智能制造导论-p298.pdf - 第82页
2.4.3 特征 5 ） 时间关键 性 物理世界的 时间是不可逆转的 ，因而 CPS 的应用对 时间性有着严格的 要求，信 息获取和提 交的实时性会影响 用户的判断与决策 精度，尤其是在重 要基础设 施领域。 6 ） 安全关键 性 CPS 的系统规 模与复杂性对信息 系统安全提出了更 高的要求，尤其重 要的是需 要理解与防 范恶意攻击带来的 严重威胁，以及 CP S 用户的被动隐私暴 露等问题。 7 ） 异构性 CPS 包含了许 多功能…
2.4.3 特征
CPS具有与传统的实时嵌入式系统以及监控与数据采集系统
(Supervisory Control And Data Acquisition Systems，SCA-DA)不同的特殊
性质。
1） 全局虚拟性、局部物理性
局部物理世界发生的感知和操纵，可以跨越整个虚拟网络，并被安全、
可靠、实时地观察和控制。
2） 深度嵌入性
嵌入式传感器与执行器使计算深深嵌入到每一个物理组件，甚至可能
嵌入进物质里，从而使物理设备具备计算、通信、精确控制、远程协
调和自治等功能，更使计算变得普通，成为物理世界的一部分。
3） 事件驱动性
物理环境和对象状态的变化构成“CPS事件”：触发事件→感知→决
策→控制→事件的闭环过程，最终改变物理对象状态。
4） 以数据为中心
CPS各个层级的组件与子系统都围绕数据融合向上层提供服务，数据
沿着从物理世界接口到用户的路径一路不断提升抽象级，用户最终得
到全面的、精确的事件信息。
2.4.3 特征
5） 时间关键性
物理世界的时间是不可逆转的，因而CPS的应用对时间性有着严格的要求，信
息获取和提交的实时性会影响用户的判断与决策精度，尤其是在重要基础设
施领域。
6） 安全关键性
CPS的系统规模与复杂性对信息系统安全提出了更高的要求，尤其重要的是需
要理解与防范恶意攻击带来的严重威胁，以及CPS用户的被动隐私暴露等问题。
7） 异构性
CPS包含了许多功能与结构各异的子系统，各个子系统之间需要通过有线或无
线的通信方式相互协调工作，因此，CPS也被称为混合系统或者系统的系统。
8） 高可信赖性
物理世界不是完全可预测和可控的，对于意想不到的情况，必须保证CPS的鲁
棒性(Robustness，即健壮和强壮性)，同时还须保证其可靠性、高效率、可扩
展性和适应性。
9） 高度自主性
组件与子系统都具备自组织、自配置，自维护、自优化和自保护能力，可以
支持CPS完成自感知、自决策和自控制。
10） 领域相关性
在诸如汽车、石油化工、航空航天、制造业、民用基础设施等工程应用领域，
CPS的研究不仅着眼于其自身，也着眼于这些系统的容错、安全、集中控制和
社会等方面对它们的设计产生的影响。
2.4.4 机遇与挑战
CPS的应用，小到智能家居等家用级系统，大到工业控制系统、智能交通系统
等国家级、世界级系统，其市场规模难以估量。更重要的是， CPS广泛应用的
目标不仅仅是要简单地将诸如家电等产品连在一起，还要催生出众多具有计
算、通信、控制、协同和自治性能的设备。
下一代工业将建立在CPS之上。随着CPS技术的发展和普及，使用计算机和网
络实现功能扩展的物理设备将无处不在，它们必将推动工业产品和技术的升
级换代，极大的提高汽车、航空航天、国防、工业自动化、健康医疗设备、
重大基础设施等主要工业领域的竞争力。CPS不仅会催生出新的工业，甚至会
重新调配现有产业布局。
CPS既昭示着无限前景，也带来了极大的挑战，这些挑战很大程度上来自控制
与计算之间的差异。通常，控制领域是通过微分方程和连续的边界条件来处
理问题的，而计算则建立在离散数学的基础上；控制对时间和空间都十分敏
感，而计算则只关心功能的实现。因此，这种差异将给计算机应用科学带来
基础性的变革。