赛博物理系统与智能制造的融合

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：CPS对智能制造系统具有非常重要的意义。总而言之，CPS可以促使虚拟网络与实体物理系统相整合。在制造业中，它促使企业建立全球网络，把产品设计、制造、仓储、生产设备融入CPS中。CPS能够引领制造业不断向着设备、数据、服务无缝连接的方向发展，起着推动制造业智能化的重要作用。

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.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。

以智能交通系统为例，可以做出这样的假设：当智能交通系统感知到高速行驶的汽车与将穿越马路的行人之间存在发生碰撞的可能时，系统或许会以更直接的方法——通过“脑机接口”（Brain-Computer Interface，BCI）让人不经大脑思考就来个“立定”，避开事故的发生，而非通常的做法——由系统发出指令让汽车急刹车，或者告诉行人“让步”。

总而言之，CPS可以促使虚拟网络与实体物理系统相整合。在制造业中，它促使企业建立全球网络，把产品设计、制造、仓储、生产设备融入CPS中。使信息得以在这些相互独立的制造要素间自动交换、接受动作指令、进行无人控制。CPS能够引领制造业不断向着设备、数据、服务无缝连接的方向发展，起着推动制造业智能化的重要作用。

赛博物理系统与智能制造的融合

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