一、CPS对制造业转型的要害价值
随着移动互联网、云盘算、大数据等信息通讯手艺的飞速生长， ，古板制造业正在爆发倾覆式厘革。。。新一代信息通讯手艺改变了制造业古板的生产方式、价值链系统、工业形态和商业模式。。。制造业是国民经济的主体， ，为了在强烈的全球竞争中取得制造业的新优势， ，天下多个国家纷纷实验“再工业化”战略， ，如“中国制造2025”战略、德国的“工业4.0”战略、美国的“工业互联网”战略。。。在以中国、德国、美国为代表的“再工业化”战略中， ，新一代信息通讯手艺与工业生产制造手艺的交互镶嵌， ，虚拟天下与现实天下的智能连系， ，成为制造业转型升级的要害。。。为了实现信息化与工业化深度有用融合， ，网络实系一切(Cyber-Physical Systems， ，又译信息物理系统， ，下文简称CPS)成为整合古板制造业系统的要害框架和手艺。。。
2006年10月， ，美国国家基金会科学家Helen Gill首次提出CPS看法， ，以为CPS是网络天下与实体天下融合的新一代系统。。。自2006年起， ，德国、美国、中国等制造业大国纷纷确立了CPS在制造业生长中的焦点职位， ，加速推动CPS的立异研发与多领域应用。。。学者研究和政策文献批注：新一代工业将建设在CPS基础上， ，CPS与汽车、航空航天、国防、工业自动化、康健/医疗装备、重大基础设施等主要工业领域的深度融合将会提高制造业竞争力。。。因此， ，无论从学术角度照旧从实践角度， ，CPS已成为明确、剖析和指导“再工业化”战略的要害切入点。。。
研究团队没有接纳海内对CPS的通常译法“信息物理系统”， ，而是接纳“网络实系一切”。。。主要原因是：研究团队在理论和政策剖析基础上， ，发明CPS不但仅是智能工厂中的手艺系统， ，更是在网络和实体空间框架下， ，实现人与人、人与物、物与物、人与服务与物体交互毗连的智能系统， ，是手艺作为焦点驱动的社会与实体交互应用的广域综合体， ，其中既涉及实体空间与网络空间深度融合， ，更涉及执法、政策、机制、治理、标准、协同、生态等社会治理问题。。。在对CPS看法举行系统的文献综述基础上， ，我们对其的诠释是：CPS是整合盘算手艺、通讯手艺、控制手艺和实系一切的智能系统。。。它强调网络空间和实体空间的深度融合， ，通过信息通讯手艺在网络空间实现对实体装备和运行历程的感知、数字化收罗、数据化集成、智能剖析及预判， ，从而抵达优化设置的目的， ，实现网络空间与实体空间的自顺应、自组织和自协调。。。
现在对CPS社会特征关注较少， ，特殊是在下面四个方面：一是在理论层面， ，已有研究没有回覆基于CPS的未来制造业主导逻辑是否爆发转变；；二是在架构层面， ，以往CPS的研究主要集中在手艺架构上， ，从中德美“再工业化”行动来看， ，两化融合不但需要搭建先进的手艺系统， ，更主要通过手艺架构形成新型制造业的能力架构；；三是在能力层面， ，CPS怎样驱动制造业构建要害能力， ，引领未来制造业的生长偏向， ，理论指导尚不清晰；；四是中、德、美制造业基础差别， ，政策重点和战略结构也纷歧样， ，三个国家的政策和能力构建异同对预判未来制造业的竞争会爆发主要影响。。。据此， ，文章提出了基于CPS手艺层的能力与应用层架构系统（拜见图1）。。。
图1 CPS的整体架构
二、中德美针对制造业政策的相同点
政府的要害作用。。。三个国家的政府在引领未来制造业的生长偏向上均施展要害性的作用。。。自2015年起， ，中国国务院、工信部、发改委等主要政府机构， ，围绕“中国制造2025”宣布六大指导意见和11项实验指南。。。德国自2009年起建设了“工业4.0”事情组、国家科学与工程院、电气电工信息手艺委员会等政府机构， ，围绕“工业4.0”宣布12个主要的推进政策， ，涵盖了CPS、智能服务、数字化生长等多个维度。。。美国自2009年起， ，通过总统行政办公室、总统科技照料委员会、美国国家经济委员会、美国工业互联网同盟、美国国家标准手艺研究院等政府机构宣布了17个主要政策。。。
重视平台的价值。。。研究发明， ，立异平台成为制造业能力建设的主要途径。。。三个国家都很是重视制造业立异平台的建设， ，特殊是大企业主导的平台在制造业转型中的要害职位。。。中国率先建成工业手艺基础公共服务平台和协同立异平台， ，这类平台的定位主要是工业手艺和公共服务。。。德国的平台建设直接服务于制造型企业的数字化转型， ，其智能服务实验平台和智能服务立异平台对任何规模、行业和特定的国际企业坚持开放， ，为其数字化平台和组件提供跨企业的前期试验和原型， ，一旦试验乐成， ，可以快速生长为差别行业、企业协作和分享的智能服务生态系统， ，成为制造业服务化转型的孵化器。。。政府与企业、研究整体、社会相助同伴以及民间整体之间有时机坚持亲近交流与相同， ，特殊关注中小企业的生长。。。美国为了加速工业互联网生长， ，通过建设美国先进制造业照料同盟， ，协调企业对国家先进制造业优先研发的手艺投入， ，凭证国家利益需要确定手艺优先级， ，“建设国家制造立异研究院网络， ，即政企相助的同伴关系， ，提供共享的高科技设施， ，提升美国在新兴科技领域的领先职位”。。。阻止到2015年底， ，美国已经建设9家制造立异研究所。。。
三、中德美针对制造业政策的差别点
中、德、美能力构建的重点差别。。。研究发明， ，凭证各个国家制造业基础的差别， ，三个国家在CPS五层能力架构均有结构， ，但能力构建的重点差别（拜见表1）， ，这与三个国家的制造业基础差别有关。。。总体看来：中国注重提升制造业的基础实力， ，德国强调制造工业的高效群集， ，美国看重业界、政界与学术界配合助力制造业立异和生态的建设。。。
中国目今的能力构建集中在资源液化能力和资源集成能力上。。。这与我国的制造业基础相对薄弱、制造业规模重大有关。。。只有将基础建设好， ，才有制造业转型升级的空间。。。
德国的重点是资源集成能力， ，重点打造价值链的横向集成和纵向集成。。。德国制造业有很是优异的工业基础， ，也是支持德国经济出口的主要支柱， ，企业信息化和数字化历程迅速， ，因此， ，它需要通过工业4.0战略有用地实现服务于客户的端到端毗连， ，支持德国工业高效服务于全球市场， ，确保德国制造业的焦点竞争力。。。
美国的重点是智能剖析能力， ，一方面， ，美国有大宗领先的互联网和软件企业， ，在网络空间已经形成了领先优势， ，在新一代信息通讯手艺的研发立异上处于全球垄断的职位， ，充分使用手艺领先优势推动制造领域的应用研究， ，如人机智能手艺和机械人手艺， ，构建工业领域的智能剖析能力和资源调配能力。。。另一方面， ，美国制造业信息化水平很是高， ，对价值链的信息化管控能力已经成为其运营系统的焦点竞争优势， ，在履历了多年制造业外包实践之后， ，美国制造业会通过制造业软件化能力， ，实现跨越式领先生长， ，打造整体化的立异生态。。。
表1 三国比照CPS能力构建
看法 |
中国“中国制造2025” |
德国“工业4.0” |
美国“工业互联网” |
基础水平 |
处于制造业第三方阵 |
处于制造业第二方阵 |
处于制造业第一方阵 |
战略目的 |
步入制造强国的行列 |
强化制造业竞争优势 |
重振制造业坚持领先职位 |
战略焦点 |
基于CPS推动制造业的数字化、网络化和智能化， ，提升制造业的整体素质和立异能力， ，建玉成球领先的手艺系统和工业系统。。。 |
使用CPS将智能机械、存储系统和生产设施等资源数据化， ，形成贯串在制造业中的“物联网”和“服务互联网”。。。 |
使用CPS将人、数据和机械毗连起来， ，由智能装备收罗大数据， ，使用智能系统举行数据挖掘和可视化的智能决议系统。。。 |
资源液化能力 |
智能传感元器件 |
智能传感手艺 |
智能传感手艺 |
数据增值能力 |
智能检测手艺 |
微电子手艺 |
工业监测与诊断功效 |
资源集成能力 |
网络基础建设 工业大数据平台 立异中心 公共服务平台 |
立异平台 参考系统结构与标准化 网络清静 执法框架 |
立异研究所 网络职能 |
智能剖析能力 |
大数据剖析手艺 人工智能手艺 |
大数据剖析手艺 人工智能手艺 |
大数据剖析手艺 人工智能手艺 |
资源调配能力 |
服务型制造转变 |
智能产品 智能工厂 智能服务 员工培训 |
智能制造机械人 |
四、政策建议
治理系统建设至关主要。。。基于CPS能力架构的建设涉及到许多相关利益群体和工业生态成员之间的互联互通和协作共享， ，尤其是在资源集成能力层面， ，不但对价值链的横向和纵向集成有直接影响， ，同时， ，也直接影响制造业转型升级的效率和速率。。。因此， ，手艺架构是否乐成取决于对整体社会资源的有用治理和治理， ，这个历程涉及到标准化、互联互通机制、网络和信息清静、数据质量和架构、执法框架等。。。在这方面， ，德国的治理系统最为完整和周全。。。美国通过国家经济委员会、国家科技政策办公室建设国家制造立异网络的治理架构， ，以确保国家制造立异网络投资者的回报。。。同时美国将标准作为其领先制造业的要害要素， ，重视制订先进制造业标准。。。如美国联邦机构将人工智能的数据标准放在事情的主要位置， ，通过人工智能解决社会难题， ，增进人工智能果真数据标准的使用和最佳实践。。。
增强对战略性使用型资源的研发强度与力度。。。鉴于CPS在智能电网系统、智能交通系统、航空航天电子系统、智能医疗系统、智能家电系统、情形监测、智能修建、工业控制、国防系统、武器系统等领域的战略意义和普遍应用价值， ，建议使用我国整体立异资源和市场优势， ，起劲加入国际标准的制订。。。通过前瞻性战略研究， ，提供将实体经济与网络经济共赢生长的综合性框架， ，为企业提供恒久、稳固的政策设计与情形营造， ，将实体与网络经济的生长打造成互利互惠、配合生长的同伴关系。。。
物联网将是CPS系统建设周期最长的环节。。。在CPS能力架构中， ，资源液化能力和数据增值能力是最基础的建设。。。从生产端的装备构件到用户端的衣着装备， ，整个制造业生态的物理工具液化和自认知肯定要履历相当长的时间积累。。。资源集成能力成为两化融合的焦点， ，是制造业爆发质变的要害能力。。。以中国、德国和美国为代表的国家再工业化战略中， ，资源集成能力成为各国聚力的焦点。。。智能剖析能力是制造业实现智能化的须要能力， ，可是对智能剖析能力的构建需要对相关的手艺投入大宗的研发资源， ，并给予执法有用的支持包管。。。
以更大力度推动制造企业信息化建设。。。CPS是企业信息化建设历程延续、拓展和深化， ，企业信息化做欠好， ，在新一轮手艺转型中面临的挑战与压力会更大。。。在这个历程中， ，企业通过信息化和数字化手段一直优化供应链、提升现有供应链价值， ，并在此基础上逐渐实现系统互联， ，为价值网络的形成打下坚实的基础。。。由于我国制造型企业众多、信息化和数字化水平狼籍不齐， ，基础信息化做欠好， ，制造业的智能化转型就很难做到。。。
课题组焦点成员：董小英， ，戴亦舒， ，叶丽莎， ，胡燕妮， ，彭泗清， ，武亚军
