信息物理系统cps_图文.ppt
CPS信息物理融合网络化控制的研究PPT
Cyber—— 计算，通信和控制， 离散的，逻辑型的， 切换的
Physical——自然的 或者人工的系统， 按连续时间进行操 控
信息物理融合系统 (Cyber Physical System，CPS)是物理
进程与计算进程的融
1 合，是计算、通信和
控制的深度融合
CPS中，计算和通信嵌入物理进程中，并与之深度交互，使得物
2、CPS的特点
什么是信息物理融合系统
信息物理融合系统的发展与应用
单元不确定、不可靠
CPS由各种异构异质的计算、通信和物理单元组成。由于系统复杂性、开放性等原因，许多单元体现出严重
的不确定性和不可靠性。 比如，与传统控制系统不同，CPS中计算单元的负载往往具有时变性，计算设备本身可能是商用产品（而不是 专用的工控产品），从而具有性能不确定性、非实时性，且可靠性较低，容易出现硬件或软件故障。 由于节点间通信可能处于开放环境中（如无线通信），通信链路可能会由于环境噪声的影响而体现出不稳定 性，节点甚至可能会因为受到恶意攻击而失效。
子系统内部的物理设备同样需要由某种（或者多种异构的）网络 进行互联。
CPS 中，通信网络将在不同层次、不同规模、不同环境下被广泛
采用，从而在各个物理实体之间实现泛在的互联互通。
2、CPS的特点
什么是信息物理融合系统
信息物理融合系统的发展与应用
分布式的传感、计算和控制
物理部件都嵌入一定的信息处理功能，同时系统中各物理设备 （感知、驱动、对象等）往往被安置在不同的地理位置，它们 之间具有强耦合性 CPS 中的许多感知、计算和控制任务均是由地理上分散的多个 单元协同完成的，具有较严格的时间（即实时性）和空间约束。
物理组件上嵌入式系统的计算能力，能够将“被 动的”物理数据转换为“主动的”信息。
互联网与物联网PPT课件
Communication Network
Switched Communication
Network
n Communication network: move information u bird, fire, telegraph, telephone, u 计算机网络…Internet … (IP-address, Router, …)
A Taxonomy of Communication Networks
n 人工智能 / 大数据 / 云计算 n 大数据 + 云计算 ==》支持人工智能 u 博弈：1997年IBM的深蓝计算机战胜了国际象棋大师卡斯 帕洛夫，2016年3月 AlphaGo战胜韩国围棋棋王李世石 u 机器翻译和自然语言理解: 语音识别 Siri u 计算机视觉和图像处理：iPhone7指纹识别 ，网上身份 证“刷脸”试点 u 自动驾驶/无人驾驶: 智能交通导航, Google, 特斯拉 u 智能机器人: 仿人体结构
互联网 Internet
物联网 IoT / 信息物理系统 CPS 人机物系统 / 信息-物理-人 CPH
(Cyber – Physics – Human)
2016.11
互联网+ / 人工智能 / 大数据 / 云计算
n 互联网 + / 人工智能 u 工、农、兵、学、商 u “中国制造2025” ---“德国工业4.0”
Router E
Router C
Router A
Router D
什么是CPS信息物理系统？
什么是CPS信息物理系统？信息物理系统(CPS,Cyber-Physical Systems)是一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统，通过3C(Computing、Communication、Control)技术的有机融合与深度协作，实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务。
CPS实现计算、通信与物理系统的一体化设计，可使系统更加可靠、高效、实时协同，具有重要而广泛的应用前景。
1.CPS定义信息物理系统(cyber physical systems,简称CPS)作为计算进程和物理进程的统一体，是集成计算、通信与控制于一体的下一代智能系统。
信息物理系统通过人机交互接口实现和物理进程的交互，使用网络化空间以远程的、可靠的、实时的、安全的、协作的方式操控一个物理实体。
信息物理系统包含了将来无处不在的环境感知、嵌入式计算、网络通信和网络控制等系统工程，使物理系统具有计算、通信、精确控制、远程协作和自治功能。
它注重计算资源与物理资源的紧密结合与协调，主要用于一些智能系统上如机器人，智能导航等。
CPS是在环境感知的基础上，深度融合计算、通信和控制能力的可控可信可扩展的网络化物理设备系统，它通过计算进程和物理进程相互影响的反馈循环实现深度融合和实时交互来增加或扩展新的功能，以安全、可靠、高效和实时的方式检测或者控制一个物理实体。
2.CPS的特征海量运算是CPS接入设备的普遍特征，因此，接入设备通常具有强大的计算能力。
从计算性能的角度出发，把一些高端的CPS应用比作胖客户机/服务器架构的话，那么物联网则可视为瘦客户机服务器，因为物联网中的物品不具备控制和自治能力，通信也大都发生在物品与服务器之间，因此物品之间无法进行协同。
从这个角度来说物联网可以看作CPS的一种简约应用，或者说，CPS让物联网的定义和概念明晰起来。
在物联网中主要是通过RFID与读写器之间的通信，人并没有介入其中。
感知在CPS中十分重要。
工业自动化中的信息物理系统与智能制造
通信技术
实现设备间的信息交互和远程 控制，包括有线和无线通信技
术。
云计算技术
提供大规模数据处理和分析能 力，支持远程监控和智能决策
。
信息物理系统在工业自动化实时监测和预测，提高生产效率和产品 质量。
提高工业安全性和可靠性
通过实时监测和预警，降低事故风险和设备 故障率。
工业自动化中的信息物理系统与 智能制造
目录
• 信息物理系统概述 • 智能制造概述 • 信息物理系统在智能制造中的应用 • 工业自动化中的信息物理系统面临的挑战
与解决方案 • 信息物理系统与智能制造的未来发展趋势
01
信息物理系统概述
信息物理系统的定义
信息物理系统（CPS）：一种新型的智能系统，通过集成计算、通信和控制技术， 实现物理世界与信息世界的深度融合。
人工智能与信息物理系统的深度融合
智能感知与决策
利用人工智能技术，实现生产过程中的智能感知 、预测和决策，提高生产效率和产品质量。
自主学习与优化
通过人工智能技术，实现生产过程的自主学习和 持续优化，降低能耗和减少排放。
人机协作与安全
借助人工智能技术，实现人机协作和安全保障， 提高生产安全性和人机交互体验。
样化需求，提升市场竞争力。
工业互联网的融合发展
设备互联互通
通过工业互联网平台，实 现生产设备、物料、人员 等要素的互联互通，提高 生产协同效率。
数据驱动决策
利用大数据分析技术，实 现数据驱动的决策支持， 优化生产过程，降低成本 。
远程监控与维护
通过远程监控技术，实时 掌握设备运行状态，实现 预防性维护和远程故障诊 断。
CPS通过传感器和执行器与物理环境进行交互，实现实时监测、预测和优化控制。
信息物理系统PPT学习课件
机遇与挑战
• “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
物理设备无处不在，并将推动工
业产品和技术的升级换代，极大
地提高汽车、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。”何积丰表示，“CPS 不仅会催生出新的工业，甚至会 重新排列现有产业布局。 19
• CPS在对网络内部设备的远 程协调能力、自治能力、 控制对象的种类和数量， 特别是网络规模上远远超 过现有的工控网络。
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CPS发展
• 在资助CPS研究上扮演重要角 色的美国国家科学基金会(NSF) 认为，CPS将让整个世界互联 起来。“如同互联网改变了人 与人的互动一样，CPS将会改 变我们与物理世界的互 动。”NSF计算机与信息科学 和工程总监Branicky表示。
6
CPS的特征
• 海量运算是CPS接入设备的普遍特征， 因此，接入设备通常具有强大的计算能 力。从计算性能的角度出发，把一些高 端的CPS应用比作胖客户机/服务器架构 的话，那么物联网则可视为瘦客户机服 务器，因为物联网中的物品不具备控制 和自治能力，通信也大都发生在物品与 服务器之间，因此物品之间无法进行协 同。从这个角度来说物联网可以看作 CPS的一种简约应用，或者说，CPS让物 联网的定义和概念明晰起来。在物联网 中主要是通过RFID与读写器之间的通信， 人并没有介入其中。
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网络层：连接信息世界与物理世界的各种 对象，实现数据交换，支持协同感知和协 同控制的CPS实时网络（CPSRTnet）， 为系统提供实时网络服务，保证网络分组 的实时传输。
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控制层：控制层根据认知层的认知结果， 确定控制策略，发布控制指令，远程指 挥各个物理设备终端协同控制物理世界， 形成反馈循环控制系统。
信息物理系统CPS
信息物理系统CPS在当今科技飞速发展的时代，信息物理系统（CPS）正逐渐成为推动各领域创新和变革的关键力量。
或许对于很多人来说，“信息物理系统”这个名词还稍显陌生，但实际上它已经在我们的生活中扮演着越来越重要的角色。
那么，究竟什么是信息物理系统呢？简单来说，信息物理系统是一个将计算、通信和控制技术深度融合的系统，它实现了物理世界和信息世界的交互与协同。
想象一下，一辆自动驾驶汽车，它不仅能够感知周围的环境，还能根据实时数据进行决策和控制，从而安全、高效地行驶。
在这个过程中，车辆上的各种传感器收集物理世界的信息，如道路状况、车辆位置和速度等，然后通过网络将这些信息传输到计算中心进行处理和分析，计算中心再根据分析结果向车辆的控制系统发送指令，实现车辆的加速、减速、转向等操作。
这就是一个典型的信息物理系统。
信息物理系统的核心在于“融合”。
它打破了传统上物理系统和信息系统之间的界限，使得两者能够紧密结合、协同工作。
在工业生产中，信息物理系统可以实现生产设备的智能化监控和管理。
通过在设备上安装传感器，实时采集设备的运行状态、温度、压力等数据，并将这些数据传输到控制中心，工作人员可以及时发现设备的故障隐患，提前进行维护和修理，从而大大提高生产效率，降低生产成本。
在医疗领域，信息物理系统可以为患者提供更加精准、个性化的医疗服务。
例如，智能血糖仪可以实时监测患者的血糖水平，并将数据自动传输到医生的电脑上，医生可以根据这些数据调整治疗方案，更好地控制患者的病情。
信息物理系统的发展离不开一系列关键技术的支持。
首先是传感器技术，它是信息物理系统获取物理世界信息的“眼睛”和“耳朵”。
传感器的精度和可靠性直接影响到系统的性能。
其次是通信技术，高效、稳定的通信网络是确保信息快速、准确传输的关键。
5G 技术的出现，为信息物理系统的发展提供了更强大的通信支持，使得海量数据能够在瞬间传输。
此外，云计算和大数据技术为信息物理系统提供了强大的计算和数据分析能力，人工智能技术则可以帮助系统实现智能化的决策和控制。
CPS(物理信息系统)介绍
CPS系统介绍Cyber-Physical System定义CPS就是一个在环境感知的基础上，深度融合了计算、通信和控制能力的可控可信可扩展的网络化物理设备系统，它通过计算进程和物理进程相互影响的反馈循环实现深度融合和实时交互来增加或扩展新的功能，以安全、可靠、高效和实时的方式监测或者控制一个物理实体。
CPS的最终目标是实现信息世界和物理世界的完全融合，构建一个可控、可信、可扩展并且安全高效的CPS网络，并最终从根本上改变人类构建工程物理系统的方式介绍视频信息世界是指工业软件和管理软件、工业设计、互联网和移动互联网等；物理世界是指能源环境、人、工作环境、局域通信以及设备与产品等。
信息世界与物理世界交汇融合形成且能够自我学习，自我判断，自我决策及学习成长的系统，这是我们追求的终极CPS介绍视频CPS 发展传感网IoT泛在计算环境智能嵌入式系统物理信息系统2002200520002006嵌入式(Embedded System)系统是软件和硬件的综合体，在某些情况下，还可以包括机械装置。
传统的物理设备通过嵌入式系统来扩展或增加新的功能，其形成的系统基本上是封闭的系统，在一些工控网络中，有可能采用工业控制总线进行通讯，但其通信功能较弱，网络内部难以通过开放总线或者互联网进行互联。
物联网(The Internet of Things)指通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
其核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络，在物联网中，用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。
传感网(Sensor Network)节点是传感器，通过自组织的方式构成无线网络，感知的对象是诸如温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等物理属性，实现特定区域的监测。
CPS(信息物理融合系统).doc
维基百科（/wiki/Cyber-physical_system）的定义是：A cyber-physical system (CPS) is a system featuring a tight combination of, and coordination between, the system’s computationa l and physical elements. Today, a pre-cursor generation of cyber-physical systems can be found in areas as diverse as aerospace, automotive, chemical processes, civil infrastructure, energy, healthcare, manufacturing, transportation, entertainment, and consumer appliances. This generation is often referred to as embedded systems. In embedded systems the emphasis tends to be more on the computational elements, and less on an intense link between the computational and physical elements.Unlike more traditional embedded systems, a full-fledged CPS is typically designed as a network of interacting elements with physical input and output instead of as standalone devices.[1] The notion is closely tied to concepts of robotics and sensor networks. The expectation is that in the coming years ongoing advances in science and engineering will improve the link between computational and physical elements, dramatically increasing the adaptability, autonomy, efficiency, functionality, reliability, safety, and usability of cyber-physical systems. The advances will broaden the potential of cyber-physical systems in several dimensions, including: intervention (e.g., collision avoidance); precision (e.g., robotic surgery and nano-level manufacturing); operation in dangerous or inaccessible environments (e.g., search and rescue, firefighting, and deep-sea exploration); coordination (e.g., air traffic control, war fighting); efficiency (e.g.,zero-net energy buildings); and augmentation of human capabilities (e.g., healthcare monitoring and delivery)。