“二维九格”可助力CPS轻松落地

发布时间：2017-04-21 作者：佚名来源：微博

关键字：二维九格 CPS

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本文在工信部最近新发布的《信息物理系统白皮书(2017)》对CPS 三个层次划分的基础上，提出了CPS的二维度划分，并衍生出九种CPS落地方式。

二，一维只能界定属性，二维才能更利于CPS落地

但笔者认为，这种横向一维的划分只是对系统属性进行界定，对指导CPS如何落地尚显不足，如果加上纵向的智能程度属性，形成二维的定义将更有利于对CPS的理解，并可更好地促进CPS的落地。

1，智能系统的三个层级

在笔者共同编著的《三体智能革命》一书中，我们将人造系统的智能根据“状态感知、实时分析、自主决策、精准执行、学习提升”的5大特征(简称“20字箴言”)划分了三个纵向的层级，分别是：

初级智能系统：具备状态感知、自动决策、即刻执行，即有感知、自决策、善动作的系统。这类系统由工业装置自身即可实现。

恒定智能系统：具备状态感知、实时分析、自主决策、精准执行的四个特征，在初级智能的基础上强调了系统的分析与决策能力。

开放智能系统：具备智能的5个全部特征，状态感知、实时分析、自主决策、精准执行、学习提升。系统具有一定的认知能力，并具备了自我改善、学习提升的持续发展能力。

这三类智能可用下面的图示表示。

2，“二维九格”衍生九种CPS落地方案

通过横向的三个智能层级与纵向的三个属性层级，我们可衍生出9种CPS落地方案。下面，我们逐一进行简述。

根据以上划分，共有三组单元级的CPS，他们的特点是最小的CPS单元，具有不可分割性。

初级智能/单元级：如冰箱恒温装置。该装置可感知温度，在温度超出一定范围后，能自动决策，即刻启停制冷开关。这是CPS一种最基本的初级智能、单元级的应用。

恒定智能/单元级：如机床自适应切削系统。机床可根据主轴负载变化，基于知识的决策，在较小载荷的情况下自动增大进给速率，在较大载荷的情况下减少进给速率，达到缩短加工周期、提高加工效率和提升加工质量的目的。系统具有实时分析、自主决策、精准执行的特点，并且具有不可再分割的特点，所以是一种恒定智能/单元级系统。

开放智能/单元级：典型的例子如阿尔法围棋程序系统(AlphaGo)。AlphaGo除了具有实时分析、自主决策等功能以外，还具有学习认知的能力，并由于具有不可再分割性，因此，这是一种开放智能/单元级系统。

下面是三组系统级CPS的例子，特点是引入了“网络”的概念。

初级智能/系统级：如宾馆火灾烟雾自动监控报警系统。每个房间的感烟探测器感应到烟雾后，将信号通过网络传递到中央控制室，启动报警设施，并自动启动喷水灭火系统进行灭火。这是一种通过网络、具有实时感知、自动决策、即刻执行特点的初级智能系统级CPS。

恒定智能/系统级：如智能车间/产线。在兰光创新研发的兰光智能车间系统中，通过设备物联网子系统实现所有数控设备的网络化通讯、远程实时状态采集、大数据分析与可视化展现，并通过MES系统对计划、排产、派工、物料、质量进行智能化管理，设备、物料、质量等出现问题，系统会自动通知相关人员，甚至采取相应措施，实现了设备状态、生产过程等的状态感知、实时分析、自主决策(部分自主决策，有些需要相关人员根据决策数据进行人为决策)与精准执行，可以算是一种恒定智能的系统级CPS。

开放智能/系统级：这种系统具有自学习、自认知功能，如设备预测性维护系统。系统通过实时采集设备状态，通过历史数据，以及与其他类似设备的比较，能通过自学习的方式推理、判断即将发生的故障，达到进行预测性维护的目的。

SoS级具有“平台”概念，并实现了多CPS系统之间的协同优化，是比较复杂、相对高级的CPS系统，以下是从智能层级方面对SoS的划分。

初级智能/SoS级：如共享单车。单车通过GPS等定位单车位置，通过APP获知客户信息，通过云端发送过来的开锁信息进行电控锁的开关。具备了状态感知、自动决策、即刻执行的特点，并且是基于云平台的一种运营模式，是一种单个系统的初级智能、多系统之间的协同，可以算是一种最简单的初级智能SoS级CPS。

恒定智能/SoS级：如导航软件。具备位置、路况等的状态感知，通过实时分析形成最优路线，并根据实时路况给出最优的路线，具有典型的状态感知、实时分析、自主决策、精准执行的四个特征，这些数据是基于云平台上众多汽车采集的信息并进行协同优化的，是一种中级智能(恒定智能)、平台级的SoS级CPS。

开放智能/SoS级：系统既具有自认知、自学习等高级智能特点，还具有多系统协同优化的特点，典型的如海陆空天赛博五域作战指挥协同系统等。这是相对复杂、相对高级的CPS系统。

这种从横向属性、纵向智能两个维度进行定义CPS，并衍生出九种CPS落地方案的方法，笔者称之为“二维九格”CPS定义法。

通过上述定义，我们就可以很清楚地界定、细化各CPS系统的属性、智能程度、基本特点等，使CPS系统更容易落地，很好地支持企业创新的发展，甚至衍生出新的商业模式，比如：软硬结合的初级智能单元级CPS以及共享单车这类个体初级智能的SoS级CPS，通过不同的元素组合，就可以形成不同的商业模式。企业把自己清晰地定位在某一格或某几格，重点突破，形成自己的竞争优势。

可以说，“二维九格”CPS定义法对当今“双创”(大众创业、万众创新)也是很有指导价值的。

3，从国外经验来看，CPS的二维定义迫在眉睫

现在，工业4.0已经成为影响全球智能制造的战略，成为德国非常成功的一次国家级营销。但假如说，德国对工业4.0的描述只是停留在一个核心—— CPS系统，三项集成(纵向集成、端对端集成、横向集成)的水平上，大家也只能对工业4.0有个模糊概念而已，如果对工业4.0如何落地，如何衍生新的商业模式仍然是一头雾水，就很难推动工业4.0的实现。但聪明的德国人从三个维度进行了设计，通过“工业4.0参考框架(RAMI4.0)”这个模型，工业4.0的各种落地方案、商业模式就呼之欲出了。

德国工业4.0参考框架

德国用一个三维模型清晰地表达了工业4.0的框架，美国GE则用一个二维的定义将工业互联网进行阐述，机器——设备——组织——网络，智能设备——智能系统——智能决策，从哪开始做，做成什么样子，都清清楚楚地表达出来了。

可以说，CPS传统一维的定义，只能比较清晰地界定了系统的属性，不能明确地指导系统的落地，笔者认为，尽快完善CPS二维甚至多维的定义，将有助于CPS在我国的快速发展，在中国制造急需向中国智造转型升级的关键时刻，这项任务显得尤为重要与迫切。

三，结束语

CPS作为智能制造的核心支撑技术，必将在中国智能制造转型升级中发挥重要的价值。现在，即便是全球的范围内，对CPS的认知还不完全统一，甚至没有一个统一的权威定义。工信部近期发布的白皮书，在规范大家对CPS的认知、厘清CPS的特点、层级、实现等方面都具有积极的推动作用。笔者认为，我们对CPS的认知也应该是一个不断迭代的过程，我们既要肯于研究国外的先进理念，更好地理解CPS精髓，又要不拘泥于别人的说法，结合中国实际情况，敢于提出自己的认知，衍生出指导CPS的各种落地理念、执行标准，促进中国智能制造的快速发展。

“二维九格”CPS定义法是笔者经过深入思考后的结果，对CPS的细化与落地具有一定的参考价值，但未必一定完全正确，希望通过本次的抛砖引玉，能对大家起到一定的启发作用，为更好地推进CPS在中国的发展而共同努力，敬请各位专家批评指正！

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第1页：“二维九格”可助力CPS轻松落地(1)
第2页：“二维九格”可助力CPS轻松落地(2)

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