CPS （下）

CPS系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展雖然是必然趨勢(shì)，但是很多的技術(shù)問(wèn)題仍然存在，并將在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里困擾并阻礙CPS系統(tǒng)的接受和普及。

繼上期討論C P S在汽車(chē)領(lǐng)域的“作為”之后，這期將介紹CPS給制造業(yè)、電力行業(yè)帶來(lái)的改變，并闡述C PS未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

在制造業(yè)，以往單一的生產(chǎn)流程，固化的生產(chǎn)線，將被個(gè)性化的、可定制的智能動(dòng)態(tài)生產(chǎn)流程所替代。以往生產(chǎn)流程的目的是自動(dòng)化、大批量的生產(chǎn)單一產(chǎn)品或組件，產(chǎn)量越高，單位成本越低。在Smart Manufacturing工廠里，將不再有過(guò)量的庫(kù)存，生產(chǎn)線也不是固定的，而是根據(jù)客戶(hù)的即時(shí)需求及時(shí)自動(dòng)配置。在智慧工廠中，機(jī)器群組將自我組織，供應(yīng)鏈將自動(dòng)相互協(xié)調(diào)，待制品將與生產(chǎn)線反饋狀態(tài)。

基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的S m a r t Manufacturing將對(duì)于企業(yè)應(yīng)用垂直架構(gòu)進(jìn)行橫向打通和縱向協(xié)作。C R M的客戶(hù)要求可以自動(dòng)轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)規(guī)格，生產(chǎn)規(guī)格可以自動(dòng)轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)流程，生產(chǎn)流程可以用來(lái)重新配置工廠的智能機(jī)械，而且從ERP系統(tǒng)指揮并調(diào)度供應(yīng)鏈提供零部件，來(lái)達(dá)到完全個(gè)性化生產(chǎn)的目的。

而提起電網(wǎng)，人們往往會(huì)想到大型水力或火力發(fā)電站，把發(fā)出的電能通過(guò)星型連接的高壓電網(wǎng)輸送到千家萬(wàn)戶(hù)。這種單向傳輸?shù)男切徒Y(jié)構(gòu)的電網(wǎng)可靠性低，傳輸線路的故障、用電高峰、雷擊等，都有可能造成電網(wǎng)故障而使部分區(qū)域中斷供電。智能電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是網(wǎng)狀的，當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，可以通過(guò)另外的供電線路繼續(xù)供電。而且，智能電網(wǎng)是雙向的，可以在末端節(jié)點(diǎn)接入太陽(yáng)能板，風(fēng)力發(fā)電機(jī)等可再生能源，甚至把過(guò)剩的能源輸送回電網(wǎng)中去。將來(lái)的智能電表不僅能自動(dòng)測(cè)量每月的用電量，并且能夠感知用電高峰，通知冰箱等電器延緩啟動(dòng)以避開(kāi)用電高峰，并可以把太陽(yáng)能板等個(gè)人發(fā)電設(shè)備發(fā)出來(lái)的電在用電高峰時(shí)以高價(jià)位“售”回電網(wǎng)。

智能電網(wǎng)在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)設(shè)有安全裝置，一旦某處有雷擊、故障或電壓波動(dòng)，其沖擊將被局限在局部。目前很多國(guó)家和地區(qū)都開(kāi)啟了智能電網(wǎng)計(jì)劃，例如美國(guó)的Grid2030、Intelligrid等。

C P S系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展雖然是必然趨勢(shì)，但是很多的技術(shù)問(wèn)題仍然存在，并將在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里困擾并阻礙CPS系統(tǒng)的接受和普及。

●可靠性 Dependability

CPS系統(tǒng)的故障或暫時(shí)失效很可能是災(zāi)難性的，甚至直接威脅人身安全，因?yàn)镃PS的智能芯片直接控制物理系統(tǒng)。CPS芯片的軟件崩潰或宕機(jī)，很可能造成整個(gè)物理系統(tǒng)失去控制。想象一下，如果正在高速公路上自動(dòng)駕駛的汽車(chē)C P S系統(tǒng)失效，如果沒(méi)有緊急應(yīng)對(duì)措施，那么車(chē)上的乘客以及其他臨近車(chē)輛的乘客生命將受到威脅。CPS系統(tǒng)的可靠性以及故障安全將是一個(gè)熱門(mén)的課題。

●安全性 Security

C PS系統(tǒng)接入互聯(lián)網(wǎng)后，必然將會(huì)有黑客想方設(shè)法突破C P S的防線，來(lái)控制C P S系統(tǒng)。試想，如果黑客侵入互聯(lián)網(wǎng)，充其量只能盜取或破壞數(shù)據(jù)，造成經(jīng)濟(jì)損失。而黑客侵入CPS系統(tǒng)，無(wú)論是家居、汽車(chē)、電網(wǎng)、機(jī)器人、生產(chǎn)線、武器裝備等，那么其威脅將遠(yuǎn)大于純粹的經(jīng)濟(jì)損失。

●CPS系統(tǒng)模型

CPS系統(tǒng)往往是幾個(gè)本來(lái)就極其復(fù)雜的系統(tǒng)的集成，并有可靠性、安全性、高效性和實(shí)時(shí)性的要求，所以對(duì)于CPS系統(tǒng)的建模和模擬也相應(yīng)復(fù)雜，對(duì)于系統(tǒng)正確性的評(píng)估也相應(yīng)困難。

C P S的發(fā)展將給人類(lèi)的生活帶來(lái)翻天覆地的變化。在不久的將來(lái)，自動(dòng)駕駛汽車(chē)將成為主流。而且，在公路上行駛的車(chē)輛之間會(huì)自動(dòng)通信，來(lái)互相感知各自的距離，并自動(dòng)防止或規(guī)避事故。機(jī)器人技術(shù)將趨向普及，并且可以做到通過(guò)人體的神經(jīng)信號(hào)來(lái)控制假肢甚至整個(gè)機(jī)器人。Touch Bionics公司研制的假肢，可以做到拾起紙杯、開(kāi)鎖、操縱智能手機(jī)等精細(xì)的工作。

有一天，甚至“鋼鐵俠”電影中的飛行盔甲，或“終結(jié)者”中的機(jī)器人，或是“機(jī)器戰(zhàn)警”中的Murphy，都可能變成現(xiàn)實(shí)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器和人的深度融合。在一個(gè)個(gè)的C P S產(chǎn)品中，我們可以看到人的輸入在減少，機(jī)器的自主性在增加。也許有一天，機(jī)器做決定的時(shí)候已經(jīng)不需要人了。那么，人的命運(yùn)將何去何從呢？