支撑两化深度融合的集大成者

邓晓蕾

信息物理系统是支撑信息化和工业化深度融合的一套综合技术体系，以“一硬、一软、一网、一平台”新四基为核心技术要素，打造了状态感知、实施分析、科学决策、精准执行的数据闭环。

信息物理系统（Cyber Physical System，CPS）因控制技术而起，因信息技术而兴。它是德国工业4.0的核心技术，是美国未来六大颠覆性基础领域的技术之一，也是我国推进信息化与工业化深度融合的重要支撑。信息物理系统已成为各国再工业化战略的突破口和落脚点，是抢占制造业变革制高点的关键。

基于信息物理系统的新型技术体系，正成为新一代信息技术革命的最重要潮流。任何新技术的发展与演进都离不开标准。在全球再工业化的大背景下，信息物理系统的技术创新、产业发展，离不开标准的引领。去年，我国出台的《关于深化制造业与互联网融合发展指导意见》中将信息物理系统作为融合发展的支撑，明确提出了构建信息物理系统参考模型和综合技术标准体系的工作任务。

3月1日，在工业和信息化部信息和软件服务业司、国家标准化管理委员会工业标准二部的指导下，中国电子技术标准化研究院联合CPS发展论坛的成员单位，共同研究、编撰形成的《信息物理系统白皮书（2017）》（以下简称《白皮书》）正式发布。《白皮书》的编写是落实《关于深化制造业与互联网融合发展的指导意见》对信息物理系统的工作要求，是当前产业发展信息物理系统的迫切需要，重点围绕“为什么”“是什么”“怎么做”“怎么用”“怎么推”等方面展开论述，为政府、行业、企业各级单位提供参考。《白皮书》也是业界在信息物理系统研究方面的第一份正式文本。

CPS“一二三四四六”的总体思路

通过对信息物理系统内涵和外延的深入挖掘，《白皮书》确定了对于CPS的“一个总体定位”，即信息物理系统是支撑两化深度融合的一套综合技术体系，其目标是通过打通两大空间（信息空间和物理空间）在数据闭环自动流动的四个过程（状态感知、实时分析、科学决策、精准执行）中实现“资源的优化配置”。“一硬”（感知和自动控制）、“一软”（工业软件）、“一网”（工业网络）、“一平台”（工业云和智能服务平台）即“新四基”是信息物理系统的四大核心技术要素。在数据闭环自动流动的过程中，表现出六大典型特征（数据驱动、软件定义、泛在连接、虚实映射、异构集成 、系统自治），作用于三个层次的（单元级、系统级、SoS级）信息物理系统。

《白皮书》依据上述“一二三四四六”的总体思路，围绕信息物理系统的内涵、实现、建设与应用、演进进行论述。

CPS是工业和信息技术范畴内跨学科、跨领域、跨平台的综合技术体系所构成的系统，覆盖广泛，集成度高，渗透性强，创新活跃，是两化融合支撑技术体系的集大成者。

建设CPS应围绕资源优化是目标、数据自动流动是关键、工业软件是核心、新型能力培育是主线、系统解决方案是重点展开。针对下一步的重点工作，安筱鹏认为，要在正确认识信息物理系统的基础上，加强顶层设计、夯实技术基础、开展测试验证、组织试点示范、深化国际合作。

国标委工业标准二部主任戴红表示：“当前对信息物理系统的本质的内涵、核心技术、应用场景还需要开展深入的研究，需要不断统一认识，加深理解，要借助标准化这一有利的工具，汇聚信息技术、自动化等领域的专家、企业和科研院所，科学、规范、创新地开展标准化工作。”

推进信息物理系统标准化工作，是落实制造强国战略的重要组成部分，也是统一认识、推动创新的重要手段。戴红提出，开展信息物理系统标准化要注重顶层规划、整合资源，要积极接轨国际、加强合作交流。

CPS是智能制造的核心技术

《白皮书》关注的需求主要来自于制造行业。信息物理系统通过信息技术与制造要素的深度融合，构建了一个信息空间与物理空间数据自动流动的闭环赋能体系，实现生产制造的自主协调、智能优化和持续创新，推动制造业与互联网融合发展。在未来的制造业中，CPS涵盖自动化、生产技术、汽车、机械工程、能源、运输，以及远程医疗等众多工业部门和应用领域，具有非常重要的意义。在生产系统方面，智能工厂的产品、资源和处理过程因CPS的存在，具有非常高水平的实时性，同时在资源、成本节约方面也颇具优势。

中国工程院院士李伯虎表示：“CPS的新内涵可以理解为通过深度融合，利用先进的计算、通信和控制技术，基于模型和数据驱动，将物理空间与信息空间连接为一体，使其中的人、机、物、环境信息等要素自主智能地感知协同、学习、分析、决策、执行，协同化运行，是在给定的目标和时空约束下集成、优化、运行的一类系统。”

在CPS的新内涵中将原内涵中的计算技术拓展为信息技术，并提出融合智能技术的重要性。

李伯虎以航天科工打造的工业互联网平台——“航天云网”为例介绍说，平台就是SoS级的赛博物理生产系统，整个体系结构分为物理层、网络层、平台服务层，以及应用层。目前，已经構建了三朵云：一朵是专有云，专为航天服务；第二朵是公有云，目前已有44万家企业在上面；还有一朵是国际“一带一路”云，今年将有100万个企业在上面。平台具有硬件、软件能力，可以信息互通，资源共享，能力协同，互利共赢和开放。比如，若打造一个飞行器驾驶系统，首先要建立资源虚拟化仿真系统，这样在终端上才能完成异构、协同的仿真模型。

《白皮书》的内容解读

中国电子信息标准化研究院软评中心副主任郭楠对《白皮书》的内容进行了解读：

第一章简要介绍了信息物理系统的发展背景和面临的问题，从宏观层面回答了“为什么”发展信息物理系统的问题。同时对《白皮书》的编写方法，以及相关问题进行了说明。

第二章给出了《白皮书》对信息物理系统的定性描述，回答了信息物理系统“是什么”的问题，这是《白皮书》的核心。首先阐述了信息物理系统的发展起源，同时结合国内外专家学者对信息物理系统的认识和我国当前工业发展现状，从信息物理系统的定位、定义和本质三个层面给出了《白皮书》的解答；其次考虑信息物理系统的层次性和系统性，对信息物理系统的认识进行了外延，给出了信息物理系统的最小单元，并在此基础上扩展成三种不同的层次；最后总结归纳不同层次信息物理系统所呈现出来的特性，形成六大典型特征并详细描述。

第三章提出了信息物理系统的技术实现，回答了信息物理系统“怎么干”的问题。通过对第二章提出的三个层次信息物理系统的技术架构和技术需求进行分析总结，给出了信息物理系统的技术体系，并对技术体系中相关技术归纳汇总出信息物理系统四大核心技术要素：“一硬”（感知和自动控制）、“一软”（工业软件）、“一网”（工业网络）和“一平台”（工业云和智能服务平台），即“新四基”。围绕嵌入式软件、MBD、智能感知、虚实融合控制、现场总线、工业以太网、大数据分析等方面对“新四基”中关键技术具体展开介绍。

第四章描绘了信息物理系统的建设和应用蓝图，回答了信息物理系统“怎么建”、“怎么用”的问题。从设计、生产、服务和应用四个方面，分析现有工业生产过程的现状和问题，给出了依据信息物理系统的解决思路，并在具体的场景下，对信息物理系统实现环节的改造提升进行了描述。最后，根据企业的不同阶段，提出了信息物理系统建设路径。

第五章给出了发展信息物理系统的演进路径，回答了信息物理系统“怎么发展”的问题。以问题导向为原则，从技术攻关和人才培养、标准体系建设、解决方案研究和新生态建立四个方面提出了建议。

最后，《白皮书》附录部分，从国内外研究情况、企业的典型应用、术语和缩略语三个方面对正文进行了补充。