一、CPS对制造业转型的关键价值

随着移动互联网、云计算、大数据等信息通信技术的飞速发展，传统制造业正在发生颠覆式变革。新一代信息通信技术改变了制造业传统的生产方式、价值链体系、产业形态和商业模式。制造业是国民经济的主体，为了在激烈的全球竞争中取得制造业的新优势，世界多个国家纷纷实施“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，新一代信息通信技术与工业生产制造技术的交互镶嵌，虚拟世界与现实世界的智能结合，成为制造业转型升级的关键。为了实现信息化与工业化深度有效融合，网络实体系统(Cyber-Physical Systems，又译信息物理系统，下文简称CPS)成为整合传统制造业体系的关键框架和技术。

2006年10月，美国国家基金会科学家Helen Gill首次提出CPS概念，认为CPS是网络世界与实体世界融合的新一代系统。自2006年起，德国、美国、中国等制造业大国纷纷确立了CPS在制造业发展中的核心地位，加速推动CPS的创新研发与多领域应用。学者研究和政策文献表明：新一代工业将建立在CPS基础上，CPS与汽车、航空航天、国防、工业自动化、健康/医疗设备、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，无论从学术角度还是从实践角度，CPS已成为理解、剖析和指导“再工业化”战略的关键切入点。

研究团队没有采纳国内对CPS的通常译法“信息物理系统”，而是采用“网络实体系统”。主要原因是：研究团队在理论和政策分析基础上，发现CPS不仅仅是智能工厂中的技术系统，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连接的智能体系，是技术作为核心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，更涉及法律、政策、机制、治理、标准、协同、生态等社会管理问题。在对CPS概念进行系统的文献综述基础上，我们对其的解释是：CPS是整合计算技术、通信技术、控制技术和实体系统的智能体系。它强调网络空间和实体空间的深度融合，通过信息通信技术在网络空间实现对实体设备和运行进程的感知、数字化采集、数据化集成、智能分析及预判，从而达到优化配置的目标，实现网络空间与实体空间的自适应、自组织和自协调。

目前对CPS社会特征关注较少，特别是在下面四个方面：一是在理论层面，已有研究没有回答基于CPS的未来制造业主导逻辑是否发生变化；二是在架构层面，以往CPS的研究主要集中在技术架构上，从中德美“再工业化”行动来看，两化融合不仅需要搭建先进的技术体系，更重要通过技术架构形成新型制造业的能力架构；三是在能力层面，CPS如何驱动制造业构建关键能力，引领未来制造业的发展方向，理论指导尚不清晰；四是中、德、美制造业基础不同，政策重点和战略布局也不一样，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产生重要影响。据此，文章提出了基于CPS技术层的能力与应用层架构体系（参见图1）。

图1 CPS的整体架构

二、中德美针对制造业政策的相同点

政府的关键作用。三个国家的政府在引领未来制造业的发展方向上均发挥关键性的作用。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”发布六大指导意见和11项实施指南。德国自2009年起成立了“工业4.0”工作组、国家科学与工程院、电气电工信息技术委员会等政府机构，围绕“工业4.0”发布12个主要的推进政策，涵盖了CPS、智能服务、数字化发展等多个维度。美国自2009年起，通过总统行政办公室、总统科技顾问委员会、美国国家经济委员会、美国工业互联网联盟、美国国家标准技术研究院等政府机构发布了17个主要政策。

重视平台的价值。研究发现，创新平台成为制造业能力建设的重要途径。三个国家都非常重视制造业创新平台的建设，特别是大企业主导的平台在制造业转型中的关键地位。中国率先建成产业技术基础公共服务平台和协同创新平台，这类平台的定位主要是产业技术和公共服务。德国的平台建设直接服务于制造型企业的数字化转型，其智能服务实施平台和智能服务创新平台对任何规模、行业和特定的国际企业保持开放，为其数字化平台和组件提供跨企业的前期试验和原型，一旦试验成功，可以快速发展为不同行业、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、研究团体、社会合作伙伴以及民间团体之间有机会保持密切交流与沟通，特别关注中小企业的发展。美国为了加速工业互联网发展，通过建立美国先进制造业顾问联盟，协调企业对国家先进制造业优先研发的技术投入，根据国家利益需要确定技术优先级，“建立国家制造创新研究院网络，即政企合作的伙伴关系，提供共享的高科技设施，提升美国在新兴科技领域的领先地位”。截止到2015年底，美国已经成立9家制造创新研究所。

三、中德美针对制造业政策的不同点

中、德、美能力构建的重点不同。研究发现，根据各个国家制造业基础的差异，三个国家在CPS五层能力架构均有布局，但能力构建的重点不同（参见表1），这与三个国家的制造业基础差异有关。总体看来：中国注重提升制造业的基础实力，德国强调制造产业的高效聚集，美国看重业界、政界与学术界共同助力制造业创新和生态的建设。

中国当前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、制造业规模巨大有关。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。德国制造业有非常良好的工业基础，也是支持德国经济出口的重要支柱，企业信息化和数字化进程迅速，因此，它需要通过工业4.0战略有效地实现服务于客户的端到端连接，支持德国工业高效服务于全球市场，确保德国制造业的核心竞争力。

美国的重点是智能分析能力，一方面，美国有大量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，在新一代信息通信技术的研发创新上处于全球垄断的地位，充分利用技术领先优势推动制造领域的应用研究，如人机智能技术和机器人技术，构建工业领域的智能分析能力和资源调配能力。另一方面，美国制造业信息化水平非常高，对价值链的信息化管控能力已经成为其运营体系的核心竞争优势，在经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，实现跨越式领先发展，打造整体化的创新生态。

表1 三国对比CPS能力构建

四、政策建议

管理体系建设至关重要。基于CPS能力架构的建设涉及到很多相关利益群体和产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，不仅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度。因此，技术架构是否成功取决于对整体社会资源的有效治理和管理，这个过程涉及到标准化、互联互通机制、网络和信息安全、数据质量和架构、法律框架等。在这方面，德国的管理体系最为完备和全面。美国通过国家经济委员会、国家科技政策办公室建立国家制造创新网络的管理架构，以确保国家制造创新网络投资者的回报。同时美国将标准作为其领先制造业的关键要素，重视制定先进制造业标准。如美国联邦机构将人工智能的数据标准放在工作的首要位置，通过人工智能解决社会难题，促进人工智能公开数据标准的使用和最佳实践。

增强对战略性操纵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、环境监测、智能建筑、工业控制、国防系统、武器系统等领域的战略意义和广泛应用价值，建议利用我国整体创新资源和市场优势，积极参与国际标准的制定。通过前瞻性战略研究，提供将实体经济与网络经济共赢发展的综合性框架，为企业提供长期、稳定的政策设计与环境营造，将实体与网络经济的发展打造成互利互惠、共同发展的伙伴关系。

物联网将是CPS体系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穿戴设备，整个制造业生态的物理对象液化和自认知必定要经历相当长的时间积累。资源集成能力成为两化融合的核心，是制造业产生质变的关键能力。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。智能分析能力是制造业实现智能化的必要能力，但是对智能分析能力的构建需要对相关的技术投入大量的研发资源，并给予法律有效的支持保障。

以更大力度推动制造企业信息化建设。CPS是企业信息化建设进程延续、拓展和深化，企业信息化做不好，在新一轮技术转型中面临的挑战与压力会更大。在这个过程中，企业通过信息化和数字化手段不断优化供应链、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参差不齐，基础信息化做不好，制造业的智能化转型就很难做到。

课题组核心成员：董小英，戴亦舒，叶丽莎，胡燕妮，彭泗清，武亚军