CPS智能制造炼金术生存

工业4.0作为德国的新工业战略，深刻地体现了在互联革命浪潮催迫下，一个老牌制造强国对于如何加快智能转型并重振辉煌的新认识。

德国工业4.0的战略指向，就是智能制造。

如果把德国这一新工业战略视作重新铸就德国工业战车的 大熔炉 ，那么，最具点石成金魔力的智能化技术就是CPS（赛博物理系统）。

赛博物理系统理论是核心

众所周知，德国具有雄厚的工业基础与全球领先的制造业，在机床、汽车等行业占据绝对的领先优势，另外在嵌入式计算机技术、工业软件等，均处于全球领导者的位置，这是德国实施其所谓第四次工业革命（并非全球共识）的技术基础。德国人希望通过将嵌入式计算机技术、工业软件、自动化设备等优势技术攥成拳头，形成以CPS为代表的工业4.0战略核心，引领全球制造业发展，并将带领德国重振辉煌。

CPS是赛博物理系统（Cyber-Physical System）的缩写，这是工业4.0的核心。目前，国内学界很多人将CPS翻译成信息物理系统，严格来说，这是不准确甚至是误导的。CPS是一个包含计算、络和物理实体的复杂系统，通过 C（Computing、Communication、Control）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。

目前，已有不少人提出，Cyber源于维纳的《控制论》 Cybernetics 。在钱学森的《工程控制论》英文版中，将 Cybernetics 明确为 机械和电机系统的控制和导航科学 ，并把伺服机构和经典控制等 工程实践 升华为 工程科学 ，这使得《工程控制论》在某种意义上成为了现代控制科学的代名词。其实，根据我们的考证，维纳的思想还有源头。早在18 4 年，著名的法国物理学家安培在对科学进行分类时（见《论科学的哲学》），就把管理国家的科学称为 控制论 Cybernetique，意即 国务管理（Civil Government） 或社会控制，这导致了后来的社会控制论。

为了真切地了解CPS技术沿革史，本文两位作者还与美国工业4.0权威、辛辛那提大学教授李杰等中外名家开展面对面学术交流。据介绍，CPS技术起源于美国国防部高级研究项目局（DARPA）上世纪60年代的一个项目，甚至比INTERNET还要早，其发展一直与互联技术相平行。在1991年的海湾战争中，号称空中机器人的现代军用无人飞行器（UAV）要实现对地精确制导攻击，需要大量的CPS技术作为支持，CPS开始规模化应用。其后，美国国家科学基金会（NSF）一直在主导着CPS研究。然而，将CPS的重要性上升到新一波工业革命核心的，却不是美国人，而是德国人。

工业4.0北京研究会组织的多学科研究人员之所以围绕CPS的概念与技术来源作深入考察，就是为了探求这个最热门科学名词的本来面目。考察发现，Cyber原本是独立于信息科学之外的控制科学的范畴。随着新一代信息技术出现融合化趋势，将CPS视为一种广义的信息技术亦无不可。但必须指出，Cyber的外延与内涵远非信息二字所能指代。从学科看，CPS系统是一个包含无处不在的环境感知、嵌入式计算、络通信和络控制等科学在内的系统工程。从功能看，Cyber使物理系统具有计算、通信、精确控制、远程协作和自治功能。因此，承认Cyber技术与普通信息技术有别，对于推动其基础学科发展和产业创新实践都有重要的指导意义。当前，在两化深度融合、工业4.0、智能科技等领域一批非常活跃的知名专家学者，均建议在面向大众宣传CPS时不妨称之为信息物理系统，在专业领域内部，将其称为赛博物理系统则更为准确。我们也赞同此论。

智能工厂与智能生产是两翼

德国工业4.0之所以如此推崇CPS技术，既是技术发展的需要，也是为了基于自身优势打造新一代技术堡垒。CPS对德国工业4.0战略来说，具有攻防兼备的作用。事实上，美国、日本等制造强国，早在多年前就对CPS给予了关注，但只有德国才将CPS推到新工业革命的核心位置。为确保整个战略的主动，德国在自己优势领域设置了两个制高点，也即 工业4.0 的两大主题：一是 智能工厂 ，重点研究智能化生产系统及过程，以及络化分布式生产设施的实现；二是 智能生产 ，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及 D技术在工业生产过程中的应用等。