在閱讀了自動化學報的信息物理融合專刊的兩篇文章李洪陽老師等發表的《信息物理系統技術綜述》一文對信息物理融合有了一個初步的了解。鏈接附后。
信息物理融合從字面上看好像是軟件和硬件系統的融合，但實質上不是這樣，它構建了一個強大的控制模型結構，應對當今信息爆炸時代提出了一種可行性方案。將現實社會的人機關系很好的融合了起來，使技術為人類提供便利的同時，人們能得到更舒適的體驗，人機互動更加親和。
信息物理融合系統(Cyber physical systems,CPS) 是集控制、通信與計算於一體的智能系統.CPS 在智能感知和信息通信的基礎上, 通過信息計算和物理過程的相互影響實現計算、通信和控制的深度融合和實時交互, 以安全、可靠、高效和實時的方式檢測及控制物理系統, 實現全系統的協調運行。
CPS 支撐信息化和工業化的深度融合, 通過集成先進的感知、計算、通信、控制等信息技術和自動控制技術, 構建了物理空間與信息空間中人、機、物、環境、信息等要素相互映射、適時交互、高效協同的復雜系統, 實現系統內資源配置和運行的按需響應、快速迭代、動態優化。
CPS 的基本組成包括傳感器、控制執行單元和計算處理單元, 如圖所示. 傳感器對物理系統信號進行采集, 計算處理單元對采集到的數據進行計算分析, 控制執行單元根據計算結果對物理系統施加控制作用. 圖1中通信網絡起到數據傳輸的作用。它由決策層、網絡層和物理層構成. 決策層對采集到的數據進行處理判斷, 得出控制決策, 並向網絡層傳遞監測與控制命令; 網絡層對數據進行實時傳輸; 物理層對物理系統數據進行采集, 並接收網絡層傳來的監測與控制命令, 借以對物理系統進行反饋控制。
CPS 的智能化實現大致分為四個階段, 第一階段是CPS 對系統環境信息的自主感知; 第二階段是在通過傳感器網絡獲得感知信息后, CPS 對獲取到的信息進行適當的處理, 例如剔除無用的信息, 對信息進行分類等; 第三階段是在建立數據庫的基礎上,對CPS 進行整體系統的建模, 完成認知任務; 第四階段是通過整體模型與數據庫, 實現最終決策與系統控制中間的四個階段是CPS 的分步驟設計,環形的三個技術是系統整體設計時需要考慮的技術。
- 感知設計：傳感器或視覺設備，感知外界環境。
- 信息處理：數據傳輸，實時性及可靠性是一個關鍵指標。
- 建模認知：對子系統的建模，周圍環境的建模，虛擬空間的建模。狀態估計預測，由於干擾不可避免且存在很大不確定性，要考慮其魯棒性。
- 決策控制：並行計算，實時調度，同步共享資源數據，模糊控制不斷優化等。
- 集成設計：CPS是受軟件系統控制的物理實體的集成設計系統，包括軟件硬件，軟件聯系起了物理世界與信息世界，硬件將網絡，執行器，傳感器等部署進去，控制系統由網絡系統激活，並在物理系統中操作執行器。
- 數字孿生：建立物理實體的虛擬映射，在虛擬系統反應物理實體的狀態。
- 安全技術：CPS涉及到物理實體，軟件系統相較單純的IT來說要求更高，當軟件系統收到破壞時，物理系統就會受到嚴重影響，安全要求更高。
信息物理融合的概念比較新，是一個系統性的概念，技術細節研究較多，整體研究不足，中間涉及到的技術還處於成長階段，核心問題還沒能有效解決，對CPS是否好與壞，驗證的標准也不成熟，對概念的理解也存在一定的偏差，不同行業針對的對象不同，認知也有所不用，還需要進一步發展普及，到成熟應用也還有一定的距離。
原文鏈接：http://www.aas.net.cn/cn/article/doi/10.16383/j.aas.2018.c180362