為什么看懂CPS對于理解物聯(lián)網(wǎng)的未來尤為重要？

CPS描繪了怎樣的未來藍圖？

CPS為我們更深的認知和改造物理世界，提供了哪些思路？

在多個產(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物互聯(lián)的需求，因此，針對不同場景研發(fā)不同垂直領(lǐng)域的芯片成為一種新的“解題方式”，所以你會看到越來越多的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、自動駕駛汽車等特定場景的需求。

也就是說，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)不僅僅是技術(shù)，它還帶來了方法論層面的變革；更進一步，它還是一種新的思維方式，讓我們有機會以前所未有的角度認知物理世界、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)，可以開發(fā)一些創(chuàng)新硬件和方案，撬動百億級的市場；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，撬動千億級的市場；如果你把物聯(lián)網(wǎng)作為思維方式，有可能改變整個物理世界的互聯(lián)方式，撬動的是不止萬億級的市場。

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

CPS這個名詞在2006年由美國國家科學(xué)基金會NSF首次提出，并在消費電子、能源、工業(yè)、公共事業(yè)、醫(yī)療健康等領(lǐng)域開展了對于CPS的應(yīng)用探索，隨后美國將其作為搶占全球新一輪產(chǎn)業(yè)競爭制高點的“種子選手”。

2013年，德國《工業(yè)4．0實施建議》將CPS作為工業(yè)4．0的核心技術(shù)，在隨后則重點推進以制造為導(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誤的認為CPS僅僅局限于工業(yè)領(lǐng)域，或許對于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。因此在本文中，我將嘗試探討以下問題：

為什么看懂CPS對于理解物聯(lián)網(wǎng)的未來尤為重要？

CPS描繪了怎樣的未來藍圖？

CPS為我們更深的認知和改造物理世界，提供了哪些思路？

CPS的精髓在于數(shù)字世界

不可否認的事實是，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是連接可見與不可見世界的“橋梁”。如果僅僅把CPS理解為“橋梁”、“總線”，或者“系統(tǒng)”，未免過于狹隘和短視。

英文Physical不僅是“物理”的意思，更代表蘊含在物理實體背后的客觀規(guī)律。美國國家科學(xué)基金會NSF對于CPS的解釋是，按照自然規(guī)則或者人為規(guī)則運行的系統(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、機器社群等。

目前我看到的對于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)備具有計算、通信、精確控制、遠程協(xié)調(diào)和自治等5大功能。

CPS本質(zhì)上是一個具有控制屬性的網(wǎng)絡(luò)，但它又有別于現(xiàn)有的控制系統(tǒng)。CPS的3個核心元素包括通信（communication）、計算（computation）和控制（control），值得注意的是，CPS把“通信”放在與“計算”和“控制”同等的地位上，因為在CPS強調(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)是離不開通信的。

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

在美國辛辛那提大學(xué)李杰教授所著的新書《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》是一部以無人機反恐打擊為角度切入的戰(zhàn)爭片。電影中，遠程駕駛的無人機原本只需要執(zhí)行空中監(jiān)視任務(wù)，卻在發(fā)現(xiàn)恐怖分子即將進行恐怖活動后，改為對其進行定點清除任務(wù)。因為襲擊目標房屋的旁邊有個小女孩，執(zhí)行任務(wù)過程中很有可能會造成小女孩的傷亡。劇情的沖突點在于，經(jīng)過計算，小女孩受傷的概率非常高，所以指揮官與操作手在無辜生命和有價任務(wù)之間徘徊、爭執(zhí)、選擇。

在電影的一個場景中，指揮中心里的分析人員不斷尋找目標房屋的射擊點，以便在擊殺恐怖分子的同時使小女孩被誤傷的風(fēng)險降到最低。這個微妙決策的誕生，其基礎(chǔ)即為對狀態(tài)和活動的精確評估及預(yù)測，涵蓋了CPS的3個核心元素：

通信（communication）：無人機將地面的數(shù)據(jù)和自身的狀態(tài)不間斷地傳輸?shù)娇刂浦行模刂浦噶钜材軌驅(qū)崟r地傳遞到無人機上。

計算（computation）：這里的計算有非常明確的目的性，首先是完成任務(wù)的能力，即選擇不同的瞄準點對襲擊目標造成致命打擊的成功率；還有在襲擊過程中造成房屋邊上的小女孩傷亡的風(fēng)險。

控制（control）：無人機的指揮中心設(shè)置在距離襲擊目標數(shù)千英里的亞利桑那州，操作手能夠通過實時控制系統(tǒng)RCS實現(xiàn)飛行員對飛機的一切真實操作。

在這個實例的決策過程中，對目標要求的完成程度和達成目標所要付出的代價，這兩者之間的精確預(yù)測和權(quán)衡是計算的內(nèi)容和目的。決策不是最終目的，對決策造成的影響進行精確化的評估和管理才是目的。

CPS將整個物理世界的規(guī)則進行建模、預(yù)測、優(yōu)化和管理，CPS不僅是“橋梁”、“總線”，或者“系統(tǒng)”，它的精髓在于對數(shù)字世界的營造。

CPS更為本質(zhì)的意義在于，它或?qū)⒊蔀槲锫?lián)網(wǎng)互聯(lián)與改造整個物理世界的一項底層思維基礎(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)字世界的互動方式。