引言
信息物理系統共性技術測試床由中國信息通信研究院牽頭，聯合海爾、中興、樹根互聯、歐姆龍、西北工業大學等產學研單位共同建設。重點圍繞離散行業生產模擬環境，開展機床、機器人、檢測設備、物流設備等數據采集、數字化建模、雙胞胎構建等，實現生產制造過程的三維可視化監測，探索開展基于數字雙胞胎、大數據算法的優化，以及北京、上海的網絡化協同。
一、關鍵詞
基于北京實驗室和上海實驗室，開展啞設備數據采集、信息物理系統數字雙胞胎、柔性產線重構、數據智能、網絡化協同等共性關鍵技術的測試驗證。
啞設備改造、數字雙胞胎、網絡化協同
二、測試床項目概述
1. 概述及該測試床目標
信息物理系統是目前工業互聯網研究的前沿領域，是驅動傳統行業智能化轉型的核心技術集群和戰略聚焦點，工業4.0、先進制造戰略的內在驅動均是信息物理系統。
當前，工業生產面臨諸多問題：設備數據、生產數據采集集成問題；產線、流程、工藝固化問題；海量產品數據的分析問題等。現有的技術處理起來有較大難度，例如：底層設備數據不開放，導致數據采集無法實現；系統異構性明顯，導致系統集成效果不佳；產線編排靈活性低，新產品換線需要多次調試；工業數據技術應用有限，缺少結合工業機理的算法模型；網絡可靠性低，系統間數據存儲管理的統一標準缺失，導致網絡協同應用水平較淺等。
信息物理系統的應用將為上述問題提供一條有效的解決途徑：通過數字雙胞胎技術，疊加各類傳感器、板卡，采集啞設備運轉各類數據，并形成設備運行、診斷模型；通過產線柔性可重構技術，實現異構系統集成，并采用柔性連接和軟件配置的方式實現產線布局快速調整，流程和工藝快速切換等。信息物理系統共性技術測試床選取離散行業機加工流程，配置常見的工業設備和信息系統，搭建工業網絡環境，開展信息物理系統各項技術的測試驗證。
信息物理系統共性技術測試床根據工業領域對信息物理系統共性技術、關鍵產品、解決方案試驗驗證需求的考慮，擬在北京與上海兩地同步建設，一方面，可以結合本地的特色產業，擴大本平臺的輻射范圍，提高影響力和知名度；另一方面，異地環境能夠更好的模擬網絡化協同制造的實際需求，提高本平臺的試驗驗證的準確性和真實性。
2. 目標
打造信息物理系統關鍵技術創新與解決方案孵化的開放創新平臺，為工業企業開展信息物理系統共性關鍵技術和新模式研究提供一個通用的試驗環境，降低企業采用新技術的風險，推進不同企業解決方案的適配測試，加快新技術、新模式跨地域、跨行業的推廣，形成一批切實可行的信息物理系統解決方案，并促進企業間的交流、合作，提升我國信息物理系統研究水平和應用能力。
構建2條各具特色的離散行業生產模擬線，開發不少于5種以上設備的三維數字化模型并實現數據驅動模型，形成不少于包括機床、機器人在內的兩類設備與系統數據采集方案（啞設備改造），建設1個異地協同信息物理系統監控平臺，實現數字雙胞胎、設備智能優化、納米級產品檢測、異地網絡化協同的應用新模式。
三、測試床項目解決方案
1. 解決方案架構
結合工業互聯網產業聯盟通用實施架構1.0，信息物理系統共性技術測試驗證平臺的整體架構如下：
圖1 測試床架構及與AII工業互聯網通用實施架構1.0的對應
主要實施步驟包括：
（1）通過不同設備的資產模型建設和數據開放采集，面向設備和工藝構建認知模型，實現全三維實時診斷，構建從設備到單元的數字雙胞胎。
（2）利用生產模擬產線，構建各個單元的管理殼，實現基于軟件的模塊化設計與配置，完成系統重構。
（3）基于邊緣側-云端協作，實現數據智能。邊緣側進行數據的預處理和模型部署，云端進行數據分析算法和應用的開發，邊緣分析與云端分析結果相互迭代，實現分析模型不斷演進。
（4）利用工業互聯網平臺，突破協議兼容、數據格式轉換、數據互操作等數據集成技術瓶頸，實現多源異構數據的云端集成，實現網絡化協同設計和制造。
圖2 網絡互聯架構
信息物理系統共性技術測試床，涵蓋主流工業協議，構建多元異構設備接入和海量數據生成環境，支撐高復雜、多元異構的數據集成試驗驗證。
2. 測試床預期效果
（1）輸出新模式、實施方法論：如數字雙胞胎、網絡化協同、智能檢測等新模式實施路徑（軟硬件方案）。
（2）輸出新標準：如面向工業互聯網的移動式機器人標準、信息物理系統體系架構、工業互聯網平臺互操作標準等。
（3）輸出相關解決方案和產品：如移動式機器人創新產品、啞設備數據采集解決方案、設備預測性維護解決方案等。
（4）輸出人才培訓平臺：如開展示范教育、人才實訓、聯合創新等。
（5）應用試點推廣：面向家電、電子、汽車、裝備制造等重點行業，加速信息物理系統技術研發與應用落地，形成合作試點項目。
四、測試床當前情況
1. 測試床當前建設情況
北京部分：完成場地裝修；完成一期設備集成和數據采集，并利用仿真建模軟件對生產現場環境、關鍵設備進行三維建模，再結合設備數據開放，打造數字雙胞胎。
（1）選取離散制造業和電子設備制造業生產流程，抽取倉儲、加工、檢測、人工、裝配、包裝等有代表性的環節，并配置相應的軟硬件。
圖3 北京實驗室軟硬件規劃
（2）北京實驗室利用仿真建模軟件對生產現場環境、關鍵設備進行三維建模，再結合設備數據開放，打造數字雙胞胎。
圖4 北京實驗室數字雙胞胎
在一期建設中，對啞設備（數控機床、機器人）進行數據采集改造，采集位置、速度、狀態信息，并對機器人、機床、機柜、操作臺等生產設備和環境進行建模，所有模型做到與實物匹配。在下一步建設中，對物流設備、倉儲設備、檢測設備以及其他加工設備進行建模。
上海部分：場地裝修已經進入收尾階段，即將具備設備入場安裝調試條件；完成底層物理設備的招標采購工作，即將進行設備調試。
2. 測試床合作伙伴組成及各自提供組件描述
中國信息通信研究院：負責整體建設方案編制，開展技術試驗驗證，制定相關標準，并創新成果的孵化和行業應用推廣。
海爾集團：負責柔性產線相關技術試驗驗證，并推動行業應用推廣。
中興集團：負責產品質量檢測相關技術試驗驗證，并推動行業應用推廣。
樹根互聯：負責啞設備數據采集、網絡化協同等方面技術試驗驗證，并推動行業應用推廣。
歐姆龍：負責關鍵智能單元AGV+機械手的研發與試驗。
西北工業大學：負責虛擬仿真建模相關技術試驗驗證和相關標準研制。