Cyber Physical System(信息物理融合系统)

INTRODUCTION


CDIO conceive design implement operate PBL Progect-based Learning
基于CPS的汉诺塔案例研究
传统模式

pink and place machine one OEM
最初位置 原始顺序 方块的个数 最终摆放的位置 最终的顺序

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 CPS是环境感知的基础上实现人、机、物的互 联互通与深度融合


CPS在物与物互联的基础上，还强调对物 的实时、动态的信息控制与信息服务
电影《少数派报告》
与软件系统相比

软件系统是一组状态转换的序列，其目标是实 现数据处理。 CPS更加注重功能性需求，最终目标是协调物 理进程，即实现信息处理和物理控制，强调实 时性、可靠性、安全性、私密性、可适应性等。
Education Case Study
I. II. INTRODUCTION TOWERS OF HANOI AS A CYBER-P HYSICAL SYSTEMCASE STUDY



III. TEACHING OPPORTUNITIES IN THE CASE STUDY IV. V. MULTI- DOMAIN DIRECTION OF INQUIRY CONCLUSION
CPS 重要性

PCAST在《挑战下的领先——竞争世界中的信 息技术研发》中列为8大关键的信息技术之首 CPS不仅会催生出新的工业，甚至会重新排列 现有产业布局。不亚于一场工业革命

CPS的前景

广阔的应用领域
智能交通系统 医疗设备系统 能源保护 环境监控 航空航天软件 关键基础设施（电力、水） 节能建筑 生物系统等。
汉诺塔案例涉及的技术领域

图像处理 控制(机械)
1）反馈控制 2）前馈控制


分布式控制 多速率嵌入式系统


美国2008年成立CPS指导小组，把CPS应 用放在交通、国防、能源、医疗、农业 和大型建筑设施等方面。 列入美国国家科学基金会(NSF)和欧洲第 七框架(FP7)的大型科研资助计划中


国内，CPS技术还刚刚兴起，还需较长时 间的发展和培育。 目前上海已在智能交通领域开展类似试 点。
The Towers of Hanoi as a Cyber Physical System

与嵌入式系统相比



嵌入式系统侧重在处理器上运行，是一种在有 限资源环境下的优化技术。 CPS是计算与物理成分的集成，相当于嵌入式 系统+网络+控制，是嵌入式系统的发展方向 和研究热点。 CPS将计算和通信能力嵌入到传统的物理系统 之中，导致了计算对象的变化。它作为计算进 程和物理进程的统一体，集成了计算、通信与 控制于一体，是一个智能系统。
信息物理融合系统
Cyber Physical System （CPS）
介绍人：南邮
汇报内容

CPS简介 基于CPS的汉诺塔介绍
什么是CPS


CPS是集成计算、通信与控制于一体的下 一代智能系统，是计算进程和物理进程 的统一体。 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
CPS 模式

来自百度文库
One pick and place machine Many OEM situational awareness
Cps模式具有环境感知能力


每个模块都含有一个OEM 每个小方块都是智能的 方块与控制系统，各个方块之间都存在信息交互 每个模块都会根据收集到的信息生成相应的计划向控制系统发出 请求 控制系统汇总信息生成最终执行的步骤，达到步骤最精简。
CPS所面临的挑战

计算速度
由于很多CPS需要海量运算，当前嵌入式系统的计算速度还无 法满足这一要求

网络通信效率
互联网时常出现网络拥堵迟延，难以保证稳定性

研究条件
CPS是一个横跨多个学科的领域 CPS技术还刚刚兴起，还需较长时间的发展和培育
目前进展

欧盟计划从2007年到2013年在嵌入智能 与系统的研究与技术(ARTMEIS)上投入 54亿欧元(超过70亿美元)，以期在2016 年成为智能电子系统的世界领袖。

CPS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。
与物联网的关系


物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、 无线数据通信等技术，把世界上万事万物连接 起来的网络（无需人的干预） 物联网所擅长的基于RFID的连接，对于CPS来 说太过简单。在很多应用中，CPS对接入网络 的设备的计算能力的要求远非RFID能比。