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【應用】CPS如何實現(xiàn)無所不在的信息監(jiān)視和精確控制？

CPS之所以能夠實現(xiàn)，有賴于半個多世紀以來人類ICT(Information Communication Technology,信息通信技術)技術的不斷積累，但最重要還是近三十年以來兩項技術的爆炸式發(fā)展。首先是互聯(lián)網(wǎng)，比如因特網(wǎng)以及基于因特網(wǎng)的萬維網(wǎng)，顯而易見，這是CPS能夠實現(xiàn)的基石。其次則是軟件密集型嵌入式系統(tǒng)（software-intensiveembedded systems，簡稱SIES），SIES在現(xiàn)今幾乎所有的高科技產(chǎn)品和系統(tǒng)中都能發(fā)現(xiàn)，比如數(shù)控機床、高級轎車、飛機、智能建筑、智能風機等，SIES對于CPS的重要性常常被低估，但其卻是CPS能夠落地的真正關鍵。CPS的核心理念即數(shù)字世界同物理世界的深度融合，但數(shù)字世界的更新速度遠遠快于物理世界，純物理世界難以跟上數(shù)字世界的發(fā)展，因此CPS的實現(xiàn)需要能夠將物理世界同數(shù)字世界合二為一的粘合劑，這種粘合劑就是SIES，而粘合方式就是“以軟代硬”。


軟件的功能可以無限量地添加和升級，而硬件通常要花費很多費用和時間來保養(yǎng)和升級，因此大規(guī)模的“以軟代硬”其實就是以數(shù)字世界融化物理世界的過程，這種趨勢在Tesla電動車和智能手機上已經(jīng)得到體現(xiàn)。在SIES中，軟件重要性遠遠超過硬件，因此SIES更加敏捷和靈活，可以按照客戶的特定需求和要求進行定制。在開發(fā)或使用的任何階段，都可以通過更新軟件來快速更新功能。此外，SIES的開發(fā)成本雖然可能相對于普通嵌入式系統(tǒng)有所增加，但產(chǎn)品生命周期成本卻可以大幅降低。在普通的硬件主導型系統(tǒng)中，硬件設計必須在產(chǎn)品開發(fā)過程的早期就確定下來，但軟件驅動的系統(tǒng)卻可以將靈活性保持到在用戶使用中。因此，隨著代碼數(shù)量保持成倍增加，我們每天使用的設備將變得越來越智能化。未來，在工業(yè)企業(yè)中，軟件工程師將比機械工程師更多，未來，軟件將定義世界。

這種由CPS所帶來的虛擬物理大融合將使人類的生活和生產(chǎn)更安全，更高效，更健康，更清潔，幫助人類社會解決很多目前物理系統(tǒng)無法解決的難題，比如人口老化帶來的養(yǎng)老問題，資源稀缺造成的物價上漲，交通擁堵帶來的效率損失，自然災害帶來的生產(chǎn)力損失，可再生能源不穩(wěn)定造成的電價上漲等。一些早期的類CPS應用早已經(jīng)進入我們的日常生活，并被我們天天使用。典型案例就是車載導航軟件，GPS系統(tǒng)為地球表面每一塊土地都提供了一個全新的、瞬時可知的虛擬映象，車輛既是行駛在物理世界的道路上，也穿行在數(shù)字世界中，在移動通信數(shù)據(jù)的幫助下，現(xiàn)在的導航軟件還能根據(jù)即時路況規(guī)劃最佳行駛路線。其他的常見類CPS應用還包括軌道交通控制系統(tǒng)，風電站遠程控制系統(tǒng)等。但CPS對人類世界最震撼的改造還并未降臨，CPS掀起的生產(chǎn)力革命將主要爆發(fā)在兩個基礎領域：能源和工業(yè)，CPS的人，機，物融合能力，使的人類在能源和工業(yè)領域能夠實現(xiàn)無所不在的信息監(jiān)視和精確控制，真正實現(xiàn)人類對復雜系統(tǒng)的全面管理。