CPS的精髓在于數(shù)字世界，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)尤為重要 - 全文

為什么看懂CPS對(duì)于理解物聯(lián)網(wǎng)的未來(lái)尤為重要？

CPS描繪了怎樣的未來(lái)藍(lán)圖？

CPS為我們更深的認(rèn)知和改造物理世界，提供了哪些思路？

在多個(gè)產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)，原有的通用性芯片的發(fā)展思路顯然不能滿足萬(wàn)物互聯(lián)的需求，因此，針對(duì)不同場(chǎng)景研發(fā)不同垂直領(lǐng)域的芯片成為一種新的“解題方式”，所以你會(huì)看到越來(lái)越多的IoT公司正在自行研發(fā)算法更優(yōu)化、功耗與成本更低的芯片，以滿足智能家居、智能音箱、智能攝像頭、自動(dòng)駕駛汽車等特定場(chǎng)景的需求。

也就是說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)不僅僅是技術(shù)，它還帶來(lái)了方法論層面的變革；更進(jìn)一步，它還是一種新的思維方式，讓我們有機(jī)會(huì)以前所未有的角度認(rèn)知物理世界、前所未有的方式改造物理世界。

如果你把物聯(lián)網(wǎng)作為新技術(shù)，可以開(kāi)發(fā)一些創(chuàng)新硬件和方案，撬動(dòng)百億級(jí)的市場(chǎng)；如果你把物聯(lián)網(wǎng)作為方法論，可以用它變革傳統(tǒng)行業(yè)與流程，撬動(dòng)千億級(jí)的市場(chǎng)；如果你把物聯(lián)網(wǎng)作為思維方式，有可能改變整個(gè)物理世界的互聯(lián)方式，撬動(dòng)的是不止萬(wàn)億級(jí)的市場(chǎng)。

為了以正宗的姿勢(shì)理解物聯(lián)網(wǎng)這種全新的思維方式，有一個(gè)術(shù)語(yǔ)不得不提：CPS（Cyber－Physical Systems），中文翻譯為“信息物理系統(tǒng)”。

CPS這個(gè)名詞在2006年由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)NSF首次提出，并在消費(fèi)電子、能源、工業(yè)、公共事業(yè)、醫(yī)療健康等領(lǐng)域開(kāi)展了對(duì)于CPS的應(yīng)用探索，隨后美國(guó)將其作為搶占全球新一輪產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn)的“種子選手”。

2013年，德國(guó)《工業(yè)4．0實(shí)施建議》將CPS作為工業(yè)4．0的核心技術(shù)，在隨后則重點(diǎn)推進(jìn)以制造為導(dǎo)向的CPS，即CPPS（Cyber Physical Production System）。

凡事有利有弊，工業(yè)4．0將CPS作為其核心的舉措，一方面讓CPS受到了更加廣泛的關(guān)注，另一方面也讓部分人錯(cuò)誤的認(rèn)為CPS僅僅局限于工業(yè)領(lǐng)域，或許對(duì)于CPS的刻板印象和誤解還不止于此。

看到這里，你的心中一定充滿了各種疑問(wèn)。因此在本文中，我將嘗試探討以下問(wèn)題：

為什么看懂CPS對(duì)于理解物聯(lián)網(wǎng)的未來(lái)尤為重要？

CPS描繪了怎樣的未來(lái)藍(lán)圖？

CPS為我們更深的認(rèn)知和改造物理世界，提供了哪些思路？

CPS的精髓在于數(shù)字世界

不可否認(rèn)的事實(shí)是，CPS的內(nèi)涵和外延一直都在持續(xù)變化，至今尚未形成統(tǒng)一的定義。

拆解CPS這個(gè)名詞，其中既包含Cyber（數(shù)字世界），又包含Physical（物理世界），給人的第一印象是CPS是連接可見(jiàn)與不可見(jiàn)世界的“橋梁”。如果僅僅把CPS理解為“橋梁”、“總線”，或者“系統(tǒng)”，未免過(guò)于狹隘和短視。

英文Physical不僅是“物理”的意思，更代表蘊(yùn)含在物理實(shí)體背后的客觀規(guī)律。美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)NSF對(duì)于CPS的解釋是，按照自然規(guī)則或者人為規(guī)則運(yùn)行的系統(tǒng)，物理模型只是承載這些規(guī)則的手段之一，其它的手段還包括周邊環(huán)境、相關(guān)要素、機(jī)器社群等。

目前我看到的對(duì)于CPS最好的解釋是，CPS著眼于將物理設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，也就是將設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)上，讓物理設(shè)備具有計(jì)算、通信、精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)和自治等5大功能。

CPS本質(zhì)上是一個(gè)具有控制屬性的網(wǎng)絡(luò)，但它又有別于現(xiàn)有的控制系統(tǒng)。CPS的3個(gè)核心元素包括通信（communication）、計(jì)算（computation）和控制（control），值得注意的是，CPS把“通信”放在與“計(jì)算”和“控制”同等的地位上，因?yàn)樵贑PS強(qiáng)調(diào)的分布式應(yīng)用系統(tǒng)中，物理設(shè)備集群之間的協(xié)調(diào)是離不開(kāi)通信的。

CPS對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部設(shè)備的控制精度、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)能力、自治能力、控制對(duì)象的種類和數(shù)量，特別是在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模上，可以說(shuō)吊打現(xiàn)有的各種網(wǎng)絡(luò)。

在美國(guó)辛辛那提大學(xué)李杰教授所著的新書(shū)《CPS新一代工業(yè)智能》中，曾經(jīng)提到在電影《天空之眼》中的一個(gè)鮮活故事，讓我們可以在一定程度上直觀的感受到CPS的內(nèi)涵。

《天空之眼》是一部以無(wú)人機(jī)反恐打擊為角度切入的戰(zhàn)爭(zhēng)片。電影中，遠(yuǎn)程駕駛的無(wú)人機(jī)原本只需要執(zhí)行空中監(jiān)視任務(wù)，卻在發(fā)現(xiàn)恐怖分子即將進(jìn)行恐怖活動(dòng)后，改為對(duì)其進(jìn)行定點(diǎn)清除任務(wù)。因?yàn)橐u擊目標(biāo)房屋的旁邊有個(gè)小女孩，執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中很有可能會(huì)造成小女孩的傷亡。劇情的沖突點(diǎn)在于，經(jīng)過(guò)計(jì)算，小女孩受傷的概率非常高，所以指揮官與操作手在無(wú)辜生命和有價(jià)任務(wù)之間徘徊、爭(zhēng)執(zhí)、選擇。

在電影的一個(gè)場(chǎng)景中，指揮中心里的分析人員不斷尋找目標(biāo)房屋的射擊點(diǎn)，以便在擊殺恐怖分子的同時(shí)使小女孩被誤傷的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。這個(gè)微妙決策的誕生，其基礎(chǔ)即為對(duì)狀態(tài)和活動(dòng)的精確評(píng)估及預(yù)測(cè)，涵蓋了CPS的3個(gè)核心元素：

通信（communication）：無(wú)人機(jī)將地面的數(shù)據(jù)和自身的狀態(tài)不間斷地傳輸?shù)娇刂浦行?，而控制指令也能夠?qū)崟r(shí)地傳遞到無(wú)人機(jī)上。

計(jì)算（computation）：這里的計(jì)算有非常明確的目的性，首先是完成任務(wù)的能力，即選擇不同的瞄準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)襲擊目標(biāo)造成致命打擊的成功率；還有在襲擊過(guò)程中造成房屋邊上的小女孩傷亡的風(fēng)險(xiǎn)。

控制（control）：無(wú)人機(jī)的指揮中心設(shè)置在距離襲擊目標(biāo)數(shù)千英里的亞利桑那州，操作手能夠通過(guò)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)RCS實(shí)現(xiàn)飛行員對(duì)飛機(jī)的一切真實(shí)操作。

在這個(gè)實(shí)例的決策過(guò)程中，對(duì)目標(biāo)要求的完成程度和達(dá)成目標(biāo)所要付出的代價(jià)，這兩者之間的精確預(yù)測(cè)和權(quán)衡是計(jì)算的內(nèi)容和目的。決策不是最終目的，對(duì)決策造成的影響進(jìn)行精確化的評(píng)估和管理才是目的。

CPS將整個(gè)物理世界的規(guī)則進(jìn)行建模、預(yù)測(cè)、優(yōu)化和管理，CPS不僅是“橋梁”、“總線”，或者“系統(tǒng)”，它的精髓在于對(duì)數(shù)字世界的營(yíng)造。

CPS更為本質(zhì)的意義在于，它或?qū)⒊蔀槲锫?lián)網(wǎng)互聯(lián)與改造整個(gè)物理世界的一項(xiàng)底層思維基礎(chǔ)。如同互聯(lián)網(wǎng)改變了人與人、人與數(shù)字世界之間的互動(dòng)一樣，以CPS為核心思維的物聯(lián)網(wǎng)將改變?nèi)伺c物、物與物，乃至物理世界與數(shù)字世界的互動(dòng)方式。