基于CPS架构的数字化战略能力构建

计划”、日本发布“科技工业联盟”等，其目的都是加强对先进制造业前瞻布局，吸引中高端制造业回流本土，构建制造强国新优势。

德国作为传统工业强国，也是新一轮制造业革命的翘楚，自2006年起，德国将加强制造业竞争优势上升到国家战略层面德国“工业4.0”国家战略的制定可追溯到2006年发布的《德国高科技战略》，该报告是为了解决德国高成本背景下维持竞争优势的问题。2010年，德国发布《德国高科技战略2020》报告，提出利用高科技战略加强德国制造的竞争优势，将工业4.0列为十大未来项目之一。。2013年4月，德国工业4.0平台在汉诺威工业博览会上正式发布《德国工业4.0未来项目实施建议》[1]，提出德国要成为智能制造技术的主要供应商和CPS （cyber-physical systems，即网络实体系统，又译作信息物理系统）对这一概念有不同的翻译，比较主流的译法是“信息物理系统”或“信息物理融合系统”。笔者对美国和德国的CPS研究后发现，“信息物理系统”会限制人们对这一领域战略意义的理解，cyber具有网络空间的内涵，它对实体的管理与控制是跨组织、区域和行业边界的，是在万物互联的基础上对设备、人、流程、服务的整体管理、控制和优化指导。因此，其应用范围已跨出技术体系，涉及政策、战略、生态、管理与机制等相关问题。技术及产品的领先市场。为了进一步落实工业4.0战略，德国相继出台《德国智能服务世界——未来项目实施建议》《德国工业4.0实施战略报告》《数字化战略2025》等多份政策报告，较为具体地指出了未来发展的路径和方法。

CPS作为德国工业4.0的关键框架技术，是实体资产与计算能力之间互联管理的转型技术（transformative technologies），是“计算过程与物理过程的集成，利用嵌入式计算机和网络实现对物理流程的监控，通过反馈回路相互影响的整合体系”[2]。德国国家科学与工程院（acatech）認为CPS是使用传感器直接获取物理数据和执行器作用物理过程的嵌入式系统、物流、协调与管理过程及在线服务[3]。以往学者们对CPS的讨论主要集中在技术层面，包括：CPS在技术系统工程领域的挑战[4-8]、CPS系统架构与支撑技术体系[9-12]、CPS建模方法[13]、安全分析与评估[14-17]等。相关研究关键词按出现频率降序排列如下：信息技术集成、ICT系统组件、智能制动器、智能传感技术、嵌入式系统、分布式系统、系统的高可扩展性、实时系统、智慧或智能，以及并发性等。已有文献仅从技术视角研究CPS不足以阐释其对构建制造业竞争力的战略价值。

实际上，CPS不仅是一个技术系统，更是技术驱动的社会系统综合体[18]。基于已有研究，我们提炼出CPS的四大特点。第一，CPS具有开放性。CPS不是自给自足的独立实体，而是物理、社会和虚拟世界广泛联网以及智能使用信息通信技术形成的开放社会技术系统，具备超越现有严格控制行为下的封闭式嵌入系统所具有的功能、服务以及特性。其中，个体或群体会被动或主动地融入CPS，人类是联网的重要组件和应用系统内部的行动者，与CPS共同协调、控制和管理其他组件。第二，CPS具有交互性。这种交互性一方面体现在横向交互上，如在CPS在连接层包含了感知、通信、计算、控制与物理系统，通过系统内的不同组件（如传感器、控制器、服务器和终端设备）将计算、网络和物理进程相结合，实现物与物之间、人与物之间、系统之间的互联、互通和互操作[19-20];另一方面是纵向交互，即CPS系统各层之间的相互依存、相互支持的逻辑关系，如在物与物、人与物、系统之间连接的基础上，资源被数字化后实现数据的增值和网络空间的集成，实现对实体环境的自主感知、智能分析、反馈控制和深度融合，进一步达到提高资源优化配置的深度和广度的目的[19-20]。第三，CPS具有动态性。CPS不是静态和局部的技术解决方案，而是对分布在各地的硬件设备、服务、人和过程进行连接、整合分析和调整的动态解决方案。根据应用情境、环境条件以及任务需要，CPS能够访问其他子系统搜索相应数据、功能和服务，将其动态地融合到系统中。它与市场环境具有密切的互动关系，从而建立高度互联的环境适应性系统，其应用和发展跨越企业、产业甚至国家边界。第四，CPS具有复杂性。CPS具有在空间和时间范围内感知和处理外部环境巨大复杂性的能力，构建能力的过程涉及政策、制度、经济要素、产业竞争力、商业生态、平台、商业模式创新等一系列问题。它的空间“连接”和智能化能力将会对全球未来再工业化竞争路线、模式、管理和运营产生长远而深刻的影响[19]。

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