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信息物理系统建设指南(2020)

序

信息物理系统(以下简称“CPS”)作为信息化与工业化融合的综合技术体系，驱动着物理世界与信息世界的融合发展与创新应用，为制造业高质量发展带来了全新的发展机遇。与此同时，融合发展的新需求也推动着CPS探索发展的新路径。

2017年3月，中国电子技术标准化研究院联合中国信息物理系统 (CPS)发展论坛成员单位，共同研究形成了《信息物理系统白皮书 (2017)》，从“为什么”、“是什么”、“怎么干”、“怎么建”、“怎么用”、“怎么发展”等方面对制造业CPS展开论述，引起社会各界的强烈反响，业界基本达成CPS“—个总体定位、连接两大空间、作用三个层次、打通四个环节、四大技术要素、六大典型特征”的理论共识。

三年多以来，我们持续跟踪主要发达国家、学者和团体组织在金融投资、科技研究、产业发展、人才培养等方面推进CPS的最新发展，立足于CPS“有什么价值”，探索CPS“如何分步实施”，着力推动CPS的发展由理论共识转向工程实践，打通CPS建设“最后一公里”。基于此，在工业和信息化部信息技术发展司的指导下，中国电子技术标准化研究院联合制造业相关企业研究形成了《信息物理系统建设指南(2020)》(以下简称《指南》)，旨在助力制造企业在“乱花渐欲迷人眼”的“概念丛林”中，坚定CPS的建设决心，在“山穷水复疑无路”的“实施困境”中，提供CPS的建设模式。

本《指南》从概念、路径和保障三个层面出发，给出了CPS国内外最新研究进展和再认识，梳理了CPS为企业带来的典型价值场景，提出了CPS建设的“人、机器、数字李生体”三要素以及“人智、辅智、混智、机智”四个建设模式，明确了CPS技术体系和安全支撑，并给出了典型行业的CPS建设实践。简单总结即提出：—个核心认识、—个价值体系、四

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个建设模式和五大行业实践。

一个核心认识。CPS是数据价值提升与业务流程再造的规则体系。

CPS构建了物理空间和信息空间各要素相互映射、适时交互、高效协同的复杂系统，将物理空间设备、产线、工厂等物理环境以及“研发设计-生产制造-运营管理-产品服务”等业务环节，在信息空间相对应的构建起数字李生设计、数字李生工艺、数字李生流程、数字李生产线、数字李生产品等，实现生产全生命周期流程在信息空间的数字李生重构，并通过数字主线，实现各数字李生体之间的数据贯通，通过“数据+模型”实现数据到信息到知识到策略的转化，构建起了数据价值提升与业务流程再造的规则体系，即实现业务数据化、知识模型化、数据业务化、决策执行化的逻辑闭环。

一个价值体系。CPS价值体系为企业决策层及实施层选择“速赢改善点”提供思路，CPS的“状态感知-实时分析-科学决策-精准执行”闭环为制造业不同场景带来巨大价值，但不同行业、不同业务特点、不同环节的CPS应用为企业带来的价值也各有不同，企业可通过资产维(设备无忧运行等)、业务维(生产资源高效调度、极致能耗科学管控等)和服务维 (市场需求精准捕捉、客户交互体验增强等)3个维度分析最适宜自身的价值创造点，并根据自身企业规模、行业、企业特点选择当前优先级最高的价值创造点进行实践，实现投入产出最大化。

四个建设模式。CPS建设模式与价值体系息息相关，往往是确定价值创值点后选择相对应的建设模式。企业建设CPS要充分考虑成本投入、问题复杂度、处理难易度、业务规模等因素，因此企业可基于企业发展现状选择不同的建设模式。基于“认知决策”的控制机制是CPS的核心，我们按照其核心“认知决策”能力从低到高提出人智、辅智、混智和机智4种模式，循序渐进、层层递进。CPS建设以感知、分析、决策、执行为方法论，以分析和决策为核心，每种模式建设均需人、机器和数字李生体三要

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素的参与,区别仅在于不同模式下占比不同。4种模式从低到高代表机器和数字李生体在整个CPS体系中占比越来越高,人的占比越来越小,也就是人在CPS中慢慢的由操作者向高级决策者转变,机器和数字李生体代替人处理重复性、复杂性的问题,最终实现人机协同的过程。

五大行业实践。典型行业共性建设方案是推动CPS落地与发展的重要抓手,既可以促进关键共性技术的突破,又可以推动制造企业的个性化应用。基于价值体系、建设模式选择、建设实施的思路可在汽车制造业、航空航天业、石化行业、船舶行业和烟草行业落地应用,形成不同模式的解决方案,为企业带来不同的价值。

本《指南》在编制过程中集思广益,汇聚了目前国内CPS领域的专业研究团队,并组织权威专家召开了数次专题研讨,体现了当下对C