CPS来了，工业和能源人的互联网时代生存指南

　　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(InformationCommunicationTechnology,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-intensiveembeddedsystems，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。

　　能源革命？没了CPS才玩不转呢

　　在能源领域中，如果我们能够站在全球角度来看，人类的能源系统正处于巨变中。我们的电力供应模式正从可以随时发电的常规大型集中式电源（核电，火电，大型水电）向不稳定，非集中，低能量密度的可再生能源系统转变。由成熟应用向不成熟应用的变化难以避免会带来阵痛，风能和太阳能不像火电核电一样招之即来，挥之即去，可再生能源是一种气候能源，瞬息即变的天气随时都在影响风能和太阳能的输出。此外，电力消费因时间不同，季节和习惯不同而变化复杂，为了满足这些时刻处于变化中的电力需求，电力供应量总是不得不超过电力需求量。除此以外，在你看不见的地方，还有很多发电机组正处于随时待命状态，以满足突然出现的额外电力需求，这造成了巨大资源和效率浪费。由于以上原因，电力系统的调节空间正在从发电和用电两端被前所未有的压缩，这也对电力系统的调度和控制技术提出了更高的要求。在新的背景下，传统技术和结构已经显得力不从心，只有基于CPS的能源互联网才能满足新型电力系统的要求。

↓↓↓智能电网↓↓↓

　　目前被动的、弱信息化的、单向传输的、静态的、封闭式的电网，将进化为市场导向的、服务化的、分布式和集中式相结合的、动态的，开放式系统。未来基于CPS的能源互联网可以持续不断监控每一户家庭，每一辆电动车，每一个工厂，甚至每一台用电器的电力消费数据和使用习惯，通过大数据分析来预测即期，短期，中期以及长期的电力消费。而在发电端和输电端，基于CPS的能源互联网，则可以通过微网技术，储能技术和远程输电技术，大幅提升可再生能源的使用比例和使用效率，大幅降低因为不必要的冗余而造成的巨额浪费。

　　其实ICT技术在能源系统里面早已被广泛应用，举例来说，现在火电站已经能够做到远程控制，输电网的运行情况在调度中心中能够一目了然，配电网自动化也正在逐渐普及，带有通信功能的智能变电站也正在日益推广；光伏电站和风电站也能做到远程智能控制，全球过亿家庭已经安装了智能电表，带有通信功能的智能电器和智能汽车也越来越多；不仅电力，就连油气开采和油气管输也在日益自动化和智能化，通信和控制已经成为能源电力系统的标准功能配置，但是目前这些系统还是一个个信息孤岛，在孤岛内，基于不同系统的CPS已经出现，但目前还缺乏一个能将消费者，生产者，经销者，管理者和调度者，以及各种设备和服务都连接起来的网络，这个网络就是基于CPS的能源互联网。