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MPMC301

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在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，信息物理系統(tǒng)(cyber-physical systems, 以下簡稱“CPS”)將助力PHM，在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮更大的效用。

  信息物理系統(tǒng)是指從實(shí)體空間的對象、環(huán)境、活動中進(jìn)行大數(shù)據(jù)的采集、存儲、建模、分析、挖掘、評估、預(yù)測、優(yōu)化、協(xié)同，并與對象的設(shè)計(jì)、測試和運(yùn)行性能表征相結(jié)合，產(chǎn)生與實(shí)體空間深度融合、實(shí)時(shí)交互、互相耦合、互相更新的網(wǎng)絡(luò)空間[3]。CPS的實(shí)現(xiàn)將革新人與工程系統(tǒng)的交互方式，就像互聯(lián)網(wǎng)革新我們的生活一樣。CPS的理論雖然還在發(fā)展中，但其一經(jīng)提出便在當(dāng)下求變心切的工業(yè)界中引起關(guān)注[4]–[8]。原因之一，是CPS應(yīng)用的廣泛性：能源、航空、汽車、醫(yī)療等等，CPS的理論框架能夠應(yīng)用在幾乎所有工業(yè)領(lǐng)域，可能成為這些行業(yè)顛覆性的重要變革技術(shù)；原因之二，是CPS能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)建模分析方法的不足。這種不足體現(xiàn)在兩點(diǎn)：一是傳統(tǒng)的分析方法無法實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地描述實(shí)體系統(tǒng)與模型間復(fù)雜而動態(tài)的關(guān)系，這導(dǎo)致了模型在實(shí)體系統(tǒng)狀態(tài)變化時(shí)沒有辦法準(zhǔn)確預(yù)測實(shí)體系統(tǒng)行為；二是傳統(tǒng)的基于單機(jī)設(shè)計(jì)的模型無法適應(yīng)層級分布式、高度暫態(tài)化的互聯(lián)工業(yè)系統(tǒng)。在工業(yè)資產(chǎn)管理領(lǐng)域，CPS將能夠?qū)崟r(shí)跟蹤實(shí)體系統(tǒng)的性能變化并預(yù)測其健康狀態(tài)，有潛力為工業(yè)系統(tǒng)提供自知(self-awareness)、自較(self-comparison)、甚至自愈(self-maintenance)的能力，成為未來工業(yè)智能系統(tǒng)的核心組成部分。

CPS的“5C”體系架構(gòu)

  CPS的架構(gòu)主要包含兩個主要部分：一是先進(jìn)的工業(yè)設(shè)備的連通性，以保證數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地在實(shí)體空間與網(wǎng)絡(luò)空間之間流動；二是智能的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，以構(gòu)筑網(wǎng)絡(luò)空間。然而，與通常意義的數(shù)據(jù)分析不同，CPS更加強(qiáng)調(diào)實(shí)體空間與網(wǎng)絡(luò)空間的互相依存關(guān)系，而這種關(guān)系在實(shí)體空間上的體現(xiàn)便是連通性，在網(wǎng)絡(luò)空間上的體現(xiàn)便是智能的數(shù)據(jù)分析。根據(jù)CPS的特點(diǎn)，其體系架構(gòu)主要可以設(shè)計(jì)為由五個層級構(gòu)成，簡稱為“5C”架構(gòu)[9], [10]。這個架構(gòu)為建立工業(yè)場景中的CPS系統(tǒng)提供了理論支持與參考。