GB∕T 40020-2021 信息物理系統(tǒng) 參考架構(gòu)(正式版)

信息物理系統(tǒng)參考架構(gòu)國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會I Ⅲ 12規(guī)范性引用文件 1 1 1 2 3 7 ⅢGB/T40020—2021本標準按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔識別這些專利的責任。本標準由全國信息技術標準化技術委員會(SAC/TC28)提出并歸口。本標準起草單位：中國電子技術標準化研究院、西北京元工國際科技股份有限公司、北京和利時智能技術有限公司、重慶大學、深圳賽西信息技術有1GB/T40020—2021信息物理系統(tǒng)參考架構(gòu)本標準規(guī)定了信息物理系統(tǒng)參考架構(gòu)，確定了信息物理系統(tǒng)共同關注點、用戶視圖和功能視圖。本標準適用于制造業(yè)開展信息物理系統(tǒng)的設計開發(fā)、測試驗證和實施應用。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T40021—2021信息物理系統(tǒng)術語3.1術語和定義GB/T40021—2021中界定的術語和定義適用于本文件。3.2縮略語下列縮略語適用于本文件。CPS信息物理系統(tǒng)(cyber-physicalsystems)VPN虛擬專用網(wǎng)絡(virtualprivatenetwork)4CPS參考架構(gòu)概述本標準使用的圖例見圖1所示。域域角色信息流關系流共同關注點活動圖1本標準使用的圖例24.2CPS參考架構(gòu)框架CPS參考架構(gòu)由共同關注點、用戶視圖和功能視圖組成，見圖2所示。共同關注點角色功能組件7域角色角色功能組件7域角色功能組件7活動活動功能組件7域域活動活動用戶視圖功能視圖圖2CPS參考架構(gòu)框架5共同關注點共同關注點既適用于CPS的用戶視圖，又適用于CPS的功能視圖，包括：g)彈性擴展；h)安全可信。協(xié)作關系、金融結(jié)構(gòu)等要素的重新定義，為研發(fā)設計、生產(chǎn)制造、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同等環(huán)節(jié)提供新模5.3虛實融合CPS應能夠?qū)崿F(xiàn)制造全流程中人、設備、物料、工藝過程/方法、環(huán)境等物理實體與相對應的信息虛3GB/T40020—2021虛實融合主要特性包括：a)時間同步：CPS具有軟件與硬件間時鐘校準并符合統(tǒng)一時間標度的能力；b)雙向反饋：CPS具有物理5.4閉環(huán)迭代對物理實體的優(yōu)化與改進。5.5知識決策CPS應能夠基于數(shù)據(jù)資源、算法資源、模型資源等多源信息資源的分析處理，協(xié)助進行商業(yè)級、組5.6異構(gòu)集成CPS應能夠通過異構(gòu)組件間的兼容和適配實現(xiàn)異構(gòu)組件間的信息共享和透明訪問。異構(gòu)集成主要特性包括：a)兼容性：CPS具有硬件之間、軟件之間或軟硬件組合系統(tǒng)之間相互協(xié)調(diào)工作的能力。b)互操作性：CPS能夠?qū)崿F(xiàn)異構(gòu)組件間的信息共享與交互。5.7容錯健壯CPS應具有一定的抗干擾、處理異常情況的能力，在出現(xiàn)一般級別外部影響時仍能正確執(zhí)行預定的功能，是衡量CPS能否在出錯條件下恢復原有能力的一種測度。容錯健壯主要特性包括：a)可靠性：CPS的每個組件具備足夠低的失效率使得CPS總體能夠達到穩(wěn)定的狀態(tài)。b)可用性：CPS具備在一定限制條件內(nèi)正確執(zhí)行其功能的能力。5.8彈性擴展CPS應具有功能組件靈活定制并可便捷擴展系統(tǒng)功能的能力。彈性擴展主要特性是擴展性，CPS允許已部署或者正在運行的系統(tǒng)在低成本、簡易化操作情況下加入新的功能或者組件，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和所提供服務的動態(tài)調(diào)整。CPS應具備提供物理安全、基礎安全、業(yè)務安b)可信性：CPS在開展資源訪問、系統(tǒng)交互、業(yè)務協(xié)同等活動時應具備一定保障機制，確保其活動過程可以信賴。6用戶視圖用戶視圖包括用戶方、提供方、關聯(lián)方三種角色及相關活動，見圖3所示。能評能評功測能評性測關聯(lián)方管理者業(yè)務決策過程管控研發(fā)設計執(zhí)行監(jiān)理運行繼護運行繼護提供方需求分析規(guī)劃設計提供硬件服務提供軟件提供平臺提供安全服務開發(fā)實現(xiàn)測試驗證開發(fā)實現(xiàn)集成設計部署實施集成設計運維管理經(jīng)營管理運維管理圖3用戶視圖角色與相關活動a)用戶方負責向提供方提出CPS業(yè)務需求和使用中、故障后的信息反饋，并向關聯(lián)方提出CPS咨詢服務和建設過程監(jiān)理需求；完成CPS建設的監(jiān)理工作；c)關聯(lián)方負責為用戶方和提供方提供咨詢、監(jiān)理、測試評估服務。CPS用戶視圖各角色間關系見圖4所示。用戶方用戶方//咨詢、監(jiān)理、測試評估服務//圖4用戶視圖角色5GB/T40020—20216.2CPS用戶方a)管理者負責CPS業(yè)務決策，對CPS使用者和運維c)運維者負責保證CPS正常運行，為CPS使用者提供相關的技術支撐。管理者相關活動包括：開展相關決策活動；使用者相關活動包括：e)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同：基于平臺上的產(chǎn)能模型、供應商評價模型等，自動生成產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)的生產(chǎn)6.3CPS提供方a)開發(fā)者負責確保CPS相關設計和開發(fā)過程滿足需求；b)資源提供者負責為CPS提供相關基礎資源；6GB/T40020—2021d)運營者負責確保CPS業(yè)務服務滿足運營目標。開發(fā)者相關活動包括：資源提供者相關活動包括：集成者相關活動包括：a)集成設計：基于各類組件之間的接口及協(xié)議情況，提供CPS集成規(guī)劃，構(gòu)建完整的CPS集成架構(gòu)。運營者相關活動包括：7GB/T40020—20216.4CPS關聯(lián)方a)咨詢服務者負責為CPS用戶方、提供方提供咨詢服務；測試評估者主要活動為對CPS相關功能、性能和安全指標進行測試或評估，判斷是否滿足與業(yè)務項目監(jiān)理者主要活動為執(zhí)行監(jiān)理。通過對CPS成本、效率、質(zhì)量的監(jiān)督管理，保障CPS建設的高7功能視圖8GB/T40020—2021融合域信息空間數(shù)字孿生服務監(jiān)測仿真數(shù)字孿生體分析感知物理空間執(zhí)行器物理實體(人、機、料、法、環(huán))存儲處理網(wǎng)絡集成互聯(lián)互通診斷決策預測研發(fā)設計物理安全圖5CPS功能視圖架構(gòu)7.2業(yè)務域業(yè)務域具體功能描述見6.2.2.2。7.3融合域7.3.1物理空間功能組件理實體，是完成制造任務的關鍵組成要素。7.3.2信息空間功能組件7.3.3數(shù)字孿生體功能組件數(shù)字孿生體功能組件能夠?qū)⑽锢韺嶓w的各項參數(shù)進行映射，具備與物理實體交互、決策的能力，由孿生數(shù)據(jù)與數(shù)字模型組成。孿生數(shù)據(jù)能夠通過傳感器更新、運行歷史、物理模型等將物理空間顯性、隱性數(shù)據(jù)在信息空間集中數(shù)字模型能夠在信息空間再現(xiàn)物理實體的物理屬性、功能、行為和性能等，支撐數(shù)字孿生體完成相9GB/T40020—2021供行為預測模型；e)其他模型?；跀?shù)字主線完成物理實體在信息空間的模型映射，并基于傳感監(jiān)測和數(shù)據(jù)傳遞實現(xiàn)對物理實體數(shù)字孿生服務功能組件包括：應的物理實體全生命周期過程。在信息空間中對相應物理實體的觀察活動。實體狀態(tài)的評估。f)優(yōu)化：負責基于監(jiān)測、診斷、預測和更新的不斷迭代，實現(xiàn)物理實體中相應資源的持續(xù)動態(tài)狀態(tài)等多源數(shù)據(jù)的全方位實時采集。GB/T40020—2021實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的記錄。a)互聯(lián)：兩個組件間應至少存在一條傳輸鏈路，為兩個組件間的數(shù)據(jù)交換提供物質(zhì)基礎和可能性。b)互通：兩個或多個組件之間能夠通過協(xié)議兼容實c)互操作：兩個或多個組件之間應具有透明訪問對方資源的能力。業(yè)務安全功能組件包括：c)人工智能安全：針對CPS系統(tǒng)中應用相關人工智能技術而引發(fā)的算法模型安全、倫理道德風基礎安全功能組件包括：GB/T40020—2021安全屬性，同時通過數(shù)據(jù)脫敏等技術，確保CPS系統(tǒng)相關用戶個人隱私數(shù)據(jù)的安全。7.5.3物理安全功能組件物理安全功能組件包括：供應等環(huán)境防護措施，保護信息物理系統(tǒng)運行環(huán)境安全。息安全風險分析技術，防止因誤操作、網(wǎng)絡攻擊等造成隨機硬件失效和系統(tǒng)性功能失效，使CPS保持設備受控狀態(tài)，保護CPS物理安全。7.5.4安全管理功能組件針對CPS建設、運行、維護過程中相關參與單位及組織機構(gòu)，建立安全管理制度及機制，重點開展安全規(guī)劃及供應鏈安全管理、人員管理、資產(chǎn)安全管理等，實現(xiàn)現(xiàn)實世界與虛擬世界交互運行等活動中物理實體及虛擬信息的安全。[1]ISO/IEC/