64、CPS 与工人的角色转变及用户驱动的网络物理系统策略

CPS 与工人的角色转变及用户驱动的网络物理系统策略

1. CPS 时代工人角色的转变

在当今科技飞速发展的时代，网络物理系统（CPS）正深刻地改变着生产模式和工人的角色。从历史发展来看，自动化最初主要用于强化管理角色，甚至在一定程度上贬低和削弱了工人的技能，增加了管理控制。但随着 CPS 的发展，工人在生产线上有了三种可能的角色模型。

• 过程工人 ：主要负责监控基本全自动化的生产过程。这一角色是试图将人类从生产中排除出去这一发展趋势的终点，工作缺乏挑战性，未来需求也会减少。
• 榜样角色 ：人类成为机械技能的模板，在特定区域（车间）工作，保留和精炼那些不直接用于生产过程但会被转移到机器中的技能，以在生产过程配置中占据优势并保持竞争优势。
• 架构师 ：工厂工人成为 CPS 生产的推动者和配置者，连接不同的开发者、生产线和客户。

角色	描述	所需技能
过程工人	监控自动化生产过程	基本监控技能
榜样角色	保留和精炼技能并转移到机器	特定机械技能
架构师	连接开发者、生产线和客户	综合协调和配置能力

从发展路径来看，过程工人有可能逐渐发现自身能力，掌握特定技能集，进而使机器人和生产线按照他们的能力和喜好来构建。最终，他们有可能成为整个工厂布局的架构师。

学习适应这些新角色所需的技能可能具有挑战性，但数字化及其新的组织形式为工人提供了机会。数字化增强的学习路径将使任何人都能更容易地提升自己的技能，就像“Edupunk”一样，工人可以通过传统教育元素、下载的学习内容和同伴学习来创建自己的学习路径。一个完整的个人学习计划应包括以下四个部分：
1. 明确目标和所需资质或技能 ：确定自己想要达到的目标以及为此需要具备的技能和资质。
2. 正式学习 ：参加正规的教育课程，获取系统的知识。
3. 实践教育 ：通过实际工作经验来巩固和应用所学知识。
4. 建立个人学习网络 ：与同行、专家等建立联系，分享学习资源和经验。

此外，企业也会制定相关的人力资源策略。例如，大众汽车人力资源董事会成员表示，机器人将承担一些退休员工的工作，同时让人类员工专注于更需要高技能的工作。这意味着工人必须接受学习，具备在个人网络和全球市场提供的大量学习机会中规划个人学习旅程的能力。

2. 用户驱动的网络物理系统概述

未来，网络物理系统（CPS）将越来越多地无缝集成技术，实现物理世界与信息世界的不间断交互，支持人与人、机器与机器、机器与人之间的互操作。CPS 可分为两类：
- 全自动 CPS ：自动利用可用的 CPS 元素，为用户的日常生活提供服务。例如，家庭中的 CPS 可以优化能源效率，减少高峰用电需求，降低温室气体排放。
- 用户驱动的 CPS ：允许用户添加或移除 CPS 元素，影响信息和能力的提供。用户驱动的 CPS 可以部分地将 CPS、应用和服务开发的负担从软件专业人员转移到最终用户。

例如，工厂中的网络物理生产系统可以允许服务人员利用机器的监控和控制功能进行开发。服务人员可以创建一个小应用程序，从机器获取监控信息和维护服务的指令，并在新安装的 CPS 显示屏上显示这些信息。

graph LR
    A[用户驱动的 CPS] --> B[影响 CPS 行为]
    A --> C[开发基于 CPS 的应用和服务]
    B --> D[调整元素配置]
    B --> E[改变运行参数]
    C --> F[创建新应用]
    C --> G[重新配置服务]

用户驱动的 CPS 方法需要用户干预解决方案，这些方案取决于用户的动机、技能以及底层 CPS 架构和实现。在设计用户干预解决方案时，需要遵循以下一般设计和可用性原则：
- 可见性 ：交互元素应清晰可见，并能解释其用途。
- 反馈 ：在用户与交互元素进行操作后，立即提供信息反馈。
- 约束 ：限制用户的交互可能性，避免混淆。
- 映射 ：明确控制与实际效果之间的关系。
- 一致性 ：不同任务的交互元素和路径应保持一致，促进学习和接受。

总之，CPS 的发展为工人和用户带来了新的机遇和挑战。工人需要积极转变角色，提升技能；而用户则可以通过用户驱动的 CPS 更好地利用系统的信息和能力。未来，随着技术的不断进步，CPS 将在各个领域发挥更加重要的作用。

CPS 与工人的角色转变及用户驱动的网络物理系统策略

3. 用户干预策略及架构设计

为了实现用户在 CPS 及其相关服务行为中的干预，需要制定相应的策略，并设计合适的架构。

3.1 用户干预策略

用户干预策略主要分为两个方面：一是对 CPS 行为的干预，二是对支持 CPS 使用的服务行为的干预。

• 对 CPS 行为的干预
  • 元素配置调整 ：用户可以根据自己的需求添加或移除 CPS 中的元素，以改变系统的功能和性能。例如，在智能家居系统中，用户可以添加新的智能设备，如智能摄像头或智能门锁，来增强家庭的安全性。
  • 运行参数改变 ：用户可以调整 CPS 的运行参数，以优化系统的运行效果。比如，在工业生产中，用户可以调整机器的运行速度、温度等参数，以提高生产效率。
• 对支持 CPS 使用的服务行为的干预
  • 服务功能定制 ：用户可以根据自己的需求定制服务的功能。例如，在在线购物服务中，用户可以设置个性化的推荐规则，以获得更符合自己兴趣的商品推荐。
  • 服务流程优化 ：用户可以优化服务的流程，以提高服务的效率和质量。比如，在物流服务中，用户可以选择更合适的配送方式和时间，以加快商品的送达速度。

干预类型	干预方式	示例
对 CPS 行为的干预	元素配置调整	智能家居中添加智能设备
对 CPS 行为的干预	运行参数改变	工业生产中调整机器参数
对支持 CPS 使用的服务行为的干预	服务功能定制	在线购物中设置个性化推荐规则
对支持 CPS 使用的服务行为的干预	服务流程优化	物流服务中选择合适配送方式和时间

3.2 用户驱动 CPS 的架构设计

为了支持不同类型的用户群体和用户干预策略，需要设计一个用户驱动 CPS 的架构。该架构应具备以下特点：
- 开放性 ：允许用户方便地添加和移除 CPS 元素，以及开发新的应用和服务。
- 可扩展性 ：能够随着用户需求的增长和技术的发展，轻松扩展系统的功能和性能。
- 灵活性 ：支持不同类型的用户干预策略，满足不同用户的需求。

graph LR
    A[用户驱动 CPS 架构] --> B[用户界面层]
    A --> C[应用服务层]
    A --> D[CPS 元素层]
    B --> E[普通用户界面]
    B --> F[专业用户界面]
    C --> G[应用开发平台]
    C --> H[服务管理平台]
    D --> I[传感器]
    D --> J[执行器]
    D --> K[计算单元]

• 用户界面层 ：提供不同类型的用户界面，以满足普通用户和专业用户的需求。普通用户界面应简洁易用，方便用户进行基本的操作；专业用户界面则应提供更多的高级功能和配置选项。
• 应用服务层 ：包括应用开发平台和服务管理平台。应用开发平台允许用户开发新的应用程序，服务管理平台则负责管理和维护现有的服务。
• CPS 元素层 ：包含各种 CPS 元素，如传感器、执行器和计算单元。这些元素是 CPS 的基础，为系统提供物理输入和输出。

4. 策略的好处与挑战

用户驱动的 CPS 策略带来了诸多好处，但也面临一些挑战。

4.1 好处

• 提高用户参与度 ：用户可以根据自己的需求和喜好来定制 CPS 和相关服务，从而提高用户的参与度和满意度。
• 促进创新 ：用户驱动的开发模式鼓励用户发挥创意，开发新的应用和服务，从而促进技术的创新和发展。
• 优化资源利用 ：用户可以根据实际需求调整 CPS 的配置和运行参数，从而优化资源的利用效率。

4.2 挑战

• 用户技能要求 ：用户需要具备一定的技术技能才能有效地进行用户干预。对于非专业用户来说，学习和掌握这些技能可能具有一定的难度。
• 系统安全性 ：用户干预可能会引入安全风险，如恶意攻击或误操作。因此，需要采取有效的安全措施来保障系统的安全性。
• 架构复杂性 ：为了支持用户驱动的 CPS，需要设计复杂的架构。这增加了系统的开发和维护难度。

好处与挑战	具体内容
好处	提高用户参与度、促进创新、优化资源利用
挑战	用户技能要求、系统安全性、架构复杂性

综上所述，CPS 时代的到来为工人和用户带来了新的机遇和挑战。工人需要不断提升自己的技能，适应新的角色；而用户则可以通过用户驱动的 CPS 更好地发挥自己的主观能动性，创造更多的价值。同时，我们也需要关注用户驱动 CPS 策略所面临的挑战，并采取相应的措施来解决这些问题，以推动 CPS 技术的健康发展。