院士刘经南：时空位置服务在工业4.0时代的应用

　　工业4.0是互联网和服务应用引起的制造业升级换代。工业4.0和工业3.0的区别在于：工业3.0是高度的自动化，采用中央控制的方式，不灵活;工业4.0是柔性的，是可变的，分布式的控制，可以通过分散的自组织的操作，自组织的自适应的智能化的这么一个制造业的效果。

　　物联网服务和信息物理融合服务我们叫做CPS，实现业务自组织和流程的优化，完全由大规模的生产向大规模的模式转变，是工业4.0的共同的标志。德国是一个工业化的国家，已经完成了工业3.0，具有强大的技术基础，可以直接实施工业4.0。所以它直接瞄准智能制造，绿色制造和精准制造。而中国是2.0、3.0、4.0同处在工业化之中，要实现高效管理领域的跨越式的发展，解决制造业的创新能力，产品质量和工业基础一系列的矛盾和问题，更复杂，任务更艰巨。

　　CPS是什么?

　　CPS和物联网非常接近，它是更内核本质的东西，通过计算和控制技术有机的融合和深度的协同，实现大型工厂系统实时的动态的感知，精确的调控和信息服务的管理系统。使物理系统能精确通讯，能远程操作。

　　CPS系统本身就是人机物的融合计算，国内把CPS叫做人机物的融合系统。未来计算和物理单元更紧密的结合，使之精确化、效能、可靠性、可用性，在任何的时间，都可以连续的使用。

　　CPS还能使物理对象通过云计算和互联网提供更好的服务。工业4.0时代的智能制造，本质是基于物联网和CPS实现智能的管理和智能控制。核心是实现自配置，自组织，自修复，自检测，这些都是智能化里面的功能，满足用户定制的需求。其关键点是CPS网人机物的位置，因为自组织的位置是不确定是变化的，是柔性的，所以通讯服务和计算，还要实现实时的感知，精确的控制和智能的控制都和时间、位置有关。

　　所以有体现了导航、位置服务在这个单元里的作用，包括有很多的关键的技术。CPS里面还有移动信息服务技术，深入到每一个产品零件和制造的整个的过程，所以面向智慧工厂的APP商店是我们普及的形式。实现和世界的智能控制，在家庭中的利用已经实现。信息技术网络的再一个例子就是我们的汽车——它就是一个移动服务的技术，具有很多的网络来提供汽车的移动服务。汽车本身是靠软件来定义的一种运动载体，就好像是手机也是靠软件来定义的移动通话工具，汽车是靠移动和网络来移动的代步工具。

　　工业4.0的核心是智能制造，首先是需要有感知和控制的挑战。以车联网为例，现在要对车况感知，路况感知，车与车之间互联，车与路之间实现互联，所以需要时时相应处理的信息，可以用智能车辆的分析，可以进行实时的控制，从而保证行车的安全。

　　通过信息的融合，信息识别，来识别更贴合环境和状态的辅助驾驶系统，逐步的实现自动驾驶或者是无人驾驶。其关键是靠智能控制，这也是为什么现在研究辅助驾驶和自动驾驶很热的一个根本原因?仍以车联网为例，说明智能制造面对的技术挑战，主要是传感技术的挑战。车况的感知，驾驶员身体状态的感知，服务技术的挑战也很重要，有广大数据的分析，还有主动安全，没有发生事故之前，就可以自动的识别安全信息。还有智能控制系统，将来上亿辆的汽车，都要实现在路上的优化控制技术、车路协同技术等，都是和时空位置有关的技术。

　　如果现代的工厂不实现互联网的思维的话，就会变成只能生产基本的东西，就是变成代工厂。就好像是奔驰工厂还是以机械为主的话，你就变成了奔驰的代工厂。智能制造还可以向业态来挑战。

　　北斗和GPS哪些能力?

　　北斗现在是区域的阶段，正要走向全球的阶段，现在是4颗星，预计到2025年未来将有35颗星，有4个服务，有针对政府和部队的，再是可以提供精确度，具有通讯功能，发汉字的短消息。它的服务精度目前优于10米，比GPS要好(20纳秒)，增加天气的信号，能够达到米级和纳米级的精度。

　　要实现精确的GPS网络的控制，就有两种不同的网络和区域。一种是公益性的服务，比如是国防的，公安的，应急的，还有一种是大众生活质量提高的，那可能是增值服务。

　　仍以车联网为例，我们现在可以提供米级，分米级的服务，用在不同的定位上，现在大家用的嘀嘀打车，到了附近二个还要通话，一个在马路的左边，一个在马路的右边，精度就只有十米左右，如果到了米级的话，两个人完全可以看见，还有分米级的，将来智能驾驶，无人驾驶就是厘米级的。

　　那么，精准的时间位置对物联网和信息物联网络到底是什么关系?这是一个很大的概念上的变化。现在的物联网或者是互联网是一个虚拟的空间，它只有IP地址，我们要把这些IP地址变成空间的地址，就好像是我们街道的坐标一样。怎么样变?我们的一个建议就是让北斗DNS这些时空传感器装到物联网和GPS的关键结点，包括路由网关，提供精确的位置。这样就可以得到结点间的信息传递速度，而且结点速度是相对的。未来就使CPS可计算和可控制，可发现。

　　工业4.0和中国制造2025都提到了CPS，实现精确时空位置控制和智能控制的一个标准，今后精确的时间位置感知越来越小，将会成为物联网CPS的标准部件。

　　基于北斗卫星导航系统和GPS的兼容，我们构建来自全国的精确的时间精度，提供长久的时空位置的服务能力，可以为全球的物联网和CPS的融合，一方面是融合在一起，一方面自主的精确的控制，奠定很高的基础。