智能制造导论-p298.pdf - 第83页
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，…
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。
2.4.5 CPS与智能制造
CPS对智能制造系统具有非常重要的意义。
1） 让地球互联
CPS的意义在于将物理设备联网，特别是连接到互联网上，使得物理
设备具有计算、通信、精确控制、远程协调和自治等五大功能。
本质上说，CPS是一个具备控制属性的网络，但它又有别于现有的控
制系统。20世纪40年代，美国麻省理工学院发明了数控技术，如今，
基于嵌入式计算系统的工业控制系统遍地开花，工业自动化早已成熟，
日常生活中所使用的各种家电都具有控制功能。但是，这些控制系统
基本上属于封闭系统，即使其中一些工控应用网络具有联网和通信的
功能，这种网络一般也仅限于工业控制总线，网络内部各个独立的子
系统或者说设备则难以通过开放总线或者互联网进行互联，而且它们
的通信功能普遍较弱，但CPS则把通信放在与计算、控制同等的地位
上。在CPS所强调的分布式应用系统中，物理设备之间的协调是离不
开通信的。CPS对网络内部设备的远程协调能力、自制能力、所控制
对象的种类和数量、特别是网络规模上都远远超过现有的工控网络。
理论上，CPS可使整个世界互联起来，就如同互联网在人与人之间建
立互动一样，CPS也将深化人与物理世界的互动。