智能制造导论-p298.pdf - 第84页
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…
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。
2.4.5 CPS与智能制造
2） 涵盖物联网
CPS的出现，使得物联网的定义和概念明确起来，物联网就是主要应
用在物流领域的技术，物与物之间的互联无非就“各报家门”，知道
对方“何许人也”这么简单，而相对于将物与物相连的物联网技术，
CPS要求接入网络的设备具备更加精确和复杂的计算能力。如果从计
算性能的角度出发，把一些高端的CPS的客户机、服务器比作“身材
健硕”的，那么物联网的同类应用则可视为“瘦小羸弱”的，因为物
联网中的通信大都发生在物品与服务器之间，物品本身不具备控制和
自治能力，也无法进行彼此之间的协同。海量运算是很多CPS接入设
备的主要特征，以基于CPS的智能交通系统为例，满足CPS要求的汽车
电子系统通常需要进行海量运算，而目前已经十分复杂的汽车电子系
统根本无法胜任这一要求。
在CPS中，物理设备指的是自然界的一切客体，既包括冷冰冰的设备，
也有活生生的生物。现有互联网的边界是各种终端设备，人们与互联
网通过这些终端来进行信息交换。而在CPS中，人可以成为CPS网络的
“接入设备”，这种信息的交互可能是通过芯片与人的神经系统直接
互联实现的。尽管物联网技术也能做到把无线电射频芯片嵌入人体，
但其本质上还是通过无线电射频芯片与读写器进行通信，人并没有真
正参与其中。然而在CPS中，人的感知十分重要。