沙迦美国大学科研副校长赵伟：揭秘工业 4.0 核心技术 CPS 的前世今生

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沙迦美国大学科研副校长赵伟：揭秘工业 4.0 核心技术 CPS 的前世今生 | 人物志

2020 年 2 月 13 日 CSDN

受访者 | 赵伟

采访者 | 伍杏玲

出品 | CSDN（ID：CSDNnews）

2013年，德国在《工业4.0实施建议》中将CPS（Cyber-Physical Systems，信息物理系统）作为工业4.0的核心技术，并以此做出系列战略部署。

2006年，美国国家科学基金会（NSF，National Science Foundation）提出CPS的概念，投入资金，并启动相应的科研项目。CPS深度融合传感器、嵌入式计算、云计算、网络通信、软件等技术，从而实现计算、通信与物理系统的一体化，可使系统更加可靠、高效、实时，和协同，具有重要而广泛的应用前景。特别在工业领域中，未来的信息化应用场景和CPS技术构想有着很高的契合度。因此，CPS被认为是实现德国工业4.0、美国工业互联网、还是“中国制造2025”的关键技术。

那么CPS是如何诞生的？又该如何培养相关的技术人才？对此，CSDN（ID：CSDNnews）采访沙迦美国大学科研副校长、澳门大学第八任校长、IEEE Fellow、原美国国家科学基金会计算机和网络系统分部主任，赵伟，来了解CPS的前世今生。

定义新学科CPS

2005年1月到2007年1月，赵伟任美国国家科学基金会的计算机和网络系统分部主任。在他的领导下，计算机和网络系统分部率先在2006年提出CPS的概念，并投入资金和启动相应的科研项目。

谈及CPS概念产生的背景，赵伟介绍道，当时他的分部在调研时发现，不仅美国的制造业，乃至全世界制造业呈现一个趋势：越来越多的机械和电子、机械和计算机的结合。

据时任美国一家汽车公司的总裁表示，在2006年客户购买一台汽车，50%以上的成本是在软件和电子器件，而不是轮胎引擎。一般人以为花更多的钱去买车，是为了买更好的轮胎、引擎、刹车。其实不然，主要的钱是花在控制系统方面。

那么如何用计算机控制汽车？这对学术界提出要求，不但在科研上要设计出这样的一个系统，还得使轮子、刹车和控制部分能够有效的结合。这需要培养懂机械、动力、物理、控制、计算机等综合知识的人才，这便是CPS发展的初衷。

2006年7月，由赵伟主持的第一次筹备会议召开，凝聚大家共识，准备启动这一关键技术领域的研发。2006年10月，美国国家科学基金会召开第一次公开会议，和政界、工业界和学术界一起策划这个新领域的愿景和方向。

很快，当年11月，赵伟领导的美国国家科学基金会计算机和网络系统分部公开正式宣布CPS成为计算机系统科研领域的一部分，开始投入经费，征集项目申请，启动了CPS相关的科研项目。美国国家科学基金会这一举措得到政界、工业界和学术界的积极响应。2007年，CPS被美国极具权威的总统科技顾问委员认定为国家科研战略的第一优先。从此，（包括中美在内的）一些政府开始大力投入这一关键领域的研发，至今已有十几年。

“CPS将成为工学院的一门基础课程”

在2016年，美国国家科学院、工程院、医学院联合发布了《美国21世纪CPS教育报告》，报告指出CPS是一个新兴的学科，并给出CPS本科学士学位和硕士学位的课程规划，以及土木工程、机械工程、电气工程、计算机科学等专业的课程改革方案。

为何美国高校如此重视CPS的人才培养？赵伟举例道，20年前，学机械工程、电子工程、原子能工程等专业的学生，都会学到一门课程——工程制图。无论在设计房子、设计电视机、或是设计火箭前，工程师先要画图，从过去用尺子画到后来的计算机绘制。

如今这门课已不是必修的基础课，那么赵伟认为代替工程制图的课应是CPS，因为无论是机械/电子/原子能工程的学生，只要做一个工程系统，不可避免地需要懂得计算机和系统控制等知识。

可能学生对某一知识有所侧重，例如软件工程的学生可能较偏向软件，但软件最主要是控制机器的，所以要求学生对机器也要了解；机械工程的学生可能会说我对计算机不感兴趣，但机器是被计算机控制的，他也得知道这个程序是如何控制的。

所以赵伟认为，CPS将成为工学院的一门基础课程，就像20年前的机械制图课程一样。这也是他建议高校在培养人才时，应注意基础知识的培养。

因为一个工程师在设计房子时，可能想要更多的创新、省钱、更饱满和舒适，这里面有很多技巧，但在技巧之后一定是需要基础知识。

无论在CPS技术的应用上，从学校培养到输送给企业时，存在断层的现象。对此赵伟表示，假如我们的基础知识学得扎实的话，世界即使不断地在变化，学生也能站得住，否则今天给学生教今天的系统，但他的老板是要叫他搭建明天的系统，这就产生断层。

未来CPS的研究方向

谈到CPS的应用拓展方向，赵伟认为使用计算机来感知和控制物理，在自动驾驶、老人监护的应用将会较大。

赵伟相信CPS有很大的机遇，未来没准会有一个新的搜索引擎叫“Google Of Physical Space (GOPS)”。

什么叫“GOPS”？如今的Google搜索引擎，当输入“赵伟”二字，能查到“赵伟”的文字信息，但“赵伟”在物理空间的行为无法查到，例如你想看下“赵伟”在喝什么？搜索引擎没法回答。所以他相信未来随着CPS技术的发展，没准能会有能够查找物理空间行为的“Google Of Physical Space”。

随着AI、云计算、大数据、5G的发展，赵伟相信这些技术对CPS的发展都会有促进作用，与此同时他提醒开发者：“这些技术都是过客。”

开发者不要认为说某一项新技术来了，我学了它就能用一辈子。“要注意基础，要注意眼光看得远一点，不要只看今天的这几项技术，没准今天的技术明天就过时了。”赵伟表示。

“科学界不可能淘汰我，我不可能放弃对科学的追求”

国内程序员界有一种“35岁淘汰”的说法，但是做了四十年科研和教育的赵伟有不同想法。赵伟表示如果你是一名码农的话，35岁可能就是要被淘汰。

那么开发者该如何改变这现状呢？

赵伟以自身为例，1986年，赵伟博士毕业，当时会C和Unix的学生去企业工作可拿到5万块钱美金的薪资，而去高校当教授的，仅有4万美金的薪资。但如果这个人一直只会C和Unix，那么到1995年这人就被淘汰掉了，所以赵伟说35岁淘汰论不是今天才有的。

事实是，计算机领域的确发展很快，任何开发者如果只知道今天的工具，就将面临淘汰。但是作为开发者和探索者，一定不能只看当前的谋生工具，要看看有些什么样的工具和理论能够帮助你一辈子，然后你的职业要跟着科学和技术的发展脚步来前进。

但如果你是一个思维者、科学家，不存在所谓淘汰，“科学研究不可能淘汰我，我也不可能放弃对科学的追求。我希望理解这个世界，我希望在科学上探索，这是我的本性。这和我走路吃饭一样，我可能做不好，我可能探索不成功，但你无法阻挡我不去探索。探索是无止境的，是没人可以停止你的。”赵伟最后留下这句话，结束了他的访谈。