漫談工業4.0、CPS和物聯網

2014年10月10日，中國國務院總理李克強在柏林同德國總理安格拉·默克爾共同主持第三輪中德政府磋商。雙方決定發表《中德合作行動綱要：共塑創新》。“工業4.0”合作是其中一項重要內容，并提出了4個具體合作方向。

此后，“工業4.0”概念開始在中國迅速擴散。所謂工業4.0，即第四次工業革命，在《中德合作綱要》中也被表述為工業生產的數字化。2015年，一篇名為《工業4.0提出者詳解工業4.0》的文章中，一位被稱為工業4.0之父的德國專家Henning Kagermann，回顧了“工業4.0”概念的提出過程及其核心理念。

據Henning Kagermann介紹，工業4.0概念，是根據德國政府的要求，于2009年作為對德國未來發展的戰略性想法而提出的。

而他們之所以認為新工業革命到來，是基于三大推動力：

1）數字技術；

2）物聯網的應用越來越廣泛；

3）工業自動化程度越來越高。

“這三個因素疊加起來就形成了一種趨勢，自動化之后的重點就是系統對外部環境的感知，通過感知形成工業大數據，現在很多數據都不是免費的，將來數據會越來越廉價甚至免費；然后人工智能會讓機器擁有學習能力；然后是新的分析工具，用來分析數據并指導行動。”

總體來講，就是借助新一代傳感、通信、計算機技術，將使工業生產發生質變。

隨著工業4.0之火開始燎原，低調多年的CPS（信息物理融合系統），被作為工業4.0的核心架構，為業界所熟知。

實際上，CPS是由美國于2006年提出的。據公開資料顯示，2005年5月，美國國會要求美國科學院評估美國的技術競爭力，并提出維持和提高這種競爭力的建議。5個月后，基于此項研究的報告《站在風暴之上》問世。

在此基礎上于2006年2月發布的《美國競爭力計劃》則將信息物理系統(Cyber Physical Systems，CPS)列為重要的研究項目。到了2007年7月，美國總統科學技術顧問委員會(PCAST)在題為《挑戰下的領先——競爭世界中的信息技術研發》的報告中列出了八大關鍵的信息技術，其中CPS位列首位，其余分別是軟件、數據、數據存儲與數據流、網絡、高端計算、網絡與信息安全、人機界面、NIT與社會科學。

CPS的官方概念是“一個綜合計算、網絡和物理環境的多維復雜系統，通過3C（Computing、Communication、Control）技術的有機融合與深度協作，實現大型工程系統的實時感知、動態控制和信息服務。CPS實現計算、通信與物理系統的一體化設計，可使系統更加可靠、高效、實時協同，具有重要而廣泛的應用前景”。

與工業4.0的核心理念卻有異曲同工之處，不同的是它提出的應用場景偏向于“大型工程”，而工業4.0的應用場景很明確就是“工業”。

同在2009年，另一概念——物聯網，在中國被提出。雖然查閱各種資料，都會顯示“物聯網”的概念源自于1995年比爾蓋茨的著作《未來之路》，脫胎于早期的傳感網，但是真正將它推向產業化的卻是中國。

2009年8月，中國前總理溫家寶在一次無錫視察中，聽取了無錫物聯網產業研究院負責人對“物聯網產業化”的一些建議后，表示了認同，并提出了三條具體實施建議。

此后，讓“物聯網”從學術概念走向了產業概念。物聯網概念的提出者劉海濤對其的定義是：物聯網是面向實體物理世界，以感知互動為目的，以社會屬性架構為核心，建立在互聯網和智能化基礎之上，物理與信息深度融合的全新體系。從技術路線上來看，幾乎就是對CPS的詮釋。

但是，從真實應用場景上來看，范圍更廣，不僅局限于工業生產、大型工程，農業生產、生活服務、商業服務、社會民生等等領域，都可以借助物聯網手段提高效率、產品價值，或者提升服務質量。

從起源上看，工業4.0、CPS和物聯網的提出，都為了順應國家戰略轉型的需求；

從技術路線上看，都是對傳感、通信、計算機三大技術的深度應用；

從應用場景上來說，工業4.0和CPS定義的范圍相對較窄。

不過，可笑的是，德國的工業4.0和美國的CPS開始在中國大行其道，而中國自己提出的“物聯網”，卻開始被排斥在戰略邊緣。