航空工業(yè)信息技術(shù)中心首席顧問　寧振波

德國“工業(yè)4.0”實(shí)際上講的就是CPS賽博物理系統(tǒng),。早在20世紀(jì)90年代，美國對(duì)CPS技術(shù)內(nèi)核就有了定義：控制,、通訊和計(jì)算,，簡(jiǎn)稱3C。我們必須正確理解智能,、智能制造系統(tǒng)和CPS的關(guān)系,。我認(rèn)為智能是人類的一種深刻本質(zhì)，一切生命系統(tǒng)對(duì)于自然規(guī)律的感應(yīng),、認(rèn)知和運(yùn)用都屬于智能范圍,。人工智能是從計(jì)算機(jī)學(xué)科發(fā)展而來的。我們?cè)谌w智能理論中,，提出一種更加寬泛的智能技術(shù)——“人造智能”,，就是去研發(fā)一套新的智能技術(shù)系統(tǒng)，具有類似人的認(rèn)知能力,，有感知,、會(huì)分析、自決策,、善動(dòng)作,，并且在分析與決策過程中善于運(yùn)用知識(shí)，同時(shí)學(xué)習(xí),、積累乃至創(chuàng)造知識(shí)的能力,，是一種模仿、拓展和超越人類智能的能力,。

人造智能系統(tǒng),，有五個(gè)典型的特征，包括狀態(tài)感知,、實(shí)時(shí)分析,、自主決策,、精準(zhǔn)執(zhí)行,，最后是學(xué)習(xí)提升。智能系統(tǒng)始于感知,、精于計(jì)算,、巧于決策,、勤于執(zhí)行、并善于學(xué)習(xí),。開放智能系統(tǒng)均具有以上五個(gè)典型的智能特征,，也是業(yè)內(nèi)基本認(rèn)可并廣為流傳的“20字箴言”。 

《三體智能革命》一書描述了主導(dǎo)技術(shù)系統(tǒng)變遷的三個(gè)核心要素——三體：物理實(shí)體,、意識(shí)人體和數(shù)字虛體,。每一體都有其從不智能走向智能的內(nèi)在要求。智能是本源,，CPS則是它的最新實(shí)現(xiàn)形式,。

物理實(shí)體，通過長年的演化和發(fā)展,，按照達(dá)爾文的進(jìn)化論核心觀點(diǎn),，宇宙的演進(jìn)，演變出了植物,、動(dòng)物,，而動(dòng)物的最高形態(tài)，就是有智能的意識(shí)人體,。有智能的意識(shí)人體,，創(chuàng)造了智能的工具。這些工具反過來幫助人們將物理實(shí)體建成了模型,，這個(gè)模型就是數(shù)字虛體,。數(shù)字虛體有兩個(gè)作用：第一，指導(dǎo)我們的產(chǎn)品設(shè)計(jì),；第二,，指導(dǎo)我們的產(chǎn)品生產(chǎn)。當(dāng)然,，我們可以把數(shù)字虛體嵌入到物理實(shí)體中,，物理實(shí)體就具有智能了。

在物理實(shí)體,、數(shù)字虛體與意識(shí)人體的三體中,，最重要的就是我們?nèi)绾伟盐锢韺?shí)體變成數(shù)字虛體，以便指導(dǎo)我們的產(chǎn)品設(shè)計(jì),、生產(chǎn)線和工廠的設(shè)計(jì)以及智能化產(chǎn)品的研制,。我們把物理實(shí)體，通過數(shù)學(xué)建模映射到數(shù)字虛體,。實(shí)際上這條線上表達(dá)得很清楚,，具有智能的人，用我們?nèi)祟愰_發(fā)的智能工具，通過數(shù)學(xué)建模的方法,，將物理實(shí)體建模,，形成數(shù)字虛體。

要深入理解CPS,，必須對(duì)其最關(guān)鍵的詞匯賽博Cyber有所了解,。賽博Cyber包含了五個(gè)含義，第一控制,，第二通訊,，第三協(xié)同，第四創(chuàng)新,，第五虛擬,。CPS是通過計(jì)算核心（嵌入式系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)感知、控制,、集成的物理,、生物和工程系統(tǒng)。CPS的功能由計(jì)算和物理過程交互實(shí)現(xiàn),。我個(gè)人認(rèn)為CPS可以分為廣義的CPS和狹義的CPS,。廣義的CPS，比如說在宇宙中,，物質(zhì)和反物質(zhì),、暗物質(zhì)。人類社會(huì)中的虛擬經(jīng)濟(jì)和實(shí)體經(jīng)濟(jì),。拿生物體來說,，就是人的思想和身體，這就是一個(gè)完整的CPS系統(tǒng),。

狹義的CPS系統(tǒng),，主要指的是人造工程，比如說各種產(chǎn)品,、建造的各種大壩,，以及高鐵、機(jī)場(chǎng)等,。這些人造工程,，都是由大量的產(chǎn)品構(gòu)成。而產(chǎn)品,，由實(shí)體部分和控制部分組成,，控制部分就是賽博Cyber，實(shí)體部分就是Physics,。產(chǎn)品的制造過程,，也分為控制設(shè)備和硬件設(shè)備,，控制設(shè)備就是賽博Cyber，硬件設(shè)備就是Physics,。我們的智能產(chǎn)品,，分為軟件和硬件,，軟件是賽博Cyber,，Physics就是硬件。

賽博Cyber實(shí)質(zhì)是一種實(shí)現(xiàn)控制的特殊結(jié)構(gòu),，是藉由信息來控制物質(zhì),、能量和信息。有句話描述得非常清晰：虛實(shí)精確映射,，就是指虛擬世界或者叫賽博Cyber世界和物理世界相互精確映射,。然后，賽博Cyber空間控制物理空間,。只要具備了這些,，就能構(gòu)成一個(gè)最簡(jiǎn)單的CPS最小單元。

安筱鵬博士在CPS白皮書中講到了CPS的三個(gè)層級(jí),。單元級(jí)是具有不可分割性的信息物理系統(tǒng)最小單元：可以是一個(gè)部件或一個(gè)產(chǎn)品,，通過“一硬”和“一軟”（如嵌入式軟件）就可構(gòu)成“感知-分析-決策-執(zhí)行”的數(shù)據(jù)閉環(huán)，具備了可感知,、可計(jì)算,、可交互、可延展,、自決策的功能,。系統(tǒng)級(jí)是“一硬、一軟,、一網(wǎng)”的有機(jī)組合,。單元級(jí)通過工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)更大范圍,、更寬領(lǐng)域的數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng),，就可構(gòu)成智能生產(chǎn)線、智能車間,、智能工廠,，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)單元級(jí)CPS的互聯(lián)、互通和互操作,，進(jìn)一步提高制造資源優(yōu)化配置的廣度,、深度和精度。系統(tǒng)之系統(tǒng)級(jí)（即SOS級(jí)）是多個(gè)系統(tǒng)級(jí)CPS的有機(jī)組合,，涵蓋了“一硬,、一軟、一網(wǎng)、一平臺(tái)”四大要素,。SOS級(jí)CPS通過大數(shù)據(jù)平臺(tái),，實(shí)現(xiàn)了跨系統(tǒng)、跨平臺(tái)的互聯(lián),、互通和互操作,，促成了多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成、交換和共享的閉環(huán)自動(dòng)流動(dòng),，在全局范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)信息全面感知,、深度分析、科學(xué)決策和精準(zhǔn)執(zhí)行,。CPS內(nèi)容博大精深,，它大到包括整個(gè)工業(yè)體系，小到一個(gè)簡(jiǎn)單的PLC控制器,，這些是一切智能系統(tǒng)的核心,。理解CPS才能理解智能制造。因此,，在我國推進(jìn)智能制造的進(jìn)程中,，一定要重視CPS的核心作用。

從目前人工智能的進(jìn)展來看,，技術(shù)是非常重要的,，但是人的作用才是整個(gè)智能制造的最為重要的因素，只有把人整體融入到CPS中并和CPS有機(jī)結(jié)合在一起,，才能提升我國制造業(yè)的整體發(fā)展水平,。