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江南大學物聯(lián)網(wǎng)工程學院院長劉飛教授

劉飛，男，1965年出生，浙江大學博士，現(xiàn)為江南大學教授，博士生導師，先后擔任江南大學自動化研究所所長、通信與控制工程學院院長、物聯(lián)網(wǎng)工程學院院長、輕工過程先進控制教育部重點實驗室主任。主要從事先進控制理論及應用、工業(yè)系統(tǒng)監(jiān)控與診斷、過程工業(yè)智能裝備與控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)，是“工業(yè)感知與先進控制”江蘇高等學校優(yōu)秀科技創(chuàng)新團隊帶頭人。

編者按：

隨著“全面感知”、萬物互聯(lián)的智能時代到來，物聯(lián)網(wǎng)作為超越虛擬世界與實體世界深度融合的全新體系，成為第三次信息產(chǎn)業(yè)浪潮、第四次工業(yè)革命的核心支撐，更被視作全球經(jīng)濟增長的新引擎。據(jù)預測未來幾年內(nèi)，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接數(shù)量將會達數(shù)百億，一個全新的“萬物互聯(lián)”新世界即將到來。本期記者特別專訪了江南大學物聯(lián)網(wǎng)工程學院院長劉飛教授，與他一起暢談智能制造背景下中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展。

自動化博覽：您如何看待物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在中國的應用情況？中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)若想在未來取得更進一步的發(fā)展，需要解決哪些問題？

劉飛：物聯(lián)網(wǎng)概念緣起不是在中國，但物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用的最大推動力無疑是中國。中國政府自2009年批準無錫建設(shè)國家傳感網(wǎng)創(chuàng)新示范區(qū)，2010年將“物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)應用”明確列入要大力培育的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，“物聯(lián)網(wǎng)”或稱“傳感網(wǎng)”逐漸進入公眾視野，成為新一代信息技術(shù)的主要研究領(lǐng)域，也成為未來信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，可以預見將對人類社會產(chǎn)生深遠影響。目前物聯(lián)網(wǎng)的應用在中國獲得政府、科研院所、企業(yè)的廣泛關(guān)注和參與，圍繞物聯(lián)網(wǎng)的政策探討、技術(shù)開發(fā)、學術(shù)研究、應用示范及推廣等都極其廣泛，事實上推動了信息技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)普及和蓬勃發(fā)展。但一般認為尚未形成真正大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，究其原因，物聯(lián)網(wǎng)被用作承載眾多技術(shù)的“筐”，或與現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)重疊，或被現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)覆蓋，模糊了其核心內(nèi)涵，外延豐富以及浮躁的繁榮反而弱化了產(chǎn)業(yè)內(nèi)生的創(chuàng)新動力。

物聯(lián)網(wǎng)未來的發(fā)展應該回歸初心，專注信息世界與物理世界的融合，在器件、系統(tǒng)、服務各個層面提供無縫的協(xié)同和連接，構(gòu)建融感知、智能、傳輸、控制于一體的信息物理系統(tǒng)(Cyber Physical System, CPS)，應該在有機融合架構(gòu)下重新審視傳感器及儀表、通信與網(wǎng)絡(luò)、信息處理、人工智能、自動控制等技術(shù)，形成新的技術(shù)體系，而不是現(xiàn)有技術(shù)簡單組合。通俗地講，現(xiàn)有技術(shù)簡單組合只是實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)的表象，只有當嶄新的CPS體系結(jié)構(gòu)大大簡化、構(gòu)建成本大大降低，才是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)真正繁榮之時；當然，中國眾多的應用實踐為孕育CPS重大科學進步和原理性突破提供了可能，中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展應能走在世界前列。

自動化博覽：您認為未來中國的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將在哪些領(lǐng)域有所突破？

劉飛：在現(xiàn)有技術(shù)體系下，由互聯(lián)網(wǎng)、移動網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)和云服務、低成本傳感器等核心技術(shù)的支撐，物聯(lián)網(wǎng)在中國已經(jīng)步入迅速發(fā)展的階段。從狹義的角度看物聯(lián)網(wǎng)，一些人關(guān)注的重點是“網(wǎng)”，主要是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、協(xié)議、標準等，這方面國內(nèi)無論是研究還是應用基本處于前列，特別在無線通信技術(shù)方面，開始改變Zigbee、Wi-Fi等短距離通信的瓶頸；例如，近期基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)（Narrow Band Internet of Things, NB-IoT）就是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域一個新興的技術(shù)，其支持低功耗設(shè)備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接，覆蓋廣、功耗低、有海量連接能力、模塊成本較低，該技術(shù)的產(chǎn)品化目前還在進行中，但國內(nèi)運營商已經(jīng)在開始推動，這可能在一些垂直應用行業(yè)帶來新突破。

從廣義角度看物聯(lián)網(wǎng)，關(guān)注重點應是“物聯(lián)”，即通過信息與物理的融合實現(xiàn)物體的智能，進而物—物互連，雖然在智能處理、集成應用方面有所發(fā)展，但在各類微傳感器和執(zhí)行器、低功耗處理與傳輸?shù)确矫孢€有更廣闊的空間；在信息與物理的融合結(jié)構(gòu)（多尺度多層面）和融合理論方面尚待突破。

從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用的角度，中國在公共領(lǐng)域服務、城市管理、交通、環(huán)保、醫(yī)療、安防等民生領(lǐng)域的應用創(chuàng)新將不斷取得成效；但稍加分析可以看到，很多應用或是政府支持引導，或是互聯(lián)網(wǎng)廠商和移動運營商推動，有些應用屬于錦上添花；其實面廣量大的工業(yè)企業(yè)特別是制造業(yè)本身有競爭力提升的需求，需要雪中送炭。一直以來從氣動、電動儀表、DDC控制、DCS及現(xiàn)場總線，到MES/ERP/CIMS等系統(tǒng)，檢測、控制、管理的技術(shù)和標準不斷為企業(yè)發(fā)展服務，未來面向工業(yè)領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)突破值得期待，比如，我國學術(shù)界已提出了工業(yè)認知網(wǎng)絡(luò)、流程工業(yè)知識自動化；最近美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟發(fā)布了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)V1.8版本。

自動化博覽：在您看來推動物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要動力是？

劉飛：從國家層面推動物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，簡而言之就是大力促進信息技術(shù)向社會生活和生產(chǎn)的方方面面滲透，因此物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展就不是網(wǎng)絡(luò)或信息技術(shù)問題，而是應用驅(qū)動問題。其實我國物聯(lián)網(wǎng)概念的提出和推動，無論是面向社會管理和民生服務領(lǐng)域，還是面向工業(yè)、農(nóng)業(yè)、電力等國民經(jīng)濟領(lǐng)域，都體現(xiàn)出應用驅(qū)動、示范引領(lǐng)的特點。

現(xiàn)在隨著云計算、大數(shù)據(jù)、工業(yè)4.0、智能制造、人工智能、深度學習等新一代信息技術(shù)發(fā)展，也許有人認為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)將被替代；其實不然，物聯(lián)網(wǎng)關(guān)注的是多學科多技術(shù)的本質(zhì)融合和集成應用，上述各類新技術(shù)的發(fā)展恰恰為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供支撐和條件。應該說人類借助物聯(lián)網(wǎng)，以更加精準、智能和定制的方式生產(chǎn)和生活、工作和享受；人類拓展時空限制，向往更美好的生活，甚至讓工作變成生活的需要，正是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要動力。

自動化博覽：如今大家都在談論智能制造，您認為物聯(lián)網(wǎng)將在這場制造業(yè)變革中發(fā)揮怎樣的作用？

劉飛：我國堅持倡導的工業(yè)化與信息化“兩化融合”，實際上為現(xiàn)階段我國制造業(yè)變革指明了方向，同時也為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了充足的動力。記得幾年前國家工業(yè)部門談起物聯(lián)網(wǎng)有一種說法，就是物聯(lián)網(wǎng)更加重視物與物之間的信息，傳感器采集信息后送給傳感網(wǎng)，經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)再由計算機對這些信息進行科學計算，發(fā)出指令，通過互聯(lián)網(wǎng)和傳感網(wǎng)，再反饋到實際檢測的物理單元中，然后去控制和調(diào)整生產(chǎn)線。這就是說物聯(lián)網(wǎng)本身包含了智能制造的一些要素，如對物理單元、機器或生產(chǎn)線的實時感知、智能計算、動態(tài)反饋及調(diào)整等；因此物聯(lián)網(wǎng)可以為實施智能制造提供有力支撐。

此前國家、江蘇省及無錫市等諸多物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中，都重點提出推進智能工業(yè)、智能物流、智能電網(wǎng)等應用示范工程，也是說明物聯(lián)網(wǎng)在制造業(yè)變革中的重要作用。理想的未來一個制造工廠本身應該按照一個CPS來設(shè)計和運行；而目前對已有制造企業(yè)的改造和升級，可通過物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)與先進制造技術(shù)結(jié)合來實施，例如德國工業(yè)4.0側(cè)重離散工業(yè)領(lǐng)域，對于流程工業(yè)領(lǐng)域則有智能優(yōu)化制造的需要，這其中物聯(lián)網(wǎng)的思維、架構(gòu)和技術(shù)都將發(fā)揮作用。

自動化博覽：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應用，對自動化技術(shù)/產(chǎn)品提出了哪些新要求？

劉飛：自動化科學和技術(shù)發(fā)展伊始，即以作為對象的“物”為出發(fā)點，維納劃時代的著作《控制論——關(guān)于在動物和機器中控制和通訊的科學》，就是研究機器、動物等“物體”中控制和通訊的一般規(guī)律的科學，其思想和方法已廣泛滲透到自然科學和社會科學各領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息技術(shù)被提出，其功能目標與自動化有相似之處，由自動化技術(shù)再看物聯(lián)網(wǎng)，其“物—物”相聯(lián)的本質(zhì)也更加清晰；并且，自動化技術(shù)所包含的系統(tǒng)、決策、優(yōu)化、反饋等思想，也為物聯(lián)網(wǎng)下的各類技術(shù)集成和應用提供了方法論和工具。事實上，我國自動化學科所包含的控制理論與工程、檢測技術(shù)及裝置、系統(tǒng)工程、模式識別與智能系統(tǒng)、導航制導等方向內(nèi)容，在不同程度上體現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)感知、傳輸、智能、控制等要素。

當然，自動化不等于物聯(lián)網(wǎng)，但物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應用，借助廉價及泛在的感知、通信及計算，一方面將開拓自動化技術(shù)的新領(lǐng)域，引發(fā)新應用；在物聯(lián)網(wǎng)背景下自動化技術(shù)應能回歸本源，與人或機器深度融合，與被控對象共同構(gòu)成CPS，比如，人與物依存的可穿戴設(shè)備，基于知識自動化的生產(chǎn)等。另一方面也將帶動自動化產(chǎn)品的新發(fā)展，如檢測和執(zhí)行單元的數(shù)字化、微型化、分散化、智能化等，未來自動化技術(shù)/產(chǎn)品將是一個充滿機會的領(lǐng)域。

自動化博覽：未來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將呈現(xiàn)出怎樣的發(fā)展趨勢？您如何看物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展？

劉飛：物聯(lián)網(wǎng)的核心概念是融合，是具有計算、通信、控制、協(xié)作和自治等功能的統(tǒng)一體，其技術(shù)要點是物理進程與計算進程相互嵌入，在器件、系統(tǒng)、服務、全異網(wǎng)絡(luò)乃至控制系統(tǒng)等各個層面提供無縫的協(xié)同和連接。從理論研究方面看，相關(guān)論著發(fā)文量自2009年后開始逐步增長，到2013年以后增長明顯；未來的發(fā)展趨勢，希望逐步形成面向物聯(lián)網(wǎng)（或CPS）的新突破，比如，信息空間與物理空間的融合滲透于所有尺度和層面，信息空間中的計算、通信、控制，如何對傳統(tǒng)物理空間中的物進行定義并特性分析；需要新的模型化工具將具有時空屬性的物理空間，與離散的無時空屬性的信息空間進行關(guān)聯(lián)；物聯(lián)網(wǎng)（或CPS）運行過程中的動態(tài)自治和重組機理，人—物和物—物互動模式，以及各層面的反饋機制需要探討；傳輸、控制與網(wǎng)絡(luò)的耦合架構(gòu)，是依賴于網(wǎng)絡(luò)的控制機制設(shè)計，還是傳輸和網(wǎng)絡(luò)需要控制？從技術(shù)層面看未來的發(fā)展，一些難題或問題也將逐步解決，諸如，物聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)上是并發(fā)的，時間同步問題引起對硬件和軟件、操作系統(tǒng)和編程語言的關(guān)系的重新考慮；網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下完備的功能測試不具可能性，由此引出CPS的可預測性問題；信息空間中信息本身和傳輸處理的安全可信問題也不可回避。

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷最初的躁動期到平緩期，最近兩年增速明顯，主要原因一是物聯(lián)網(wǎng)本身特有的融合性、滲透性和擴展性決定其對其它產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的帶動作用，物聯(lián)網(wǎng)成為其它產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的觸發(fā)器和其它產(chǎn)業(yè)升級的倍增器，由此受到政府、企業(yè)和社會的重視；二是與之相關(guān)的技術(shù)發(fā)展為物聯(lián)網(wǎng)提供支撐，諸如集成電路、MEMS、移動通信、云計算、大數(shù)據(jù)、新材料等；三是經(jīng)過前幾年物聯(lián)網(wǎng)應用的摸索，企業(yè)更加務實，開始尋找到產(chǎn)業(yè)落腳點和盈利點；四是物聯(lián)網(wǎng)人才積累和培養(yǎng)正發(fā)揮作用，高校院所及企業(yè)研發(fā)人員在不斷的應用實踐中思考研究、學習提高，同時一批掌握新科技的畢業(yè)生逐步進入產(chǎn)業(yè)，以江南大學物聯(lián)網(wǎng)工程學院為例，每年就有700多本科生和近300研究生畢業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)具備持續(xù)發(fā)展的條件，未來前景廣闊。

摘自《自動化博覽》2017年3月刊