【应用】CPS如何实现无所不在的信息监视和精确控制？

CPS之所以能够实现，有赖于半个多世纪以来人类ICT(Information Communication Technology,信息通信技术)技术的不断积累，但最重要还是近三十年以来两项技术的爆炸式发展。首先是互联网，比如因特网以及基于因特网的万维网，显而易见，这是CPS能够实现的基石。其次则是软件密集型嵌入式系统（software-intensiveembedded systems，简称SIES），SIES在现今几乎所有的高科技产品和系统中都能发现，比如数控机床、高级轿车、飞机、智能建筑、智能风机等，SIES对于CPS的重要性常常被低估，但其却是CPS能够落地的真正关键。CPS的核心理念即数字世界同物理世界的深度融合，但数字世界的更新速度远远快于物理世界，纯物理世界难以跟上数字世界的发展，因此CPS的实现需要能够将物理世界同数字世界合二为一的粘合剂，这种粘合剂就是SIES，而粘合方式就是“以软代硬”。


软件的功能可以无限量地添加和升级，而硬件通常要花费很多费用和时间来保养和升级，因此大规模的“以软代硬”其实就是以数字世界融化物理世界的过程，这种趋势在Tesla电动车和智能手机上已经得到体现。在SIES中，软件重要性远远超过硬件，因此SIES更加敏捷和灵活，可以按照客户的特定需求和要求进行定制。在开发或使用的任何阶段，都可以通过更新软件来快速更新功能。此外，SIES的开发成本虽然可能相对于普通嵌入式系统有所增加，但产品生命周期成本却可以大幅降低。在普通的硬件主导型系统中，硬件设计必须在产品开发过程的早期就确定下来，但软件驱动的系统却可以将灵活性保持到在用户使用中。因此，随着代码数量保持成倍增加，我们每天使用的设备将变得越来越智能化。未来，在工业企业中，软件工程师将比机械工程师更多，未来，软件将定义世界。

这种由CPS所带来的虚拟物理大融合将使人类的生活和生产更安全，更高效，更健康，更清洁，帮助人类社会解决很多目前物理系统无法解决的难题，比如人口老化带来的养老问题，资源稀缺造成的物价上涨，交通拥堵带来的效率损失，自然灾害带来的生产力损失，可再生能源不稳定造成的电价上涨等。一些早期的类CPS应用早已经进入我们的日常生活，并被我们天天使用。典型案例就是车载导航软件，GPS系统为地球表面每一块土地都提供了一个全新的、瞬时可知的虚拟映象，车辆既是行驶在物理世界的道路上，也穿行在数字世界中，在移动通信数据的帮助下，现在的导航软件还能根据即时路况规划最佳行驶路线。其他的常见类CPS应用还包括轨道交通控制系统，风电站远程控制系统等。但CPS对人类世界最震撼的改造还并未降临，CPS掀起的生产力革命将主要爆发在两个基础领域：能源和工业，CPS的人，机，物融合能力，使的人类在能源和工业领域能够实现无所不在的信息监视和精确控制，真正实现人类对复杂系统的全面管理。