導讀：21世紀是信息產業突飛猛進的時代，層出不窮的技術突破與創新正不斷地改變著人類的生態環境。Internet技術改變了人類通信和管理信息的方式；IT技術使人類管理物理環境的方式取得改變；物聯網技術讓人類主動地全方面感知，實現智慧的感知生活；而如今CPS新技術在環境感知的基礎上實現人、機、物的互聯互通與深度融合。CPS與物聯網的自然銜接，將徹底改變人類的生存方式，使人類真正地進入智能星球時代。因此在發展物聯網的同時，還應當強調對CPS技術的研究。

　　CPS系統的定義與特點

　　CPS(Cyber Physical Systems)中文譯為信息物理融合系統，是一個綜合計算、網絡和物理環境的多維復雜系統，通過3C技術——即計算(Computation)、通信(Communication)和控制(Control)——的有機融合與深度協作，實現大型工程系統的實時感知、動態控制和信息服務。通過計算、通信與物理系統的一體化設計，以使系統更加可靠和高效。

　　它是在環境感知的基礎上，深度融合計算、通信和控制能力的可控可信可擴展的網絡化物理設備系統，它通過計算進程和物理進程相互影響的反饋循環實現深度融合和實時交互來增加或擴展新的功能，以安全、可靠、高效和實時的方式檢測或者控制一個物理實體。其本質就是以“人-機-物”的融合為目標的計算技術，以實現人的控制在時間、空間等方面的延伸。人們又將CPS稱為“人-機-物”融合系統。

　　與物聯網相比，CPS在物與物互聯的基礎上，還強調對物的實時、動態的信息控制與信息服務。何積豐院士認為，CPS的意義在于將物理設備聯網，特別是連接到互聯網上，使得物理設備具有計算、通信、精確控制、遠程協調和自治五大功能。

　　與軟件系統相比，軟件系統是一組狀態轉換的序列，其目標是實現變換數據。而CPS更加注重功能性需求，最終目標是協調物理進程，即實現信息處理和物理控制，強調實時性、可靠性、安全性、私密性、可適應性等。

　　與嵌入式系統相比，嵌入式系統側重在處理器上運行，是一種在有限資源環境下的優化技術。CPS是計算與物理成分的集成，相當于嵌入式系統+網絡+控制，是嵌入式系統的發展方向和研究熱點。CPS將計算和通信能力嵌入到傳統的物理系統之中，導致了計算對象的變化。它將計算對象從數字的變為模擬的，從離散的變為連續的，從靜態的變為動態的。它作為計算進程和物理進程的統一體，是集成計算、通信與控制于一體的下一代智能系統。

　　CPS系統的發展與挑戰

　　從上述中，我們不難看到，CPS系統的價值與當前炙手可熱的物聯網一樣，具有廣闊的應用領域，如可用在智能交通系統、醫療設備系統、能源保護、環境監控、航空航天軟件、關鍵基礎設施（電力、水）、普適自適應通信、節能建筑，生物系統等。

　　何積豐院士在有關會議上指出CPS的重大意義，他認為CPS不僅會催生出新的工業，甚至會重新排列現有產業布局。下一代工業將建立在CPS之上，隨著CPS技術的發展和普及，使用計算機和網絡實現功能擴展的物理設備無處不在，并將推動工業產品和技術的升級換代，極大地提高汽車、航空航天、國防、工業自動化、健康/醫療設備、重大基礎設施等主要工業領域的競爭力。

　　專家分析都認為，到2020年前后，信息技術將會遭遇到漸進是改進難以持續發展的重大障礙，而在應用當中，新的模式所帶來的重大規模的應用技術和集成性技術或者是系統集群技術的突破，CPS技術概念的應用將成為重要突破口。

　　但是，傳統的方法并不能滿足CPS系統的開發需求。CPS系統的開發需求包括：輸入/輸出的內在聯系，從執行指令到實現意圖，人與系統交互，信息系統的深度嵌入。傳統的系統預定 I/O 結構，而CPS系統I/O取決于場景；傳統系統“執行指令”，CPS系統“實現意圖”；傳統系統進行信息反饋，CPS系統實現“物理反饋”；傳統系統實現閉環控制，CPS系統實現開放控制（與物理系統多層次交互）。

　　如何突破發展的瓶頸，這就需要我們繼續做一些探索性的研究工作，進行技術創新。當然，這種創新不是標新立異，而是以應用需求為原動力，以科學理論為奠基石，理論與實際相結合。

　　國家科技部高新司副司長楊咸武表示，為了將技術應用造福于社會、造福于人民，我們不能停留在炒概念上，要面向社會發展的需求，利用信息技術真正解決我們現實生產生活中遇到的問題，隨著應用量的擴大，應用場景的變化，應用環境的變化又會給技術發展帶來推動作用。

　　CPS系統在中國的進展

　　在國外，CPS的聲音很強勁。歐盟計劃從2007年到2013年在嵌入智能與系統的研究與技術(ARTMEIS)上投入54億歐元(超過70億美元)，以期在2016年成為智能電子系統的世界領袖。

　　2008年成立的美國CPS指導小組在《CPS執行概要》中，把CPS應用放在交通、國防、能源、醫療、農業和大型建筑設施等方面。除此之外，美國國家科學基金會(NSF)和歐洲第七框架(FP7)的大型科研資助計劃，都投入了大量經費。

　　在國內，CPS技術還剛剛興起，還需較長時間的發展和培育。我國也應與一些發達國家一樣，盡力搶占未來信息技術產業先機。何積豐院士表示，CPS技術與物聯網技術同樣重要。因此在開展物聯網開發應用的同時，還應強調對CPS的科學研究。

　　中國計算機學會嵌入式系統專業委員會副主任、上海嵌入式系統與軟件產業聯盟秘書長陳章龍認為，可在國民經濟與民生相關的一些領域，如數字醫療、智能交通、智能電網等，通過“政產學研”聯合，進行CPS技術研發和布局。

　　目前，上海已在智能交通領域開展類似試點，通過車載信息終端，將汽車電子各個部件的信息實時監視和收集，通過無線通信與后臺信息服務系統相連，組成網絡化的汽車遠程信息服務系統。這不但可以實現車況實時監測、運行狀態控制、實時路況動態導航，甚至可以進行車輛故障的在線診斷、遠程維護與控制等。（文/頑石）