CPSS

社會物理信息系統CPSS（Cyber-Physical-Social Systems）是在信息物理系統（Cyber-Physical-Systems，簡稱CPS）的基礎上，進一步納入社會信息、虛擬空間的人工系統信息，將研究範圍擴展到社會網路系統，注重人腦資源、計算資源與物理資源的緊密結合與協調，使得人員組織通過網路化空間以可靠的、實時的、安全的、協作的方式操控物理實體。

基本介紹

• 中文名：社會物理信息系統
• 外文名：Cyber-Physical-Social Systems
• 內容：綜合信息、物理、社會及人工系統
• 性質：多維複雜系統

CPSS定義

社會物理信息系統CPSS（Cyber-Physical-Social Systems）是在信息物理系統（Cyber-Physical-Systems，簡稱CPS）的基礎上，進一步納入社會信息、虛擬空間的人工系統信息，將研究範圍擴展到社會網路系統，它包含了將來無處不在的嵌入式環境感知、人員組織行為動力學分析、網路通信和網路控制等系統工程，使物理系統具有計算、通信、精確控制、遠程協作和自治功能，注重人腦資源、計算資源與物理資源的緊密結合與協調，在智慧型企業、智慧型交通， 智慧型家居、智慧型醫療等領域將得到多方面套用。它通過智慧型化的人機互動方式實現人員組織和物理實體系統的有機結合，使得人員組織通過網路化空間以可靠的、實時的、安全的、協作的方式操控物理實體。

C包括：1) 物理世界中的信息系統， 如物理能源系統的監測、計算、控制、調度等信息；能源社會系統的人類社會活動、消費習慣、操作、社會節能排放安全等社會信息。2) 軟體定義的虛擬人工世界: 軟體定義的物體、流程、系統，以及在此技術上構建的虛擬人工系統。

P包括：傳統物理系統。

S 包括: 人類社會系統，包括人類社會的實體活動，受人類習慣、思維、經濟學、管理學和社會學等支配。也包括虛擬人工系統中採用多智慧型體等技術形成的人工社會內容。

CPSS的特徵

一定程度上，工業管理的變革就是利用網路世界無限的數據和信息資源，突破物理世界資源有限的約束以及物理世界時空的限制。通過利用虛擬現實等技術，真正地納“人”於工業系統和管理的流程之內。

（1）實時性，物理世界的時間動態是不可逆轉的，套用系統的時間性（Timesliness）提出了嚴格的要求，信息獲取和提交的實時性影響到了用戶的判斷與決策精度，尤其是在重要基礎設施領域。

（2）分散式，通過相互協作完成複雜任務，每個單元採集和處理部分信息，並通過發布/訂閱模式，將分散式的信息進行匯總分析，協調各個單元的任務分配，實現複雜的計算處理功能。

（3）高可靠性，物理世界不是完全可預測和可控的，對於意想不到的情況必須保證CPSS的魯棒性（Robusness）；同時系統必須滿足可靠性(Reliability)、效率(Efficiencity)、可擴展性(scalability)和適應性(Adaptivity)。

（4）強安全性，由於CPSS系統的套用涉及多種重要場合，其控制過程將對物理環境產生直接作用，對CPSS系統的破壞將產生不可估量的後果，故CPSS系統的安全性必須得到保證。

（5）多樣性，CPSS所連線的設備多種多樣，規模可大可小，並可能使用不同的標準和協定，網路構成具有多樣性。

（6）系統間互聯互通，即實現社會系統與物流系統的互通互聯，其中多了的S即Social意味著連線，CPSS將推動分散式CPS系統間互聯，形成大規模、更具擴展性、魯棒性和動態性的系統。

（7）人參與感知、認知分析，各種新興移動服務的發展及移動終端設備的普及已使“人”成為最為敏感的“社會感測器”，CPSS從通常的關注計算、通訊和控制的融合進而擴展到考慮人類和社會特徵，CPSS的快速發展對人的行為和互動產生了巨大影響，而CPSS中的很多複雜問題需要集成考慮人的因素（Human in the Loop）。

CPSS發展

隨著網路化套用的加深，特別是網際網路+、大數據、雲計算、物聯網等技術的發展，信息和物理系統被進一步融合貫通，網路與人類社會無縫聯合，形成了更為複雜的融人、機器、信息於一體的系統，即社會物理信息系統（Cyber-physical-social system，CPSS），該系統的基礎設施是由軟體定義的虛擬人工系統，運行模式將引領人類進入平行化時代。

CPSS三階段

1972年奧地利哲學家波普爾(K.R,Popper)出版的《Objective Knowledge》一書中系統地提出了“三個世界”理論，即我們的宇宙由三個相互作用的世界組成：物理世界（the physicalworld）稱為第一世界，心理世界(the mental world)稱為第二世界，還有人工世界(the artificialworld)被稱為第三世界。其中，P主要與現實的物質、自然或物理域即第一世界對應；S主要與現實的社會、認知或心理域即第二世界對應；C主要與現實的信息、知識或人工域即第三世界對應。

CPSS 經歷了單獨物理系統P (1970年至2000年)、融入網路系統C (2000年至2008 年)、整合社會系統S (2008年至今) 三個階段。

第一階段即為工業控制中常見的嵌入式系統，後來隨著智慧型空間和網路技術的發展，連通的網路化嵌入式系統逐漸興起並普及，使得人類社會進入了物理信息系統CPS的第二階段。CPS 可分為兩類：以“硬體" 為主的網路化嵌入式系統和以“軟體" 為主的知識發現和轉播系統(例如2008 年美國NSF 的KDD 立項) 。兩者本質上都一樣，均是通過通信、控制以及決策的一體化，實現計算和物理資源的協調共享。更進一步，Web 2.0+、移動媒體、社會網路的興起和迅速普及，真正地實現了“人在系統之中" 的場景構建，使物理社會與網路社會的實時化平行互動成為現實，由此催生了信息物理社會系統CPSS 的第三階段，即物理、認知、計算和社會等資源的一體化協調與融合。

機遇與挑戰

近年來，隨著科技的進步及社會的發展，工業系統愈加複雜；同時涉及工程複雜性、系統複雜性和社會複雜性，並呈現出高度動態化、開放化和互動化等特徵。各種新興移動服務的發展及移動終端設備的普及已使“人”成為最為敏感的“社會感測器”。在此情境下，融合人-機-物於一體的社會信息物理系統（Cyber-Physical-Social Systems，CPSS）將成為實現未來工業體系中的智慧型企業和智慧管理的基礎，成為在聯通的複雜世界中整合各種資源和價值的有效手段，成為邁向平行化、透明化、扁平化的移動智慧型製造的切實途徑。

社會信息物理系統（Cyber-Physical-Social Systems，CPSS）把人及其組織納入系統之中，使虛實互動、閉環反饋、平行執行成為可能。以後不但物理世界有一個你，在虛擬的網路世界裡還有多個平行的“你”，時時刻刻伴你生活、學習、工作……這個虛擬的你可以在許多方面督促、幫助、指引物理空間中的你，與你一起成長、變化， 協助你解決各種問題。未來的世界，一定是真人與其對應的“虛人”一體化的平行人：平行人=人+i 人，平行物=物+i 物，開始是虛實的一對一，然後是一對多、多對一，最後是多對多，形成虛實互動、互生、互存的平行社會。學術上， 這可稱為“軟體定義的系統”、“軟體機器人”或“知識機器人”，等等。

然而，CPSS技術也是一把雙刃劍。CPSS通過賽博空間廣泛群體中所產生的大量數據收集獲取海量信息，與較少的規則、算法與模型快速融合，產生巨大的能量並釋放到物理空間，會給人們帶來正反兩個方面的後果。對我們不利的例子包括恐怖組織和極端組織的廣泛網路套用，以及在中國層出不窮的網路人肉搜尋現象，把網民當做一種強大的工具去甄別和攻擊他們的目標。因此，由於CPSS所連線的相關的生活方式和工作環境尚且未知，在社會結構轉型過程中，社會和個人安全這一極其重要的問題，應得到高度重視。雖然目前並沒有可參考的解決方案，但是我們卻可以從歷史的發展中學習和借鑑。

CPSS的意義

通過CPSS，構建專業和社會性的知識感測網路，認知和感知社會或企業等組織，從而實現智慧運營和管理。

社會-物理-信息系統（Cyber-Physical-Social Systems，CPSS）必將是實現未來工業體系中智慧型企業和智慧管理的基礎，是在聯通的複雜世界中整合各種資源和價值的有效手段，是邁向平行化、透明化、扁平化的智慧型製造管理的切實途徑。

基於CPSS，以“網際網路+”為途徑，以平行為方法，深度開發虛擬空間並充分利用其數據資源，是中國製造走向“中國智造”的必由之路。“想法到產品”，“需求就是搜尋，搜尋就是製造，製造就是消費”將成為現實。

從社會的角度來看，通過CPSS資源的深度開發和充分利用，社會微觀個體的協同創新，人工智慧、先進制造、機器學習等技術的廣泛使用，虛實平行互動過、實時反饋、移動可視化的工業管理體系的切實套用，都將成為未來智慧型製造的“智慧之源”。

相信在不久的未來，一個企業的競爭力和實力，很大程度上可能不取決於其外在規模與資產的大小，而是由其伴生的人工系統，即軟體定義的企業之規模和深度所決定的；工業化和信息化化深度融合必將是平行工廠、平行企業、平行製造的套用與普及。