“信息物理系統(tǒng)”還是“賽博物理系統(tǒng)”

普遍認為，第一次工業(yè)革命是實現(xiàn)機械化，第二次工業(yè)革命是實現(xiàn)電氣化，第三次工業(yè)革命則是在工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高度的信息化，而第四次工業(yè)革命的核心則是CPS系統(tǒng)——Cyber-Physical Systems，目標是實現(xiàn)工業(yè)制造過程的自動化、信息化和智能化等。

因此，在談及工業(yè)4.0和智能制造時，必定繞不開CPS——這個“最熟悉的陌生人”。實際上，CPS并非新概念，其傳統(tǒng)代表——嵌入式控制和執(zhí)行系統(tǒng)，多年來已經(jīng)廣泛應用于航空航天、汽車、機械裝備等離散制造業(yè)和能源、化工等流程工業(yè)。很多年來，CPS并不強調(diào)與新興信息系統(tǒng)的對接，而更多強調(diào)嵌入式計算、控制單元與執(zhí)行機構(gòu)相銜接形成的自動化控制和執(zhí)行系統(tǒng)。但是在工業(yè)4.0和智能制造時代，CPS開始強調(diào)“實時監(jiān)控、狀態(tài)感知和自主決策”的智能化特征，基于先進IT技術(shù)的數(shù)字化制造系統(tǒng)開始和傳統(tǒng)CPS系統(tǒng)融合，并利用高性能工業(yè)網(wǎng)絡、傳感器網(wǎng)絡等基礎(chǔ)技術(shù)，形成信息化系統(tǒng)、計算單元、控制執(zhí)行單元和物理實體的協(xié)同，幫助CPS系統(tǒng)變得更為“智能”。

不過，CPS系統(tǒng)在引入國內(nèi)時，不僅其定義和內(nèi)涵并無統(tǒng) 認知，甚至其譯名都存在較大的爭議；從本期開始的“熱潮中的思考——‘工業(yè)4.0和‘智能制造系列報道”，編輯特別邀請英諾維盛公司總經(jīng)理、中國發(fā)明協(xié)會發(fā)明方法分會會長、清華大學特聘課程教授趙敏先生，談談他對工業(yè)4.0和CPS系統(tǒng)的獨特見解。

工業(yè)4.0誕生于2011年。德國工業(yè)4.0的核心內(nèi)容可以概括為：建設(shè)一個網(wǎng)絡——CPS（Cvber-Physical System，賽博物理系統(tǒng)），研究兩大主題——智能工廠和智能生產(chǎn)，實現(xiàn)三大集成——橫向集成、縱向集成與端對端集成，以及推進三大轉(zhuǎn)變。

CPS強調(diào)的是賽博系統(tǒng)（Cyber System）和物理系統(tǒng)（Physical System）的融合。物理系統(tǒng)不難理解，但是對于賽博系統(tǒng)則出現(xiàn)了較大的理解分歧?，F(xiàn)在流行的對CPS的翻譯是“信息物理系統(tǒng)”，這是一個非常不妥當、概念混淆的術(shù)語翻譯。自從2014年CPS開始在國內(nèi)流行時，筆者就質(zhì)疑CPS的翻譯，并且于2014年4月20日在媒體網(wǎng)站上專門發(fā)表了一篇名為“由工業(yè)4.0談及對CPS的翻譯和理解”的博客文章，討論了對這個術(shù)語的翻譯。

筆者深切地感受到，CPS是工業(yè)4.0的核心和標志，是工業(yè)4.0的落地和使能技術(shù)。沒有CPS，就沒有工業(yè)4.0。對于這樣g 個重要術(shù)語的翻譯錯誤，將導致大家對CPS的理解錯誤，進而可能導致CPS難以落地。于是，筆者花了近一年的時間來收集有關(guān)CPS的資料，并利用筆者熟知技術(shù)系統(tǒng)發(fā)展演變理論的優(yōu)勢，從自己的視角研究和剖析了CPS。

為了弄清楚Cyber的準確釋義，筆者查詢了牛津大辭典，詞典給出的詞條解釋是：Cyber——（in nouns andadjectives）connected with electronic communicationnetworks，especially the Internet，翻譯為“賽博-（以名詞和形容詞）連接電子通信網(wǎng)絡，特別是互聯(lián)網(wǎng)（的事物）”。維基百科沒有給出明確的解釋，谷歌翻譯軟件只是給出了幾個釋義：網(wǎng)絡、數(shù)碼和網(wǎng)上等。因此，根據(jù)目前的翻譯工具和辭書，無論怎么看，Cyber都沒有信息的意思，而主要是“網(wǎng)絡”或“互聯(lián)”的意思。

賽博系統(tǒng)，并非新生事物。1954年錢學森撰寫的《工程控制論》一書就提到了賽博的概念。某些行業(yè)對賽博空間的研究，也已經(jīng)達到了較高的水平。2009年4月，在美國國防部的倡導下出版了《賽博力量和國家安全》一書，對賽博空間做了全面的介紹，形成較為完備概念體系，書中認為賽博空間是一個可操作的領(lǐng)域，由電磁頻譜、電子系統(tǒng)及網(wǎng)絡化基礎(chǔ)設(shè)施三部分組成，人類通過電子技術(shù)和電磁頻譜進入該領(lǐng)域，進行信息的創(chuàng)建、存儲、修改、交換和利用。

簡單理解，電磁頻譜是各種制式電磁波，電子系統(tǒng)是各種連接網(wǎng)絡的終端，網(wǎng)絡化基礎(chǔ)設(shè)施是各種有線/無線網(wǎng)絡和發(fā)射接受終端等。這是目前對賽博系統(tǒng)最清晰的釋義。但是，最初翻譯工業(yè)4.0的人可能并不了解這些背景知識，望文生義地把Cvber翻譯成了“信息”。其實，信息以及承載信息的數(shù)據(jù)，只是賽博系統(tǒng)中流動的過客，是被控制的對象。

眾所周知，信息化的基礎(chǔ)是二進制數(shù)據(jù)。計算機并不直接處理信息，只會按照既定的程序，處理0和1的二進制數(shù)據(jù)。當任何自然界信息或人工信息需要計算機處理時，首先要做的工作是該類信息的數(shù)字化，然后交由計算機處理，然后再把處理后的數(shù)字化信息用軟件（屏幕顯示設(shè)備）或使能器（執(zhí)行動作設(shè)備）表示出來。因此，所謂信息化，實際上是“自然界信息一信息數(shù)字化一數(shù)字運算一數(shù)字化信息一顯示或執(zhí)行結(jié)果”這樣一連串的、信息產(chǎn)生質(zhì)的飛躍變化的過程。如圖1所示。

計算機CPU的子系統(tǒng)是門電路，門電路的元件是晶體管，晶體管依賴于電場的變化（電平高低或電流通斷），最終表示為0和1的邏輯數(shù)據(jù)。

在場效應管結(jié)構(gòu)中，閘門（Gate）呈類似魚“鰭（Fin）”的叉狀3D架構(gòu)，可于電路的兩側(cè)控制電路的接通與斷開。電流的通斷，代表了0和1的二進制數(shù)字。由此，在物質(zhì)支持下，電場的狀態(tài)形成了晶體管的數(shù)字化邏輯運算狀態(tài)。

計算機存儲功能由各類存儲器實現(xiàn)。在數(shù)據(jù)的記錄形式上，現(xiàn)在多數(shù)采用磁介質(zhì)材料來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫。現(xiàn)在常用的垂直記錄技術(shù)，是以磁顆粒的極性N—S和S—N的物理狀態(tài)來決定二進制數(shù)字0或1。如圖2所示。

我們甚至還可以把無線網(wǎng)絡的發(fā)射與接收設(shè)備也用這樣的方式描述出來。限于篇幅，不再贅述。

綜上所述，無論是計算機、手機的運算、存儲、顯示和網(wǎng)絡傳輸，還是各類傳感器和數(shù)碼設(shè)備等，都屬于大家所熟知的賽博系統(tǒng)，都是基于最基本的物質(zhì)和物理場的原理工作的。物質(zhì)支持了場的存在，場支持了數(shù)字化邏輯的基本原理實現(xiàn)。因此，賽博系統(tǒng)是特指包含了數(shù)字空間的基本物理結(jié)構(gòu)。

所謂CPS，就是要讓第三次工業(yè)革命的產(chǎn)物——包括了數(shù)字空間的賽博系統(tǒng).不斷融入第一次、第二次工業(yè)革命的產(chǎn)物——物理系統(tǒng)的過程，從彼此疊加、嵌入直至相互融合、互通互聯(lián)，形成了賽博物理系統(tǒng)（CPS），實現(xiàn)“狀態(tài)感知、實時分析、自主決策和精準執(zhí)行”的智能制造，并為未來無所不在的物聯(lián)網(wǎng)鋪平道路。

筆者觀點：物質(zhì)生成場，場生成數(shù)字，數(shù)字形成數(shù)字空間。數(shù)字空間和其所承載的數(shù)字化信息不能脫離物質(zhì)而單獨、穩(wěn)定的存在，只能長期而穩(wěn)定地生存、流動在特定的硬件、軟件、固件或網(wǎng)絡設(shè)備中，如芯片、路由器、手機、基站等賽博系統(tǒng)。信息只是賽博系統(tǒng)控制的對象，而不是賽博系統(tǒng)本身。因此，CPS的正確翻譯和理解是“賽博物理系統(tǒng)”。