“信息物理系統”還是“賽博物理系統”

普遍認為，第一次工業革命是實現機械化，第二次工業革命是實現電氣化，第三次工業革命則是在工業領域實現高度的信息化，而第四次工業革命的核心則是CPS系統——Cyber-Physical Systems，目標是實現工業制造過程的自動化、信息化和智能化等。

因此，在談及工業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，其傳統代表——嵌入式控制和執行系統，多年來已經廣泛應用于航空航天、汽車、機械裝備等離散制造業和能源、化工等流程工業。很多年來，CPS并不強調與新興信息系統的對接，而更多強調嵌入式計算、控制單元與執行機構相銜接形成的自動化控制和執行系統。但是在工業4.0和智能制造時代，CPS開始強調“實時監控、狀態感知和自主決策”的智能化特征，基于先進IT技術的數字化制造系統開始和傳統CPS系統融合，并利用高性能工業網絡、傳感器網絡等基礎技術，形成信息化系統、計算單元、控制執行單元和物理實體的協同，幫助CPS系統變得更為“智能”。

不過，CPS系統在引入國內時，不僅其定義和內涵并無統 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理、中國發明協會發明方法分會會長、清華大學特聘課程教授趙敏先生，談談他對工業4.0和CPS系統的獨特見解。

工業4.0誕生于2011年。德國工業4.0的核心內容可以概括為：建設一個網絡——CPS（Cvber-Physical System，賽博物理系統），研究兩大主題——智能工廠和智能生產，實現三大集成——橫向集成、縱向集成與端對端集成，以及推進三大轉變。

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

筆者深切地感受到，CPS是工業4.0的核心和標志，是工業4.0的落地和使能技術。沒有CPS，就沒有工業4.0。對于這樣g 個重要術語的翻譯錯誤，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CPS的資料，并利用筆者熟知技術系統發展演變理論的優勢，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）連接電子通信網絡，特別是互聯網（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：網絡、數碼和網上等。因此，根據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“網絡”或“互聯”的意思。

賽博系統，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。某些行業對賽博空間的研究，也已經達到了較高的水平。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域，由電磁頻譜、電子系統及網絡化基礎設施三部分組成，人類通過電子技術和電磁頻譜進入該領域，進行信息的創建、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，電子系統是各種連接網絡的終端，網絡化基礎設施是各種有線/無線網絡和發射接受終端等。這是目前對賽博系統最清晰的釋義。但是，最初翻譯工業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據，只是賽博系統中流動的過客，是被控制的對象。

眾所周知，信息化的基礎是二進制數據。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的二進制數據。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字化，然后交由計算機處理，然后再把處理后的數字化信息用軟件（屏幕顯示設備）或使能器（執行動作設備）表示出來。因此，所謂信息化，實際上是“自然界信息一信息數字化一數字運算一數字化信息一顯示或執行結果”這樣一連串的、信息產生質的飛躍變化的過程。如圖1所示。

計算機CPU的子系統是門電路，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的邏輯數據。

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

計算機存儲功能由各類存儲器實現。在數據的記錄形式上，現在多數采用磁介質材料來實現數據的讀寫。現在常用的垂直記錄技術，是以磁顆粒的極性N—S和S—N的物理狀態來決定二進制數字0或1。如圖2所示。

我們甚至還可以把無線網絡的發射與接收設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、顯示和網絡傳輸，還是各類傳感器和數碼設備等，都屬于大家所熟知的賽博系統，都是基于最基本的物質和物理場的原理工作的。物質支持了場的存在，場支持了數字化邏輯的基本原理實現。因此，賽博系統是特指包含了數字空間的基本物理結構。

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

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