(yè)革命是德國人提出來的，工業(yè)4.0是基于CPS的工業(yè)革命。第一次工業(yè)革命是蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械化，第二次工業(yè)革命是電力驅(qū)動(dòng)的基于勞動(dòng)分工的大批量生產(chǎn)，第三次工業(yè)革命是使用了電子與IT技術(shù)的更高程度的自動(dòng)化，第四次工業(yè)革命則基于CPS。 更確切地說，CPS技術(shù)不是新事物。在從事嵌入式系統(tǒng)的工業(yè)控制行業(yè)，在從事PLC應(yīng)用或基于微處理器應(yīng)用的自動(dòng)化行業(yè)，CPS早就存在了。只不過這一次，CPS技術(shù)成為一個(gè)必要條件，應(yīng)用領(lǐng)域遍及農(nóng)業(yè)、樓宇、能源、制造、交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)。

一、CPS與數(shù)字孿生的關(guān)系

CPS是虛實(shí)融合?！皩?shí)”是指人、機(jī)、物，而“虛”則指“數(shù)字孿生”。CPS是把人、機(jī)、物互聯(lián)，實(shí)體與虛擬對(duì)象雙向連接，以虛控實(shí)，虛實(shí)融合，以實(shí)現(xiàn)敏捷性和柔性、智能生產(chǎn)。

CPS內(nèi)涵中的虛實(shí)雙向動(dòng)態(tài)連接，有兩個(gè)步驟，一是虛擬的實(shí)體化，如設(shè)計(jì)一件東西，先進(jìn)行模擬、仿真，仿真再制作出來；二是實(shí)體的虛擬化，實(shí)體在使用、運(yùn)行的過程中，把狀態(tài)反映到虛擬端去，通過虛擬方式進(jìn)行判斷、分析、預(yù)測(cè)和優(yōu)化。

CPS可以視為數(shù)據(jù)輸入+數(shù)字孿生承載體+數(shù)據(jù)輸出的一個(gè)有機(jī)整體，大體上與嚴(yán)格意義下的智能產(chǎn)品、智能設(shè)備等同。技術(shù)實(shí)現(xiàn)上，CPS是一種通過網(wǎng)絡(luò)或接口實(shí)時(shí)采集到物理世界對(duì)象狀態(tài)數(shù)據(jù)，并作為數(shù)據(jù)孿生承載對(duì)象的輸入，經(jīng)過數(shù)據(jù)孿生承載對(duì)象的加工處理，將結(jié)果再通過網(wǎng)絡(luò)或接口實(shí)時(shí)地，直接作用到物理對(duì)象上的特殊的數(shù)字孿生承載對(duì)象。

數(shù)字孿生的核心是模型和數(shù)據(jù)，但虛擬模型創(chuàng)建和數(shù)據(jù)分析需要專業(yè)的知識(shí)，對(duì)于不具備相關(guān)知識(shí)的人員，構(gòu)建和使用數(shù)字孿生任重道遠(yuǎn)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)恰恰可以解決上述問題，通過平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析外包、模型共享等業(yè)務(wù)。數(shù)字孿生（Digital Twin）作為物理實(shí)體的數(shù)字化影像，從設(shè)計(jì)/仿真，延伸到產(chǎn)品全生命周期，賦予工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)新的生命力。

總結(jié)一下，CPS和數(shù)字孿生都有數(shù)字形態(tài)傳承，但最大的區(qū)別是，CPS提供數(shù)物融合控制，數(shù)字孿生僅僅作為物理世界的數(shù)字化映射的過程，提供模型+數(shù)據(jù)+軟件。

優(yōu)锘ThingJS利用在線3D引擎，可以搭建3D場景并在平臺(tái)中調(diào)用JS開發(fā)交互功能，4個(gè)組件全部完成用戶數(shù)據(jù)統(tǒng)一，輕松實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)3D可視化項(xiàng)目開發(fā)，是數(shù)字孿生在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的成功技術(shù)實(shí)踐。

二、基于CPS的數(shù)字孿生智能裝備

在整個(gè)的數(shù)字孿生體的建設(shè)過程當(dāng)中，智能設(shè)備尤為重要。它基于CPS的技術(shù)一個(gè)實(shí)體的工廠建設(shè)，實(shí)體工廠的管理我們就有基礎(chǔ)有數(shù)據(jù)，那我們把我們的管理的基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)我們變成了虛擬的工廠，我們右上角這個(gè)數(shù)字的車間就是我們實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，狀態(tài)感知，虛實(shí)映射，把他們倆之間對(duì)比，對(duì)比之后下面的要把數(shù)字車間，整臺(tái)設(shè)備變這個(gè)數(shù)字設(shè)備，他有數(shù)字的標(biāo)簽，數(shù)字的鏈條，數(shù)字的標(biāo)準(zhǔn)，最后反饋過來我們的管理者，我們的管理者再給他實(shí)時(shí)的進(jìn)行調(diào)優(yōu)監(jiān)視，為他提供服務(wù)。

同樣地，數(shù)字孿生的突出優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)領(lǐng)域各個(gè)階段得到了廣泛應(yīng)用。

產(chǎn)品研發(fā)階段

通過數(shù)字3D模型，我們可以看到汽車在運(yùn)行過程中發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的每一個(gè)零部件、線路、各種接頭的每一次變化，從而大幅降低產(chǎn)品的驗(yàn)證工作和工期成本。

制造生產(chǎn)階段

在制造生產(chǎn)中，建立一個(gè)生產(chǎn)環(huán)境的虛擬版本，用數(shù)字化方式描敘整個(gè)制造環(huán)境，在虛擬數(shù)字空間中進(jìn)行設(shè)備診斷、過程模擬等仿真預(yù)測(cè)，可以有效防止現(xiàn)場故障、生產(chǎn)異常產(chǎn)生的嚴(yán)重后果。

設(shè)備維護(hù)階段

當(dāng)設(shè)備生產(chǎn)流水線的仿真模型搭建完成后，通過對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)采集和智能分析，可以預(yù)測(cè)維護(hù)工作的最佳時(shí)間點(diǎn)，提供維護(hù)周期的參考依據(jù)。不僅能夠及時(shí)預(yù)測(cè)相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)還能做出高效迅速的反應(yīng)，有效提升產(chǎn)品的可靠性和可用性，降低產(chǎn)品研發(fā)和制造風(fēng)險(xiǎn)。

隨著制造業(yè)不斷發(fā)展，數(shù)字孿生盡管尚未成為主流，卻成為每一個(gè)數(shù)字化企業(yè)都要關(guān)注的技術(shù)。在控制生產(chǎn)和智慧工廠等智能制造場景應(yīng)用上，工業(yè)4.0要求采用計(jì)算機(jī)行業(yè)通行的即插即用的方法，來大幅提高工廠設(shè)備、生產(chǎn)線等基礎(chǔ)設(shè)施的柔性化水平。

數(shù)字孿生通過數(shù)字化方式來進(jìn)行模擬、分析、預(yù)測(cè)，指導(dǎo)物理實(shí)體的精準(zhǔn)運(yùn)行，更大范圍提升企業(yè)參與到工業(yè)4.0時(shí)代產(chǎn)品動(dòng)態(tài)價(jià)值鏈的能力。
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