深度解读工业4.0核心信息物理融合系统CPS

　　【中国智能制造网 学术论文】德国人提出的工业4.0中，CPS居核心地位。它是赛博物理系统的缩写。CPS是一个包含计算、网络和物理实体的复杂系统，通过3C技术的有机融合与深度协作，通过人机交互接口实现和物理进程的交互，使赛博空间以远程、可靠、实时、安全、智能化、协作的方式操控一个物理实体。因此，国内理在把它简单地译成“信息物理系统”是极不准确。本文将论述它内涵的沿革。

需我们注意的是，CPS是智能制造系统的骨干与支撑，即是如此，智能的含义比CPS要丰富得多。智能是人类一种深刻的本质，而CPS则不过人的智能在制造领域中的实现载体，它的出现，是人类智能的革命与外化。

诚如笔者参与撰写的《三体智能革命》所阐述的那样：智能本质是一切生命系统对自然规律的感应、认知与运用。人造系统是具有相互联接的元件和运作所组成的实现某种功能的事物的集合。元件由各种人造物理材料或天然材料制成，运作由人根据需求来设定。

任何人造系统都是为了实现预先设定的某种功能而构建的，目的是服务于人，满足人的需求和意愿。遂人愿，知人意，是一个智能系统必须遵循和满足的另一个基本原则。

而人造智能是人造系统所具有的一种模仿、拓展和超越人类智能的能力。如果人造系统能够像人一样具有一定的认知能力，即有感知、会分析、自决策、善动作，并且在分析与决策过程中善于运用知识，同时学习、积累乃至创造知识，就称其具有某种人造智能。本书定义的人造智能，包含了所有由人开发和建立的人造系统的智能，例如人工智能、认知计算、黑暗森林、互联网大脑等。

某国内百科网站介绍：从感觉到记忆到思维这一过程，称为“智慧”，智慧的结果就产生了行为和语言，将行为和语言的表达过程称为“能力”，两者合称“智能”。而某国外百科网站则指出：智能一种非常普遍的心智能力，除其他事项外，涉及到推理、规划、解决问题、抽象思维、理解复杂的思想、快速学习和从经验中学习的认知能力。中外两个内容网站给出的结论非常类似。默认的事情是，它们所说的智能，都是指人的智能，而非人造系统的智能。人类在几十万年不断的劳动进化过程中，在对自然界持续的认知过程中，已经发展出了发达的大脑，具有了与生俱来的智能，处于了地球生物链的顶端。我们把人所具有的智能叫作人类智能。

具有不同程度人造智能的系统都可以称之为智能系统。诸如智能制造、智能生产、智能设备、智能产品、智能材料、智能工艺、智能家居、智能硬件等“智能XX”，都属于智能系统中的一个子集。

《三体智能革命》提出，一个开放的智能系统必备五个特征：状态感知、实时分析、自主决策、执行、学习提升。这可以看作是作者的二十字箴言。因此，一个完整的智能系统：始于感知，精于计算，巧于决策，勤于执行，善于学习。

在论述CPS前，说了这么多“智能”的特征，似乎有些跑题。然而我们必须明白，智能才是人的本质力量，而CPS只不过是它的一种形式。智能才是本源，CPS则是它的新实现形式。

限于篇幅，本文未能对CPS展开深入全面的论述。如果想真正了解CPS的精义，阅读《三体智能革命》是一件绕不过去的事情。

CPS的沿革
　　
在范围内，无论是德国工业4.0，还是美国工业互联网，以及“中国制造2025”等等提法很多；尽管各不相同，但是相同的提法是智能制造和CPS，我们就来分析解剖这两个名词。而谈到智能制造体系，CPS是一个始终无法回避的概念。现在国内把CPS译成“信息管理系统”，这种译法虽然简易，但并不确切，因其没有对Cyber进行认真的分析和正确的理解。

1926尼古拉·特斯拉在“远程自动化”中讲到：“当无线被应用时，我们的地球将会变成一个大脑，事实上就是通过仪器我们能实现一些惊人的事情就如同像现在我们使用电话一样，比如一个人可以将任何东西放在他的口袋里。”

1948诺伯特?维纳“控制论”中援引了希腊语单词“Kubernetes”，“Kubernetes”其原意是“的神”，因为希腊是航海大国，不可预测的海上风浪经常会引起翻船事故，为保佑船只和人的安全，古希腊人引用“的神”这个词作为舵手）。在此基础上创造了“Cybernetics”词，意思为控制。

1961年，美国人查尔斯?德雷珀研制的“阿波罗制导计算机”是世界是个嵌入式系统。1967年，美国国防部预研局在连接几台不同的大型计算机，开发通讯协议时提出了“赛博空间”的概念，它是互联网的前身。1988美国人马克?威瑟提出“无处不在的计算”。上世纪90年代初互联网的快速普及；到1999年艾什顿?凯文提出“物联网”概念。