HPS到HCPS嵌入式开发演进之旅在自然界中的智能制造系统变革
在2017年12月7日，南京举办的“世界智能制造大会”上，中国工程院院长周济发表了题为《关于中国智能制造发展战略的思考》的报告。报告中，他阐述了对我国智能制造发展的看法，并提出了一个观点，即随着智能制造战略的持续推进，传统制造过程中的人与物理系统之间的关系正在从人-物理系统（HPS）二元体系向人-信息-物理系统（HCPS）三元体系转变。这一观点引发了业界专家的广泛讨论。
图1显示了传统制造中的“人-物理系统”体系。在这种体系中，人类通过控制机器来实现与机器之间的交互，而机器则接收并执行人类下达的指令。同时，人类还需要处理来自机器反馈状态信息，以完成感知、分析决策以及学习认知等工作，从而形成一个完整的人工智能闭环。在这个过程中，物理系统主要用来替代人类进行体力劳动，这有助于提高产品质量和生产效率，因此被称为一个人-物理系统（HPS）。
图2展示了第一代和第二代智能制造体系。在这些体系中，我们逐渐将人的感知分析和决策功能分离出来，用信息技术来取代部分人的角色，让信息技术与物理技术相结合，以实现对机械设备更精确控制，并且让机械设备能够自动完成一些复杂任务。这种变化推动了一次由简单的人-物质到更加复杂的人-信息-物质交互演变。
图3描述的是新一代智能制造体系，在基于前两种模式基础上进一步深化，它最显著的一点是其信息子系统发生重大变化，其中增加了一项新的能力——学习和认知能力。这意味着现在不仅仅是感应、分析、决策和控制，还包括自主学习提升知识库存储并生成知识这一功能，使得整个工业生态圈具有自适应性和灵活性。
行业专家普遍认为，在新型智造环境下，不再是单纯地“教会鱼如何吃”，而是在赋予它们更多自主探索能力建立起真正意义上的“授以渔”的情况。这是一个极大的飞跃，因为它意味着我们不仅要把简单技能教授给计算机，还要教育它们去学懂事务管理，那样计算机会变得更加独立，无需我们的直接干预就能处理问题。
笔者认为周济院士在他的报告里提出的HCPS概念，是一种集成国外CPS理论及西门子数字双胞胎理念于一身，同时强调了人们在智造领域所扮演核心角色的重要性。他指出，只有当我们将我们的思维方式赋予到机器上时，我们才能构建真正意义上的智慧工厂。而为了达到这一目标，我们必须从大数据走向大知识化，对数据进行整合，将其转换成可以被模型理解的事实，从而使得计算机关获得自我提升学习能力甚至促进知识间相互传递。当计算机会自己学会产生并分享知识时，那才算真正达到了自动化生产与共享知道层次，那时候人们可能完全退出实际生产活动，最终成为创意性的导师或创新者的角色。
