前 言

　　2006 年美国国家科学基金会（The US National Science Foundation，NSF）首次提出赛博物理系统（cyber physical systems，CPS）（国内多译为信息物理系统），并将其作为重点资助的前沿技术方向。2011 年，德国在汉诺威工业展上正式对外宣布“工业 4.0” 国家战略，将赛博物理制造系统（cyber physical production systems，CPPS）作为智能制造系统的核心技术。一时间，关于 CPS 的论文、书籍，以及成功案例等，如漫天飞舞的雪花随处飘落。现如今，随着 MBSE、数字孪生、数字主线、混合现实、元宇宙等新概念如雨后春笋般地涌现，在各种交流场合已经很少有人提及 CPS 了，似乎它已风光不再，像风驰电掣的高铁一样在人们的视野中瞬间消失。真心希望这仅仅是笔者看到的表象，深信专家、学者们对 CPS 的研究、探索一天也没有停止过，恰如水面下的暗流涌动。

　　虽然 CPS 概念的提出已有十多年了，即便从 2011 年算起也十年有余，但是国内外对 CPS 这个复杂主题的研究仿佛才刚刚开始，认识的程度也远远不够。在普罗大众将目光转向更多的新概念、新技术的时候，有没有意识到，这些新概念、技术产生的原因， 恰恰是因为 CPS 构建需求的牵引，以及人们渴望在虚拟环境中对已有系统或构想中的系统进行研究、体验的强烈需求而产生的。

　　曾有专家、学者给了 CPS 一个极为通俗的解释，即所谓的鸡蛋模型。其中，蛋黄——physical 表示物理实体，蛋清——cyber 表示由信息、网络、计算机等创建的虚拟世界。将 CPS 比喻为鸡蛋充分体现了 CPS 是由虚实两个部分组合而成的统一体。笔者经过研究、思考后发现，鸡蛋模型多少有点美中不足。虽然鸡蛋模型清楚地阐述了 CPS 的直观表象，但是疏漏了虚实之间的相互作用、渗透和协调等，更突出的问题是无法阐述 CPS 是充满生命、自适应的复杂系统 / 体系。

　　关于完美体现虚实融合真谛的问题，一直在笔者的脑海中萦绕，时常思考它应该是什么样的。随着对智能制造模式 / 系统研究的深入，对 CPS 的认识不断提高，构想了多个表述虚实融合本质精髓的模型，其中包括较为接近虚实融合本质的太极图——一个阴阳交替、动态演进的模型。然而，该模型也随后被否定，其原因依旧是缺少智能的特质。几经反复，有一天终于恍然大悟，一个清晰的画面在脑海中展现：一只鸟儿在山林中自由自在地飞翔，为了适应周遭环境而不断地调整飞行速度，改变飞行姿势和线路。更令我兴奋的是，豁然开朗之际，竟然还联想到了“一体两翼”这个词，感觉十分贴切、绝妙。继而又联想到可以把生态圈企业集群的 CPS 比喻为天空中飞翔的、浑然一体的鸟群，一个去中心化的复杂系统 / 体系。

　　激动之余，遂产生了撰写此书的念头，随即花费了数月的时间，构思了本书的大纲，勾勒了骨架和脉络，并收集了大量的支撑材料。经过了一年半左右的笔耕，终于在2022 年年底完成了首稿的撰写。又几经修改和增删，撰写的工作才告一段落。虽然书稿从构思到撰写完成仅用了两年的时间，但书中饱含着我多年研究与实践积累的大量知识。更重要的是，本书充分吸收和借鉴了国家科技部的国家重点研发计划“网络协同制造和智能工厂”重点专项（项目号：2021YFB1716300）的技术路线和研究成果、依托北京电子工程总体研究所在航天产品数字化研制的成果、航天云网科技发展有限责任公司工业互联网云平台（INDICS）应用实施的成功经验，以及复杂产品智能制造系统技术国家重点实验室团队在智能制造领域研究与实践的成果。没有这些成果的支撑，也难成此书。笔者万分感谢单位和同志们的大力支持和无私奉献。

　　在此成书之际，心中最想表达的愿望是：一愿思考、实践后的认识，能为大家研究、理解虚实融合做些铺垫，进而能为智能制造模式/ 系统研究、开发与推广应用助力；二愿笔者的笔耕能为中国制造业的腾飞、永远不被“卡脖子”贡献些许绵薄之力；三愿祖国早日成为世界制造强国，实现中华民族的伟大复兴。

复杂产品智能制造系统技术国家重点实验室总技术负责人 朱文海

2023 年 3 月于北京

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