《智能系統(tǒng)》第5章-信息物理系統(tǒng)課件

高級(jí)人工智能人才培養(yǎng)叢書(shū)智能系統(tǒng)高級(jí)人工智能人才培養(yǎng)叢書(shū)智能系統(tǒng)第五章信息物理系統(tǒng)5.1

信息物理系統(tǒng)概述5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)5.3研究展望5.4案例高級(jí)人工智能人才培養(yǎng)叢書(shū)of312習(xí)題第五章信息物理系統(tǒng)5.1信息物理系統(tǒng)概述5.2信息物理5.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of313

信息物理系統(tǒng)是集計(jì)算、通信與控制于一體的智能系統(tǒng)，信息物理系統(tǒng)通過(guò)人機(jī)交互接口實(shí)現(xiàn)和物理進(jìn)程的交互，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)空間以遠(yuǎn)程的、可靠的、實(shí)時(shí)的、安全的、協(xié)作的方式操控一個(gè)物理實(shí)體。在實(shí)際應(yīng)用中，信息物理系統(tǒng)是構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)空間與物理空間之間基于數(shù)據(jù)自動(dòng)流轉(zhuǎn)的狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、科學(xué)決策、精準(zhǔn)執(zhí)行的閉環(huán)系統(tǒng)，可以解決生產(chǎn)制造、應(yīng)用過(guò)程中的復(fù)雜性和不確定性問(wèn)題，提高資源配置效率，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率，提升產(chǎn)能。其中，狀態(tài)感知通過(guò)傳感器感知系統(tǒng)中設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)分析通過(guò)軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化，科學(xué)決策通過(guò)大數(shù)據(jù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)并以數(shù)據(jù)支撐決策，精準(zhǔn)執(zhí)行通過(guò)控制器、執(zhí)行器等硬件實(shí)現(xiàn)對(duì)決策的響應(yīng)，這些功能的實(shí)現(xiàn)依賴(lài)于一個(gè)實(shí)時(shí)、可靠、安全的網(wǎng)絡(luò)。人們把這一閉環(huán)系統(tǒng)概括為“一硬”（感知和自動(dòng)控制）、“一軟”（工業(yè)軟件）、“一網(wǎng)”（工業(yè)網(wǎng)絡(luò)）、“一平臺(tái)”（工業(yè)云和智能服務(wù)平臺(tái)）。1．信息物理系統(tǒng)的概念5.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of3135.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of314

海量運(yùn)算是信息物理系統(tǒng)接入設(shè)備的基本特征，因此接入設(shè)備通常具有強(qiáng)大的計(jì)算能力。從計(jì)算性能的角度出發(fā)，一些高端的信息物理系統(tǒng)應(yīng)用要求較高的計(jì)算能力，物聯(lián)網(wǎng)中的終端設(shè)備不具備控制和自治能力，通信大都發(fā)生在終端設(shè)備與服務(wù)器之間，終端設(shè)備之間無(wú)法進(jìn)行協(xié)同，因此物聯(lián)網(wǎng)可以看作信息物理系統(tǒng)的一種簡(jiǎn)約應(yīng)用。在物聯(lián)網(wǎng)中，采用短距離通信技術(shù)（如藍(lán)牙）或遠(yuǎn)距離通信技術(shù)（如NB-IoT）實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備和平臺(tái)之間的通信。2．信息物理系統(tǒng)的特征5.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of3145.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of315

感知在信息物理系統(tǒng)中十分重要。自然界中物理量的變化基本上是連續(xù)的，是模擬量，而信息空間數(shù)據(jù)則具有離散性的特征。從物理空間到信息空間的信息流轉(zhuǎn)，首先必須通過(guò)傳感器將物理量轉(zhuǎn)換成模擬量，再通過(guò)A/D（模擬/數(shù)字）轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，成為信息空間所能識(shí)別的數(shù)據(jù)格式。基于此，傳感器網(wǎng)絡(luò)也可作為信息物理系統(tǒng)的組成部分。2．信息物理系統(tǒng)的特征5.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of3155.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of316

數(shù)據(jù)存在于生產(chǎn)制造的各領(lǐng)域，大量的數(shù)據(jù)是隱性的，沒(méi)有被充分利用并發(fā)揮其價(jià)值。信息物理系統(tǒng)通過(guò)構(gòu)建“狀態(tài)感知—實(shí)時(shí)分析—科學(xué)決策—精準(zhǔn)執(zhí)行”的數(shù)據(jù)自動(dòng)流轉(zhuǎn)閉環(huán)賦能體系，將數(shù)據(jù)從物理空間中的隱性形態(tài)轉(zhuǎn)換為信息空間的顯性形態(tài)，并不斷迭代優(yōu)化，形成知識(shí)庫(kù)。在此過(guò)程中，狀態(tài)感知的結(jié)果、實(shí)時(shí)分析的對(duì)象、科學(xué)決策的基礎(chǔ)及精準(zhǔn)執(zhí)行的輸出都是數(shù)據(jù)。因此，數(shù)據(jù)是信息物理系統(tǒng)的核心所在，數(shù)據(jù)在自動(dòng)生成、自動(dòng)流轉(zhuǎn)、自動(dòng)分析、自動(dòng)執(zhí)行及不斷迭代優(yōu)化中累積，不斷產(chǎn)生更為優(yōu)化的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部環(huán)境的資源優(yōu)化配置。2．信息物理系統(tǒng)的特征5.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of3165.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of317

軟件正和芯片、傳感與控制設(shè)備等一起對(duì)傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、設(shè)備等進(jìn)行定義，并正在從IT領(lǐng)域向工業(yè)領(lǐng)域延伸。工業(yè)軟件對(duì)各類(lèi)工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)規(guī)律進(jìn)行代碼化，支撐了絕大多數(shù)的生產(chǎn)制造過(guò)程。作為面向制造業(yè)的信息物理系統(tǒng)，軟件就成了實(shí)現(xiàn)信息物理系統(tǒng)功能的核心載體之一。從生產(chǎn)流程的角度看，信息物理系統(tǒng)會(huì)全面應(yīng)用到研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、管理服務(wù)等方方面面，通過(guò)對(duì)人、機(jī)、物、法、環(huán)全面的感知和控制，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)資源的優(yōu)化配置。這一過(guò)程需要依靠對(duì)工業(yè)技術(shù)模塊化、代碼化、數(shù)字化并不斷軟件化來(lái)被廣泛利用。從產(chǎn)品裝備的角度看，一些產(chǎn)品和裝備本身就是信息物理系統(tǒng)。軟件不但可以控制產(chǎn)品和裝備運(yùn)行，而且可以把產(chǎn)品和裝備運(yùn)行的狀態(tài)實(shí)時(shí)展現(xiàn)出來(lái)，通過(guò)分析、優(yōu)化，作用到產(chǎn)品、裝備的運(yùn)行，甚至是設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)迭代優(yōu)化。2．信息物理系統(tǒng)的特征5.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of3175.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of318

網(wǎng)絡(luò)通信是信息物理系統(tǒng)的基礎(chǔ)保障，能夠?qū)崿F(xiàn)信息物理系統(tǒng)內(nèi)部單元之間及與其他信息物理系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通。應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)景時(shí)，信息物理系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)連接的時(shí)延、可靠性等網(wǎng)絡(luò)性能和組網(wǎng)靈活性、功耗都有特殊要求，還必須解決異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合、業(yè)務(wù)支撐的高效性和智能性等挑戰(zhàn)。隨著無(wú)線(xiàn)寬帶、射頻識(shí)別、信息傳感及網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)等信息通信技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)通信將會(huì)更加全面深入地融合信息空間與物理空間，表現(xiàn)出明顯的泛在連接特征，實(shí)現(xiàn)任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何人、任何物都能順暢通信。構(gòu)成信息物理系統(tǒng)的各器件、模塊、單元、企業(yè)等實(shí)體都要具備泛在連接能力，并實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)、跨行業(yè)、異構(gòu)多技術(shù)的融合與協(xié)同，從而保障數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)的自由流動(dòng)。泛在連接通過(guò)對(duì)物理世界狀態(tài)的實(shí)時(shí)采集、傳輸，以及信息世界控制指令的實(shí)時(shí)反饋下達(dá)，提供無(wú)處不在的優(yōu)化決策和智能服務(wù)。2．信息物理系統(tǒng)的特征5.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of3185.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of319

信息物理系統(tǒng)構(gòu)筑信息空間與物理空間數(shù)據(jù)交互的閉環(huán)通道，能夠?qū)崿F(xiàn)信息虛體與物理實(shí)體之間的交互聯(lián)動(dòng)。其以物理實(shí)體建模產(chǎn)生的靜態(tài)模型為基礎(chǔ)，通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)集成和監(jiān)控，動(dòng)態(tài)跟蹤物理實(shí)體的工作狀態(tài)和工作進(jìn)展（如采集測(cè)量結(jié)果、追溯信息等），將物理空間中的物理實(shí)體在信息空間進(jìn)行全要素重建，形成具有感知、分析、決策、執(zhí)行能力的數(shù)字孿生（也稱(chēng)為數(shù)字化映射、數(shù)字鏡像、數(shù)字雙胞胎）；同時(shí)借助信息空間對(duì)數(shù)據(jù)綜合分析處理的能力，形成對(duì)外部復(fù)雜環(huán)境變化的有效決策，并通過(guò)虛控實(shí)的方式作用到物理實(shí)體。在這一過(guò)程中，物理實(shí)體與信息虛體之間交互聯(lián)動(dòng)，虛實(shí)映射，共同作用提升資源優(yōu)化配置效率。2．信息物理系統(tǒng)的特征5.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of3195.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of3110

軟件、硬件、網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)云等一系列技術(shù)的有機(jī)組合構(gòu)建了一個(gè)信息空間與物理空間之間數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)的閉環(huán)“賦能”體系。尤其在高層次的信息物理系統(tǒng)，如SoS級(jí)信息物理系統(tǒng)中，往往存在大量不同類(lèi)型的硬件、軟件、數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)。信息物理系統(tǒng)能夠?qū)⑦@些異構(gòu)硬件（如CISCCPU、RISCCPU、FPGA等）、異構(gòu)軟件（如PLM、MES、PDM、SCM等）、異構(gòu)數(shù)據(jù)（如模擬量、數(shù)字量、開(kāi)關(guān)量、音頻、視頻、特定格式文件等）及異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（如現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)、工業(yè)以太網(wǎng)等）集成起來(lái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在信息空間與物理空間不同環(huán)節(jié)的自動(dòng)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與工業(yè)技術(shù)的深度融合，因此，信息物理系統(tǒng)必定是一個(gè)對(duì)多方異構(gòu)環(huán)節(jié)集成的綜合體。異構(gòu)集成能夠?yàn)楦鳝h(huán)節(jié)的深度融合打通交互的通道，為實(shí)現(xiàn)融合提供重要保障。2．信息物理系統(tǒng)的特征5.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of31105.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of3111

信息物理系統(tǒng)能夠根據(jù)感知到的環(huán)境變化信息，在信息空間進(jìn)行處理分析，自適應(yīng)地對(duì)外部變化做出有效響應(yīng)。同時(shí)在更高層級(jí)的信息物理系統(tǒng)中（系統(tǒng)級(jí)、SoS級(jí)），多個(gè)信息物理系統(tǒng)之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)互聯(lián)（如CPS總線(xiàn)、智能服務(wù)平臺(tái)）實(shí)現(xiàn)信息物理系統(tǒng)之間的自組織。多個(gè)單元級(jí)信息物理系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度，編組協(xié)作，在生產(chǎn)與設(shè)備運(yùn)行、原材料配送、訂單變化之間自組織、自配置、自?xún)?yōu)化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)行效率的提升，以及訂單需求的快速響應(yīng)等；多個(gè)系統(tǒng)級(jí)信息物理系統(tǒng)通過(guò)統(tǒng)一的智能服務(wù)平臺(tái)連接在一起，在企業(yè)級(jí)層面實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)能力調(diào)配、企業(yè)經(jīng)營(yíng)高效管理、供應(yīng)鏈變化響應(yīng)等更大范圍的系統(tǒng)自治。在自?xún)?yōu)化、自配置的過(guò)程中，大量現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)及控制參數(shù)被固化在系統(tǒng)中，形成知識(shí)庫(kù)、模型庫(kù)、資源庫(kù)，使得系統(tǒng)能夠不斷自我演進(jìn)與學(xué)習(xí)提升，提高應(yīng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境變化的能力。2．信息物理系統(tǒng)的特征5.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of31115.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of3112①嵌入式系統(tǒng)。②物聯(lián)網(wǎng)。③傳感網(wǎng)。④信息物理系統(tǒng)。3．常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)5.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of3112①嵌5.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of3113

信息物理系統(tǒng)是在嵌入式系統(tǒng)、傳感器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，尤其是前兩者的發(fā)展直接導(dǎo)致了信息物理系統(tǒng)概念的提出。2006年2月，美國(guó)發(fā)布的《美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)力計(jì)劃》將信息物理系統(tǒng)列為重要的研究項(xiàng)目。2007年7月，美國(guó)總統(tǒng)科學(xué)技術(shù)顧問(wèn)委員會(huì)（PCAST）在題為《挑戰(zhàn)下的領(lǐng)先——競(jìng)爭(zhēng)世界中的信息技術(shù)研發(fā)》的報(bào)告中列出了八大關(guān)鍵的信息技術(shù)，其中信息物理系統(tǒng)位列首位，其余分別是軟件、數(shù)據(jù)/數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)流、網(wǎng)絡(luò)、高端計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)與信息安全、人機(jī)界面、NIT與社會(huì)科學(xué)。2007年，歐盟啟動(dòng)了ARTEMIS和EPoSS項(xiàng)目，在信息物理系統(tǒng)研究領(lǐng)域投入超過(guò)70億美元；2015年，歐盟又發(fā)布《CyPhERSCPS歐洲路線(xiàn)圖和戰(zhàn)略》，期望在信息物理系統(tǒng)研究方面取得國(guó)際領(lǐng)先地位。4．信息物理系統(tǒng)的發(fā)展5.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of3113第五章信息物理系統(tǒng)5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)5.1信息物理系統(tǒng)概述5.3研究展望5.4案例高級(jí)人工智能人才培養(yǎng)叢書(shū)of3114習(xí)題第五章信息物理系統(tǒng)5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)5.1信息物5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3115單元級(jí)信息物理系統(tǒng)體系架構(gòu)1．信息物理系統(tǒng)的體系架構(gòu)5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3115單5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3116系統(tǒng)級(jí)信息物理系統(tǒng)體系架構(gòu)1．信息物理系統(tǒng)的體系架構(gòu)5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3116系5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3117SoS級(jí)信息物理系統(tǒng)體系架構(gòu)1．信息物理系統(tǒng)的體系架構(gòu)5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3117S5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3118

單元級(jí)信息物理系統(tǒng)技術(shù)需求是構(gòu)建一個(gè)最基本的信息物理系統(tǒng)單元時(shí)需要滿(mǎn)足的技術(shù)需求。從單元級(jí)信息物理系統(tǒng)的體系架構(gòu)看，傳感器是信息物理系統(tǒng)獲取相關(guān)數(shù)據(jù)信息的來(lái)源，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。信息物理系統(tǒng)需要進(jìn)一步對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析并使其在信息虛體中流通，執(zhí)行器則根據(jù)計(jì)算結(jié)果實(shí)現(xiàn)對(duì)物理實(shí)體的控制與優(yōu)化，所以可梳理出其技術(shù)需求主要包括：狀態(tài)感知能力；對(duì)物理實(shí)體的控制執(zhí)行能力；對(duì)數(shù)據(jù)的計(jì)算處理能力；對(duì)外交互和通信的能力。2．信息物理系統(tǒng)的技術(shù)需求5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of31185.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3119

在單元級(jí)信息物理系統(tǒng)的技術(shù)需求基礎(chǔ)上，參考系統(tǒng)級(jí)信息物理系統(tǒng)的體系架構(gòu)，強(qiáng)調(diào)組件之間的互聯(lián)互通，并在此基礎(chǔ)上著眼于對(duì)不同組件的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)信息控制，實(shí)現(xiàn)信息空間與物理空間的協(xié)同和統(tǒng)一，同時(shí)對(duì)集成的計(jì)算系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理，可歸納得出，系統(tǒng)級(jí)信息物理系統(tǒng)除了包含單元級(jí)信息物理系統(tǒng)的技術(shù)需求，還需關(guān)注：信息物理系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通能力；系統(tǒng)內(nèi)各組成信息物理系統(tǒng)的管理和檢測(cè)能力；系統(tǒng)內(nèi)各組成信息物理系統(tǒng)的協(xié)同控制能力。2．信息物理系統(tǒng)的技術(shù)需求5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of31195.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3120

SoS級(jí)信息物理系統(tǒng)所感知的數(shù)據(jù)更為真實(shí)、豐富多樣、種類(lèi)繁多，因此需要新的處理模式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析，提取其中潛在價(jià)值，從而提供更強(qiáng)的決策力、洞察力和流程優(yōu)化能力。通過(guò)數(shù)據(jù)服務(wù)可進(jìn)行信息物理系統(tǒng)的資源控制和信息物理系統(tǒng)能力的獲取。在系統(tǒng)級(jí)信息物理系統(tǒng)技術(shù)需求基礎(chǔ)上，參考SoS級(jí)信息物理系統(tǒng)的體系架構(gòu)，綜合歸納得到SoS級(jí)信息物理系統(tǒng)相對(duì)系統(tǒng)級(jí)信息物理系統(tǒng)增加的技術(shù)需求：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分布式處理能力；對(duì)外可提供數(shù)據(jù)和智能服務(wù)的能力。2．信息物理系統(tǒng)的技術(shù)需求5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of31205.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3121信息物理系統(tǒng)技術(shù)體系3．信息物理系統(tǒng)的技術(shù)體系5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3121信5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3122

基于信息物理系統(tǒng)的“一硬”（感知和自動(dòng)控制）、“一軟”（工業(yè)軟件）、“一網(wǎng)”（工業(yè)網(wǎng)絡(luò)）、“一平臺(tái)”（工業(yè)云和智能服務(wù)平臺(tái)）四大核心技術(shù)要素。3．信息物理系統(tǒng)的技術(shù)體系5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of31225.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3123感知和自動(dòng)控制4．信息物理系統(tǒng)的核心技術(shù)要素5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3123感5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3124虛擬融合控制技術(shù)4．信息物理系統(tǒng)的核心技術(shù)要素5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3124虛5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3125

工業(yè)軟件是專(zhuān)用于工業(yè)領(lǐng)域，為提高工業(yè)企業(yè)研發(fā)、制造、生產(chǎn)、服務(wù)與管理水平及工業(yè)產(chǎn)品使用價(jià)值的軟件。工業(yè)軟件通過(guò)應(yīng)用集成能夠使機(jī)械化、電氣化、自動(dòng)化的生產(chǎn)系統(tǒng)具備數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化特征，從而為工業(yè)領(lǐng)域提供一個(gè)面向產(chǎn)品全生命周期的網(wǎng)絡(luò)化、協(xié)同化、開(kāi)放式的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和服務(wù)環(huán)境。信息物理系統(tǒng)應(yīng)用的工業(yè)軟件技術(shù)主要包括嵌入式軟件技術(shù)、MBD和CAX/MES/ERP等。（1）嵌入式軟件技術(shù)。（2）MBD。（3）CAX/MES/ERP。4．信息物理系統(tǒng)的核心技術(shù)要素5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of31255.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3126嵌入式軟件技術(shù)在單元級(jí)信息物理系統(tǒng)的作用4．信息物理系統(tǒng)的核心技術(shù)要素5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3126嵌5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3127MBD在制造業(yè)的應(yīng)用4．信息物理系統(tǒng)的核心技術(shù)要素5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3127M5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3128信息物理系統(tǒng)的網(wǎng)狀互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)8149722234．信息物理系統(tǒng)的核心技術(shù)要素5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3128信5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of31293.工業(yè)網(wǎng)絡(luò)（1）現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)。（2）工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。（3）無(wú)線(xiàn)技術(shù)。（4）SDN。4．信息物理系統(tǒng)的核心技術(shù)要素5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of312935.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3130構(gòu)建信息物理系統(tǒng)平臺(tái)需要的計(jì)算技術(shù)4．信息物理系統(tǒng)的核心技術(shù)要素5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3130構(gòu)5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of31314.工業(yè)云和智能服務(wù)平臺(tái)（1）邊緣計(jì)算。（2）霧計(jì)算。（3）大數(shù)據(jù)分析。4．信息物理系統(tǒng)的核心技術(shù)要素5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of313145.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3132

目前美國(guó)NIST、IEEE及我國(guó)信息物理系統(tǒng)發(fā)展論壇已先行開(kāi)展了信息物理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化研究工作。美國(guó)NIST于2014年6月成立了信息物理系統(tǒng)公共工作組（CPSPWG），聯(lián)合相關(guān)高校和企業(yè)專(zhuān)家共同開(kāi)展了信息物理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化研究，并于2016年5月發(fā)布了《信息物理系統(tǒng)框架》。該框架分析了信息物理系統(tǒng)的起源、應(yīng)用、特點(diǎn)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并從概念、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)維3個(gè)視角給出了信息物理系統(tǒng)在功能、商業(yè)、安全、數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)、生命周期等方面的特征。美國(guó)IEEE于2008年成立了信息物理系統(tǒng)技術(shù)委員會(huì)（TC-CPS），致力于信息物理系統(tǒng)領(lǐng)域的交叉學(xué)科研究和教育。TC-CPS每年都舉辦CPSWeeks等學(xué)術(shù)活動(dòng)及涉及信息物理系統(tǒng)各方面研究的研討會(huì)。中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院于2016年9月聯(lián)合國(guó)內(nèi)百余家企事業(yè)單位發(fā)起成立了信息物理系統(tǒng)發(fā)展論壇，以期共同研究信息物理系統(tǒng)的發(fā)展戰(zhàn)略、技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)等。5．信息物理系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of31325.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3133目前有待解決的信息物理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題如下：（1）統(tǒng)籌信息物理系統(tǒng)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、應(yīng)用等多方面的標(biāo)準(zhǔn)化任務(wù)，整體布局，分段實(shí)施。（2）統(tǒng)一信息物理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化語(yǔ)言，減少理解和認(rèn)識(shí)的差異。（3）解決互聯(lián)互通、異構(gòu)集成、互操作等復(fù)雜技術(shù)問(wèn)題。（4）規(guī)范信息物理系統(tǒng)應(yīng)用模式，營(yíng)造良好的應(yīng)用氛圍。（5）構(gòu)建信息物理系統(tǒng)安全環(huán)境，預(yù)防控制安全問(wèn)題。5．信息物理系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3133目5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3134

從頂層設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)共性類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)、關(guān)鍵技術(shù)類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)和安全類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)5個(gè)方面進(jìn)行信息物理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化研究。（1）頂層設(shè)計(jì)。（2）基礎(chǔ)共性類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。（3）關(guān)鍵技術(shù)類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。（4）應(yīng)用類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。（5）安全類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。5．信息物理系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3134第五章信息物理系統(tǒng)5.3研究展望5.1信息物理系統(tǒng)概述5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)5.4案例高級(jí)人工智能人才培養(yǎng)叢書(shū)of3135習(xí)題第五章信息物理系統(tǒng)5.3研究展望5.1信息物理系統(tǒng)概述5.3研究展望第五章信息物理系統(tǒng)of3136各國(guó)/地區(qū)研究機(jī)構(gòu)對(duì)信息物理系統(tǒng)的研究及成果國(guó)際上，有關(guān)信息物理系統(tǒng)的研究大多集中在美國(guó)、德國(guó)、日本、韓國(guó)、歐盟等國(guó)家和地區(qū)。1．國(guó)外研究現(xiàn)狀5.3研究展望第五章信息物理系統(tǒng)of3136各國(guó)/地區(qū)研5.3研究展望第五章信息物理系統(tǒng)of3137

在CPS明確提出之前，我國(guó)已經(jīng)開(kāi)展了類(lèi)似的研究，這些研究與政府在工業(yè)領(lǐng)域的政策緊密聯(lián)系在一起。2016年，中國(guó)政府提出了深化制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的要求，其中在強(qiáng)化融合發(fā)展基礎(chǔ)支撐中，對(duì)CPS的未來(lái)發(fā)展做出了進(jìn)一步要求。政策的延續(xù)和支持使得我國(guó)的CPS發(fā)展駛?cè)肟燔?chē)道。高校和科研單位也紛紛進(jìn)行CPS技術(shù)研究和應(yīng)用。2010年，科技部啟動(dòng)了“面向信息—物理融合的系統(tǒng)平臺(tái)”等項(xiàng)目。2012年，浙江大學(xué)、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)聯(lián)合成立了賽博（Cyber）協(xié)同創(chuàng)新中心，開(kāi)展工業(yè)信息物理融合系統(tǒng)（iCPS）的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)方面的前沿研究。2016年3月，中山大學(xué)成立了信息物理系統(tǒng)研究所，致力于CPS核心技術(shù)和特色應(yīng)用研究。2016年9月，中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院（工業(yè)和信息化部電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究院）聯(lián)合國(guó)內(nèi)百余家企事業(yè)單位發(fā)起成立了信息物理系統(tǒng)發(fā)展論壇，共同研究CPS的發(fā)展戰(zhàn)略、技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)展試點(diǎn)示范，推廣優(yōu)秀的技術(shù)、產(chǎn)品和系統(tǒng)解決方案等活動(dòng)。此外，在工業(yè)和信息化部的支持下，中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院開(kāi)展了CPS共性關(guān)鍵技術(shù)測(cè)試驗(yàn)證平臺(tái)建設(shè)與應(yīng)用推廣等項(xiàng)目的研究。2．國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀5.3研究展望第五章信息物理系統(tǒng)of31375.3研究展望第五章信息物理系統(tǒng)of3138

在CPS應(yīng)用實(shí)踐方面，國(guó)內(nèi)也進(jìn)行了較多的有益探索。2013年，中船集團(tuán)與美國(guó)NSF-IMS中心聯(lián)合成立了海洋智能技術(shù)中心（OITC），開(kāi)展CPS技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用研究。該中心研制的CPS智能信息平臺(tái)和智能船舶運(yùn)行與維護(hù)系統(tǒng)（SOMS）作為國(guó)產(chǎn)智能船舶的兩大核心系統(tǒng)在散貨船、集裝箱船和VLCC船上廣泛應(yīng)用。廣東工業(yè)大學(xué)2015年5月建立了廣東省信息物理融合系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，2016年6月進(jìn)一步建立了智能制造信息物理融合系統(tǒng)集成技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心，初步構(gòu)建了智能制造信息物理融合系統(tǒng)集成應(yīng)用體系架構(gòu)，并在船舶制造、汽車(chē)零配件制造等領(lǐng)域開(kāi)展了集成應(yīng)用示范工作。2．國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀5.3研究展望第五章信息物理系統(tǒng)of31385.3研究展望第五章信息物理系統(tǒng)of3139CPS網(wǎng)絡(luò)是一種全新的局部操控、全局控制、具有多學(xué)科交叉應(yīng)用的混合網(wǎng)絡(luò)，作為一種全新的組網(wǎng)方式，CPS網(wǎng)絡(luò)在眾多領(lǐng)域（如個(gè)人醫(yī)療救助、智能交通、環(huán)境監(jiān)測(cè)等）具有巨大的應(yīng)用潛力，并對(duì)未來(lái)人們的生活方式產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。預(yù)計(jì)未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)CPS網(wǎng)絡(luò)研究的重點(diǎn)方向包括以下幾方面。（1）網(wǎng)絡(luò)控制與中間件。（2）網(wǎng)絡(luò)連接向多層次發(fā)展。（3）網(wǎng)絡(luò)層次模型多樣化。（4）可供實(shí)驗(yàn)的完整網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。（5）完整可實(shí)現(xiàn)的CPS系統(tǒng)

。3．信息物理系統(tǒng)研究展望5.3研究展望第五章信息物理系統(tǒng)of3139第五章信息物理系統(tǒng)5.4案例5.1信息物理系統(tǒng)概述5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)5.3研究展望高級(jí)人工智能人才培養(yǎng)叢書(shū)of3140習(xí)題第五章信息物理系統(tǒng)5.4案例5.1信息物理系統(tǒng)概述5.5.4案例第五章信息物理系統(tǒng)of3141中國(guó)船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院CPS應(yīng)用探索，項(xiàng)目規(guī)模屬于SoS級(jí)CPS。

船舶工業(yè)是為航運(yùn)業(yè)、海洋開(kāi)發(fā)及國(guó)防建設(shè)提供技術(shù)裝備的綜合性產(chǎn)業(yè)，對(duì)鋼鐵、石化、輕工、紡織、裝備制造、電子信息等重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和擴(kuò)大出口具有較強(qiáng)的帶動(dòng)作用。但是在全球經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)乏力的大背景下，航運(yùn)業(yè)市場(chǎng)持續(xù)低迷，過(guò)度在船舶設(shè)計(jì)制造端追求產(chǎn)品性能的提升已經(jīng)無(wú)法打動(dòng)船東，需要?jiǎng)?chuàng)造新的行業(yè)合作形態(tài)，令產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)共同參與到船舶價(jià)值創(chuàng)造中，創(chuàng)造新的用戶(hù)價(jià)值。中國(guó)船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院利用自身的系統(tǒng)工程理論優(yōu)勢(shì)和海軍體系工程理論基礎(chǔ)，于2010年成立了海洋智能技術(shù)中心，這是我國(guó)船舶領(lǐng)域最早的信息物理系統(tǒng)專(zhuān)門(mén)研究機(jī)構(gòu)。海洋智能技術(shù)中心為了探索適應(yīng)中國(guó)船舶制造業(yè)和遠(yuǎn)洋航運(yùn)業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展方案，以工業(yè)智能為核心突破點(diǎn)，從根本上解決了船廠(chǎng)、船東和船員之間的矛盾，率先開(kāi)展了基于CPS船舶產(chǎn)業(yè)的SoS解決方案，并積極開(kāi)展了實(shí)船實(shí)踐驗(yàn)證工作，共創(chuàng)了“無(wú)憂(yōu)船舶”和“無(wú)憂(yōu)運(yùn)營(yíng)”。1．案例名稱(chēng)2．建設(shè)背景5.4案例第五章信息物理系統(tǒng)of3141中國(guó)5.4案例第五章信息物理系統(tǒng)of3142

海洋智能技術(shù)中心針對(duì)SoS級(jí)CPS的體系架構(gòu)，結(jié)合我國(guó)海洋裝備技術(shù)和應(yīng)用特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)首次研制了以裝備全壽命周期視情使用、視情管理和視情維護(hù)為核心，面向船舶與航運(yùn)智能化的智能船舶運(yùn)行與維護(hù)系統(tǒng)（Smart-vesselOperationandMaintenanceSystem，SOMS），并進(jìn)一步面向船隊(duì)、船東和船舶產(chǎn)業(yè)鏈，分別設(shè)計(jì)了船舶（個(gè)體）、船隊(duì)（群體）和產(chǎn)業(yè)鏈（社區(qū)）的CPS應(yīng)用解決方案，為整個(gè)船舶產(chǎn)業(yè)鏈提供了面向環(huán)境、狀態(tài)、集群、任務(wù)的智能能力支撐。海洋智能技術(shù)中心在北京設(shè)置了工業(yè)大數(shù)據(jù)認(rèn)知中心與智能信息服務(wù)平臺(tái)，通過(guò)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CPS認(rèn)知與決策系統(tǒng)（CPSCognitionandDecisionSystem，CCDS），將船舶工業(yè)數(shù)據(jù)異構(gòu)融合，在信息空間進(jìn)行映射，在機(jī)器自主學(xué)習(xí)的認(rèn)知計(jì)算環(huán)境中，完成了船舶設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)營(yíng)流程的知識(shí)發(fā)現(xiàn)與行為預(yù)測(cè)，并通過(guò)智能信息服務(wù)平臺(tái)以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的模型訓(xùn)練技術(shù)對(duì)外提供面向船舶設(shè)計(jì)、制造、管理、運(yùn)營(yíng)的視情決策支持。同時(shí)，海洋智能技術(shù)中心研發(fā)了船舶智能Agent。其一方面以模型和算法為載體，通過(guò)模型移植技術(shù)實(shí)現(xiàn)船舶的自主成長(zhǎng)，在實(shí)時(shí)接入上千種傳感器數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，獨(dú)立為船端用戶(hù)的活動(dòng)提供實(shí)時(shí)快速的決策支持；另一方面以模型化方式與北京認(rèn)知中心進(jìn)行知識(shí)交互，并在工業(yè)大數(shù)據(jù)認(rèn)知中心與智能信息服務(wù)平臺(tái)的支持下，基于群體認(rèn)知學(xué)習(xí)能力，提供更深度的智能決策支持和智能Agent持續(xù)升級(jí)。3．實(shí)施情況5.4案例第五章信息物理系統(tǒng)of3142海洋5.4案例第五章信息物理系統(tǒng)of3143

通過(guò)工業(yè)大數(shù)據(jù)認(rèn)知中心與智能信息服務(wù)平臺(tái)，以及CCDS和智能Agent的技術(shù)布局，海洋智能技術(shù)中心根據(jù)船舶產(chǎn)業(yè)應(yīng)用對(duì)象的不同，提出了以下3個(gè)層次的SOMS解決方案:(1）船舶層次；（2）船隊(duì)層次；（3）產(chǎn)業(yè)鏈層次。這3種解決方案是依次遞進(jìn)、相互影響的，由于面臨的裝備、船舶、船隊(duì)和企業(yè)等對(duì)象眾多，船舶的工作環(huán)境、任務(wù)場(chǎng)景復(fù)雜，SOMS解決方案既是裝備建設(shè)解決方案，又是系統(tǒng)工程解決方案，更是體系工程解決方案。因此，SOMS解決方案在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中需要相互依托，相互促進(jìn)，循序漸進(jìn)，整個(gè)SOMS體系工程分為以下3個(gè)建設(shè)階段。第一階段：CPS體系框架建設(shè)。第二階段：通過(guò)典型船舶和重點(diǎn)企業(yè)的示范帶動(dòng)作用，將SOMS解決方案在船舶產(chǎn)業(yè)鏈上下游進(jìn)一步推廣。第三階段：通過(guò)對(duì)船舶、船隊(duì)和產(chǎn)業(yè)鏈對(duì)象的全面覆蓋，實(shí)現(xiàn)SOMS解決方案在船舶設(shè)計(jì)、制造、使用流程中的全面融入，真正實(shí)現(xiàn)船舶全產(chǎn)業(yè)鏈的信息物理深度融合與廣泛融合，構(gòu)建完整的CPS工業(yè)體系化應(yīng)用，從而提升整個(gè)產(chǎn)業(yè)的工業(yè)智能化水平。3．實(shí)施情況5.4案例第五章信息物理系統(tǒng)of3143通過(guò)5.4案例第五章信息物理系統(tǒng)of3144

1.SOMS與智能船舶。2.SOMS與智能管理。3.SOMS與智慧海洋。3．實(shí)施效果5.4案例第五章信息物理系統(tǒng)of31441.第五章信息物理系統(tǒng)習(xí)題5.1信息物理系統(tǒng)概述5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)5.3研究展望高級(jí)人工智能人才培養(yǎng)叢書(shū)of31455.4案例第五章信息物理系統(tǒng)習(xí)題5.1信息物理系統(tǒng)概述5.2信息習(xí)題：1．什么是信息物理系統(tǒng)？2．信息物理系統(tǒng)的特征是什么？3．簡(jiǎn)述信息物理系統(tǒng)的體系架構(gòu)。?4．簡(jiǎn)述信息物理系統(tǒng)的核心技術(shù)要素。5．簡(jiǎn)述信息物理系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。習(xí)題：1．什么是信息物理系統(tǒng)？感謝聆聽(tīng)感謝聆聽(tīng)高級(jí)人工智能人才培養(yǎng)叢書(shū)智能系統(tǒng)高級(jí)人工智能人才培養(yǎng)叢書(shū)智能系統(tǒng)第五章信息物理系統(tǒng)5.1

信息物理系統(tǒng)概述5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)5.3研究展望5.4案例高級(jí)人工智能人才培養(yǎng)叢書(shū)of3149習(xí)題第五章信息物理系統(tǒng)5.1信息物理系統(tǒng)概述5.2信息物理5.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of3150

信息物理系統(tǒng)是集計(jì)算、通信與控制于一體的智能系統(tǒng)，信息物理系統(tǒng)通過(guò)人機(jī)交互接口實(shí)現(xiàn)和物理進(jìn)程的交互，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)空間以遠(yuǎn)程的、可靠的、實(shí)時(shí)的、安全的、協(xié)作的方式操控一個(gè)物理實(shí)體。在實(shí)際應(yīng)用中，信息物理系統(tǒng)是構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)空間與物理空間之間基于數(shù)據(jù)自動(dòng)流轉(zhuǎn)的狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、科學(xué)決策、精準(zhǔn)執(zhí)行的閉環(huán)系統(tǒng)，可以解決生產(chǎn)制造、應(yīng)用過(guò)程中的復(fù)雜性和不確定性問(wèn)題，提高資源配置效率，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率，提升產(chǎn)能。其中，狀態(tài)感知通過(guò)傳感器感知系統(tǒng)中設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)分析通過(guò)軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化，科學(xué)決策通過(guò)大數(shù)據(jù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)并以數(shù)據(jù)支撐決策，精準(zhǔn)執(zhí)行通過(guò)控制器、執(zhí)行器等硬件實(shí)現(xiàn)對(duì)決策的響應(yīng)，這些功能的實(shí)現(xiàn)依賴(lài)于一個(gè)實(shí)時(shí)、可靠、安全的網(wǎng)絡(luò)。人們把這一閉環(huán)系統(tǒng)概括為“一硬”（感知和自動(dòng)控制）、“一軟”（工業(yè)軟件）、“一網(wǎng)”（工業(yè)網(wǎng)絡(luò)）、“一平臺(tái)”（工業(yè)云和智能服務(wù)平臺(tái)）。1．信息物理系統(tǒng)的概念5.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of3135.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of3151

海量運(yùn)算是信息物理系統(tǒng)接入設(shè)備的基本特征，因此接入設(shè)備通常具有強(qiáng)大的計(jì)算能力。從計(jì)算性能的角度出發(fā)，一些高端的信息物理系統(tǒng)應(yīng)用要求較高的計(jì)算能力，物聯(lián)網(wǎng)中的終端設(shè)備不具備控制和自治能力，通信大都發(fā)生在終端設(shè)備與服務(wù)器之間，終端設(shè)備之間無(wú)法進(jìn)行協(xié)同，因此物聯(lián)網(wǎng)可以看作信息物理系統(tǒng)的一種簡(jiǎn)約應(yīng)用。在物聯(lián)網(wǎng)中，采用短距離通信技術(shù)（如藍(lán)牙）或遠(yuǎn)距離通信技術(shù)（如NB-IoT）實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備和平臺(tái)之間的通信。2．信息物理系統(tǒng)的特征5.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of3145.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of3152

感知在信息物理系統(tǒng)中十分重要。自然界中物理量的變化基本上是連續(xù)的，是模擬量，而信息空間數(shù)據(jù)則具有離散性的特征。從物理空間到信息空間的信息流轉(zhuǎn)，首先必須通過(guò)傳感器將物理量轉(zhuǎn)換成模擬量，再通過(guò)A/D（模擬/數(shù)字）轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，成為信息空間所能識(shí)別的數(shù)據(jù)格式。基于此，傳感器網(wǎng)絡(luò)也可作為信息物理系統(tǒng)的組成部分。2．信息物理系統(tǒng)的特征5.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of3155.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of3153

數(shù)據(jù)存在于生產(chǎn)制造的各領(lǐng)域，大量的數(shù)據(jù)是隱性的，沒(méi)有被充分利用并發(fā)揮其價(jià)值。信息物理系統(tǒng)通過(guò)構(gòu)建“狀態(tài)感知—實(shí)時(shí)分析—科學(xué)決策—精準(zhǔn)執(zhí)行”的數(shù)據(jù)自動(dòng)流轉(zhuǎn)閉環(huán)賦能體系，將數(shù)據(jù)從物理空間中的隱性形態(tài)轉(zhuǎn)換為信息空間的顯性形態(tài)，并不斷迭代優(yōu)化，形成知識(shí)庫(kù)。在此過(guò)程中，狀態(tài)感知的結(jié)果、實(shí)時(shí)分析的對(duì)象、科學(xué)決策的基礎(chǔ)及精準(zhǔn)執(zhí)行的輸出都是數(shù)據(jù)。因此，數(shù)據(jù)是信息物理系統(tǒng)的核心所在，數(shù)據(jù)在自動(dòng)生成、自動(dòng)流轉(zhuǎn)、自動(dòng)分析、自動(dòng)執(zhí)行及不斷迭代優(yōu)化中累積，不斷產(chǎn)生更為優(yōu)化的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部環(huán)境的資源優(yōu)化配置。2．信息物理系統(tǒng)的特征5.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of3165.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of3154

軟件正和芯片、傳感與控制設(shè)備等一起對(duì)傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、設(shè)備等進(jìn)行定義，并正在從IT領(lǐng)域向工業(yè)領(lǐng)域延伸。工業(yè)軟件對(duì)各類(lèi)工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)規(guī)律進(jìn)行代碼化，支撐了絕大多數(shù)的生產(chǎn)制造過(guò)程。作為面向制造業(yè)的信息物理系統(tǒng)，軟件就成了實(shí)現(xiàn)信息物理系統(tǒng)功能的核心載體之一。從生產(chǎn)流程的角度看，信息物理系統(tǒng)會(huì)全面應(yīng)用到研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、管理服務(wù)等方方面面，通過(guò)對(duì)人、機(jī)、物、法、環(huán)全面的感知和控制，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)資源的優(yōu)化配置。這一過(guò)程需要依靠對(duì)工業(yè)技術(shù)模塊化、代碼化、數(shù)字化并不斷軟件化來(lái)被廣泛利用。從產(chǎn)品裝備的角度看，一些產(chǎn)品和裝備本身就是信息物理系統(tǒng)。軟件不但可以控制產(chǎn)品和裝備運(yùn)行，而且可以把產(chǎn)品和裝備運(yùn)行的狀態(tài)實(shí)時(shí)展現(xiàn)出來(lái)，通過(guò)分析、優(yōu)化，作用到產(chǎn)品、裝備的運(yùn)行，甚至是設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)迭代優(yōu)化。2．信息物理系統(tǒng)的特征5.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of3175.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of3155

網(wǎng)絡(luò)通信是信息物理系統(tǒng)的基礎(chǔ)保障，能夠?qū)崿F(xiàn)信息物理系統(tǒng)內(nèi)部單元之間及與其他信息物理系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通。應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)景時(shí)，信息物理系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)連接的時(shí)延、可靠性等網(wǎng)絡(luò)性能和組網(wǎng)靈活性、功耗都有特殊要求，還必須解決異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合、業(yè)務(wù)支撐的高效性和智能性等挑戰(zhàn)。隨著無(wú)線(xiàn)寬帶、射頻識(shí)別、信息傳感及網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)等信息通信技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)通信將會(huì)更加全面深入地融合信息空間與物理空間，表現(xiàn)出明顯的泛在連接特征，實(shí)現(xiàn)任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何人、任何物都能順暢通信。構(gòu)成信息物理系統(tǒng)的各器件、模塊、單元、企業(yè)等實(shí)體都要具備泛在連接能力，并實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)、跨行業(yè)、異構(gòu)多技術(shù)的融合與協(xié)同，從而保障數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)的自由流動(dòng)。泛在連接通過(guò)對(duì)物理世界狀態(tài)的實(shí)時(shí)采集、傳輸，以及信息世界控制指令的實(shí)時(shí)反饋下達(dá)，提供無(wú)處不在的優(yōu)化決策和智能服務(wù)。2．信息物理系統(tǒng)的特征5.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of3185.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of3156

信息物理系統(tǒng)構(gòu)筑信息空間與物理空間數(shù)據(jù)交互的閉環(huán)通道，能夠?qū)崿F(xiàn)信息虛體與物理實(shí)體之間的交互聯(lián)動(dòng)。其以物理實(shí)體建模產(chǎn)生的靜態(tài)模型為基礎(chǔ)，通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)集成和監(jiān)控，動(dòng)態(tài)跟蹤物理實(shí)體的工作狀態(tài)和工作進(jìn)展（如采集測(cè)量結(jié)果、追溯信息等），將物理空間中的物理實(shí)體在信息空間進(jìn)行全要素重建，形成具有感知、分析、決策、執(zhí)行能力的數(shù)字孿生（也稱(chēng)為數(shù)字化映射、數(shù)字鏡像、數(shù)字雙胞胎）；同時(shí)借助信息空間對(duì)數(shù)據(jù)綜合分析處理的能力，形成對(duì)外部復(fù)雜環(huán)境變化的有效決策，并通過(guò)虛控實(shí)的方式作用到物理實(shí)體。在這一過(guò)程中，物理實(shí)體與信息虛體之間交互聯(lián)動(dòng)，虛實(shí)映射，共同作用提升資源優(yōu)化配置效率。2．信息物理系統(tǒng)的特征5.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of3195.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of3157

軟件、硬件、網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)云等一系列技術(shù)的有機(jī)組合構(gòu)建了一個(gè)信息空間與物理空間之間數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)的閉環(huán)“賦能”體系。尤其在高層次的信息物理系統(tǒng)，如SoS級(jí)信息物理系統(tǒng)中，往往存在大量不同類(lèi)型的硬件、軟件、數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)。信息物理系統(tǒng)能夠?qū)⑦@些異構(gòu)硬件（如CISCCPU、RISCCPU、FPGA等）、異構(gòu)軟件（如PLM、MES、PDM、SCM等）、異構(gòu)數(shù)據(jù)（如模擬量、數(shù)字量、開(kāi)關(guān)量、音頻、視頻、特定格式文件等）及異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（如現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)、工業(yè)以太網(wǎng)等）集成起來(lái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在信息空間與物理空間不同環(huán)節(jié)的自動(dòng)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與工業(yè)技術(shù)的深度融合，因此，信息物理系統(tǒng)必定是一個(gè)對(duì)多方異構(gòu)環(huán)節(jié)集成的綜合體。異構(gòu)集成能夠?yàn)楦鳝h(huán)節(jié)的深度融合打通交互的通道，為實(shí)現(xiàn)融合提供重要保障。2．信息物理系統(tǒng)的特征5.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of31105.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of3158

信息物理系統(tǒng)能夠根據(jù)感知到的環(huán)境變化信息，在信息空間進(jìn)行處理分析，自適應(yīng)地對(duì)外部變化做出有效響應(yīng)。同時(shí)在更高層級(jí)的信息物理系統(tǒng)中（系統(tǒng)級(jí)、SoS級(jí)），多個(gè)信息物理系統(tǒng)之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)互聯(lián)（如CPS總線(xiàn)、智能服務(wù)平臺(tái)）實(shí)現(xiàn)信息物理系統(tǒng)之間的自組織。多個(gè)單元級(jí)信息物理系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度，編組協(xié)作，在生產(chǎn)與設(shè)備運(yùn)行、原材料配送、訂單變化之間自組織、自配置、自?xún)?yōu)化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)行效率的提升，以及訂單需求的快速響應(yīng)等；多個(gè)系統(tǒng)級(jí)信息物理系統(tǒng)通過(guò)統(tǒng)一的智能服務(wù)平臺(tái)連接在一起，在企業(yè)級(jí)層面實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)能力調(diào)配、企業(yè)經(jīng)營(yíng)高效管理、供應(yīng)鏈變化響應(yīng)等更大范圍的系統(tǒng)自治。在自?xún)?yōu)化、自配置的過(guò)程中，大量現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)及控制參數(shù)被固化在系統(tǒng)中，形成知識(shí)庫(kù)、模型庫(kù)、資源庫(kù)，使得系統(tǒng)能夠不斷自我演進(jìn)與學(xué)習(xí)提升，提高應(yīng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境變化的能力。2．信息物理系統(tǒng)的特征5.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of31115.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of3159①嵌入式系統(tǒng)。②物聯(lián)網(wǎng)。③傳感網(wǎng)。④信息物理系統(tǒng)。3．常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)5.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of3112①嵌5.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of3160

信息物理系統(tǒng)是在嵌入式系統(tǒng)、傳感器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，尤其是前兩者的發(fā)展直接導(dǎo)致了信息物理系統(tǒng)概念的提出。2006年2月，美國(guó)發(fā)布的《美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)力計(jì)劃》將信息物理系統(tǒng)列為重要的研究項(xiàng)目。2007年7月，美國(guó)總統(tǒng)科學(xué)技術(shù)顧問(wèn)委員會(huì)（PCAST）在題為《挑戰(zhàn)下的領(lǐng)先——競(jìng)爭(zhēng)世界中的信息技術(shù)研發(fā)》的報(bào)告中列出了八大關(guān)鍵的信息技術(shù)，其中信息物理系統(tǒng)位列首位，其余分別是軟件、數(shù)據(jù)/數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)流、網(wǎng)絡(luò)、高端計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)與信息安全、人機(jī)界面、NIT與社會(huì)科學(xué)。2007年，歐盟啟動(dòng)了ARTEMIS和EPoSS項(xiàng)目，在信息物理系統(tǒng)研究領(lǐng)域投入超過(guò)70億美元；2015年，歐盟又發(fā)布《CyPhERSCPS歐洲路線(xiàn)圖和戰(zhàn)略》，期望在信息物理系統(tǒng)研究方面取得國(guó)際領(lǐng)先地位。4．信息物理系統(tǒng)的發(fā)展5.1信息物理系統(tǒng)概述第五章信息物理系統(tǒng)of3113第五章信息物理系統(tǒng)5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)5.1信息物理系統(tǒng)概述5.3研究展望5.4案例高級(jí)人工智能人才培養(yǎng)叢書(shū)of3161習(xí)題第五章信息物理系統(tǒng)5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)5.1信息物5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3162單元級(jí)信息物理系統(tǒng)體系架構(gòu)1．信息物理系統(tǒng)的體系架構(gòu)5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3115單5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3163系統(tǒng)級(jí)信息物理系統(tǒng)體系架構(gòu)1．信息物理系統(tǒng)的體系架構(gòu)5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3116系5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3164SoS級(jí)信息物理系統(tǒng)體系架構(gòu)1．信息物理系統(tǒng)的體系架構(gòu)5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3117S5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3165

單元級(jí)信息物理系統(tǒng)技術(shù)需求是構(gòu)建一個(gè)最基本的信息物理系統(tǒng)單元時(shí)需要滿(mǎn)足的技術(shù)需求。從單元級(jí)信息物理系統(tǒng)的體系架構(gòu)看，傳感器是信息物理系統(tǒng)獲取相關(guān)數(shù)據(jù)信息的來(lái)源，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。信息物理系統(tǒng)需要進(jìn)一步對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析并使其在信息虛體中流通，執(zhí)行器則根據(jù)計(jì)算結(jié)果實(shí)現(xiàn)對(duì)物理實(shí)體的控制與優(yōu)化，所以可梳理出其技術(shù)需求主要包括：狀態(tài)感知能力；對(duì)物理實(shí)體的控制執(zhí)行能力；對(duì)數(shù)據(jù)的計(jì)算處理能力；對(duì)外交互和通信的能力。2．信息物理系統(tǒng)的技術(shù)需求5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of31185.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3166

在單元級(jí)信息物理系統(tǒng)的技術(shù)需求基礎(chǔ)上，參考系統(tǒng)級(jí)信息物理系統(tǒng)的體系架構(gòu)，強(qiáng)調(diào)組件之間的互聯(lián)互通，并在此基礎(chǔ)上著眼于對(duì)不同組件的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)信息控制，實(shí)現(xiàn)信息空間與物理空間的協(xié)同和統(tǒng)一，同時(shí)對(duì)集成的計(jì)算系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理，可歸納得出，系統(tǒng)級(jí)信息物理系統(tǒng)除了包含單元級(jí)信息物理系統(tǒng)的技術(shù)需求，還需關(guān)注：信息物理系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通能力；系統(tǒng)內(nèi)各組成信息物理系統(tǒng)的管理和檢測(cè)能力；系統(tǒng)內(nèi)各組成信息物理系統(tǒng)的協(xié)同控制能力。2．信息物理系統(tǒng)的技術(shù)需求5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of31195.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3167

SoS級(jí)信息物理系統(tǒng)所感知的數(shù)據(jù)更為真實(shí)、豐富多樣、種類(lèi)繁多，因此需要新的處理模式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析，提取其中潛在價(jià)值，從而提供更強(qiáng)的決策力、洞察力和流程優(yōu)化能力。通過(guò)數(shù)據(jù)服務(wù)可進(jìn)行信息物理系統(tǒng)的資源控制和信息物理系統(tǒng)能力的獲取。在系統(tǒng)級(jí)信息物理系統(tǒng)技術(shù)需求基礎(chǔ)上，參考SoS級(jí)信息物理系統(tǒng)的體系架構(gòu)，綜合歸納得到SoS級(jí)信息物理系統(tǒng)相對(duì)系統(tǒng)級(jí)信息物理系統(tǒng)增加的技術(shù)需求：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分布式處理能力；對(duì)外可提供數(shù)據(jù)和智能服務(wù)的能力。2．信息物理系統(tǒng)的技術(shù)需求5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of31205.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3168信息物理系統(tǒng)技術(shù)體系3．信息物理系統(tǒng)的技術(shù)體系5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3121信5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3169

基于信息物理系統(tǒng)的“一硬”（感知和自動(dòng)控制）、“一軟”（工業(yè)軟件）、“一網(wǎng)”（工業(yè)網(wǎng)絡(luò)）、“一平臺(tái)”（工業(yè)云和智能服務(wù)平臺(tái)）四大核心技術(shù)要素。3．信息物理系統(tǒng)的技術(shù)體系5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of31225.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3170感知和自動(dòng)控制4．信息物理系統(tǒng)的核心技術(shù)要素5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3123感5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3171虛擬融合控制技術(shù)4．信息物理系統(tǒng)的核心技術(shù)要素5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3124虛5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3172

工業(yè)軟件是專(zhuān)用于工業(yè)領(lǐng)域，為提高工業(yè)企業(yè)研發(fā)、制造、生產(chǎn)、服務(wù)與管理水平及工業(yè)產(chǎn)品使用價(jià)值的軟件。工業(yè)軟件通過(guò)應(yīng)用集成能夠使機(jī)械化、電氣化、自動(dòng)化的生產(chǎn)系統(tǒng)具備數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化特征，從而為工業(yè)領(lǐng)域提供一個(gè)面向產(chǎn)品全生命周期的網(wǎng)絡(luò)化、協(xié)同化、開(kāi)放式的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和服務(wù)環(huán)境。信息物理系統(tǒng)應(yīng)用的工業(yè)軟件技術(shù)主要包括嵌入式軟件技術(shù)、MBD和CAX/MES/ERP等。（1）嵌入式軟件技術(shù)。（2）MBD。（3）CAX/MES/ERP。4．信息物理系統(tǒng)的核心技術(shù)要素5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of31255.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3173嵌入式軟件技術(shù)在單元級(jí)信息物理系統(tǒng)的作用4．信息物理系統(tǒng)的核心技術(shù)要素5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3126嵌5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3174MBD在制造業(yè)的應(yīng)用4．信息物理系統(tǒng)的核心技術(shù)要素5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3127M5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3175信息物理系統(tǒng)的網(wǎng)狀互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)8149722234．信息物理系統(tǒng)的核心技術(shù)要素5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3128信5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of31763.工業(yè)網(wǎng)絡(luò)（1）現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)。（2）工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。（3）無(wú)線(xiàn)技術(shù)。（4）SDN。4．信息物理系統(tǒng)的核心技術(shù)要素5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of312935.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3177構(gòu)建信息物理系統(tǒng)平臺(tái)需要的計(jì)算技術(shù)4．信息物理系統(tǒng)的核心技術(shù)要素5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3130構(gòu)5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of31784.工業(yè)云和智能服務(wù)平臺(tái)（1）邊緣計(jì)算。（2）霧計(jì)算。（3）大數(shù)據(jù)分析。4．信息物理系統(tǒng)的核心技術(shù)要素5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of313145.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3179

目前美國(guó)NIST、IEEE及我國(guó)信息物理系統(tǒng)發(fā)展論壇已先行開(kāi)展了信息物理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化研究工作。美國(guó)NIST于2014年6月成立了信息物理系統(tǒng)公共工作組（CPSPWG），聯(lián)合相關(guān)高校和企業(yè)專(zhuān)家共同開(kāi)展了信息物理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化研究，并于2016年5月發(fā)布了《信息物理系統(tǒng)框架》。該框架分析了信息物理系統(tǒng)的起源、應(yīng)用、特點(diǎn)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并從概念、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)維3個(gè)視角給出了信息物理系統(tǒng)在功能、商業(yè)、安全、數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)、生命周期等方面的特征。美國(guó)IEEE于2008年成立了信息物理系統(tǒng)技術(shù)委員會(huì)（TC-CPS），致力于信息物理系統(tǒng)領(lǐng)域的交叉學(xué)科研究和教育。TC-CPS每年都舉辦CPSWeeks等學(xué)術(shù)活動(dòng)及涉及信息物理系統(tǒng)各方面研究的研討會(huì)。中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院于2016年9月聯(lián)合國(guó)內(nèi)百余家企事業(yè)單位發(fā)起成立了信息物理系統(tǒng)發(fā)展論壇，以期共同研究信息物理系統(tǒng)的發(fā)展戰(zhàn)略、技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)等。5．信息物理系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of31325.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3180目前有待解決的信息物理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題如下：（1）統(tǒng)籌信息物理系統(tǒng)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、應(yīng)用等多方面的標(biāo)準(zhǔn)化任務(wù)，整體布局，分段實(shí)施。（2）統(tǒng)一信息物理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化語(yǔ)言，減少理解和認(rèn)識(shí)的差異。（3）解決互聯(lián)互通、異構(gòu)集成、互操作等復(fù)雜技術(shù)問(wèn)題。（4）規(guī)范信息物理系統(tǒng)應(yīng)用模式，營(yíng)造良好的應(yīng)用氛圍。（5）構(gòu)建信息物理系統(tǒng)安全環(huán)境，預(yù)防控制安全問(wèn)題。5．信息物理系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3133目5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3181

從頂層設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)共性類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)、關(guān)鍵技術(shù)類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)和安全類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)5個(gè)方面進(jìn)行信息物理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化研究。（1）頂層設(shè)計(jì)。（2）基礎(chǔ)共性類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。（3）關(guān)鍵技術(shù)類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。（4）應(yīng)用類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。（5）安全類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。5．信息物理系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第五章信息物理系統(tǒng)of3134第五章信息物理系統(tǒng)5.3研究展望5.1信息物理系統(tǒng)概述5.2信息物理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)5.4案例高級(jí)人工智能人才培養(yǎng)叢書(shū)of3182習(xí)題第五章信息物理系統(tǒng)5.3研究展望5.1信息物理系統(tǒng)概述5.3研究展望第五章信息物理系統(tǒng)of3183各國(guó)/地區(qū)研究機(jī)構(gòu)對(duì)信息物理系統(tǒng)的研究及成果國(guó)際上，有關(guān)信息物理系統(tǒng)的研究大多集中在美國(guó)、德國(guó)、日本、韓國(guó)、歐盟等國(guó)家和地區(qū)。1．國(guó)外研究現(xiàn)狀5.3研究展望第五章信息物理系統(tǒng)of3136各國(guó)/地區(qū)研5.3研究展望第五章信息物理系統(tǒng)of3184

在CPS明確提出之前，我國(guó)已經(jīng)開(kāi)展了類(lèi)似的研究，這些研究與政府在工業(yè)領(lǐng)域的政策緊密聯(lián)系在一起。2016年，中國(guó)政府提出了深化制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的要求，其中在強(qiáng)化融合發(fā)展基礎(chǔ)支撐中，對(duì)CPS的未來(lái)發(fā)展做出了進(jìn)一步要求。政策的延續(xù)和支持使得我國(guó)的CPS發(fā)展駛?cè)肟燔?chē)道。高校和科研單位也紛紛進(jìn)行CPS技術(shù)研究和應(yīng)用。2010年，科技部啟動(dòng)了“面向信息—物理融合的系統(tǒng)平臺(tái)”等項(xiàng)目。2012年，浙江大學(xué)、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)聯(lián)合成立了賽博（Cyber）協(xié)同創(chuàng)新中心，開(kāi)展工業(yè)信息物理融合系統(tǒng)（iCPS）的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)方面的前沿研究。2016年3月，中山大學(xué)成立了信息物理系統(tǒng)研究所，致力于CPS核心技術(shù)和特色應(yīng)用研究。2016年9月，中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院（工業(yè)和信息化部電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究院）聯(lián)合國(guó)內(nèi)百余家企事業(yè)單位發(fā)起成立了信息物理系統(tǒng)發(fā)展論壇，共同研究CPS的發(fā)展戰(zhàn)略、技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)展試點(diǎn)示范，推廣優(yōu)秀的技術(shù)、產(chǎn)品和系統(tǒng)解決方案等活動(dòng)。此外，在工業(yè)和信息化部的支持下，中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院開(kāi)展了CPS共性關(guān)鍵技術(shù)測(cè)試驗(yàn)證平臺(tái)建設(shè)與應(yīng)用推廣等項(xiàng)目的研究。2．國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀5.3研究展望第五章信息物理系統(tǒng)of31375.3研究展望第五章信息物理系統(tǒng)of3185

在CPS應(yīng)用實(shí)踐方面，國(guó)內(nèi)也進(jìn)行了較多的有益探索。2013年，中船集團(tuán)與美國(guó)NSF-IMS中心聯(lián)合成立了海洋智能技術(shù)中心（OITC），開(kāi)展CPS技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用研究。該中心研制的CPS智能信息平臺(tái)和智能船舶運(yùn)行與維護(hù)系統(tǒng)（SOMS）作為國(guó)產(chǎn)智能船舶的兩大核心系統(tǒng)在散貨船、集裝箱船和VLCC船上廣泛應(yīng)用。廣東工業(yè)大學(xué)2015年5月建立了廣東省信息物理融合系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，2016年6月進(jìn)一步建立了智能制造信息物理融合系統(tǒng)集成技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心，初步構(gòu)建了智能制造信息物理融合系統(tǒng)集成應(yīng)用體系架構(gòu)，并在船舶制造、汽車(chē)零配件制造等領(lǐng)域開(kāi)展了集成應(yīng)用示范工作。2．國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀5.3研究展望第五章信息物理系統(tǒng)of31385.3研究展望第五章信息物理系統(tǒng)of3186CPS網(wǎng)絡(luò)是一種全新的局部操控、全局控制、具有多學(xué)科交叉應(yīng)用的混合網(wǎng)絡(luò)，作為一種全新的組網(wǎng)方式，CPS網(wǎng)絡(luò)在眾多領(lǐng)域（如個(gè)人醫(yī)療救助、智能交通、環(huán)境監(jiān)測(cè)等）具有巨大的應(yīng)用潛力，并對(duì)未來(lái)人們的生活方式產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。預(yù)計(jì)未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)CPS網(wǎng)絡(luò)研究的重點(diǎn)方向包括以下幾方面。（1）網(wǎng)絡(luò)控制與中間件。（2）網(wǎng)絡(luò)連接向多層次發(fā)展。（3）網(wǎng)絡(luò)層次模型多樣化。（4）可供實(shí)驗(yàn)的完整網(wǎng)