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。
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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)。
《信息物理系统》PPT课件(47页)
信息物理系统（CyberPhysical Systems,CPS）PPT课件第1页：封面信息物理系统（CyberPhysical Systems, CPS）副PPT课件（共47页）作者：[您的名字]日期：[日期]第2页：目录第1部分：引言第2部分：信息物理系统的定义与特征第3部分：信息物理系统的关键技术第4部分：信息物理系统的应用领域第5部分：信息物理系统的挑战与未来展望第3页：引言信息物理系统（CPS）是一种融合了计算机科学、控制理论、通信技术和物理系统的新兴研究领域。
CPS的目标是将物理世界中的各种设备和系统与计算机系统紧密集成，实现智能化、自主化和协同化。
第4页：信息物理系统的定义与特征信息物理系统是一种通过计算机系统与物理系统的深度融合，实现智能化、自主化和协同化的系统。
跨学科性：融合了计算机科学、控制理论、通信技术和物理系统等多个学科的知识。
实时性：CPS需要实时处理和分析大量的数据，以实现对物理系统的实时控制。
互联互通性：CPS中的各个设备和系统需要通过网络进行互联互通，实现信息的共享和协同。
可靠性：CPS需要具备高可靠性，以保证物理系统的安全和稳定运行。
第5页：信息物理系统的关键技术CPS涉及多种关键技术，包括：传感器技术：用于感知物理世界中的各种信息。
通信技术：用于实现设备和系统之间的数据传输和共享。
控制算法：用于对物理系统进行实时控制和优化。
计算机系统：用于处理和分析大量的数据，并提供智能化的决策支持。
第6页：信息物理系统的应用领域CPS在各个领域都有广泛的应用，包括：智能交通系统：通过CPS技术实现交通流的优化和管理。
智能家居：通过CPS技术实现家庭设备的智能化控制和自动化。
智能医疗：通过CPS技术实现医疗设备的远程监控和智能诊断。
智能制造：通过CPS技术实现生产过程的智能化控制和优化。
第7页：信息物理系统的挑战与未来展望安全性问题：CPS需要具备高安全性，以防止恶意攻击和数据泄露。
cps定义
应用层的主要技术
• 人机交互技术
资源层（云端）的主要技术
• 大数据 • 普适计算
CPS
工业4.0
智能工厂（CPPS） 智能生产
其他
智能电网系统
智能交通系统
传感器技术 • 嵌入式计算 • 普适计算 • 人机交互技术 • 通信和网络技术
ＣＰＳ三层体系结构
• 包含实体的物理层 • 将资源互联互通的网络层 • 为用户提供服务的应用层
ＣＰＳ智能交通系统体系结构框架
物理层
• 未来交通ＣＰＳ中，汽车、 道路设备不再仅仅是简单 的机械设备，而将是嵌入 了大量传感器、计算、控 制部件的智能体。智能汽 车、智能道路、智能桥梁 等交通智能设备分布在环 境中，直接与物理环境相 互作用。这些具有感知、 计算以及控制等功能的交 通设备构成了交通ＣＰＳ 的物理层
CPS的定义
• 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。 • Edward Lee认为CPS是一种集成计算能力和物理过程的系统。系统利用 嵌入式计算机和网络对物理处理过程进行监控，并且带有反馈环，物 理过程影响计算，计算影响物理过程； • CPS是集成计算、通信及存储能力和监视和/或控制物理和工程系统能 力的系统，这种系统以安全、可靠、有效、实时的方式进行操作； • Insup Lee则认为CPS是一种计算、通信和物理过程集成系统，嵌入式计 算机实时地监视和控制物理过程。
网络层的主要技术
• 通信和网络技术
应用层
• 应用层主要是指面向用户提供服务的应用软件。例如智能汽车的 车载软件、交通管理部门的集中监控软件等。智能不意味着把人 排除在外，而是为了更好地为人服务。交通ＣＰＳ的应用层正是 与人直接交互的部分，它需要考虑面向人的设计、执行和确认问 题，例如使用舒适度、可用度和操作正确性等。
能源互联网的信息物理系统
能量流 信息流
风力
控制中心
水力
生物 能源 局域网 能源 局域网 能源互联网的信息物理系统（CPS）
控制
采用集中与分布结合的系统控制架构
主要是考虑能源互联网的系统复杂性及各能源局域网的高度自治能
力，构建能源用户局部利益 与能源系统全局利益 相协调的集中与分 布相结合的系统控制架构，为实施多层级交叉的能量管理与协同控 制奠定基础。
能源互联网是通过能源技术与信息技术的深度融合 ，逐渐形成的 以电力为核心，涵盖供电、供热、供冷、供气、电气化交通等多 个复杂系统的综合能源网络，必将要求其是一个 信息物理系统， 以保证能源互联网的 灵活性、自治性、可靠性、经济性和安全性。
能源互联网的信息物理系统（CPS）
信息流 能量流
计算中心
基于能源互联网大数据的类型、特点及分析需求，重点突破平台体
系架构、大数据建模、大数据存储和大数据分析等关键技术，构建 能源互联网大数据处理分析平台。
研究提出支持横向扩展， 具有分布、并行、高效等 特点，且面向服务的支持 大数据工程全生命周期活 动的平台体系架构。 研究提出合理的集群存储 资源映射方法，建立基于 Hadoop分布式文件系统 的大数据存储机制。
能源互联网的信息物理系统（CPS）
• • • • •
感知
构建高级量测体系（AMI）
主要以支持智能计量终端的 双向化、智能化、多功能化、多表计化
发展为目标，为能源分时定价、用户需求侧响应、多种能源协调互 补等奠定基础。 高级量测体系
• • • • • 完善智能电表等智能计量 终端的计量功能 增强智能计量终端的监控 互动能力 拓展计量数据的应用范围 加强与其它系统的信息集 成能力 …
析影响各层通信可靠性和网络安全性的因素；对传统电网通信网络 的通信协议分析, 根据能源互联网信息物理系统的体系结构改进或重 新设计通信协议。
信息物理系统
机遇与挑战
• 但CPS带来的挑战也是物联网 所无法比拟的。这些挑战很大 程度上来自控制与计算之间的 差异。
机遇与挑战
• 通常，控制领域是通过微分 方程和连续的边界条件来处 理问题，而计算则建立在离 散数学的基础上;控制对时间 和空间都十分敏感，而计算 则只关心功能的实现。通俗 地说，搞控制的人和搞计算 机的人没有“共同语言”。 这种差异将给计算机科学和 应用带来基础性的变革。
CPS应用覆盖了小到智能家庭 网络大到工业控制系统乃至智能交通 系统等国家级甚至世界级的应用，这 种涵盖并不仅仅是将物与物简单地连 在一起，而是要催生出众多具有计算、 通信、控制、协同和自治能力的设备。 因此CPS的发展将面临着巨大的挑战， 但机遇也是无限的。
目前，国内从事CPS研究的机构 不多，其中西北工业大学，大连理工 大学，电子科技大学等高校先后成立 了CPS研究组。
CPS深度结合嵌入式实时系统， 集传感，控制，计算及网络技术于一 体，通过网络将信息系统与物理系统 连接在一起，构成一种大型的分布式 实时系统。CPS体系架构可分为：感 知层，网络层，认知层，控制层。
CPS发展
• 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。
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。
cps
连接人物体和系统
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
信息物理系统在当今科技飞速发展的时代，信息物理系统（CyberPhysical Systems，简称CPS）正逐渐成为推动社会进步和产业变革的重要力量。
那么，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、通信与控制技术深度融合，实现计算资源与物理资源紧密结合与协同的智能系统。
它并不是一个全新的概念，但随着信息技术的不断进步，其重要性和应用范围正在不断扩大。
信息物理系统的核心在于实现信息世界和物理世界的无缝交互与协同。
在这个系统中，传感器负责感知物理世界的各种状态和参数，然后将这些数据传递给计算单元进行处理和分析。
计算单元根据预设的算法和模型，对数据进行运算和决策，并通过通信网络将控制指令发送给执行器，从而实现对物理世界的精准控制和优化。
比如说，在智能交通领域，信息物理系统可以实时感知道路上的车辆流量、车速、路况等信息，通过智能算法进行分析和决策，然后调整交通信号灯的时长、优化路线规划，以提高交通效率，减少拥堵。
在工业生产中，信息物理系统可以监控生产设备的运行状态，预测可能出现的故障，提前进行维护，从而提高生产效率，降低生产成本。
信息物理系统具有许多显著的特点。
首先，它具有高度的实时性。
由于物理世界的变化是快速而连续的，信息物理系统需要能够在极短的时间内完成感知、计算和控制的过程，以确保对物理世界的有效干预。
其次，信息物理系统具有很强的可靠性和安全性。
在一些关键领域，如航空航天、医疗、能源等，系统的故障或错误可能会导致严重的后果，因此必须保证系统的稳定运行和数据的安全。
再者，信息物理系统具有深度的融合性。
它不仅融合了信息技术和物理技术，还涉及到控制理论、系统工程、人工智能等多个学科领域的知识，需要跨学科的团队进行研发和应用。
然而，信息物理系统的发展也面临着一些挑战。
技术方面，如何实现高效的数据采集、传输和处理，如何提高系统的实时性和可靠性，如何解决不同设备和系统之间的兼容性和互操作性问题，都是需要攻克的难题。
信息物理系统
•
21世纪是信息产业突飞
猛进的时代，层出不穷的技术
突破与创新正不断地改变着人
类的生态环境。互联网技术改
变了人类通信和管理信息的方
式；信息技术使人类管理物理
环境的方式改变；物联网技术
让人类主动地全方面感知，实
现智慧的感知生活；信息物理
系统技术在环境感知的基础上
实现人、机、物的互联与深度
文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。
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CPS发展
• 2005年5月，美国国会要求 美国科学院评估美国的技术
竞争力，并提出维持和提高 这种竞争力的建议。5个月 后，基于此项研究的报告
《站在风暴之上》问世。在 此基础上于2006年2月发布 的《美国竞争力计划》则将
• 但是，这些控制系统基本是封闭的系 统，即便其中一些工控应用网络也具 有联网和通信的功能，但其工控网络 内部总线大都使用的都是工业控制总 线，网络内部各个独立的子系统或者 说设备难以通过开放总线或者互联网 进行互联，而且，通信的功能比较弱。 而CPS则把通信放在与计算和控制同 等地位上，这是因为CPS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。
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CPS的意义
• CPS的意义在于将物理设备联 网，是连接到互联网上，让物 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。CPS本质上是一个具有 控制属性的网络，但它又有别 于现有的控制系统。CPS则把 通信放在与计算和控制同等地 位上，因为CPS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。
《信息物理系统》PPT课件(47页)
《信息物理系统》PPT课件(47页)第一部分：信息物理系统的概述信息物理系统（CyberPhysical Systems, CPS）是将物理过程与计算过程紧密结合的系统，通过感知、计算、通信、控制等技术实现物理世界与信息世界的深度融合。
CPS具有实时性、可靠性、安全性和可扩展性等特点，广泛应用于工业自动化、智能交通、智慧城市、医疗健康等领域。
1. 信息物理系统的定义与特点实时性：CPS能够实时感知物理过程的状态，并做出快速响应。
可靠性：CPS能够保证系统的稳定性和可靠性，即使在异常情况下也能正常运行。
安全性：CPS能够保证系统的安全性，防止恶意攻击和信息泄露。
可扩展性：CPS能够方便地扩展系统的规模和功能，满足不断变化的需求。
2. 信息物理系统的组成物理实体：物理实体是CPS中实际执行任务的物理设备，如传感器、执行器、机器等。
计算系统：计算系统是CPS中负责数据处理、信息融合、决策控制等功能的计算设备，如计算机、嵌入式系统等。
通信网络：通信网络是CPS中连接物理实体和计算系统的通信设备，如无线传感器网络、工业以太网等。
软件系统：软件系统是CPS中负责实现各种功能的软件程序，如操作系统、应用程序、中间件等。
3. 信息物理系统的关键技术信息物理系统的实现需要依赖于多种关键技术，包括：传感器技术：传感器技术用于感知物理世界的信息，并将信息转换为数字信号。
嵌入式系统技术：嵌入式系统技术用于实现CPS中的计算和控制功能。
网络通信技术：网络通信技术用于实现CPS中物理实体和计算系统之间的信息交换。
软件技术：软件技术用于实现CPS中的各种功能和应用。
4. 信息物理系统的应用领域信息物理系统已经在多个领域得到了广泛应用，例如：工业自动化：CPS可以提高工业生产的自动化水平和效率，降低生产成本。
智能交通：CPS可以实现交通流的实时监控和智能调度，提高交通效率和安全性。
智慧城市：CPS可以实现城市基础设施的智能化管理，提高城市运行效率和居民生活质量。
CPS信息物理系统介绍
课程设计课程名称新技术专题题目名称CPS信息物理系统学生学院专业班级学号学生姓名指导教师2014年12 月12 日目录一、CPS系统定义与意义 ------------------------------------------- 31、CPS系统定义---------------------------------------------- 32、CPS的意义------------------------------------------------- 3二、嵌入式系统、物联网、传感网和CPS的区别和联系--- 4三、CPS技术特点 ---------------------------------------------------- 4四、CPS研究热点 ---------------------------------------------------- 4五、CPS基本功能单元与系统架构 ------------------------------- 51、CPS基本功能单元---------------------------------------- 52、系统架构---------------------------------------------------- 6六、CPS在智能电网上的应用 ------------------------------------- 71、智能电网定义 -------------------------------------------- 72、CPS在智能电网中的优势------------------------------- 7七、CPS的发展与展望 ---------------------------------------------- 71、CPS发展---------------------------------------------------- 72、CPS研究展望---------------------------------------------- 8八、CPS的机遇与挑战 ---------------------------------------------- 9九、CPS相关实例实例 ---------------------------------------------- 9一、CPS系统定义与意义1、CPS系统定义信息物理系统（CPS,Cyber-Physical Systems ）是一个结合电脑运算领域以及传感器和致动器装置的整合控制系统。