什么是CPS？数字孪生技术在工业4.0该如何应用？ThingJS

1. CPS与数字孪生的关系
2. 基于CPS的数字孪生智能设备

简介：第四次工业革命是德国人提出来的，工业4.0是基于CPS的工业革命。第一次工业革命是蒸汽机驱动的机械化，第二次工业革命是电力驱动的基于劳动分工的大批量生产，第三次工业革命是使用了电子与IT技术的更高程度的自动化，第四次工业革命则基于CPS。

更确切地说，CPS技术不是新事物。在从事嵌入式系统的工业控制行业，在从事PLC应用或基于微处理器应用的自动化行业，CPS早就存在了。只不过这一次，CPS技术成为一个必要条件，应用领域遍及农业、楼宇、能源、制造、交通运输等行业。

一、CPS与数字孪生的关系

CPS是虚实融合。“实”是指人、机、物，而“虚”则指“数字孪生”。CPS是把人、机、物互联，实体与虚拟对象双向连接，以虚控实，虚实融合，以实现敏捷性和柔性、智能生产。

CPS内涵中的虚实双向动态连接，有两个步骤，一是虚拟的实体化，如设计一件东西，先进行模拟、仿真，仿真再制作出来；二是实体的虚拟化，实体在使用、运行的过程中，把状态反映到虚拟端去，通过虚拟方式进行判断、分析、预测和优化。

CPS可以视为数据输入+数字孪生承载体+数据输出的一个有机整体，大体上与严格意义下的智能产品、智能设备等同。 技术实现上，CPS是一种通过网络或接口实时采集到物理世界对象状态数据，并作为数据孪生承载对象的输入，经过数据孪生承载对象的加工处理，将结果再通过网络或接口实时地，直接作用到物理对象上的特殊的数字孪生承载对象。

数字孪生的核心是模型和数据，但虚拟模型创建和数据分析需要专业的知识，对于不具备相关知识的人员，构建和使用数字孪生任重道远，工业互联网恰恰可以解决上述问题，通过平台实现数据分析外包、模型共享等业务。数字孪生（Digital Twin）作为物理实体的数字化影像，从设计/仿真，延伸到产品全生命周期，赋予工业互联网新的生命力。

总结一下，CPS和数字孪生都有数字形态传承，但最大的区别是，CPS提供数物融合控制，数字孪生仅仅作为物理世界的数字化映射的过程，提供模型+数据+软件。

优锘ThingJS利用在线3D引擎，可以搭建3D场景并在平台中调用JS开发交互功能，4个组件全部完成用户数据统一，轻松实现物联网3D可视化项目开发，是数字孪生在物联网行业的成功技术实践。

二、基于CPS的数字孪生智能装备

在整个的数字孪生体的建设过程当中，智能设备尤为重要。它基于CPS的技术一个实体的工厂建设，实体工厂的管理我们就有基础有数据，那我们把我们的管理的基础和数据我们变成了虚拟的工厂，我们右上角这个数字的车间就是我们实时采集数据，状态感知，虚实映射，把他们俩之间对比，对比之后下面的要把数字车间，整台设备变这个数字设备，他有数字的标签，数字的链条，数字的标准，最后反馈过来我们的管理者，我们的管理者再给他实时的进行调优监视，为他提供服务。

同样地，数字孪生的突出优点在工业领域各个阶段得到了广泛应用。

产品研发阶段

通过数字3D模型，我们可以看到汽车在运行过程中发动机内部的每一个零部件、线路、各种接头的每一次变化，从而大幅降低产品的验证工作和工期成本。

制造生产阶段

在制造生产中，建立一个生产环境的虚拟版本，用数字化方式描叙整个制造环境，在虚拟数字空间中进行设备诊断、过程模拟等仿真预测，可以有效防止现场故障、生产异常产生的严重后果。

设备维护阶段

当设备生产流水线的仿真模型搭建完成后，通过对运行数据进行连续采集和智能分析，可以预测维护工作的最佳时间点，提供维护周期的参考依据。不仅能够及时预测相应风险，同时还能做出高效迅速的反应，有效提升产品的可靠性和可用性，降低产品研发和制造风险。

随着制造业不断发展，数字孪生尽管尚未成为主流，却成为每一个数字化企业都要关注的技术。在控制生产和智慧工厂等智能制造场景应用上，工业4.0要求采用计算机行业通行的即插即用的方法，来大幅提高工厂设备、生产线等基础设施的柔性化水平。

数字孪生通过数字化方式来进行模拟、分析、预测，指导物理实体的精准运行，更大范围提升企业参与到工业4.0时代产品动态价值链的能力。