信息物理系统CPS
信息物理系统(CPS)是控制系统、嵌入式系统的扩展与延伸。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，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、高效协同的夏杂系统。
CPS的本质是基于“物”的互联，构建与物理空间相映射的数字空间。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和不确定性问题,提高资源配置效率,实现资源优化。
1.CPS的体系架构
(1)单元级CPS
是具有不可分割性的CPS最小单元,是具备可感知、可计算、可交互、可延展、自决策功能的CPS最小单元，例如：一个智能部件、一个工业机器人或一个智能机床。
(2)系统级CPS
多个最小单元(单元级)通过工业网络实现更大范围、更宽领域的数据自动流动,实现了多个单元级CPS的互联、互互通和互操作，进一步提高制造资源优化配置的广度、深度和精度。包含互联互通、即插即用、边缘网关、数据互操作、协同控制、监视与诊断等功能。
(3) SOS级
多个系统级CPS的有机组合构成SOS级CPS。例如：多个工序(系统的CPS)形成一个车间级的CPS或者形成整个工厂的CPS。王要实现数据的汇聚,从而对内进行资产的优化和对外形成运营优化服务。其主要功能包括:数据存储、数据融合、分布式计算、大数据分析、数据服务,并在数据服务的基础上形成了资产性能管理和运营优化服务。
2.CPS的技术体系
1、CPS总体技术：
主要包括系统架构、异构系统集成、安全技术、试验验证技术等,是CPS的顶层设计技术;
2、CPS支撑技术：
主要包括智能感知、嵌入式软件、数据库、人机交互、中间件、SDN(软件定义网络广物联网、大数据等，是基于CPS应用的支撑;
3、CPS核心技术：
主要包括虚实融合控制、智能装备、MBD、数字孪生技术、现场总线、工业以太网、CAX/MES/ERP/PLM/CRM/SCM等，是CPS的基础技术。
上述技术体系可以分为四大核心技术要素，即：
"一硬"(感知和自动控制)：CPS实现的硬件支撑，智能感知技术（传感器）、虚实融合控制技术（嵌入式控制）
"一软"(工业软件)"：固化了CPS计算和数据流程的规则,是CPS的核心;
一网"(工业网络)：互联互通和数据传输的网络载体
"一平台"(工业云和智能服务平台)：CPS数据汇聚和支撑上层解决方案的基础，对外提供资源管控和能力服务。
3、CPS 典型应用场景
1、智能设计
CPS 能模拟真实使用环境（仿真），帮助实现产品迭代和改进，用在生产线 / 工厂设计、产品及工艺设计
2、智能生产
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设备管理：CPS 把各系统连起来成智能网络平台，实现设备互联。
- 生产管理：实现生产过程监控、智能决策、管理生产各环节。
3、智能服务
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健康管理：用健康评估模型分析装备，给控制系统反馈运行和维护建议，让装备保持健康。
- 智能维护：通过仿真等技术建智能维护系统，采集装备实时数据预测状态，提前维护。
- 远程诊断：装备出故障，远程专家用虚拟模型和数据诊断，快速解决，减少停机损失。
- 协同优化：像飞机运营，采集各方数据共享，通过虚拟模型出最优方案指导各方操作。
- 共享服务：CPS 让智能装备共享信息，互相帮忙分析计算，还能参考云端知识优化自身活动。
4、智能应用
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无人装备：基于 “新四基” 的 CPS 让装备自己学习操控知识，用物的智能代替人，还能在同类装备上推广，低成本实现智能化。
- 产业链互动：市场饱和时，利用工业网络分析产品使用情况，预测需求，让设计者、生产者和用户一起优化设计生产。
- 价值链共赢：制造企业靠 CPS 向服务商转型，提供定制服务，参与售后盈利，分担用户风险，大家都获利。
4、CPS 建设路径
CPS 能提升企业制造水平，但建设要按层级一步步来，分这几个阶段：
- CPS 体系设计：根据行业和自身情况，设计应用模式、架构、安全和标准规范等。
- 单元级 CPS 建设：目标是用硬件、软件和通信模块构成数据闭环，重点是安装感控设备和数字化工艺流程，实现资源优化。
- 系统级 CPS 建设：重点是建工业网络，让更多单元级 CPS 能互联互通、协同控制，扩大数据流动范围。
- SoS 级 CPS 建设：重点是建大数据和智能服务平台，组合多个系统级 CPS，提升数据存储处理和智能服务能力。
