《中國(guó)制造2025》提出，“基于信息物理系統(tǒng)的智能裝備、智能工廠等智能制造正在引領(lǐng)制造方式變革”，要圍繞控制系統(tǒng)、工業(yè)軟件、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)云服務(wù)和工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)等，加強(qiáng)信息物理系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用?！秶?guó)務(wù)院關(guān)于深化制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》明確提出，“構(gòu)建信息物理系統(tǒng)參考模型和綜合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，建設(shè)測(cè)試驗(yàn)證平臺(tái)和綜合驗(yàn)證試驗(yàn)床，支持開(kāi)展兼容適配、互聯(lián)互通和互操作測(cè)試驗(yàn)證。”當(dāng)前，《中國(guó)制造2025》正處于全面部署、加快實(shí)施、深入推進(jìn)的新階段，面對(duì)信息化和工業(yè)化深度融合進(jìn)程中不斷涌現(xiàn)的新技術(shù)、新理念、新模式，迫切需要研究信息物理系統(tǒng)的背景起源、概念內(nèi)涵、技術(shù)要素、應(yīng)用場(chǎng)景、發(fā)展趨勢(shì)，以凝聚共識(shí)、統(tǒng)一認(rèn)識(shí)更好的服務(wù)于制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)。

信息化和工業(yè)化融合是人類社會(huì)兩個(gè)重要發(fā)展歷史進(jìn)程的交匯。信息物理系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)、軟件、網(wǎng)絡(luò)、平臺(tái)等信息技術(shù)與人員、機(jī)器、物料、環(huán)境、供應(yīng)鏈等制造要素的深度融合，構(gòu)建一個(gè)信息空間與物理空間數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)的閉環(huán)賦能體系，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造的自主協(xié)調(diào)、智能優(yōu)化和持續(xù)創(chuàng)新，推動(dòng)制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展。

從社會(huì)形態(tài)演進(jìn)角度看，其所引發(fā)的生產(chǎn)方式變革與生活方式調(diào)整正在構(gòu)建信息社會(huì)發(fā)展新藍(lán)圖；
從經(jīng)濟(jì)發(fā)展角度看，其所推動(dòng)的資源配置方式優(yōu)化與發(fā)展方式轉(zhuǎn)變正在構(gòu)建現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系新格局；
從工業(yè)發(fā)展角度看，其所催生的智能化技術(shù)裝備、協(xié)同化創(chuàng)新體系、柔性化生產(chǎn)方式、集約化資源利用、精準(zhǔn)化管理模式正在重塑新時(shí)期國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)新優(yōu)勢(shì)。

信息物理系統(tǒng)通過(guò)集成先進(jìn)的感知、計(jì)算、通信、控制等信息技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)，構(gòu)建了物理空間與信息空間中人、機(jī)、物、環(huán)境、信息等要素相互映射、適時(shí)交互、高效協(xié)同的復(fù)雜系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)資源配置和運(yùn)行的按需響應(yīng)、快速迭代、動(dòng)態(tài)優(yōu)化。 可以看出，信息物理系統(tǒng)是工業(yè)和信息技術(shù)范疇內(nèi)跨學(xué)科、跨領(lǐng)域、跨平臺(tái)的綜合技術(shù)體系所構(gòu)成的系統(tǒng)，覆蓋廣泛、集成度高、滲透性強(qiáng)、創(chuàng)新活躍，是兩化融合支撐技術(shù)體系的集大成。 信息物理系統(tǒng)能夠?qū)⒏兄⒂?jì)算、通信、控制等信息技術(shù)與設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)、裝備等工業(yè)技術(shù)融合，能夠?qū)⑽锢韺?shí)體、生產(chǎn)環(huán)境和制造過(guò)程精準(zhǔn)映射到虛擬空間并進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋，能夠作用于生產(chǎn)制造全過(guò)程、全產(chǎn)業(yè)鏈、產(chǎn)品全生命周期，能夠從單元級(jí)、系統(tǒng)級(jí)到系統(tǒng)之系統(tǒng)（SoS）級(jí)不斷深化，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)生產(chǎn)范式的重構(gòu)。

物理系統(tǒng)的概念總體來(lái)看， 其本質(zhì)就是構(gòu)建一套賽博（Cyber）空間與物理（Physical）空間之間基于數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)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)賦能體系，解決生產(chǎn)制造、應(yīng)用服務(wù)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。

狀態(tài)感知：就是通過(guò)各種各樣的傳感器感知物質(zhì)世界的運(yùn)行狀態(tài)。
實(shí)時(shí)分析：就是通過(guò)工業(yè)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、信息、知識(shí)的轉(zhuǎn)化。
科學(xué)決策：就是通過(guò)大數(shù)據(jù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的流動(dòng)與知識(shí)的分享。
精準(zhǔn)執(zhí)行: 就是通過(guò)控制器、執(zhí)行器等機(jī)械硬件實(shí)現(xiàn)對(duì)決策的反饋?lái)憫?yīng)。這一切者依賴于一個(gè)實(shí)時(shí)、可靠、安全的網(wǎng)絡(luò)。

“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)）即“新四基”是信息物理系統(tǒng)的四大核心技術(shù)要素。

感知和自動(dòng)控制是數(shù)據(jù)閉環(huán)流動(dòng)的起點(diǎn)和終點(diǎn)。感知的本質(zhì)是物理世界的數(shù)字化，通過(guò)各種芯片、傳感器等智能硬件實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造全流程中人、設(shè)備、物料、環(huán)境等隱性信息的顯性化，是信息物理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)分析、科學(xué)決策的基礎(chǔ)，是數(shù)據(jù)閉環(huán)流動(dòng)的起點(diǎn)。與人體類比，可以把感知看作是人類接收外部信息的感覺(jué)器官，提供視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、觸覺(jué)和味覺(jué)這“五覺(jué)”。

自動(dòng)控制是在數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)、分析和挖掘的基礎(chǔ)上做出的精準(zhǔn)執(zhí)行，體現(xiàn)為一系列動(dòng)作或行為，作用于人、設(shè)備、物料和環(huán)境上，如分布式控制系統(tǒng)（DCS）、可編程邏輯控制器（PLC）及數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SCADA）等，是數(shù)據(jù)閉環(huán)流動(dòng)的終點(diǎn)。與人體類比，根據(jù)指令信息完成特定動(dòng)作和行為的骨骼和肌肉可以看作是控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

工業(yè)軟件是對(duì)工業(yè)研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、經(jīng)營(yíng)管理、服務(wù)等全生命周期環(huán)節(jié)規(guī)律的模型化、代碼化、工具化，是工業(yè)知識(shí)、技術(shù)積累和經(jīng)驗(yàn)體系的載體，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的核心。簡(jiǎn)而言之，工業(yè)軟件是算法的代碼化，算法是對(duì)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題解決方案的抽象描述，仿真工具的核心是一套算法，排產(chǎn)計(jì)劃的核心是一套算法，企業(yè)資源計(jì)劃也是一套算法。 工業(yè)軟件定義了信息物理系統(tǒng)，其本質(zhì)是要打造“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)閉環(huán)，構(gòu)筑數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)的規(guī)則體系，應(yīng)對(duì)制造系統(tǒng)的不確定性，實(shí)現(xiàn)制造資源的高效配置。 與人體類比，工業(yè)軟件代表了信息物理系統(tǒng)的思維認(rèn)識(shí)，是感知控制、信息傳輸、分析決策背后的世界觀、價(jià)值觀和方法論，是通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間工作學(xué)習(xí)而形成的。

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)是連接工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)和工業(yè)產(chǎn)品各要素的信息網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)集成等技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)工廠內(nèi)各類裝備、控制系統(tǒng)和信息系統(tǒng)的互聯(lián)互通，以及物料、產(chǎn)品與人的無(wú)縫集成，并呈現(xiàn)扁平化、無(wú)線化、靈活組網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)主要用于支撐工業(yè)數(shù)據(jù)的采集交換、集成處理、建模分析和反饋執(zhí)行，是實(shí)現(xiàn)從單個(gè)機(jī)器、產(chǎn)線、車間到工廠的工業(yè)全系統(tǒng)互聯(lián)互通的重要基礎(chǔ)工具，是支撐數(shù)據(jù)流動(dòng)的通道。物質(zhì)（機(jī)械、如導(dǎo)線）連接、能量（物理場(chǎng)、如傳感器）連接、信息（數(shù)字、如比特）連接、乃至意識(shí)（生物場(chǎng)，如思維）連接，為打造萬(wàn)物互聯(lián)的世界提供了基礎(chǔ)和前提。與人體類比，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了經(jīng)路脈絡(luò)，可以像神經(jīng)系統(tǒng)一樣傳遞信息。

工業(yè)云和智能服務(wù)平臺(tái)是高度集成、開(kāi)放和共享的數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)，是跨系統(tǒng)、跨平臺(tái)、跨領(lǐng)域的數(shù)據(jù)集散中心、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心、數(shù)據(jù)分析中心和數(shù)據(jù)共享中心，基于工業(yè)云服務(wù)平臺(tái)推動(dòng)專業(yè)軟件庫(kù)、應(yīng)用模型庫(kù)、產(chǎn)品知識(shí)庫(kù)、測(cè)試評(píng)估庫(kù)、案例專家?guī)斓然A(chǔ)數(shù)據(jù)和工具的開(kāi)發(fā)集成和開(kāi)放共享，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全要素、全流程、全產(chǎn)業(yè)鏈、全生命周期管理的資源配置優(yōu)化，以提升生產(chǎn)效率、創(chuàng)新模式業(yè)態(tài)，構(gòu)建全新產(chǎn)業(yè)生態(tài)。 這將帶來(lái)產(chǎn)品、機(jī)器、人、業(yè)務(wù)從封閉走向開(kāi)放，從獨(dú)立走向系統(tǒng)，將重組客戶、供應(yīng)商、銷售商以及企業(yè)內(nèi)部組織的關(guān)系，重構(gòu)生產(chǎn)體系中信息流、產(chǎn)品流、資金流的運(yùn)行模式，重建新的產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈和競(jìng)爭(zhēng)格局。國(guó)際巨頭正加快構(gòu)建工業(yè)云和智能服務(wù)平臺(tái)，向下整合硬件資源、向上承載軟件應(yīng)用，加快全球戰(zhàn)略資源的整合步伐，搶占規(guī)則制定權(quán)、標(biāo)準(zhǔn)話語(yǔ)權(quán)、生態(tài)主導(dǎo)權(quán)和競(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn)。與人體類比，工業(yè)云和智能服務(wù)平臺(tái)構(gòu)成了決策器官，可以像大腦一樣接收、存儲(chǔ)、分析數(shù)據(jù)信息，并分析形成決策。

系統(tǒng)之系統(tǒng)級(jí)（即SoS級(jí)）是多個(gè)系統(tǒng)級(jí)CPS的有機(jī)組合，涵蓋了“一硬、一軟、一網(wǎng)、一平臺(tái)” 四大要素。 SoS級(jí)CPS通過(guò)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了跨系統(tǒng)、跨平臺(tái)的互聯(lián)、互通和互操作，促成了多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成、交換和共享的閉環(huán)自動(dòng)流動(dòng)，在全局范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)信息全面感知、深度分析、科學(xué)決策和精準(zhǔn)執(zhí)行。 基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)，通過(guò)豐富開(kāi)發(fā)工具、開(kāi)放應(yīng)用接口、共享數(shù)據(jù)資源、建設(shè)開(kāi)發(fā)社區(qū)，加快各類工業(yè)APP和平臺(tái)軟件的快速發(fā)展，形成一個(gè)贏者通吃的多邊市場(chǎng)，構(gòu)建一個(gè)新的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。 西門(mén)子Mindsphere、 GE Predix以及海爾COSMO、 PTC的ThingWorx等軟件和大數(shù)據(jù)平臺(tái)，通過(guò)實(shí)現(xiàn)橫向、縱向和端到端集成，形成了開(kāi)放、協(xié)同、共贏的產(chǎn)業(yè)新生態(tài)，體現(xiàn)了SoS級(jí)CPS的發(fā)展方向。

實(shí)體制造和虛擬制造的統(tǒng)一。 ICT對(duì)人類社會(huì)帶來(lái)的重大變革是創(chuàng)造一個(gè)新世界：信息空間。制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的過(guò)程，是在信息空間重建制造流程，并基于此不斷提升制造效率的過(guò)程。未來(lái)制造，將是基于信息物理系統(tǒng)的制造，將是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、軟件定義、平臺(tái)支撐的制造，將是實(shí)體制造與虛擬制造實(shí)時(shí)交互的制造，無(wú)論是產(chǎn)品、設(shè)備、工藝流程都將以數(shù)字雙胞胎的形態(tài)出現(xiàn)。虛擬制造的應(yīng)用，將會(huì)經(jīng)歷從碎片化到一體化、從局部到全局、從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)的過(guò)程，逐漸涵蓋研發(fā)設(shè)計(jì)、制造過(guò)程、服務(wù)運(yùn)營(yíng)的全流程。

信息物理系統(tǒng)技術(shù)演進(jìn)正處于新舊融合、快速迭代、多方博弈的新階段，當(dāng)前要以“一硬、一軟、一網(wǎng)、一平臺(tái)”為重點(diǎn)，加大支持力度，推進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。

一是提升感知與自動(dòng)控制產(chǎn)業(yè)支撐能力，突破核心芯片、驅(qū)動(dòng)器、現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)等關(guān)鍵器件和技術(shù)的發(fā)展瓶頸，加快推動(dòng)智能傳感器、可編程邏輯控制器、分布式控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)等研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。
二是實(shí)施工業(yè)技術(shù)軟件化工程，促進(jìn)軟件技術(shù)與工業(yè)技術(shù)深度融合，重點(diǎn)突破工業(yè)嵌入式軟件、制造執(zhí)行系統(tǒng)等傳統(tǒng)工業(yè)軟件，虛擬仿真、工業(yè)數(shù)據(jù)分析等新型工業(yè)軟件，提升工業(yè)軟件的集成應(yīng)用能力。
三是建設(shè)工業(yè)云和智能服務(wù)平臺(tái)，圍繞智能裝備接入工業(yè)云的數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)連接和調(diào)度管理等重點(diǎn)環(huán)節(jié)，突破通信協(xié)議、數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)分析等關(guān)鍵技術(shù)，提升工業(yè)云平臺(tái)系統(tǒng)解決方案供給能力，推動(dòng)工業(yè)設(shè)計(jì)模型、數(shù)字化模具、產(chǎn)品和裝備維護(hù)知識(shí)庫(kù)等制造資源向全社會(huì)的開(kāi)放共享，鼓勵(lì)培育基于平臺(tái)的新型生產(chǎn)組織模式。
四是推動(dòng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，制定工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)總體體系架構(gòu)方案，明確關(guān)鍵技術(shù)路徑，加快IPv6、泛在無(wú)線等技術(shù)在工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的部署，推動(dòng)軟件定義網(wǎng)絡(luò)、 5G等技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中的應(yīng)用。

數(shù)據(jù)流動(dòng)環(huán)節(jié)

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實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)流動(dòng)具體來(lái)說(shuō)需要經(jīng)過(guò)四個(gè)環(huán)節(jié)，分別是：狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、科學(xué)決策、精準(zhǔn)執(zhí)行。大量蘊(yùn)含在物理空間中的隱性數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)狀態(tài)感知被轉(zhuǎn)化為顯性數(shù)據(jù)，進(jìn)而能夠在信息空間進(jìn)行計(jì)算分析，將顯性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的信息。不同系統(tǒng)的信息經(jīng)過(guò)集中處理形成對(duì)外部變化的科學(xué)決策，將信息進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為知識(shí)。最后以更為優(yōu)化的數(shù)據(jù)作用到物理空間，構(gòu)成一次數(shù)據(jù)的閉環(huán)流動(dòng)。具體來(lái)說(shuō)：

狀態(tài)感知：是對(duì)外界狀態(tài)的數(shù)據(jù)獲取。生產(chǎn)制造過(guò)程中蘊(yùn)含著大量的隱性數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)暗含在實(shí)際過(guò)程中方方面面，如物理實(shí)體的尺寸、運(yùn)行機(jī)理，外部環(huán)境的溫度、液體流速、壓差等。狀態(tài)感知通過(guò)傳感器、物聯(lián)網(wǎng)等一些數(shù)據(jù)采集技術(shù)，將這些蘊(yùn)含在物理實(shí)體背后的數(shù)據(jù)不斷的傳遞到信息空間，使得數(shù)據(jù)不斷“可見(jiàn)”，變?yōu)轱@性數(shù)據(jù)。狀態(tài)感知是對(duì)數(shù)據(jù)的初級(jí)采集加工，是一次數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)閉環(huán)的起點(diǎn)，也是數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)的源動(dòng)力
實(shí)時(shí)分析：是對(duì)顯性數(shù)據(jù)的進(jìn)一步理解。是將感知的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成認(rèn)知的信息的過(guò)程，是對(duì)原始數(shù)據(jù)賦予意義的過(guò)程，也是發(fā)現(xiàn)物理實(shí)體狀態(tài)在時(shí)空域和邏輯域的內(nèi)在因果性或關(guān)聯(lián)性關(guān)系的過(guò)程。大量的顯性數(shù)據(jù)并不一定能夠直觀的體現(xiàn)出物理實(shí)體的內(nèi)在聯(lián)系。這就需要經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)分析環(huán)節(jié)，利用數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)、聚類分析等數(shù)據(jù)處理分析技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析估計(jì)使得數(shù)據(jù)不斷“透明”，將顯性化的數(shù)據(jù)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為直觀可理解的信息。此外，在這一過(guò)程中，人的介入也能夠?yàn)榉治鎏峁┯行У妮斎搿?br /> 科學(xué)決策：是對(duì)信息的綜合處理。決策是根據(jù)積累的經(jīng)驗(yàn)、對(duì)現(xiàn)實(shí)的評(píng)估和對(duì)未來(lái)的預(yù)測(cè)，為了達(dá)到明確的目的，在一定的條件約束下，所做的最優(yōu)決定。在這一環(huán)節(jié)CPS能夠權(quán)衡判斷當(dāng)前時(shí)刻獲取的所有來(lái)自不同系統(tǒng)或不同環(huán)境下的信息，形成最優(yōu)決策來(lái)對(duì)物理空間實(shí)體進(jìn)行控制。分析決策并最終形成最優(yōu)策略是CPS的核心關(guān)鍵環(huán)節(jié)。這個(gè)環(huán)節(jié)不一定在系統(tǒng)最初投入運(yùn)行時(shí)就能產(chǎn)生效果，往往在系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間之后逐漸形成一定范圍內(nèi)的知識(shí)。對(duì)信息的進(jìn)一步分析與判斷，使得信息真正的轉(zhuǎn)變成知識(shí)，并且不斷地迭代優(yōu)化形成系統(tǒng)運(yùn)行、產(chǎn)品狀態(tài)、企業(yè)發(fā)展所需的知識(shí)庫(kù)。
精準(zhǔn)執(zhí)行:是對(duì)決策的精準(zhǔn)物理實(shí)現(xiàn)。在信息空間分析并形成的決策最終將會(huì)作用到物理空間，而物理空間的實(shí)體設(shè)備只能以數(shù)據(jù)的形式接受信息空間的決策。因此，執(zhí)行的本質(zhì)是將信息空間產(chǎn)生的決策轉(zhuǎn)換成物理實(shí)體可以執(zhí)行的命令，進(jìn)行物理層面的實(shí)現(xiàn)。輸出更為優(yōu)化的數(shù)據(jù)，使得物理空間設(shè)備運(yùn)行的更加可靠，資源調(diào)度更加合理，實(shí)現(xiàn)企業(yè)高效運(yùn)營(yíng)，各環(huán)節(jié)智能協(xié)同效果逐步優(yōu)化。
螺旋上升：數(shù)據(jù)在自動(dòng)流動(dòng)的過(guò)程中逐步由隱性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為顯性數(shù)據(jù)，顯性數(shù)據(jù)分析處理成為信息，信息最終通過(guò)綜合決策判斷轉(zhuǎn)化為有效的知識(shí)并固化在CPS中，同時(shí)產(chǎn)生的決策通過(guò)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為優(yōu)化的數(shù)據(jù)作用到物理空間，使得物理空間的物理實(shí)體朝向資源配置更為優(yōu)化的方向發(fā)展。從這一層面來(lái)看，數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)應(yīng)是以資源優(yōu)化為最終目標(biāo)“螺旋式”上升的過(guò)程。

技術(shù)體系

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CPS技術(shù)體系如下圖:

技術(shù)體系主要分為CPS總體技術(shù)、 CPS支撐技術(shù)、 CPS核心技術(shù)。

CPS總體技術(shù)主要包括系統(tǒng)架構(gòu)、異構(gòu)系統(tǒng)集成、安全技術(shù)、試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)等，是CPS的頂層設(shè)計(jì)技術(shù)；
CPS支撐技術(shù)主要包括智能感知、嵌入式軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)、人機(jī)交互、中間件、 SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)）、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等，是基于CPS應(yīng)用的支撐；
CPS核心技術(shù)主要包括虛實(shí)融合控制、智能裝備、 MBD、數(shù)字孿生技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)、 CAXMESERPPLMCRMSCM等，是CPS的基礎(chǔ)技術(shù)。

上述技術(shù)體系可以分為四大核心技術(shù)要素即“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)信息物理系統(tǒng)白皮書(shū)27平臺(tái)）”。

其中感知和自動(dòng)控制是CPS實(shí)現(xiàn)的硬件支撐；
工業(yè)軟件固化了CPS計(jì)算和數(shù)據(jù)流程的規(guī)則，是CPS的核心；
工業(yè)網(wǎng)絡(luò)是互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)載體；
工業(yè)云和智能服務(wù)平臺(tái)是CPS數(shù)據(jù)匯聚和支撐上層解決方案的基礎(chǔ)，對(duì)外提供資源管控和能力服務(wù)。

工業(yè)云和智能服務(wù)平臺(tái)

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工業(yè)云和智能服務(wù)平臺(tái)通過(guò)邊緣計(jì)算技術(shù)、霧計(jì)算技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)等技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的加工處理，形成對(duì)外提供數(shù)據(jù)服務(wù)的能力，并在數(shù)據(jù)服務(wù)基礎(chǔ)上提供個(gè)性化和專業(yè)化智能服務(wù)，如下圖

邊緣計(jì)算：邊緣計(jì)算指在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，融合網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)、應(yīng)用核心能力的開(kāi)放平臺(tái)，就近提供邊緣智能服務(wù)，滿足行業(yè)數(shù)字化在敏捷連接、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應(yīng)用智能、安全與隱私保護(hù)等方面的關(guān)鍵需求。對(duì)于SoS級(jí)CPS，其每一個(gè)CPS組成均具有計(jì)算和通信功能，通過(guò)每一個(gè)CPS的邊緣計(jì)算，數(shù)據(jù)在邊緣側(cè)就能解決，更適合實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)分析和智能化處理。邊緣計(jì)算聚焦實(shí)時(shí)、短周期數(shù)據(jù)的分析，具有安全、快捷、易于管理等優(yōu)勢(shì)，能更好地支撐CPS單元的實(shí)時(shí)智能化處理與執(zhí)行，滿足網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)需求，從而使計(jì)算資源更加有效地得到利用。此外，邊緣計(jì)算雖靠近執(zhí)行單元，但同時(shí)也是是云端所需高價(jià)值數(shù)據(jù)的采集單元，可以更好地支撐云端的智能服務(wù)。
霧計(jì)算：CPS是復(fù)雜控制系統(tǒng)，局域型的CPS對(duì)于每個(gè)CPS組成也需要進(jìn)行協(xié)同計(jì)算，從而對(duì)組成CPS單元協(xié)同控制。霧計(jì)算將數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用程序集中在網(wǎng)絡(luò)邊緣的設(shè)備中，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及處理更依賴本地設(shè)備，而非服務(wù)器。霧計(jì)算是新一代的分布式計(jì)算，在CPS中應(yīng)用分布式的霧計(jì)算，通過(guò)智能路由器等設(shè)備和技術(shù)手段，在不同設(shè)備之間組成數(shù)據(jù)傳輸帶，可以有效減少網(wǎng)絡(luò)流量，數(shù)據(jù)中心的計(jì)算負(fù)荷也相應(yīng)減輕。霧計(jì)算可以作為產(chǎn)品CPS或系統(tǒng)CPS之間的計(jì)算處理，以應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)——運(yùn)用處理程序?qū)@些數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以提升其使用價(jià)值。霧計(jì)算不僅可以解決聯(lián)網(wǎng)設(shè)備自動(dòng)化的問(wèn)題，更關(guān)鍵的是，它對(duì)數(shù)據(jù)傳輸量的要求更小。
大數(shù)據(jù)分析：大數(shù)據(jù)分析技術(shù)將給全球工業(yè)帶來(lái)深刻的變革，創(chuàng)新企業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)、營(yíng)銷和管理方式，給企業(yè)帶來(lái)了更快的速度、更高的效率和更深遠(yuǎn)的洞察力。工業(yè)大數(shù)據(jù)的典型應(yīng)用包括產(chǎn)品創(chuàng)新、產(chǎn)品故障診斷與預(yù)測(cè)、工業(yè)企業(yè)供應(yīng)鏈優(yōu)化和產(chǎn)品精準(zhǔn)營(yíng)銷等諸多方面。工業(yè)云和智能服務(wù)平臺(tái)所支持的CPS技術(shù)，可以通過(guò)大數(shù)據(jù)分析來(lái)實(shí)現(xiàn)上述創(chuàng)新。例如，有效地分析產(chǎn)品大數(shù)據(jù)，通過(guò)系統(tǒng)地收集研發(fā)數(shù)據(jù)和分析建模，以新的算法來(lái)優(yōu)化、控制和穩(wěn)定產(chǎn)品研發(fā)質(zhì)量，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新；有效地分析高
頻、海量的運(yùn)維大數(shù)據(jù)，可以確定產(chǎn)品的工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)零部件更換與維護(hù)的規(guī)律，由事后發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題而做到事先避免問(wèn)題，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品故障診斷與預(yù)測(cè)式運(yùn)維服務(wù)。對(duì)來(lái)自社交網(wǎng)絡(luò)的商業(yè)大數(shù)據(jù)的分析，可以從數(shù)據(jù)中觀察到人們復(fù)雜的社會(huì)行為模式，通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘，找到用戶的產(chǎn)品使用習(xí)慣、喜好和實(shí)際需求，以調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)品，為客戶提供更高滿意度的產(chǎn)品與服務(wù)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品精準(zhǔn)營(yíng)銷。

應(yīng)用場(chǎng)景

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智能生產(chǎn)：傳統(tǒng)生產(chǎn)制造模式中的生產(chǎn)設(shè)備分散，而且特殊設(shè)備處于高危區(qū)域中，所以造成生產(chǎn)設(shè)備的操作、監(jiān)測(cè)、管理等極為不便。此外，因設(shè)備與設(shè)備之間的不能通信而造成生產(chǎn)制造過(guò)程缺乏協(xié)同性，從而出現(xiàn)設(shè)備閑置或設(shè)備不足的現(xiàn)象，造成生產(chǎn)資源及生產(chǎn)能力分配不合理和浪費(fèi)。另一方面，由于缺乏數(shù)據(jù)傳導(dǎo)渠道和工具，對(duì)生產(chǎn)制造過(guò)程中的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、信息很難進(jìn)行傳輸和分析。因此，生產(chǎn)過(guò)程的管理和控制缺乏數(shù)據(jù)信息等決策依據(jù)的支撐，管理者的意志難以準(zhǔn)確傳遞和執(zhí)行。這樣會(huì)造成資源調(diào)度和生產(chǎn)規(guī)劃的不合理，并阻礙生產(chǎn)制造效率和質(zhì)量的提高。
解決方案：CPS通過(guò)軟硬件配合，可以完成物理實(shí)體與環(huán)境、物理實(shí)體之間（包括設(shè)備、人等）的感知、分析、決策和執(zhí)行。設(shè)備將在統(tǒng)一的接口協(xié)議或者接口轉(zhuǎn)化標(biāo)準(zhǔn)下連接，形成具有通信、精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)能力的網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)實(shí)時(shí)感知分析數(shù)據(jù)信息，并將分析結(jié)果固化為知識(shí)、規(guī)則保存到知識(shí)庫(kù)、規(guī)則庫(kù)中。知識(shí)庫(kù)和規(guī)則庫(kù)中的內(nèi)容，一方面幫助企業(yè)建立精準(zhǔn)、全面的生產(chǎn)圖景，企業(yè)根據(jù)所呈現(xiàn)的信息可以在最短時(shí)間內(nèi)掌握生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的變化，從而作出準(zhǔn)確判斷和快速應(yīng)對(duì)，在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)得到快速合理的解決；另一方面也可以在一定的規(guī)則約束下，將知識(shí)庫(kù)和規(guī)則庫(kù)中的內(nèi)容分析轉(zhuǎn)化為信息，通過(guò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自主控制，實(shí)現(xiàn)資源的合理優(yōu)化配置與協(xié)同制造。
智能服務(wù):伴隨著新工業(yè)革命的到來(lái)，先進(jìn)制造模式和技術(shù)不斷深化，用戶在高精度和制造高效率方面的需求越來(lái)越突出，帶來(lái)的是裝備越來(lái)越智能化、產(chǎn)品模塊越來(lái)越集成化，從而生產(chǎn)過(guò)程的精密性、自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化程度越來(lái)越高。企業(yè)大幅度提高生產(chǎn)效率的同時(shí)也面臨著裝備運(yùn)行復(fù)雜、使用難度日益增大的困擾，這些無(wú)疑會(huì)對(duì)企業(yè)的管理和服務(wù)帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。
對(duì)裝備應(yīng)用企業(yè)來(lái)講，需要將傳統(tǒng)的集中式控制向分布式控制轉(zhuǎn)變。裝備進(jìn)入制造企業(yè)成為了企業(yè)經(jīng)營(yíng)要素，企業(yè)的目標(biāo)是通過(guò)較低成本投入能夠高效生產(chǎn)出高品質(zhì)的產(chǎn)品。將智能裝備與關(guān)聯(lián)的其他裝備、相關(guān)軟件等要素有機(jī)的融合，配合基于大數(shù)據(jù)的先進(jìn)管理才可能實(shí)現(xiàn)，但是大量、多樣的智能裝備和產(chǎn)品融入，必然會(huì)產(chǎn)生各類海量的多樣化、碎片化信息，并且會(huì)貫穿到各個(gè)環(huán)節(jié)，這必然會(huì)給傳統(tǒng)制造模式在運(yùn)營(yíng)管理、維護(hù)等方面帶來(lái)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。對(duì)裝備制造企業(yè)來(lái)說(shuō)，裝備的復(fù)雜性、故障原因的多樣性，增加了自身和使用者故障解決的周期和成本，特別是大型復(fù)雜的協(xié)同運(yùn)行環(huán)境中，各裝備的維護(hù)活動(dòng)不能獨(dú)立進(jìn)行，更是加大了系統(tǒng)管理、維護(hù)、故障處理的難度和復(fù)雜度，加重企業(yè)負(fù)擔(dān)。智能化的普及帶來(lái)傳統(tǒng)企業(yè)管理復(fù)雜的問(wèn)題，管理的各個(gè)環(huán)節(jié)都是碎片化管理，裝備間、系統(tǒng)間、使用者等攸關(guān)方不能互聯(lián)互通，協(xié)同優(yōu)化。企業(yè)需要能夠保證裝備在協(xié)同優(yōu)化、健康管理、遠(yuǎn)程診斷、智能維護(hù)、共享服務(wù)等方面進(jìn)行高效應(yīng)用。利用CPS數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、虛實(shí)映射、系統(tǒng)自治等應(yīng)用特征，為解決上述需求提供了有效的手段。
解決方案：通過(guò)在自身或是相關(guān)要素搭載具有感知、分析、控制能力的智能系統(tǒng)，采用恰當(dāng)?shù)念l率對(duì)人、機(jī)、料、法、環(huán)數(shù)據(jù)進(jìn)行感知、分析和控制，運(yùn)用工業(yè)大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、 PHM、人工智能等技術(shù)手段，幫助企業(yè)解決裝備健康監(jiān)測(cè)、預(yù)防維護(hù)等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)“隱形數(shù)據(jù)-顯性數(shù)據(jù)-信息-知識(shí)”的循環(huán)優(yōu)化。同時(shí)通過(guò)將不同的“小”智能系統(tǒng)按需求進(jìn)行集成，構(gòu)建一個(gè)面向群體或是SoS的裝備的工業(yè)數(shù)據(jù)分析與信息服務(wù)平臺(tái)，對(duì)群體裝備間的相關(guān)多源信息進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析、挖掘，實(shí)現(xiàn)群體、 SoS之間數(shù)據(jù)和知識(shí)的共享優(yōu)化，解決遠(yuǎn)程診斷、協(xié)同優(yōu)化、共享服務(wù)等問(wèn)題，同時(shí)通過(guò)云端的知識(shí)挖掘、積累、組織和應(yīng)用，構(gòu)建具有自成長(zhǎng)能力的信息空間，實(shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)-知識(shí)-應(yīng)用-數(shù)據(jù)”。通過(guò)CPS按照需要形成本地與遠(yuǎn)程云服務(wù)相互協(xié)作、個(gè)體與群體（個(gè)體）、群體與系統(tǒng)的相互協(xié)同一體化工業(yè)云服務(wù)體系，能夠更好地服務(wù)于生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)智能裝備的協(xié)同優(yōu)化，支持企業(yè)用戶經(jīng)濟(jì)性、安全性和高效性經(jīng)營(yíng)目標(biāo)落地。
健康管理：將CPS與裝備管理相結(jié)合，通過(guò)應(yīng)用建模、仿真測(cè)試、驗(yàn)證等技術(shù)建立裝備健康評(píng)估模型，在數(shù)據(jù)融合的基礎(chǔ)上搭建具備感知網(wǎng)絡(luò)的智能應(yīng)用平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)裝備虛擬健康管理。通過(guò)智能分析平臺(tái)對(duì)裝備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的感知與監(jiān)測(cè)，并實(shí)時(shí)應(yīng)用健康評(píng)估模型進(jìn)行分析預(yù)演及評(píng)估，將運(yùn)行決策和維護(hù)建議反饋到控制系統(tǒng)，為裝備最優(yōu)使用和及時(shí)維護(hù)提供自主認(rèn)知、學(xué)習(xí)、記憶、重構(gòu)的能力，實(shí)現(xiàn)裝備健康管理。
智能維護(hù)：應(yīng)用建模、仿真測(cè)試及驗(yàn)證等技術(shù)，基于裝備虛擬健康的預(yù)測(cè)性智能維護(hù)模型，構(gòu)建裝備智能維護(hù)CPS系統(tǒng)。通過(guò)采集裝備的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，將相關(guān)的多源信息融合，進(jìn)行裝備性能、安全、狀態(tài)等特性分析，預(yù)測(cè)裝備可能出現(xiàn)的異常狀態(tài)，并提前對(duì)異常狀態(tài)采取恰當(dāng)?shù)念A(yù)測(cè)性維護(hù)。裝備智能維護(hù)CPS系統(tǒng)突破傳統(tǒng)的閾值報(bào)警和窮舉式專家知識(shí)庫(kù)模式，依據(jù)各裝備實(shí)際活動(dòng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立化的數(shù)據(jù)分析與利用，提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并處理，延長(zhǎng)資產(chǎn)的正常運(yùn)行時(shí)間
遠(yuǎn)程征兆性診斷：傳統(tǒng)的裝備售后服務(wù)模式下，裝備發(fā)生故障時(shí)需要等待服務(wù)人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行維修，將極大程度影響生產(chǎn)進(jìn)度，特別是大型復(fù)雜制造系統(tǒng)的組件裝備發(fā)生故障時(shí)，維修周期長(zhǎng)，更是增加了維修成本。在CPS應(yīng)用場(chǎng)景下，當(dāng)裝備發(fā)生故障時(shí)，遠(yuǎn)程專家可以調(diào)取裝備的報(bào)警信息、日志文件等數(shù)據(jù)，在虛擬的設(shè)備健康診斷模型中進(jìn)行預(yù)演推測(cè)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的故障診斷并及時(shí)、快速地解決故障，從而減少停機(jī)時(shí)間并降低維修成本。
協(xié)同優(yōu)化：CPS通過(guò)搭建感知網(wǎng)絡(luò)和智能云分析平臺(tái)，構(gòu)建裝備的全生命周期核心信息模型，并按照能效、安全、效率、健康度等目標(biāo)，通過(guò)對(duì)核心部件和過(guò)程特征等在虛擬空間進(jìn)行預(yù)測(cè)推演，結(jié)合不同策略下的預(yù)期標(biāo)尺線，從而篩選出最佳決策建議，為裝備使用提供輔助決策，從而實(shí)現(xiàn)裝備的最佳應(yīng)用。以飛機(jī)運(yùn)營(yíng)為例，運(yùn)營(yíng)中對(duì)乘客人數(shù)、飛行時(shí)間、飛行過(guò)程環(huán)境數(shù)據(jù)、降落數(shù)據(jù)、機(jī)場(chǎng)數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)的采集，同步共享給相關(guān)方：飛機(jī)設(shè)計(jì)與制造部門(mén)通過(guò)飛機(jī)虛擬模擬模型推演出最優(yōu)方案指導(dǎo)飛機(jī)操作人員、航空運(yùn)營(yíng)商提供最優(yōu)路線方案給地勤運(yùn)營(yíng)等。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的CPS(Cyber-Physical Systems)白皮书-摘选的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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