信息物理系統(tǒng)8.3.1信息物理系統(tǒng)概述8.3.2信息物流系統(tǒng)的體系架構(gòu)8.3.3信息物理系統(tǒng)在物流中的應(yīng)用18.38.3.1信息物理系統(tǒng)概述21概念2層次3特征31.CPS的概念CPS通過集成先進的感知、計算、通信、控制等信息技術(shù)和自動控制技術(shù)，構(gòu)建了物理空間與信息空間中人、機、物、環(huán)境、信息等要素相互映射、適時交互、高效協(xié)同的復(fù)雜系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)資源配置和運行的按需響應(yīng)、快速迭代、動態(tài)優(yōu)化。信息物理系統(tǒng)白皮書（2016）41.CPS的概念51.CPS的概念狀態(tài)感知是對外界狀態(tài)的數(shù)據(jù)獲取通過傳感器、物聯(lián)網(wǎng)等一些數(shù)據(jù)采集技術(shù)，將這些蘊含在物理實體背后的數(shù)據(jù)不斷地傳遞到信息空間，使得數(shù)據(jù)不斷“可見”，變?yōu)轱@性數(shù)據(jù)。實時分析是對顯性數(shù)據(jù)的進一步理解經(jīng)過實時分析環(huán)節(jié)，利用數(shù)據(jù)挖掘、機器學(xué)習(xí)、聚類分析等數(shù)據(jù)處理分析技術(shù)對數(shù)據(jù)進一步分析估計使得數(shù)據(jù)不斷“透明”，將顯性化的數(shù)據(jù)進一步轉(zhuǎn)化為直觀可理解的信息。61.CPS的概念科學(xué)決策是對信息的綜合處理權(quán)衡判斷當(dāng)前時刻獲取的所有來自不同系統(tǒng)或不同環(huán)境下的信息，形成最優(yōu)決策來對物理空間實體進行控制。精準(zhǔn)執(zhí)行是對決策的精準(zhǔn)物理實現(xiàn)執(zhí)行的本質(zhì)是將信息空間產(chǎn)生的決策轉(zhuǎn)換成物理實體可以執(zhí)行的命令，進行物理層面的實現(xiàn)。輸出更為優(yōu)化的數(shù)據(jù)，使得物理空間設(shè)備運行的更加可靠，資源調(diào)度更加合理，實現(xiàn)企業(yè)高效運營，各環(huán)節(jié)智能協(xié)同效果逐步優(yōu)化。71.CPS的概念數(shù)據(jù)自動流動應(yīng)是以資源優(yōu)化為最終目標(biāo)“螺旋式”上升的過程。81.CPS的概念物聯(lián)網(wǎng)以及傳感網(wǎng)，最擅長的是基于無線連接，主要實現(xiàn)的是感知，控制的成分很少。CPS在實現(xiàn)信息傳遞之外，協(xié)調(diào)能力，計算能力更加強大，從而實現(xiàn)自治。92.CPS的層次一個智能部件、一臺智能設(shè)備、一條智能產(chǎn)線、一個智能工廠都可能成為一個CPS。10（1）單元級CPS單元級CPS能夠通過物理硬件、自身嵌入式軟件系統(tǒng)及通信模塊，構(gòu)成含有“感知-分析-決策-執(zhí)行”數(shù)據(jù)自動流動基本的閉環(huán)，實現(xiàn)在設(shè)備工作能力范圍內(nèi)的資源優(yōu)化配置。感知和自動控制硬件、工業(yè)軟件及基礎(chǔ)通信模塊主要支撐和定義產(chǎn)品的功能。11（2）系統(tǒng)級CPS多個單元級CPS及非CPS單元設(shè)備的集成構(gòu)成系統(tǒng)級CPS。多個單元級CPS匯聚到統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)，對系統(tǒng)內(nèi)部的多個單元級CPS進行統(tǒng)一指揮，實體管理進而提高各設(shè)備間協(xié)作效率，實現(xiàn)生產(chǎn)線范圍內(nèi)的資源優(yōu)化配置。網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通（CPS總線）至關(guān)重要，確保多個單元級CPS能夠交互協(xié)作。12（3）SoS級CPS在系統(tǒng)級CPS的基礎(chǔ)上，可以通過構(gòu)建CPS智能服務(wù)平臺，實現(xiàn)系統(tǒng)級CPS之間的協(xié)同優(yōu)化。13（3）SoS級CPSCPS智能服務(wù)平臺能夠?qū)⒍鄠€系統(tǒng)級CPS工作狀態(tài)統(tǒng)一監(jiān)測，實時分析，集中管控。利用數(shù)據(jù)融合、分布式計算、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對多個系統(tǒng)級CPS的生產(chǎn)計劃、運行狀態(tài)、壽命估計統(tǒng)一監(jiān)管，實現(xiàn)企業(yè)級遠(yuǎn)程監(jiān)測診、供應(yīng)鏈協(xié)同、預(yù)防性維護。實現(xiàn)更大范圍內(nèi)的資源優(yōu)化配置，避免資源浪費。143.CPS的特征數(shù)據(jù)驅(qū)動軟件定義泛在連接虛實映射異構(gòu)集成系統(tǒng)自治15（1）數(shù)據(jù)驅(qū)動CPS通過構(gòu)建“狀態(tài)感知、實時分析、科學(xué)決策、精準(zhǔn)執(zhí)行”數(shù)據(jù)的自動流動的閉環(huán)賦能體系，能夠?qū)?shù)據(jù)源源不斷地從物理空間中的隱性形態(tài)轉(zhuǎn)化為信息空間的顯性形態(tài)，并不斷迭代優(yōu)化形成知識庫。16（2）軟件定義從生產(chǎn)流程的角度看，CPS會全面應(yīng)用到研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、管理服務(wù)等方方面面，通過對人、機、物、法、環(huán)全面的感知和控制，實現(xiàn)各類資源的優(yōu)化配置。這一過程需要依靠對工業(yè)技術(shù)模塊化、代碼化、數(shù)字化并不斷軟件化被廣泛利用。從產(chǎn)品裝備的角度看，一些產(chǎn)品和裝備本身就是CPS。軟件不但可以控制產(chǎn)品和裝備運行，而且可以把產(chǎn)品和裝備運行的狀態(tài)實時展現(xiàn)出來，通過分析、優(yōu)化，作用到產(chǎn)品、裝備的運行，甚至是設(shè)計環(huán)節(jié)，實現(xiàn)迭代優(yōu)化。軟件是成為實現(xiàn)CPS功能的核心載體之一17（3）泛在連接構(gòu)成CPS的各器件、模塊、單元、企業(yè)等實體都要具備泛在連接能力，并實現(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)、跨行業(yè)、異構(gòu)多技術(shù)的融合與協(xié)同，以保障數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)的自由流動。泛在連接通過對物理世界狀態(tài)的實時采集、傳輸，以及信息世界控制指令的實時反饋下達，提供無處不在的優(yōu)化決策和智能服務(wù)。18（4）虛實映射以物理實體建模產(chǎn)生的靜態(tài)模型為基礎(chǔ)，通過實時數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)集成和監(jiān)控，動態(tài)跟蹤物理實體的工作狀態(tài)和工作進展，將物理空間中的物理實體在信息空間進行全要素重建，形成具有感知、分析、決策、執(zhí)行能力的數(shù)字孿生。借助信息空間對數(shù)據(jù)綜合分析處理的能力，形成對外部復(fù)雜環(huán)境變化的有效決策，并通過以虛控實的方式作用到物理實體。19（5）異構(gòu)集成在高層次的CPS，如SoS級CPS中，往往會存在大量不同類型的硬件、軟件、數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)。CPS能夠?qū)⑦@些異構(gòu)硬件、異構(gòu)軟件、異構(gòu)數(shù)據(jù)及異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)集成起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在信息空間與物理空間不同環(huán)節(jié)的自動流動，實現(xiàn)信息技術(shù)與工業(yè)技術(shù)的深度融合，因此，CPS必定是一個對多方異構(gòu)環(huán)節(jié)集成的綜合體。20（6）系統(tǒng)自治CPS能夠根據(jù)感知到的環(huán)境變化信息，在信息空間進行處理分析，自適應(yīng)的對外部變化做出有效響應(yīng)。在更高層級的CPS中多個CPS之間通過網(wǎng)絡(luò)平臺互聯(lián)實現(xiàn)CPS之間的自組織。多個單元級CPS統(tǒng)一調(diào)度，編組協(xié)作，在生產(chǎn)與設(shè)備運行、原材料配送、訂單變化之間的自組織、自配置、自優(yōu)化，實現(xiàn)生產(chǎn)運行效率的提升，訂單需求的快速響應(yīng)等；多個系統(tǒng)級CPS通過統(tǒng)一的智能服務(wù)平臺連接在一起，在企業(yè)級層面實現(xiàn)生產(chǎn)運營能力調(diào)配，企業(yè)經(jīng)營高效管理、供應(yīng)鏈變化響應(yīng)等更大范圍的系統(tǒng)自治。8.3.2信息物流系統(tǒng)的體系架構(gòu)21單元級系統(tǒng)級SOS級221.單元級的體系架構(gòu)通過軟件對物理實體及環(huán)境進行狀態(tài)感知、計算分析，并最終控制到物理實體，構(gòu)建最基本的數(shù)據(jù)自動流動的閉環(huán)，形成物理世界和信息世界的融合交互。232.系統(tǒng)級的體系架構(gòu)系統(tǒng)級CPS基于多個單元級CPS的狀態(tài)感知、信息交互、實時分析，實現(xiàn)了局部制造資源的自組織、自配置、自決策、自優(yōu)化。243.SoS級的體系架構(gòu)SoS級CPS主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯聚，從而對內(nèi)進行資產(chǎn)的優(yōu)化和對外形成運營優(yōu)化服務(wù)。8.3.3信息物理系統(tǒng)在物流中的應(yīng)用25典型場景物流系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計輔助物流設(shè)備的智能管理物流作業(yè)的智能管理物流設(shè)備的智