CPS的精髓在于数字世界对物联网特别的重要 - 全文

时间: 2024-03-06 11:59:02 |   作者: 自粘防水卷材系列

  在多个产业环节，原有的通用性芯片的发展思路显然不能够满足万物互联的需求，因此，针对不同场景研发不同垂直领域的芯片成为一种新的“解题方式”，所以你会看到慢慢的变多的IoT公司正在自行研发算法更优化、功耗与成本更低的芯片，以满足智能家居、智能音箱、智能摄像头、无人驾驶汽车等特定场景的需求。

  也就是说，物联网已经不单单是技术，它还带来了方法论层面的变革；更进一步，它还是一种新的思维方法，让我们有机会以前所未有的角度认知物理世界、前所未有的方式改造物理世界。

  如果你把物联网作为新技术，可以开发一些创新硬件和方案，撬动百亿级的市场；如果你把物联网作为方法论，可以用它变革传统行业与流程，撬动千亿级的市场；如果你把物联网作为思维方法，有可能改变整个物理世界的互联方式，撬动的是不止万亿级的市场。

  为了以正宗的姿势理解物联网这种全新的思维方法，有一个术语不得已提：CPS（Cyber－Physical Systems），中文翻译为“信息物理系统”。

  CPS这个名词在2006年由美国国家科学基金会NSF首次提出，并在消费电子、能源、工业、公共事业、医疗健康等领域开展了对于CPS的应用探索，随后美国将其作为抢占全球新一轮产业竞争制高点的“种子选手”。

  凡事有利有弊，工业4．0将CPS作为其核心的举措，一方面让CPS受到了更广泛的关注，另一方面也让部分人错误的认为CPS仅仅局限于工业领域，或许对于CPS的刻板印象和误解还不止于此。

  看到这里，你的心中一定充满了各种疑问。因此在本文中，我将尝试探讨以下问题：

  不可否认的事实是，CPS的内涵和外延一直都在持续变化，至今还没形成统一的定义。

  拆解CPS这个名词，其中既包含Cyber（数字世界），又包含Physical（物理世界），给人的第一印象是CPS是连接可见与不可见世界的“桥梁”。如果仅仅把CPS理解为“桥梁”、“总线”，或者“系统”，未免过于狭隘和短视。

  英文Physical不仅是“物理”的意思，更代表蕴含在物理实体背后的客观规律。美国国家科学基金会NSF对于CPS的解释是，按照自然规则或者人为规则运行的系统，物理模型只是承载这些规则的手段之一，其它的手段还包括旁边的环境、相关要素、机器社群等。

  目前我看到的对于CPS最好的解释是，CPS着眼于将物理设备联网，也就是将设备连接到网络上，让物理设备具备了计算、通信、精确控制、远程协调和自治等5大功能。

  CPS本质上是一个具有控制属性的网络，但它又有别于现有的控制管理系统。CPS的3个核心元素包括通信（communication）、计算（computation）和控制（control），有必要注意一下的是，CPS把“通信”放在与“计算”和“控制”同等的地位上，因为在CPS强调的分布式应用系统中，物理设备集群之间的协调是离不开通信的。

  CPS对网络内部设备的控制精度、远程协调能力、自治能力、控制对象的种类和数量，尤其是在网络规模上，可以说吊打现有的各种网络。

  在美国辛辛那提大学李杰教授所著的新书《CPS新一代工业智能》中，曾经提到在电影《天空之眼》中的一个鲜活故事，让我们大家可以在某些特定的程度上直观的感受到CPS的内涵。

  《天空之眼》是一部以无人机反恐打击为角度切入的战争片。电影中，远程驾驶的无人机原本只需要执行空中监视任务，却在发现即将进行恐怖活动后，改为对其进行定点清除任务。因为袭击目标房屋的旁边有个小女孩，执行任务过程中很有一定的概率会造成小女孩的伤亡。剧情的冲突点在于，经过计算，小女孩受伤的概率非常高，所以指挥官与操作手在无辜生命和有价任务之间徘徊、争执、选择。

  在电影的一个场景中，指挥中心里的分析人员不断寻找目标房屋的射击点，以便在击杀的同时使小女孩被误伤的风险降到最低。这个微妙决策的诞生，其基础即为对状态和活动的精确评估及预测，涵盖了CPS的3个核心元素：

  通信（communication）：无人机将地面的数据和自身的状态不间断地传输到控制中心，而控制指令也能够实时地传递到无人机上。

  计算（computation）：这里的计算有非常明确的目的性，首先是达成目标的能力，即选不一样的瞄准点对袭击目标造成致命打击的成功率；还有在袭击过程中造成房子边上的小女孩伤亡的风险。

  控制（control）：无人机的指挥中心设置在距离袭击目标数千英里的亚利桑那州，操作手可以通过实时控制系统RCS实现飞行员对飞机的一切真实操作。

  在这个实例的决策过程中，对目标要求的完成程度和达成目标所要付出的代价，这两者之间的精确预测和权衡是计算的内容和目的。决策不是最终目的，对决策造成的影响进行精确化的评估和管理才是目的。

  CPS将整个物理世界的规则进行建模、预测、优化和管理，CPS不仅是“桥梁”、“总线”，或者“系统”，它的精髓在于对数字世界的营造。

  CPS更为本质的意义在于，它或将成为物联网互联与改造整个物理世界的一项底层思维基础。如同互联网改变了人与人、人与数字世界之间的互动一样，以CPS为核心思维的物联网将改变人与物、物与物，乃至物理世界与数字世界的互动方式。

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