信息物理系統(tǒng)（CPS,Cyber-PhysicalSystems）是一個(gè)綜合計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和物理環(huán)境的多維復(fù)雜系統(tǒng)，通過3C（Computer、Communication、Control）技術(shù)的有機(jī)融合與深度協(xié)作，實(shí)現(xiàn)大型工程系統(tǒng)的實(shí)時(shí)感知、動(dòng)態(tài)控制和信息服務(wù)。CPS實(shí)現(xiàn)計(jì)算、通信與物理系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)，可使系統(tǒng)更加可靠、高效、實(shí)時(shí)協(xié)同，具有重要而廣泛的應(yīng)用前景。

信息物理系統(tǒng)包含了將來無處不在的環(huán)境感知、嵌入式計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)控制等系統(tǒng)工程，注重計(jì)算資源與物理資源的緊密結(jié)合與協(xié)調(diào)，主要用于一些智能系統(tǒng)上如設(shè)備互聯(lián)，物聯(lián)傳感，智能家居，機(jī)器人，智能導(dǎo)航等。

▲“3C”模式

另外何積豐院士認(rèn)為，CPS的意義在于將物理設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，特別是連接到互聯(lián)網(wǎng)上，使得物理設(shè)備具有計(jì)算、通信、精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)和自治等五大功能。

德國為了“確保制造業(yè)的未來”，提出了工業(yè)4.0的概念，核心就是CPS系統(tǒng)，并成為了火爆全球的概念，這主要得益于德國雄厚的工業(yè)基礎(chǔ)，特別是數(shù)控設(shè)備為代表的機(jī)械，以及發(fā)展迅速的德國信息技術(shù)。

日本MAZAK在多年前就推出了CPC系統(tǒng)。其CPC是Cyber Production Center的簡稱，這是一套工廠內(nèi)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理的軟件，通過將機(jī)器、加工程序、夾具以及生產(chǎn)日程安排等所有的數(shù)據(jù)都進(jìn)行共享，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠的實(shí)施管理，幫助用戶工廠實(shí)現(xiàn)智能化，該軟件由四個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成，它們分別是：加工程序自動(dòng)編制系統(tǒng)(CAMWARE)、智能化日程管理(CyberScheduler)、智能刀具管理(CyberTool Manager)和智能監(jiān)控系統(tǒng)(CyberMonitor)。這套系統(tǒng)推出后，很多參觀者嘆為觀止，評(píng)價(jià)很高。但由于這套系統(tǒng)開放性較差，不兼容其他控制系統(tǒng)，所以在市場上并沒有引起大規(guī)模應(yīng)用，但其理念卻是非常領(lǐng)先的。

對(duì)于CPS廣闊的應(yīng)用前景，應(yīng)用下我們的何積豐院長的話：“下一代工業(yè)將建立在CPS之上，隨著CPS技術(shù)的發(fā)展和普及，使用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展的物理設(shè)備無處不在，并將推動(dòng)工業(yè)產(chǎn)品和技術(shù)的升級(jí)換代，極大地提高汽車、航空航天、國防、工業(yè)自動(dòng)化、健康/醫(yī)療設(shè)備、重大基礎(chǔ)設(shè)施等主要工業(yè)領(lǐng)域的競爭力?！?/p>

CPS信息物理系統(tǒng)其實(shí)和物聯(lián)網(wǎng)很像，但有著本質(zhì)的區(qū)別。

物聯(lián)網(wǎng)以及傳感網(wǎng)，最擅長的是基于無線連接，主要實(shí)現(xiàn)的是感知，控制的成分很少。就像現(xiàn)在我們?cè)谵k公室里在手機(jī)上按下按鈕，家里的所謂的智能電飯煲就開始煮飯了。

而CPS在實(shí)現(xiàn)信息傳遞之外，協(xié)調(diào)能力，計(jì)算能力更加強(qiáng)大，從而實(shí)現(xiàn)自治。同樣是我在辦公室在手機(jī)上按下按鈕，家里面基于CPS的智能機(jī)器人，就可以通過網(wǎng)絡(luò)收集到我最近今天的身體狀況，飲食習(xí)慣，食品市場情況等等信息，根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出應(yīng)該做怎樣的飯，怎樣的菜的結(jié)論，最后再把飯菜做出來。智能機(jī)器人也屬于CPS的應(yīng)用范圍。

從兩種情況的對(duì)比，可以很清楚的感覺到物聯(lián)網(wǎng)和信息物理系統(tǒng)之間的差距。物聯(lián)網(wǎng)就像現(xiàn)在的瘦客戶端，而CPS就是胖客戶端，基于CPS的硬件可以通過收集信息，將信息的處理分析過程在本地進(jìn)行，這就需要物理硬件有很強(qiáng)大的計(jì)算能力，能夠適應(yīng)海量運(yùn)算。這也是現(xiàn)在研究的一個(gè)難點(diǎn)。

無論是德國工業(yè)4.0、美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、還是中國制造2025的兩化深度融合戰(zhàn)略，其共同點(diǎn)、核心均是CPS信息物理系統(tǒng)。CPS是研究、實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0等戰(zhàn)略的關(guān)鍵。

作為制造大國的中國，企業(yè)正面臨著嚴(yán)峻的經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，正處于由制造大國向制造強(qiáng)國的邁進(jìn)階段，同樣也為“確保制造業(yè)的未來”，國家提出了“中國制造2025”國家級(jí)戰(zhàn)略，是非常及時(shí)、非常正確的，與美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，德國工業(yè)4.0異曲同工，可以有效地幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)升級(jí)轉(zhuǎn)型。

CPS在國內(nèi)一些實(shí)際應(yīng)用方面，一些公司也做很多有益的探索與應(yīng)用。北京蘭光創(chuàng)新科技有限公司作為國內(nèi)領(lǐng)先的數(shù)字化車間供應(yīng)商，率先在青島海爾模具實(shí)施CPS系統(tǒng)并取得了良好的應(yīng)用效果。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)設(shè)備的互聯(lián)互通，如：設(shè)備聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)通訊、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控、生產(chǎn)過程的協(xié)同生產(chǎn)準(zhǔn)備、故障智能提醒、可視化展示、決策支持等功能?，F(xiàn)在，車間成功地實(shí)現(xiàn)了少人化，1個(gè)操作工可以照看5臺(tái)設(shè)備，設(shè)備利用率平均在75%以上，這是離散行業(yè)，全國最高的效率（根據(jù)蘭光創(chuàng)新數(shù)百家實(shí)施客戶的經(jīng)驗(yàn)，國內(nèi)離散行業(yè)機(jī)床利用率大多在30-40%之間）。工業(yè)4.0權(quán)威、美國辛辛那提大學(xué)李杰教授在參觀現(xiàn)場后，給予高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為海爾模具的生產(chǎn)管理完全可以媲美于國外先進(jìn)企業(yè)，是CPS系統(tǒng)很好的實(shí)踐。

▲海爾模具CPS生產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

隨著工業(yè)4.0、中國制造2025等戰(zhàn)略的推進(jìn)及普及，CPS必將成為這些戰(zhàn)略的突破口與落腳點(diǎn)，成為這些戰(zhàn)略成功的關(guān)鍵。對(duì)制造企業(yè)而言，以CPS為指導(dǎo)思想，首先在企業(yè)制造設(shè)備層面實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，然后在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能化管控，最終實(shí)現(xiàn)3個(gè)集成(縱向集成、橫向集成、端對(duì)端集成)，打通整個(gè)價(jià)值鏈，實(shí)現(xiàn)社會(huì)化生產(chǎn)。

從這個(gè)角度來講，在工業(yè)4.0革命中，CPS不只是一種技術(shù)，也是一種基于自動(dòng)化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化的生產(chǎn)管理模式，乃至是影響到我們將來工作、生活的發(fā)展趨勢(shì)。