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赛迪智库 规划研究所 谢振忠 近年来，信息世界与现实世界交互融合的趋势日益显著，一个全新的“第三世界”——信息物理空间正在形成。信息物理空间在学术界被称为CPS(Cyber-Physical System)，即把计算能力、通信能力和感控能力深度嵌入物理过程，并利用反馈循环进行有效控制，实现物理世界与信息世界的互联和协同。CPS有着广阔的应用前景和不可估量的市场规模，不少国家高度重视并予以支持资助，取得了积极的研究进展。 一、美国：世界CPS研究的先行者 美国在CPS的研究上起步较早。在2006年2月发布的《美国竞争力计划》中，信息物理系统即被确立为重要研究项目；次年7月，美国总统科学技术顾问委员会在《挑战下的领先——竞争世界中的信息技术研发》报告中，把CPS 列为八大关键信息技术之首，美国的CPS研究由此开启；2008年，美国成立CPS指导小组，在其《CPS执行概要》中将CPS应用于能源、交通、医疗、农业、大型建筑设施和国防等领域。美国国家科学基金会连续多年把CPS作为科研重点，批准CPS 相关研究项目130余项，投入了大量资助经费。 美国的CPS研究主要集中在嵌入式与自动化、网络化与信息安全、信息基础设施等方面。如，麻省理工学院设计了基于移动机器人的分布式智能机器人花园,为提高CPS 节点间的自主交互和高效实时通讯建立了基础；宾夕法尼亚工程学院研究的汽车导航软件GrooveNet,能够同时支持对真实车辆与虚拟车辆的运行监控, 为车辆CPS 的构建和自治导航的优化搭建了建模及仿真测试平台。在美国，CPS在智能电网、新型智能生物医疗设备、物流和供应链优化、城市下水道网络、抗灾预警等领域也均有一定的应用。 二、德国：“工业4.0”对CPS的实践 德国在工业领域较早提出了明确的CPS发展战略。CPS是德国工业4.0的核心概念，德国设想按照建立“智能工厂”和“智能生产模式”两大主题，促进未来企业以CPS的形式建立全球网络，整合其机器、仓储系统和生产设施；通过集成软件、传感器和通信系统，实现人、设备与产品的实时连通、相互识别和有效交流，从根本上改善从制造、工程、材料使用到供应链和生命周期管理的工业过程。德国工业4.0的立意，是以信息物理系统为基础打造本国制造业的核心竞争力，从而奠定在世界下一代工业中的领先地位。 德国所在的欧盟也制定了庞大的CPS研究计划，提出从2007 年到2013 年将投入54 亿欧元用于CPS 相关的嵌入智能与系统研究，力图在2016年成为智能电子系统的世界领袖。目前，欧盟在系统构架、系统建模、系统安全、QoS 和应用案例等方面取得了一些探索性研究成果。 三、中国：有研究基础，更要前瞻部署 从2009 年起，信息物理空间开始引起国内关注，在当年举办的多个网络控制技术论坛和计算机大会上，CPS在工业领域的应用多受重视。国家自然科学基金、“973计划”和“863计划”都将其作为支持重点；2010 年，国家“863”计划信息技术领域办公室和专家组在上海举办了“信息—物理融合系统发展战略论坛”，对CPS科学基础及其关键技术、战略布局、分领域应用等进行了研讨。 国内关于CPS前沿技术已有一些研究基矗如，武汉大学信息资源研究中心结合物联网和云计算，研究了CPS 网络互联和自主交互等技术，对CPS 的普适化网络环境开展了探索性研究；清华大学、同济大学、西北工业大学等高校也创建CPS研究组，从事CPS 技术相关研究；中国香港和台湾地区的部分高校成立了UCCPS (User-centric cyber-physical systems workshop) 亚洲论坛。总体看，国内CPS研究的战略层次不高，研究力量相对分散，基础理论研究还不深入，应用领域仍然比较狭窄。 |
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