《同济大学-智能制造导论》第2章 信息物理系统.pptxVIP

第二章

信息物理系统

1

1、信息物理系统的内涵

1.1什么是CPS

传统制造是通过人对机器的直接操作控制去完

成各种工作任务。

分析决策

大能

认知

习

控制

与传统制造相比，智能制造发生的最本质的变化是：在人与物理系统之间增加了信息系统(CyberSystem)信息系统与物理系统组成了

信息-物理系统(Cyber-

PhysicalSystem)

1、信息物理系统的内涵

1.1什么是CPS

人

信息

系统

CPS

物理系统

Cyber-Physical

System——

网络和物理系统紧密结合在一起的系统。

Physical——

受物理定律的支配并持续运行的自然和人为系统。

Cyber——

通信和控制；

离散的，逻辑型的交换的计算。

1、信息物理系统的内涵

1.2怎么理解“CPS”

————2006年美国科学基金会(NSF)

1、信息物理系统的内涵

1.3“CPS”的由来

“Cybernetics”由

钱学森于1954年所

著的《Engineering

19581992

《工程控制论》“Cyber-PhysicalSystem”

钱学森翻译其为控制论NASA首次提出CPS

CPS这一术语最先

几年后，钱学森在1958是由美国国家航空

发“，的)

为了“控制论”

在1992年提出

航天局(NASA

翻译

文版中

eti

书

Cybe

布的

将

年

“Cyber”一词最早

可追溯至自希腊语单

词Kubernetes,意

思是掌舵人

希腊语Kubernetes 掌舵人

1948

Cybemetics1948年，诺伯特·维纳诺伯特·维纳

在《控制论》中创造

并使用了

“Cybernetics”一词

2006年，国际上举行了第一个信息物理系统的研讨会

(NSFWorkshoponCyber-PhysicalSystems)

美国作家威廉·吉步森

在1982年创造并使用

了“cyberspace”一

Cybernetics》所使用

2006

“NSFWorkshoponCyber

PhysicalSystems

第一个cPs会议

1954

《EngineeringCybemetics》

钱学森

1982

Cyberspace

由威廉·吉布森创造该词

词

CPS通过集成先进的感知、计算、通信、控制等信息技术和自动控制技术，构建了物理空间与信息空间中人、机、物、环境、信息等要素相互映射、适时交互、高效协同的复杂系统，实现系统内资源配置和运行的按需响应、快速迭代、动态优化。

——《信息物理系统白皮书(2017)》

1、信息物理系统的内涵

1.4CPS的定义

1.4CPS的本质

信息物理系统的本质就是构建一套信息空间与物理空间之间基于数据自动流动的状态感知、实时分析、科学决策、精准执行的闭环赋能体系，解决生产制造、应用服务过程中的复杂性与不确定性，提高资源配置效率，实现资源优化。

——《信息物理系统白皮书(2017)》

1、信息物理系统的内涵

CPS本质

1.4CPS的本质

状态感知：对外界数据的获取，如物理实体的尺寸、外部环境的温度、液体流速、压强等数据；

实时分析：对显性数据的进一步理解，是将感知的数据转化成认知的信息的过程；

科学决策：对信息的综合处理，在这一环节CPS能够权衡判断当前时刻获取的所有来自不同环境下的信息，形成最优决策来对物理实体空间进行控制；

精准执行：对决策的精准物理实现，执行的本质是将信息空间产生的决策转换成物理实体可以执行的命令。

1、信息物理系统的内涵

1.5CPS的特征

CPS作为沟通信息世界和物理世界的桥梁，它表现出六大典型特征，总结为：

1.数据驱动：通过构建“状态感知、实时分析、科学决策、精准执行”数据的自动流动的闭环赋能体系，CPS将隐形的数据从物理空间中显性得转化到信息空间上，进而迭代更新汇集成知识库。转化过程中，状态实时分析数据；根据数据做出科学决策判断；精准执行后，将数据作为输出结果，展示出来。因此，数据是CPS的重中之重。

2.软件定义：工业软件是对工业各类工业生产环节规律的代码化，支撑了绝大多数的生产制造过程