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麵感知，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係統的定義與特點

　　CPS(Cyber Physical Systems)中文譯為信息物理融合係統，是一個綜合計算、網絡和物理環境的多維複雜係統，通過3C技術——即計算(Computation)

、通信(Communication)和控製(Control)——的有機融合與深度協作，實現大型工程係統的實時感知、動態控製和信息服務。通過計算、通信與物理係統的一體化設計，以使係統更加可靠和高效。

　　它是在環境感知的基礎上
，深度融合計算
、通(tong)信(xin)和(he)控(kong)製(zhi)能(neng)力(li)的(de)可(ke)控(kong)可(ke)信(xin)可(ke)擴(kuo)展(zhan)的(de)網(wang)絡(luo)化(hua)物(wu)理(li)設(she)備(bei)係(xi)統(tong)，它(ta)通(tong)過(guo)計(ji)算(suan)進(jin)程(cheng)和(he)物(wu)理(li)進(jin)程(cheng)相(xiang)互(hu)影(ying)響(xiang)的(de)反(fan)饋(kui)循(xun)環(huan)實(shi)現(xian)深(shen)度(du)融(rong)合(he)和(he)實(shi)時(shi)交(jiao)互(hu)來(lai)增(zeng)加(jia)或(huo)擴(kuo)展(zhan)新(xin)的(de)功(gong)能(neng)，以(yi)安(an)全(quan)、可靠、高效和實時的方式檢測或者控製一個物理實體。其本質就是以“人-機-物”的融合為目標的計算技術，以實現人的控製在時間、空間等方麵的延伸。人們又將CPS稱為“人-機-物”融合係統。

　　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、動態的信息控製與信息服務。何積豐院士認為
，CPS的意義在於將物理設備聯網，特別是連接到互聯網上，使得物理設備具有計算
、通信、精確控製、遠程協調和自治五大功能。

　　與軟件係統相比
，軟件係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製，強調實時性、可靠性、安全性、私密性、可適應性等。

　　與嵌入式係統相比，嵌入式係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，相當於嵌入式係統+網絡+控製，是嵌入式係統的發展方向和研究熱點。CPS將(jiang)計(ji)算(suan)和(he)通(tong)信(xin)能(neng)力(li)嵌(qian)入(ru)到(dao)傳(chuan)統(tong)的(de)物(wu)理(li)係(xi)統(tong)之(zhi)中(zhong)，導(dao)致(zhi)了(le)計(ji)算(suan)對(dui)象(xiang)的(de)變(bian)化(hua)。它(ta)將(jiang)計(ji)算(suan)對(dui)象(xiang)從(cong)數(shu)字(zi)的(de)變(bian)為(wei)模(mo)擬(ni)的(de)，從(cong)離(li)散(san)的(de)變(bian)為(wei)連(lian)續(xu)的(de)，從(cong)靜(jing)態(tai)的(de)變(bian)為(wei)動(dong)態(tai)的(de)。它(ta)作(zuo)為(wei)計(ji)算(suan)進(jin)程(cheng)和(he)物(wu)理(li)進(jin)程(cheng)的(de)統(tong)一(yi)體(ti)，是(shi)集(ji)成(cheng)計(ji)算(suan)
、通信與控製於一體的下一代智能係統。

　　CPS係統的發展與挑戰

　　從上述中，我們不難看到
，CPS係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，如可用在智能交通係統
、醫療設備係統、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、節能建築，生物係統等。

　　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，並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(nian)前(qian)後(hou)，信(xin)息(xi)技(ji)術(shu)將(jiang)會(hui)遭(zao)遇(yu)到(dao)漸(jian)進(jin)是(shi)改(gai)進(jin)難(nan)以(yi)持(chi)續(xu)發(fa)展(zhan)的(de)重(zhong)大(da)障(zhang)礙(ai)
，而(er)在(zai)應(ying)用(yong)當(dang)中(zhong)，新(xin)的(de)模(mo)式(shi)所(suo)帶(dai)來(lai)的(de)重(zhong)大(da)規(gui)模(mo)的(de)應(ying)用(yong)技(ji)術(shu)和(he)集(ji)成(cheng)性(xing)技(ji)術(shu)或(huo)者(zhe)是(shi)係(xi)統(tong)集(ji)群(qun)技(ji)術(shu)的(de)突(tu)破(po)
，CPS技術概念的應用將成為重要突破口。

　　但是，傳統的方法並不能滿足CPS係統的開發需求。CPS係統的開發需求包括：輸入/輸出的內在聯係，從執行指令到實現意圖，人與係統交互，信息係統的深度嵌入。傳統的係統預定 I/O 結構，而CPS係統I/O取決於場景；傳統係統“執行指令”
，CPS係統“實現意圖”；傳統係統進行信息反饋


，CPS係統實現“物理反饋”；傳統係統實現閉環控製
，CPS係統實現開放控製（與物理係統多層次交互）。

　　ruhetupofazhandepingjing，zhejiuxuyaowomenjixuzuoyixietansuoxingdeyanjiugongzuo，jinxingjishuchuangxin。dangran，zhezhongchuangxinbushibiaoxinliyi，ershiyiyingyongxuqiuweiyuandongli，yikexuelilunweidianjishi，lilunyushijixiangjiehe。

　　國家科技部高新司副司長楊鹹武表示，為了將技術應用造福於社會
、造(zao)福(fu)於(yu)人(ren)民(min)，我(wo)們(men)不(bu)能(neng)停(ting)留(liu)在(zai)炒(chao)概(gai)念(nian)上(shang)，要(yao)麵(mian)向(xiang)社(she)會(hui)發(fa)展(zhan)的(de)需(xu)求(qiu)
，利(li)用(yong)信(xin)息(xi)技(ji)術(shu)真(zhen)正(zheng)解(jie)決(jue)我(wo)們(men)現(xian)實(shi)生(sheng)產(chan)生(sheng)活(huo)中(zhong)遇(yu)到(dao)的(de)問(wen)題(ti)，隨(sui)著(zhe)應(ying)用(yong)量(liang)的(de)擴(kuo)大(da)，應(ying)用(yong)場(chang)景(jing)的(de)變(bian)化(hua)，應(ying)用(yong)環(huan)境(jing)的(de)變(bian)化(hua)又(you)會(hui)給(gei)技(ji)術(shu)發(fa)展(zhan)帶(dai)來(lai)推(tui)動(dong)作(zuo)用(yong)。

　　CPS係統在中國的進展

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

　　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

、農業和大型建築設施等方麵。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係統專業委員會副主任
、上海嵌入式係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mu前qian，上shang海hai已yi在zai智zhi能neng交jiao通tong領ling域yu開kai展zhan類lei似si試shi點dian，通tong過guo車che載zai信xin息xi終zhong端duan
，將jiang汽qi車che電dian子zi各ge個ge部bu件jian的de信xin息xi實shi時shi監jian視shi和he收shou集ji，通tong過guo無wu線xian通tong信xin與yu後hou台tai信xin息xi服fu務wu係xi統tong相xiang連lian，組zu成cheng網wang絡luo化hua的de汽qi車che遠yuan程cheng信xin息xi服fu務wu係xi統tong。這zhe不bu但dan可ke以yi實shi現xian車che況kuang實shi時shi監jian測ce

、運行狀態控製、實時路況動態導航，甚至可以進行車輛故障的在線診斷、遠程維護與控製等。（文/頑石）