CPS，给你一个可计算的世界

走向智能研究院参与主办的CPS专家宣讲团推出重量级专家从不同角度对CPS进行了深度解读，对业界理清CPS的内涵和价值起到巨大了的推动作用，走向智能研究院研究员尹金国撰文本文，从工程实践角度观察CPS对企业界所带来的作用，解释CPS的实现框架及应用价值，阐述了尹总眼中的CPS内涵的哲学意义。本文转载自微信订阅号“走向智能研究院”，经授权由中国工控网推荐阅读。

走向智能研究院研究员、深圳市昱辰泰克科技有限公司总经理尹金国

3月1日在工信部信软司指导下，标准化院制定的《信息物理系统白皮书》正式发布，一个多月来，社会上对物理信息系统这一概念进行了深入的解读，特别是智研院连续三次推出专家对CPS的深度解读，包括：中国信息物理系统发展论坛秘书长郭楠先生的《CPS白皮书的内容、特色》，中航工业集团信息技术中心宁振波首席顾问的《CPS的层级、内涵和沿革》，走向智能研究院赵敏执行院长的《CPS的技术路线》，对业界理清CPS的内涵和价值起到巨大了的推动作用。本文从工程实践角度观察CPS对企业界所带来的作用，略表对专家团的敬意与感谢。

赫拉利在《人类简史》中写道：科学革命并不是“知识的革命”，而是“无知的革命”，真正让科学革命起步的伟大发现，就是发现“人类对于最重要的问题其实毫无所知”。并且他强调人类应该“以观察和数学为中心”获取新能力（参见《人类简史》第243页）；现代哲学家康德认为想象力是人类有别于其他的动物的关键特征，在《纯粹理性批判》中认为，动物没有推理抽象能力，其原因就是因为缺少想象力，缺少超越现实感的纯粹的虚幻想象能力。人类从想象力出发，在获得对客观世界认知的基础上发挥人类特有的想象力带来的知识、哲学、科学、技术及工程等。

两千多年来， 以连续、动态、关联、整体观为基础的东方哲学，和以逻辑、推理为基础的西方哲学从不同的方向思考世界的本质等人类最为核心的哲学问题。可以说，东方哲学的本质是感觉，西方哲学的本质是逻辑。在进入新世纪以来，经济、技术给世界带来巨大的变革，人的自我意识空前高涨，互联网使得海量信息传递高效、实时交互，物联网提供廉价、泛在的客观世界的连接手段。所有这些都需要我们对人类的感知、推理甚至智能重新认识。在这个大背景下，工业4.0、人工智能、认知计算、先进制造、知识自动化等从不同的视角、不同的方向来推动世界经济、文化的发展。

柏拉图说：上帝是几何学家；人类对世界的认知始自几何学，其原因就是因为几何学是发挥人类感知与想象力最直接的学科（算术基本上仅靠想象力，缺少感知的成分）。感知是指人类与世界的互动，而建立在想象力基础上的知识、智慧是人类之所以成为地球家园的统治者的原因。而赛博物理系统CPS所包含的赛博空间与物理空间基本上就是对应于人类的逻辑想象空间和客观世界空间。

我将从工程角度来分以下几部分解释CPS的实现框架及应用价值，包含CPS内涵的哲学意义。

首先，CPS系统是一个感知系统，自从人类发明了文字，第一次实现了跨越时空限制的交流（语言具有时空局限性），到上世纪互联网带来信息的高度发达，但是所有这些都需要一个参与者：人！文字是人写成的，互联网的信息是人创造的，对世界的感知首先经过了人这个过滤器，所以直到物联网来临前，信息世界基本上被限制在人的范围之内。这些信息具有昂贵、失真的特征，人类想得到廉价、保真的信息必须打通客观现实世界与逻辑虚拟世界的关系，去除人这一稀缺资源，这时候，物联网横空出世。

作为连接客观世界与数字世界的物联网能够自动实现原来仅仅人类所具有的感知的能力，这种感知能力是建立CPS的基础和前提，到底是物联网的出现与发展带来了CPS，还是CPS需要物联网从而驱动物联网的发展，这就成了鸡生蛋、蛋生鸡的问题。感知是集各种传感器的与世界耦合在一起的模拟到数字的转换节点（A/D）。有了传感器，数字世界就可以源源不断地得到原料，这个革命一点不比人类发现石油给人类带来生活能源作用小。

其次，CPS系统是一个泛在连接系统，用于感知的传感获得数据需要归集到一起才能重现客观世界的影像，物联网实现CPS的这个刚性需求，特别是无线的发展，使得物联网的覆盖面大大扩展，现在基本上能够想象到的数据都可以由物联网获取。同时，物联网是跟互联网不同的网络，所使用的协议、通讯方式、带宽大小等都千差万别，例如：高清视频需要几十兆带宽，而温度传感可能仅仅需要1比特带宽就够了，所以物联网本身就具有异构的特征。作为CPS神经传输的物联网的异构性，要求CPS具有整合异构网络的能力，这是CPS工程实践中一项非常关键的工作。

再次，CPS系统是一个进化的平台系统，康德在《纯粹理性批判》中，对自在之物给予了大篇幅的描述，他认为人类受限于感觉器官的限制，根本没有能力对自在之物进行全面认知；而黑格尔就更极端（包括中国先贤王阳明及禅宗也有类似的世界观），他认为人类认知的世界仅仅是人类自我的幻觉而已；所以说，人类的认知是发展的、进化的，而CPS系统与认知是强依赖关系，因此，CPS系统一定是一个进化的平台系统，否则如果人类希望在CPS系统中添加新的认知维度会造成对CPS系统稳定性的破坏，昱辰泰克的CPS系统平台是建立在实体／属性基础上的自进化系统，只有具有进化特征才能保证CPS系统具有持续发展的能力，这正好符合黑格尔的辩证法哲学。

最后，CPS系统是一个知识承载容器，上面谈到过CPS具有知识自动化的特征，人类知识首先要在Cyber空间中得到表示，然后通过CPS自动运用这些固化的知识。CPS系统需要满足两方面的知识承载，一方面是通用知识的自动运用，第二方面是通用知识的高效运用。自动运用和高效运用是不一样的，例如，在传统的大规模制造中的排产，可以由人直接进行计算后得到排产结果，这种规划类的业务是CPS系统第一项要求，即知识自动化，也就是说，CPS应该具有替代人工排产的自动排产的能力；但是在以个性化定制为代表的柔性制造中，车间（客观世界）中的现状瞬息万变，已经超出了人类排产的能力，也就是说，你还没有作出排产结果，影响排产结果的状态和信息已经发生了改变，这时候，CPS系统要发挥强大的计算能力实时跟随客观世界的变化而做出适当的决策。如下图所示：

当然，CPS系统还有非常多的维度需要我们深入研究，但是我认为以上四点是建立CPS系统必须要理解并认真对待的特征，我们在研究、开发CPS及类似系统的七八年时间中走过了很多弯路，也得到了更多的教训，仅仅积累下一点点经验供同好参考。

只有建立如此的CPS系统，才使得我们能够拥有一个可计算的世界，也使得我们人类本身的知识能够更高效、更广泛地创造价值。