CPS体系架构详解：从单元到系统，打造智能制造的关键技术

CPS（Cyber-Physical Systems），即信息物理系统，是一种将物理世界与数字世界紧密融合的技术框架，它源于2006年美国NSF的研讨会，被视为全球新一轮产业竞争的关键驱动力。CPS的发展受到了政府、学术界和产业界的广泛关注，特别是在德国的工业4.0战略中被定位为核心技术。 2017年的信息物理系统白皮书中，对CPS的体系架构进行了详尽阐述。从单元级开始，CPS最小单元是不可分割的，如智能部件、工业机器人或智能机床，通过软件对物理实体的状态进行感知、分析，进而实现控制，形成数据自动流动的闭环。这涉及传感器收集物理世界的信号，执行器执行相应的操作，同时通过通信模块与外部系统交流，构成一个具备感知、计算、交互、可扩展和自决策能力的整体。 物理装置在CPS中扮演核心角色，包括人、机器和物品，以及传感器、执行器等。信息壳则负责整合这些物理和信息元素，形成信息物理融合，支撑智能装备和智能工厂等智能制造模式的发展。例如，《中国制造2025》强调了信息物理系统在智能装备、工厂自动化、工业网络、云计算和大数据等领域的应用，以及在控制技术、工业软件和网络环境中的重要作用。 当前，CPS的发展趋势聚焦于应用场景的拓展、技术标准体系的构建和验证平台的建设。为了推动制造强国的建设，需要深入理解CPS的背景、内涵、技术要素，以及它如何促进两化（工业化与信息化）深度融合。通过统一认识和定义，如《中国制造2025》中提出的“信息物理系统”，可以更好地推动CPS技术的实践应用和创新发展。 总结来说，CPS的体系架构是实现信息化与工业化深度结合的关键路径，它涉及到硬件、软件、通信和数据处理等多个层面，对于推动制造业的智能化转型具有重要意义。未来，随着技术的不断进步和应用场景的不断丰富，CPS将继续引领全球制造业的革新。