由于德国提出的工业4.0概念体系是基于信息物理系统（CPS，Cyber-Physical Systems，后面统一用CPS表示），工业4.0研究院自2013年成立以来，CPS一直是研究和试验的重点。除了研究CPS概念和体系，工业4.0研究院还积极通过对美国CPS-VO开放的开源项目进行研究，对CPS希望解决的各种关键技术问题有较好的了解。
按照工业4.0研究院重点研究方法技术成熟度水平（TRL，Technology Readiness Level），CPS的核心价值体现在科学层面，而不是技术和工程，这是建议的核心内容。
一、CPS的基本概况及发展
在2006年，美国NSF提出了CPS的概念，并开始了10年时间的“新学科”（New Science）建设过程。根据NSF公开的资料称，美国希望通过10-20年的时间，为信息系统与物理系统融合构建一套新的学科。
事实上，在2016年，美国科学、工程研究院发布了《美国信息物理系统教育规划报告》（A 21st Century Cyber-Physical Systems Education），同时，美国商务部下属NIST在2014年也开始推进CPS PWG相关工作，由此可见，美国认为CPS的基本体系已经形成，并开始进入应用阶段了。
在2010年3月1日，德国工程院就启动了agendaCPS项目，并通过近2年时间的研究，发布了《信息物理系统综合研究报告》（Integrierte Forschungsagenda Cyber-Physical Systems），在这个项目中，德国首次提出了“CPS+制造业=工业4.0”的提法，从而使得2012年继续开展了工业4.0的研究，并于2013年发布了《德国工业4.0未来项目实施建议》（Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0）。
总体来讲，根据工业4.0研究院的判断，虽然德国工业4.0是基于CPS来构建的，但由于德国相关研究不够系统深入，事实上，掌握CPS相关技术比较深入的，仍然是美国各个研究机构及大型企业（特别是航天军工等），这也是为什么德国企业（例如西门子、SAP等）在推广解决方案的时候，谈及CPS较少的缘故。不过，CPS对于构建工业系统仍然是非常重要的，德国工业4.0平台与NIST建立了联系，希望“跟进”美国在CPS或物联网方面的研究，为此，美德两国建立了U.S.-German Workshop on the Internet of Things (IoT) / Cyber-Physical Systems (CPS)。
二、CPS的最新进展情况
通过过去10年时间的探索，美国学界（主要以NSF的认识为主）及企业基本上达成了一个认识，那就是CPS更大程度上是一种科学（Science），虽然在技术（Technology）和工程（Engineering）上有应用的可能，但也比较适用于较为复杂的场景——例如，航天、航空、军工、汽车等。不过，CPS作为一门新学科，具有较大发展潜力，之所以说CPS在工程上比较困难，主要原因还是工程工具难以发明，或者还没有发明。
NSF仍在继续以Cyber-Physical Systems（CPS）项目方式发放研究支持资金，其项目号为：NSF 18-538，在2018年的项目申请要求中，NSF明确指出由于人工智能的应用，给CPS带来了大量的研究机会。
在NSF 18-538长达80页的文档中，有几个重点可以关注，供同行参考：
1. 在第16页，NSF强调了CPS的科学（Science）、技术（Technology）和工程（Engineering）研究内容，做了很好的区分，建议行业人士重点关注。
2. 由于CPS是一个跨领域的项目，NSF联合其他单位，早期就设立了CPS Virtual Organization（CPS-VO），有效的分享了各种信息，真正实现了创新生态（Innovation Ecosystem）的建设，大大促进了产学研的沟通与交流。
3. NSF在推进CPS的时候，并没有仅仅把该项目限定到NSF 18-518，而是延展到NSF 18-513（Major Research Instrumentation Program：Instrument Acquisition or Development）、NSF 17-581（CISE Research Infrastructure）、NSF 18-520（Smart and Connected Communities）等项目，通过多个研究项目协作，实现CPS的全面发展。
三、中国CPS发展的思路
由于CPS涉及到科学、技术和工程，需要协调的资源和要完成的研究比较多，它在中国的发展面临三方面的挑战。
第一，中国要发展CPS，还存在认知上的挑战。目前我国科研体系并没有把CPS作为一个主题来研究，虽然科技部有部分相关研究，甚至于在2006年美国NSF提出CPS的时候，中科院也有相关专家跟进该主题，但随着我国提出希望一步到位发展物联网，导致CPS的基础研究工作一直处于停滞地位。随着德国工业4.0把CPS作为基础技术，促使我国也开始探讨CPS的应用，由于CPS作为科学的相关知识体系没有建立，导致其普及程度和速度远远低于其他概念，例如智能制造、工业互联网、人工智能等。
因此，要进一步推动CPS的发展，应该注意：
1. 明确CPS的边界，特别是科学、技术和工程的边界，科学研究应该给科技部、中科院或高校来完成，而工信部相关单位应主要集中到工程及相关标准的制定和完善，可以涉足到部分技术问题。当然，由于三个层面的CPS并非泾渭分明，与各参与单位保持沟通和协作，颇有必要。
2. 建设类似CPS-VO的平台，让科学研究者、技术开发者和工程设计者都可以找到一个了解认识CPS的平台，同时还可以参与相关的主题研讨会，以及与同行进行切磋的机会。
第二，对于CPS的发展，还存在创新体制和模式的挑战。客观的讲，美国通过NSF组织科学家重点解决CPS科学原理创新的问题，各个大学及大企业的研究机构重点解决技术问题（例如Berkeley就做了一个开源的CPS项目，名为Ptolemy I/II），而美国商务部下属的NIST重点为企业应用CPS扫清了参考架构（Framework）和标准的障碍。这是美国创新体制和模式的最佳体现。
由于美国、德国和欧盟等已经在CPS的科学和技术研究上做了大量的投入和研究，大部分研究成果都可以通过公开途径获得，目前利用这些成果的难点是缺乏专家和投入进行梳理和解读，这将导致我国在应用CPS的过程中困难重重，特别是一些装备提供企业，在利用CPS为客户提供解决方案的时候，往往发现缺乏充足的资料和参考。
建议可以依托前面提及的类似CPS-VO平台，组织行业内专家，通过翻译国外资料或组织专家团队撰写系列书籍等方式，为中国制造业发展提供一些公共产品（Public Goods），这些工作也将为其它计划（诸如工业互联网、智能制造等）提供专业的基础知识。
第三，在工程应用层面，不管是德国的企业（例如西门子等），还是美国的企业，很少有把CPS作为解决方案来进行营销的。之所以出现这种状况，跟CPS更多以科学存在颇有关系，所以，建议不宜把CPS的应用层面定位为CPS自身，可以借鉴美国企业的做法，它们主要把更容易理解的数字孪生体（Digital Twin）和数字线程（Digital Thread）作为MBSE的应用。
德国在推进工业4.0的时候，由于其主要工业哲学是高度集成，初期也是希望利用CPS来构建其工程体系，并设计了诸如管理壳（Administration Shell）等概念，甚至于日本也模仿其方式，采取了差不多的方法来构建系统工程（Systems Engineering）的最小单元，但从主流企业实际采用的方法来看，CPS并不是特别适合构建MBSE，而是应该采取其他MBSE工具。从各企业的实践来看，数字孪生体和数字线程已经成为标配，甚至于德国企业西门子也通过这个概念重构了其解决方案。
建议在推进CPS工程解决方案的时候，应该重点注意新概念和工具的引入，特别是诸如数字孪生体和数字线程，还有人工智能等新技术，这样才会使得CPS保持活力，同时也使得中国CPS发展与全球同步。
四、工业4.0研究院可发挥作用
从公开可以看到的信息资料来看，工业4.0研究院长达5年时间对CPS的跟踪研究，已经处于国内前列。在跟踪美国、德国和欧盟的CPS研究和应用方面，工业4.0研究院一方面重视相关资料的收集和翻译，例如，针对NSF、NIST和德国工程院等撰写的白皮书或报告，都有全文的翻译，涉及字数高达近百万；另外一方面，工业4.0研究院一直把原理技术验证放到重要位置，例如，对于NSF推进的CPS-VO提供的CPS相关开源项目，大都做了技术上的解读和验证，特别对于GE在IIC提供的DMC开源项目，工业4.0研究院组织人员做了较详细的剖析。
目前，工业4.0研究院已经在重庆设立了全资公司（翼络工业互联网（重庆）有限公司），主要目标是利用CPS的研究成果，构建一套“工业互联网操作系统”。虽然行业内大部分把PaaS认为是工业互联网平台，但工业4.0研究院认为，整合硬件（传感和促动层）和基础设施（IaaS），应该是工业互联网一种形态，可以体现为基于CPS的“工业互联网操作系统”，这是等同于PC领域的虚拟硬件（例如，电脑的打印是通过驱动来实现的，驱动就是数字孪生体的一部分，而实体的数字孪生体是物理的打印机），这至少是未来工业互联网的发展方向之一。
以上是工业4.0研究院针对中国CPS的一些思考和研究成果，分享给行业人士，便于大家共同推进相关工作，实现中国的工业互联网和CPS创新发展。