工信部白皮書(shū)解讀CPS：兩化深度融合綜合技術(shù)體系

3月1日，工信部信軟司指導(dǎo)中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院，聯(lián)合國(guó)內(nèi)相關(guān)單位編撰發(fā)布的《信息物理系統(tǒng)白皮書(shū)（2017）》，對(duì)信息物理系統(tǒng)（CPS）的技術(shù)內(nèi)涵做了全面歸納與系統(tǒng)闡釋。

支撐兩化深度融合的一套綜合技術(shù)體系

當(dāng)前，面對(duì)搶占新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革競(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn)的新形勢(shì)，面對(duì)“以加快新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合為主線，以推進(jìn)智能制造為主攻方向”的戰(zhàn)略方針，面對(duì)從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變的戰(zhàn)略任務(wù)，迫切需要構(gòu)建支撐兩化深度融合的技術(shù)體系。

信息物理系統(tǒng)通過(guò)集成先進(jìn)的信息通信和自動(dòng)控制等技術(shù)，構(gòu)建了物理空間與信息空間中人、機(jī)、物、環(huán)境、信息等要素相互映射、適時(shí)交互、高效協(xié)同的復(fù)雜系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)資源配置和運(yùn)行的按需響應(yīng)、快速迭代、動(dòng)態(tài)優(yōu)化。

CPS的定義是通過(guò)集成先進(jìn)的感知、計(jì)算、通信、控制等信息技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)，構(gòu)建了物理空間與信息空間中人、機(jī)、物、環(huán)境、信息等要素相互映射、適時(shí)交互、高效協(xié)同的復(fù)雜系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)資源配置和運(yùn)行的按需響應(yīng)、快速迭代、動(dòng)態(tài)優(yōu)化。

CPS的目標(biāo)是資源優(yōu)化配置，其技術(shù)特征包括：數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、軟件定義、泛在連接、虛實(shí)映射、異構(gòu)集成、系統(tǒng)自治。在智能設(shè)計(jì)、智能生產(chǎn)、智能服務(wù)、智能應(yīng)用等環(huán)節(jié)有著豐富的應(yīng)用場(chǎng)景。其在生產(chǎn)制造中的層次由分單元級(jí)、系統(tǒng)級(jí)、系統(tǒng)之系統(tǒng)級(jí)等。

可以看出，信息物理系統(tǒng)是工業(yè)和信息技術(shù)范疇內(nèi)跨學(xué)科、跨領(lǐng)域、跨平臺(tái)的綜合技術(shù)體系所構(gòu)成的系統(tǒng)，能夠?qū)⒏兄⒂?jì)算、通信、控制等信息技術(shù)與設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)、裝備等工業(yè)技術(shù)融合，能夠?qū)⑽锢韺?shí)體、生產(chǎn)環(huán)境和制造過(guò)程精準(zhǔn)映射到虛擬空間并進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋，能夠作用于生產(chǎn)制造全過(guò)程、全產(chǎn)業(yè)鏈、產(chǎn)品全生命周期，能夠從單元級(jí)、系統(tǒng)級(jí)到系統(tǒng)之系統(tǒng)（SoS）級(jí)不斷深化，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)生產(chǎn)范式的重構(gòu)。從新一輪產(chǎn)業(yè)變革的全局出發(fā)，結(jié)合多年來(lái)推動(dòng)兩化融合的實(shí)踐，白皮書(shū)認(rèn)為，信息物理系統(tǒng)是支撐信息化和工業(yè)化深度融合的綜合技術(shù)體系。

核心要素：“一硬、一軟、一網(wǎng)、一平臺(tái)”

美、歐、德相關(guān)研究機(jī)構(gòu)或科研項(xiàng)目對(duì)信息物理系統(tǒng)的概念、定義不盡相同，但總體來(lái)看，其本質(zhì)就是構(gòu)建一套賽博（Cyber）空間與物理（Physical）空間之間基于數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)的狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、科學(xué)決策、精準(zhǔn)執(zhí)行的閉環(huán)賦能體系，解決生產(chǎn)制造、應(yīng)用服務(wù)過(guò)程中的復(fù)雜性和不確定性問(wèn)題，提高資源配置效率，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化。狀態(tài)感知就是通過(guò)各種各樣的傳感器感知物質(zhì)世界的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)分析就是通過(guò)工業(yè)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、信息、知識(shí)的轉(zhuǎn)化，科學(xué)決策就是通過(guò)大數(shù)據(jù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的流動(dòng)與知識(shí)的分享，精準(zhǔn)執(zhí)行就是通過(guò)控制器、執(zhí)行器等機(jī)械硬件實(shí)現(xiàn)對(duì)決策的反饋?lái)憫?yīng)，這一切都依賴于一個(gè)實(shí)時(shí)、可靠、安全的網(wǎng)絡(luò)。我們可以把這一閉環(huán)賦能體系概括為“一硬”（感知和自動(dòng)控制）、“一軟”（工業(yè)軟件）、“一網(wǎng)”（工業(yè)網(wǎng)絡(luò)）、“一平臺(tái)”（工業(yè)云和智能服務(wù)平臺(tái)），即“新四基”?！靶滤幕迸c中國(guó)制造2025提出的“四基”（核心基礎(chǔ)零部件、先進(jìn)基礎(chǔ)工藝、關(guān)鍵基礎(chǔ)材料和產(chǎn)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)）共同構(gòu)筑了制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)之基。

本質(zhì)：數(shù)據(jù)在兩大空間閉環(huán)流動(dòng)

CPS的本質(zhì)是構(gòu)建一套信息空間與物理空間之間基于數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)的狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、科學(xué)決策、精準(zhǔn)執(zhí)行的閉環(huán)賦能體系，解決生產(chǎn)制造、應(yīng)用服務(wù)過(guò)程中的復(fù)雜性和不確定性問(wèn)題，提高資源配置效率，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化。

感知和自動(dòng)控制是數(shù)據(jù)閉環(huán)流動(dòng)的起點(diǎn)和終點(diǎn)。感知的本質(zhì)是物理世界的數(shù)字化。工業(yè)軟件是算法的代碼化，是對(duì)工業(yè)知識(shí)、技術(shù)積累和經(jīng)驗(yàn)體系的載體，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的核心。工業(yè)軟件定義了信息物理系統(tǒng)，其本質(zhì)是要打造數(shù)據(jù)流動(dòng)的閉環(huán)與規(guī)則體系，應(yīng)對(duì)制造系統(tǒng)的不確定性，實(shí)現(xiàn)制造資源的高效配置。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)是連接工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)和工業(yè)產(chǎn)品各要素的信息網(wǎng)絡(luò)，主要用于支撐工業(yè)數(shù)據(jù)的采集交換、集成處理、建模分析和反饋執(zhí)行，是支撐數(shù)據(jù)流動(dòng)的通道。物質(zhì)（機(jī)械、如導(dǎo)線）連接、能量（物理場(chǎng)、如傳感器）連接、信息（數(shù)字、如比特）連接乃至意識(shí)（生物場(chǎng)，如思維）連接，為打造萬(wàn)物互聯(lián)的世界提供了基礎(chǔ)和前提。工業(yè)云和智能服務(wù)平臺(tái)是高度集成、開(kāi)放和共享的數(shù)據(jù)集散中心、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心、數(shù)據(jù)分析中心和數(shù)據(jù)共享中心，基于工業(yè)云服務(wù)平臺(tái)推動(dòng)專業(yè)軟件庫(kù)、應(yīng)用模型庫(kù)、產(chǎn)品知識(shí)庫(kù)、測(cè)試評(píng)估庫(kù)、案例專家?guī)斓然A(chǔ)數(shù)據(jù)和工具的開(kāi)發(fā)集成與開(kāi)放共享。這將帶來(lái)產(chǎn)品、機(jī)器、人、業(yè)務(wù)從封閉走向開(kāi)放，從獨(dú)立走向系統(tǒng)，將重組客戶、供應(yīng)商、銷售商以及企業(yè)內(nèi)部組織的關(guān)系，重構(gòu)生產(chǎn)體系中信息流、產(chǎn)品流、資金流的運(yùn)行模式，重建新的產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈和競(jìng)爭(zhēng)格局。（來(lái)源：中國(guó)信息產(chǎn)業(yè)網(wǎng)）