迈向社会 - 信息 - 物理系统：人工智能突破背景下的软件视角

《Science China-Information Sciences》：Towards socio-cyber-physical systems: a software perspective amid AI breakthroughs

　　

摘要

在两种趋同趋势的推动下，软件技术正在经历一场范式转变。首先，软件的责任范围显著扩大：随着“软件定义一切”成为现实，软件已演变为社会 - 网络 - 物理系统（SCPS）的集成核心。其次，人工智能（AI）的最新突破极大地增强了软件的能力和开发方法。本文提出了在这个快速进步时代对软件工程的一些视角和观察。我们旨在概述工程化 SCPS 面临的一系列基础挑战，并强调需要超越单纯 AI 技术的创新软件解决方案。具体而言，我们探讨了应对 SCPS 所引入复杂性的新范式需求，这些复杂性通过系统边界模糊、生命周期持续演化以及对固有不确定性的接纳来挑战传统范式。我们突出了社会 - 技术协同设计、信息 - 物理集成以及开发 - 运维融合等新工程原则，以及驾驭不确定性的知识与数据驱动方法。新兴提案，包括数字人文主义、具有能动性的 SCPS、泛在操作系统和持续质量保证，与现有技术的可能扩展一起进行了讨论。然后，我们概述了运行时支持和质量保证的关键研究方向。在运行时方面，我们主张为 SCPS 提供新一代软件基础设施，包括统一的硬件抽象、可扩展且有韧性的运行时系统、AI 赋能的系统管理以及以人为中心的操作系统原语。在保证方面，我们强调了需要新的方法来结合统一的社会 - 网络 - 物理建模、技术属性和非技术属性的规范、数据驱动的模拟和测试、持续验证以及不确定性下的运行时监控。此外，我们提出了关键应用领域内的具体挑战，包括智能车辆、智能制造和智慧城市。这样做旨在激发软件工程社区的讨论，并鼓励业界和政府的支持，以解决这一新一代系统固有的关键工程和治理问题。