知识经济与CPS在智慧海洋中的应用与实践

+ 邱伯华 中船工业海洋智能技术中心主任

知识经济与CPS在智慧海洋中的应用与实践

+ 邱伯华 中船工业海洋智能技术中心主任

知识经济与两化融合发展

随着人类社会从自然经济、农业经济、工业经济阶段发展到信息经济和知识经济阶段，人类技术从机械化、电气化、信息化逐步发展到智能化时代，经济的价值正在逐步从传统要素端向知识端转移，知识已成为创新驱动新经济的核心生产要素，知识经济必定是未来适应智能化时代创新驱动发展的唯一道路。

国家战略转型的首选

当前，我们作为中等收入国家正面临着日益严峻的经济危机风险，要想平稳渡过“中等收入陷阱”时期，并在未来向更高的发展蓝图迈进，我们必须实施国家战略转型，以知识经济为新经济增长点，以“两化融合”为推动知识经济发展的行动纲领，以CPS（网络实体融合系统）为推动知识经济发展与智能化革命的重要手段，以智能化技术革命和创新驱动来推动产业提升，塑造高效型经济发展模式，逐步摆脱廉价、模仿型的要素驱动和投资驱动的传统经济增长模式，拉动国家可持续发展。

美国为了解决虚拟经济与实体经济的矛盾，推动了以知识为纽带的CPS的广泛应用。中国同样需要以CPS的应用和发展为核心纽带，推动代表虚拟经济的信息化与代表实体经济的工业化的深度融合，在更大的范围、更细的行业、更广的领域、更高的层次、更深的应用、更多的智能方面实现彼此交融，以便科学地实现国家经济的可持续发展。

工业云服务

CPS并非单一的信息化概念，其实质是网络与实体的完整融合体系，能够有效融合虚拟经济和实体经济。典型代表就是美国GE公司在2011年提出的工业互联网，它确定了未来装备制造业智能服务转型的路线图。按照其设想，当智能设备、智能分析、智能决策这三大要素与机器、整机、机群和群组网络整合在一起的时候，工业互联网的全部潜能将会完全体现出来，同时生产率提高、成本降低和废物排放的减少所带来的益处也将带动整个产业链与工业经济发展。而这一切都将直接催生工业云服务这个新形态。

在工业云服务中，如果工业互联网能够节省行业1%的运维费用，那么工业互联网在不同领域中连续使用15年所产生的价值将相当可观。比如在航空领域，每节省1%的燃油将产生300亿美元的直接经济效益。依照上述价值评估计算模式，则工业互联网所带来的信息化服务仅在运维成本优化方面就将实现32.3万亿美元的效益。根据有关报告预测，到2025年，工业云服务这个新兴业态带动或直接相关的产业将达到82万亿美元的产值规模，约占世界总产值的一半。

CPS和工业云是未来重要发展方向

智能的标准是用物的智慧来解决人的智慧，它要求智能体感知可控，且以认知取代原始数据存取。而CPS的本质是通过“自感知-自记忆-自认知-自决策-自重构”的核心能力，达成“物的网络-实体空间融合”的人工智能体系，实现“物的智慧”。因此，我们可以认为智能工业革命中的CPS是用于实现“物的智慧”的核心体系，它以实体经济为主导、信息技术为核心，着重构建知识平台和“以终为始”的应用体系，最终形成基于CPS的自成长知识经济体系，并实现和达到以“物的智慧”来解决“人的智慧”这样的高技术标准。

最早认识到CPS重要性的是美国。危机意识强烈的美国，早在2005年互联网经济发展很好的时候就要求美国科学院评估美国科学技术竞争力并提出建议，随后《站在风暴之上》问世并认为虚拟经济与实体经济具有很大风险，应该将两者进行融合；2006年《美国竞争力计划》发布，明确将网络-实体融合系统(CPS)列为美国国家科研核心课题；2007年美国总统科学技术顾问委员会（PCAST）在《挑战下的领先——竞争世界中的信息技术研发》报告中列出了8大关键信息技术，其中CPS位列首位；2011年美国GE发布《工业物联网——打破智慧与机器的边界》；2012年和2014年美国先后成立“CPS技术发展顾问委员会”与数字化制造与设计创新（DMDI）联盟，大力推动CPS技术在制造、国防、医疗、运输、航空、能源、环保、社区服务和公共服务等多个领域的发展与应用。截至目前，为了应对智能化时代的到来，美国正在国家的各个领域构建智能CPS社区，以应对智能时代的挑战，保证国家的领先性。

目前，中国、德国和美国等主要制造业大国都分别通过《中国制造2025》、《德国工业4.0》、《美国白宫DMDI振兴计划》，明确了CPS核心技术体系在各自国家战略中的位置。

CPS又与工业大数据、PHM（故障预测与健康管理）并称为工业云的三大核心技术。工业云是培育工业大数据产业生态和带动制造业服务化转型的重要基础，是未来先进制造业发展中实现工业互联和智能制造的信息中枢，它能解决降低运营成本、提高生产效率和产量、改善企业服务等问题，并在节约成本、产生巨大产值空间、推动智能制造发展等方面具有重要的价值和作用。当前，全球工业和信息技术领先企业都在加紧布局工业云领域、抢占先进制造业云平台和产业生态的制高点。西门子工业云MindSphere、GE工业云Predix、菲尼克斯工业云ProfiCloud、亚马逊工业云AWS IoT平台、KUKA 和Infosys联合开发的工业4.0云平台等各类工业云服务平台层出不穷、各有特点。仅美国GE公司1家单位，通过应用工业云服务技术，2016年就已节约生产成本5亿美元（预计2020年将达到10亿美元），其Predix工业云在2015年已实现50亿美元的收入，2016年预计将达到60亿美元。由此可以看出，以CPS应用为核心的工业云服务在未来将是一个产值巨大的新兴产业。

CPS与工业云在我国船舶工业领域的实践

中国船舶工业集团公司联合美国国家科学基金会IMS中心，成立了我国船舶领域第一个以智能化技术为研究方向的产学研合作机构“海洋装备信息智能管理与应用技术创新中心”（以下简称“中心”）,针对大数据时代的智能船舶发展方向，按照“1个集成信息平台+N个定制化船岸智能应用”模式，联合英国劳氏、欧洲MeteoGroup、招商轮船、福建省政府、舟山市政府、沈阳大数据局等多个行业企业、省市政府共同进行CPS与工业云在海洋工程领域的应用研究，开展了五位一体的“海云工程”体系实践和“以终为始”的体系推广，重点实施了船舶智能化（智能胶囊）、工业数据分析（CPS云平台）、岸基智能化（智能服务）三大核心实践，成功通过智能胶囊实现了装备智能化并依托CPS平台面向各个产业链相关单位提供智能服务。

在对外交流合作方面，中心与多位世界顶级专家深度合作，实地走访调研波音、GE、丰田等多家世界工业大数据应用核心企业，不断深化了解“以用户使用终端的应用为牵引”的CPS技术应用核心本质以及智能化产品与服务应用的发展趋势。

在核心技术方面，中心结合我国船舶特点，通过系统性学习CPS相关技术和参与美国CPS工程项目实践，突破了综合数据智能采集与融合技术、轻量化传输技术、复杂多维度数据化建模技术、多层次多方向综合分析技术、多任务多目标协同优化技术等多项CPS核心应用关键技术，自主开发出3个方向、6大类180余种算法，初步构建起以CPS技术为核心的技术谱系，并在SOMS应用体系中得以验证，目前其已开展SOMS系统应用的装备类型涵盖军、警、民三大领域。

此外，中心还出版工业大数据专著，参与组建了中国首个工业大数据应用联盟，以国际合作方式推出智能船舶规范，并即将完成全球第一批智能船舶符号的申请，这些工作都对国内CPS与工业云的应用和发展产生了积极的社会影响和行业影响。

CPS未来发展的重点和方向

根据《中国制造2025》的明确要求，国防、航空航天、海洋装备、工业自动化、健康/医疗设备、重大基础设施等方向将成为今后CPS的主要工业应用领域。其中，船舶工业领域将依托CPS核心技术体系，开展智能装备、综合数据分析与信息服务、智能运营信息服务三大工程建设，构建 “智能装备+CPS云平台+智能服务”的一体化创新模式，形成全要素的数据感知能力、多维度的数据分析与信息服务能力以及客制化的运营服务能力。

未来推动CPS发展的工作重点主要集中在技术、应用、能力和人才四个方面。

1、技术方面，积极深化工业大数据、PHM、CPS等三大关键技术在涉海领域的研究；

2、应用方面，面向涉海领域，以“产品+服务”的运营模式，开展工业云服务的创新模式探索，并展开规模化的智能装备与智能服务应用；

3、能力方面，开展工业大数据分析平台、CPS知识平台、工业云服务体系等核心平台的应用建设和推广；

4、人才方面，加大人才培养力度在领域专家、数据科学家、产品服务设计师、软件工程师等方面打造核心人才队伍，积极探索留住人才的创新机制。

可以预见，即将到来的智能化时代的竞争格局是跨界竞争，死守传统和放弃主业都没有未来，融合创新才是最终胜出的关键。