但凡提到工業4.0或者物聯網的文章，常在其實現技術的層面提及物理信息系統，英文即Cyber-Physical System，CPS，似乎直接翻譯過來是網絡物理系統才過癮。如果你去查閱維基百科，你獲得到一段不那麼容易理解的描述，什麼整合了計算和控制，還常常涉及到嵌入式系統。說實話，很多人可能一開始還明白一點，但是遇到嵌入式系統（Embedded System）這個詞，又開始迷惑了。
做軟件的人都知道面向過程的編程思想，在這個思想體系下出現了偉大的C語言以及之前的多數編程語言。面向過程思想最典型的模式就是在描述一個系統的時候，更多着力於組件之間關係的描述，對單一的組件本身的屬性描述較少，彷彿系統之所以可以運作，是來自於組件之間的關係而不突出組件自身的屬性所決定的。在以C++、Java之類的面向對象的語言逐漸被接受後，軟件行業開始使用統一建模語言UML來描述系統的組成以及組件之間的關係和行爲。這個方法後來逐漸向其他領域擴展，但是UML本身由於太過抽象其實並沒得到太好的應用。
上面插播這一段有什麼用呢？實際上在工業控制領域也存在類似的模式，及一個控制系統的設計強調的是控制流程。我們知道，在爲一個物理系統設計控制流程的時候，實際上一般都要先對其進行數字化的建模工作，即尋求一種可以用數學表達式表述該控制目標的典型行爲的方法。具體的控制流程及相關參數，一般都是要根據這個數學表達式來推算出控制參數的初始值，並在後期的調試中逐漸確立的。由於之前以面向過程的思路來描述物理系統，在控制系統裏被控制物體的模型是過度簡化和模糊的，甚至控制軟件中體現的一般是輸入輸出測點的量測值而非擁有這些測點的設備，相關信息也缺乏集中的管理。在一個工廠的信息化系統的各個層面（流程控制系統PCS、生產管理系統MES和管理信息系統ERP）一個設備的狀態參數、控制參數、財務屬性和維保屬性都是零碎分佈且缺少聯繫的，甚至根本就存儲在不同的信息孤島中。
隨着面向對象思想的擴散，控制工程師也很自然地以針對系統及其組件建模的方式來描述系統，從而再進一步地描述組件之間的關係。這個方式對複雜的系統會更有效些。甚至可以這樣想象，當你爲一個機械設備安裝了一些傳感器和執行器並通過採集裝置將數據實時同步到服務器上的時候，你實際上可以一說隨時都在服務器中獲得了一個該機械裝置的數字模型或鏡像。這個模型隨時反映出該設備的狀態，而只要你在服務器上對該模型施加操作，也可以通過經由執行器的反向輸出影響到這個機械裝置。這聽起來有點像電影《阿凡達》中的替身。沒錯，avatar本身就是“化身”的意思。也沒錯，這就是工業領域常見的遠程監控系統通過HMI（人機交互界面）所提供的。但是當工程師們試圖利用遠程監控來進一步優化設備維護和備件採購等流程的時候，同一個物理對象的屬性信息存在不同的信息系統中還是一個問題，這隻有西門子等一些先進企業的數字化工廠才能實現比較順暢的信息溝通。
逐漸這個思路更加地泛化了。當手機因爲集成了大量傳感器的時候，有人突然驚呼，其實一個本人隨身攜帶的手機，就可以充當把人的各項參數採集、傳遞到雲端，並在雲端建立這個人的數據鏡像的作用。更不用說那些被我們安裝部署的物聯網的房間、樓宇、街道、城市…是的，所有的一切物理存在的對象，只要隨身附帶了一個具有傳感和數據採集功能的系統，就可以在遠端的計算機中（不管是控制計算機還是雲）建立其數字鏡像，而在遠端執行與這個數字鏡像的操作，通過執行器在操作於這個物體。網絡世界和物理世界就這樣聯繫在一起了，而這個伴隨的計算機系統，就是CPS。
那嵌入式系統又是什麼？一般將與其他設備集成在一起的，非通用目的的計算機系統成爲嵌入式系統。典型如各類控制器，無論從電動玩具到地鐵閘機都有一個甚至數個這樣的小型計算機伴隨其內。其實手機也是一個嵌入式系統，因爲手機的基本功能是通信而非App計算（雖然這一點越來越叫人懷疑）。這些專業計算機被稱爲嵌入式，因爲他們一般影藏在被嵌入的物理對象之中與之一同使用。
所以，從爲物理對象在數字空間建模這個角度來思考，所以CPS就是爲了實現該目的的一個小型計算機系統。智能硬件、可穿戴設備、車聯網的追蹤設備、油井上的RTU等等可以被稱爲CPS。也有人提出了設計和部署這類系統的5C原則（connection,conversion, cyber, cognition, and configuration）。也有人提出現有的基於線程的操作系統因其每個操作的執行時刻的不確定性（因爲其爲“盡力而爲”的系統而不是精確執行的系統）而不適合構築未來的CPS。甚至我們每天使用的互聯網也成了新的問題：互聯網協議爲了適應傳輸條件也是被設計成“盡力而爲”的系統，並不能確保信息到達的精確時刻，甚至每個數據包到達的前後次序都不能被保證。最後筆者想再提及的是，UML等建模工具的完善和推廣問題。當CPS將反應物理對象的數據傳遞到服務器和雲端的時候，基於這些數據進行的數字建模仍然需要一些方法論的提升。可悲的是，我們的產業和學術界目前對這一點還剛剛加以認識。
回到前面說到的，一個機械設備的各類信息實際上被存儲在不同的企業信息化系統中。如果按照CPS的設計思路，這些信息最好是統一存儲在一箇中心數據庫中，或者至少是一個統一檢索的分佈式數據庫中。但是不同層面的信息化系統的目的和對時間的相應速度不同，目前是難以統一在一個應用系統中的——你很難想象原本控制該設備的PLC程序運行於ERP的服務器上，中間還要通過不靠譜的以太網。所以，德國工業4.0白皮書裏就留下一個未來需要解決的懸念：如何構建，尤其是利用現有的技術構建，適合工業4.0理念的信息化網絡？