◎李杰

信息化的發(fā)展，在加速了經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、軍事和教育等各領(lǐng)域的發(fā)展與增值的同時(shí)，也使越來(lái)越多的數(shù)據(jù)和信息變成“垃圾”被存儲(chǔ)、傳輸，造成信息量的增速遠(yuǎn)大于其所產(chǎn)生價(jià)值的增速，或者信息貶值，沒(méi)有被充分地挖掘與利用。在需求與現(xiàn)狀逐漸不匹配的大背景下，以網(wǎng)絡(luò)實(shí)體融合系統(tǒng)（CPS）技術(shù)為突破的智能化工業(yè)革命，即第四次工業(yè)革命，已經(jīng)被世界各國(guó)推到了臺(tái)前。智能化時(shí)代最本質(zhì)的目標(biāo)在于站在信息化時(shí)代的基礎(chǔ)上，通過(guò)創(chuàng)新智能化技術(shù)應(yīng)用，將數(shù)據(jù)和信息進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為知識(shí)和價(jià)值，解決當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的高效率、個(gè)性化和定制化等需求與矛盾。

我國(guó)機(jī)械化、電氣化、自動(dòng)化和信息化的發(fā)展已經(jīng)躋身世界裝備制造和使用大國(guó)行列。這表明，在當(dāng)前這個(gè)世界智能科技革命轉(zhuǎn)折時(shí)期，我國(guó)具備了良好的發(fā)展基礎(chǔ)，牢牢抓住智能化技術(shù)革命的發(fā)展契機(jī)，是我國(guó)打開(kāi)知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代新局面的一把金鑰匙。

動(dòng)力：智能化是將知識(shí)由生產(chǎn)要素轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的核心動(dòng)力

近十年，關(guān)于智能化的探討從未停息。智能化是什么，智能化有什么用等一直是大家思考和熱議的問(wèn)題。從字面上可知，智能化是一種對(duì)感官的描述，直觀(guān)來(lái)說(shuō)就是用“物的智慧”來(lái)替代“人的智慧”。從各行業(yè)的實(shí)踐中可以看出，智能化是站在信息化的基礎(chǔ)上，借助數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘等創(chuàng)新的智能化技術(shù)，從已有的數(shù)據(jù)和信息基礎(chǔ)中提煉出有價(jià)值的知識(shí)，并通過(guò)在各領(lǐng)域中的應(yīng)用來(lái)創(chuàng)造出更多的價(jià)值，即智能化是“數(shù)據(jù)-信息-知識(shí)-價(jià)值”的轉(zhuǎn)變過(guò)程。在這個(gè)轉(zhuǎn)變過(guò)程中，數(shù)據(jù)和信息是信息時(shí)代的產(chǎn)物，知識(shí)和價(jià)值才是智能化時(shí)代的關(guān)鍵。因此，智能化的本質(zhì)是通過(guò)對(duì)知識(shí)的挖掘、積累、組織和應(yīng)用，來(lái)實(shí)現(xiàn)知識(shí)的成長(zhǎng)與增值，這個(gè)過(guò)程可稱(chēng)為“知識(shí)化”。

智能化是知識(shí)化的應(yīng)用與表征，知識(shí)化是智能化的本質(zhì)與內(nèi)涵。當(dāng)“知識(shí)化”與裝備相結(jié)合，就形成了智能裝備；當(dāng)“知識(shí)化”與城市、工廠(chǎng)、社區(qū)相結(jié)合，就形成了智慧城市、智慧工廠(chǎng)、智慧社區(qū)……由此可見(jiàn)，智能化是通過(guò)知識(shí)化的創(chuàng)新應(yīng)用，將知識(shí)切切實(shí)實(shí)地轉(zhuǎn)化為社會(huì)生產(chǎn)力，進(jìn)而帶動(dòng)整個(gè)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和軍事等各領(lǐng)域的轉(zhuǎn)型與發(fā)展。

核心：CPS是實(shí)現(xiàn)智能化的重要手段

知識(shí)并不是獨(dú)立存在的，它需要存在于某種“知識(shí)體”中，且知識(shí)體決定了知識(shí)應(yīng)用的效率和價(jià)值。智能化時(shí)代之前的知識(shí)載體是人，而在智能化時(shí)代，我們開(kāi)始讓“物”學(xué)會(huì)像人一樣能夠自主地發(fā)現(xiàn)知識(shí)、理解知識(shí)和應(yīng)用知識(shí)，即將知識(shí)從人的大腦、人的經(jīng)驗(yàn)等傳統(tǒng)載體中，轉(zhuǎn)移到具有更強(qiáng)可操作性和想象空間的機(jī)器和計(jì)算機(jī)等載體中，并在其中實(shí)現(xiàn)知識(shí)的挖掘、積累、組織和應(yīng)用等成長(zhǎng)與增值行為，從而實(shí)現(xiàn)靈活的、標(biāo)準(zhǔn)化的和規(guī)?；闹R(shí)應(yīng)用，提升知識(shí)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的效率與能力。

為了實(shí)現(xiàn)知識(shí)在載體間的轉(zhuǎn)移，就必須讓機(jī)器載體具備和人一樣的產(chǎn)生知識(shí)的智慧，這需要具備四個(gè)重要的能力：一是感知能力，即具有能夠感知外部世界、獲取外部信息的能力，這是產(chǎn)生智能活動(dòng)的前提條件和必要條件。二是記憶和思維能力，即能夠存儲(chǔ)感知到的外部信息及由思維產(chǎn)生的知識(shí)，同時(shí)能夠利用知識(shí)對(duì)信息進(jìn)行分析、計(jì)算、比較、判斷、聯(lián)想和決策。三是學(xué)習(xí)能力和自適應(yīng)能力，即通過(guò)與環(huán)境的相互作用，不斷學(xué)習(xí)積累知識(shí)，使自己的知識(shí)和能力不斷增長(zhǎng)，來(lái)適應(yīng)環(huán)境變化。四是行為決策能力，即對(duì)外界的刺激作出反應(yīng)，形成決策并傳達(dá)相應(yīng)的信息。而這與CPS的概念與特征完全一致，即CPS正是通過(guò)“自感知-自記憶-自認(rèn)知-自決策-自重構(gòu)”的核心能力以及“5C”技術(shù)體系的應(yīng)用，達(dá)成 “賽博空間”與“實(shí)體空間”融合的“物的智慧”，并成為實(shí)現(xiàn)智能化的重要手段；這也使得CPS的發(fā)展與落地，將在我國(guó)的工業(yè)轉(zhuǎn)型與智能化發(fā)展中獲得難得的應(yīng)用機(jī)會(huì)。

傳承：讓知識(shí)流轉(zhuǎn)成為公共資源

知識(shí)是最核心的國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力。以前的知識(shí)主要依靠人和設(shè)備傳承，主要體現(xiàn)在一個(gè)國(guó)家有多少頂尖的科學(xué)家，產(chǎn)業(yè)工人的素質(zhì)和技術(shù)水平的高低，能夠制造別人無(wú)法制造的裝備，以及擁有先進(jìn)的控制器和工業(yè)軟件技術(shù)。但是這些傳統(tǒng)的由知識(shí)形成生產(chǎn)力的方式正面臨著挑戰(zhàn)，最核心的問(wèn)題是知識(shí)的傳承性和流轉(zhuǎn)的效率。CPS的核心價(jià)值是將知識(shí)數(shù)字化，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)使知識(shí)高效地流轉(zhuǎn)和規(guī)?；胤?wù)于用戶(hù)。CPS在與人的交互過(guò)程中可以幫助人去獲取知識(shí)，也可以激發(fā)人的創(chuàng)造力去產(chǎn)生新的知識(shí)。進(jìn)入智能化時(shí)代后，知識(shí)除了用科學(xué)的方式去概括和傳承外，還多了數(shù)字化建模這一新手段。而數(shù)字化建模方式則離不開(kāi)大量的數(shù)據(jù)和豐富的使用場(chǎng)景，知識(shí)的流轉(zhuǎn)和服務(wù)效率也需要建立在龐大的用戶(hù)和開(kāi)發(fā)者群體基礎(chǔ)上，這將是我國(guó)在智能化時(shí)代實(shí)現(xiàn)彎道超車(chē)的機(jī)會(huì)。通過(guò)建立數(shù)字化城市、工業(yè)知識(shí)平臺(tái)和知識(shí)服務(wù)平臺(tái)，使歷史和經(jīng)驗(yàn)得以傳承，使知識(shí)成為創(chuàng)造居民福祉的公共資源，這是CPS的另一功用。

機(jī)會(huì)：符合工業(yè)轉(zhuǎn)型的CPS應(yīng)用

CPS的出現(xiàn)以及逐漸應(yīng)用，為當(dāng)前裝備制造性能方面并不占優(yōu)的我國(guó)工業(yè)，提供了從裝備使用端與最終用戶(hù)端出發(fā)進(jìn)行工業(yè)轉(zhuǎn)型、促進(jìn)工業(yè)智能化進(jìn)程，并產(chǎn)生新工業(yè)價(jià)值的極佳機(jī)會(huì)，而CPS的工業(yè)應(yīng)用也將逐步符合智能工業(yè)發(fā)展需求。

1.裝備智能化新能力

作為世界工業(yè)品的“生產(chǎn)大國(guó)”和“使用大國(guó)”，工業(yè)品的性能指標(biāo)先進(jìn)性已經(jīng)不是用戶(hù)最關(guān)心的問(wèn)題。從終端用戶(hù)來(lái)看，其更看重的是能夠更好地使用、維護(hù)和管理所獲得的工業(yè)裝備，以最小代價(jià)獲得利益甚至產(chǎn)生新的價(jià)值，由此，對(duì)裝備狀態(tài)的定量化了解和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的精確掌握，是用戶(hù)更為關(guān)心的問(wèn)題。那么，CPS技術(shù)的有效應(yīng)用，可以有效實(shí)現(xiàn)裝備自主的自省性、自預(yù)測(cè)性和自比較性，以此來(lái)提升國(guó)產(chǎn)裝備在使用階段的可使用性，并可極大地增強(qiáng)我國(guó)裝備在世界市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，克服我國(guó)裝備業(yè)在經(jīng)驗(yàn)和先驗(yàn)知識(shí)上與傳統(tǒng)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì)。

2.企業(yè)管理新途徑

新型工業(yè)企業(yè)管理過(guò)程就是做到管理中多角色、多環(huán)節(jié)和多層級(jí)決策活動(dòng)的多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化，以運(yùn)營(yíng)管理的安全、經(jīng)濟(jì)和高效為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)管理的智能化。而CPS在賽博空間中對(duì)于個(gè)體、群體、活動(dòng)、環(huán)境以及推演的過(guò)程正是解決企業(yè)管理中認(rèn)知與決策能力有效提升的關(guān)鍵問(wèn)題，且其核心目標(biāo)正是在于實(shí)現(xiàn)“視情”的無(wú)憂(yōu)（worry-free）管理，即做到視情運(yùn)維與精確管理，通過(guò)裝備狀態(tài)的有效掌握和企業(yè)活動(dòng)的有效認(rèn)識(shí)，推動(dòng)企業(yè)管理的視情化，包括一站式信息服務(wù)、層次化活動(dòng)協(xié)同、經(jīng)濟(jì)/安全/高效使用裝備等，解決人的認(rèn)知能力在智能制造和智能使用管理與控制活動(dòng)中的束縛與制約，提升企業(yè)精細(xì)、高效和敏捷的管理能力。

3.業(yè)態(tài)融合和轉(zhuǎn)型發(fā)展新思路

工業(yè)門(mén)類(lèi)齊全、產(chǎn)業(yè)上下游貫通是我國(guó)工業(yè)體系最大的優(yōu)勢(shì)，但是，傳統(tǒng)的利益模式和經(jīng)營(yíng)模式使得這個(gè)優(yōu)勢(shì)并沒(méi)有很好地發(fā)揮出綜合效能，而以CPS體系構(gòu)建為紐帶，貫穿從最小控制/管理單元到工業(yè)裝備再到上下游產(chǎn)業(yè)鏈乃至全區(qū)域生態(tài)鏈的層級(jí)式應(yīng)用，并通過(guò)工業(yè)體系知識(shí)的形成、分享與利用的規(guī)?；梢源偈剐纬苫贑PS的“共享經(jīng)濟(jì)”產(chǎn)業(yè)；亦可嘗試實(shí)現(xiàn)制造業(yè)從產(chǎn)品生產(chǎn)者向經(jīng)營(yíng)過(guò)程服務(wù)者的轉(zhuǎn)型，構(gòu)建制造業(yè)與用戶(hù)經(jīng)營(yíng)目標(biāo)和價(jià)值實(shí)現(xiàn)的共享與共擔(dān)，從利益的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系變成利益同盟關(guān)系，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)力的再釋放，從而以綜合國(guó)力參與全球競(jìng)爭(zhēng)。在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，新的工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)將從精細(xì)化分工和充分競(jìng)爭(zhēng)的方式逐漸轉(zhuǎn)變成為充分合作的新工業(yè)價(jià)值體系。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將打破傳統(tǒng)大型企業(yè)的市場(chǎng)壁壘，使得更多小型公司甚至個(gè)人充分參與到創(chuàng)值服務(wù)的生態(tài)中，與大型企業(yè)更加平等地競(jìng)爭(zhēng)。產(chǎn)業(yè)生態(tài)的融合將不再是以幾個(gè)巨頭企業(yè)為核心的金字塔式結(jié)構(gòu)，而是更加平面和深度地相互滲透。我們也看到如GE等傳統(tǒng)巨頭企業(yè)開(kāi)始意識(shí)到這個(gè)趨勢(shì)，將自己的能力和知識(shí)釋放出來(lái)，為廣大的開(kāi)發(fā)者提供企業(yè)知識(shí)服務(wù)平臺(tái)，并將這些知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)以數(shù)字化的形式保存下來(lái)。所以像Predix這樣的平臺(tái)未來(lái)會(huì)越用越有價(jià)值。

如總部位于山東省的中國(guó)中車(chē)青島四方機(jī)車(chē)車(chē)輛股份有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)中車(chē)青島四方），是中國(guó)最大的高速動(dòng)車(chē)組整車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)商之一。作為中國(guó)中車(chē)股份有限公司的核心企業(yè)，其軌道交通車(chē)輛生產(chǎn)產(chǎn)品出口超過(guò)20個(gè)國(guó)家和地區(qū)，研制的“復(fù)興號(hào)”動(dòng)車(chē)組在京滬高鐵實(shí)現(xiàn)時(shí)速350公里運(yùn)營(yíng)，使我國(guó)成為世界上高鐵商業(yè)運(yùn)營(yíng)速度最快的國(guó)家。

中國(guó)中車(chē)于2016年啟動(dòng)了科研計(jì)劃重大專(zhuān)項(xiàng)《軌道交通裝備故障預(yù)測(cè)與健康管理技術(shù)研究及應(yīng)用》研究，其中中車(chē)青島四方承擔(dān)了動(dòng)車(chē)組子課題的研究及應(yīng)用，目的是通過(guò)研發(fā)動(dòng)車(chē)組車(chē)載故障預(yù)測(cè)與健康管理（PHM）系統(tǒng)對(duì)車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行診斷、預(yù)警和預(yù)測(cè)，避免影響車(chē)輛運(yùn)行安全的重大問(wèn)題發(fā)生，從而提高車(chē)輛運(yùn)行安全性；通過(guò)研究動(dòng)車(chē)組的檢修方式向狀態(tài)維修、預(yù)測(cè)性維修轉(zhuǎn)變，降低運(yùn)維成本，增強(qiáng)企業(yè)服務(wù)能力，從而提高車(chē)輛運(yùn)維經(jīng)濟(jì)性。

軸箱軸承是高速列車(chē)裝備核心關(guān)鍵部件之一，是動(dòng)車(chē)組的關(guān)鍵旋轉(zhuǎn)部件，軸箱軸承處于健康狀態(tài)是動(dòng)車(chē)組運(yùn)行安全的重要保障。傳統(tǒng)的維護(hù)方式是工程師基于部件的不同維護(hù)方案，手動(dòng)檢查軸箱軸承的各個(gè)細(xì)部，若發(fā)現(xiàn)表面出現(xiàn)磨損，則更換該軸承。由于工程師無(wú)法預(yù)測(cè)部件的剩余使用壽命，導(dǎo)致維護(hù)成本較高。

中車(chē)青島四方希望通過(guò)開(kāi)發(fā)出PHM系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控列車(chē)的健康狀況，以確保其平穩(wěn)、安全和高效運(yùn)營(yíng)。實(shí)踐中，通過(guò)車(chē)載PHM系統(tǒng)進(jìn)行高速采集數(shù)據(jù)，用邊緣計(jì)算技術(shù)將數(shù)據(jù)處理成有效的信息，傳輸?shù)降孛嬷行?，用?hù)可以運(yùn)用模式識(shí)別算法等實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)采集方案配置，并且可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)軸箱軸承故障的診斷、預(yù)測(cè)及健康管理。

軸箱軸承PHM的率先實(shí)施僅僅是一個(gè)點(diǎn)，之后，將由點(diǎn)及面、逐步向前，對(duì)車(chē)輛的安全性能、動(dòng)力性能和整車(chē)的運(yùn)行性能、安全舒適度進(jìn)行實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，根據(jù)這些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、車(chē)體系統(tǒng)和門(mén)系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)，由此每年節(jié)省的費(fèi)用將十分可觀(guān)?；贑PS架構(gòu)的實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)及預(yù)測(cè)性維護(hù)解決方案，將為中車(chē)實(shí)現(xiàn)更加智能化的理想提供堅(jiān)實(shí)的保障，助力中國(guó)中車(chē)成為以軌道交通裝備為核心，全球領(lǐng)先、跨國(guó)經(jīng)營(yíng)的一流企業(yè)集團(tuán)，打造節(jié)能、環(huán)保、高性?xún)r(jià)比的列車(chē)，為乘客提供更安全、更綠色、更愉快的乘車(chē)體驗(yàn)。