智慧物流信息技术与应用0803信息物理系统

信息物理系统8.3.1信息物理系统概述8.3.2信息物流系统的体系架构8.3.3信息物理系统在物流中的应用18.38.3.1信息物理系统概述21概念2层次3特征31.CPS的概念CPS通过集成先进的感知、计算、通信、控制等信息技术和自动控制技术，构建了物理空间与信息空间中人、机、物、环境、信息等要素相互映射、适时交互、高效协同的复杂系统，实现系统内资源配置和运行的按需响应、快速迭代、动态优化。信息物理系统白皮书（2016）41.CPS的概念51.CPS的概念状态感知是对外界状态的数据获取通过传感器、物联网等一些数据采集技术，将这些蕴含在物理实体背后的数据不断地传递到信息空间，使得数据不断“可见”，变为显性数据。实时分析是对显性数据的进一步理解经过实时分析环节，利用数据挖掘、机器学习、聚类分析等数据处理分析技术对数据进一步分析估计使得数据不断“透明”，将显性化的数据进一步转化为直观可理解的信息。61.CPS的概念科学决策是对信息的综合处理权衡判断当前时刻获取的所有来自不同系统或不同环境下的信息，形成最优决策来对物理空间实体进行控制。精准执行是对决策的精准物理实现执行的本质是将信息空间产生的决策转换成物理实体可以执行的命令，进行物理层面的实现。输出更为优化的数据，使得物理空间设备运行的更加可靠，资源调度更加合理，实现企业高效运营，各环节智能协同效果逐步优化。71.CPS的概念数据自动流动应是以资源优化为最终目标“螺旋式”上升的过程。81.CPS的概念物联网以及传感网，最擅长的是基于无线连接，主要实现的是感知，控制的成分很少。CPS在实现信息传递之外，协调能力，计算能力更加强大，从而实现自治。92.CPS的层次一个智能部件、一台智能设备、一条智能产线、一个智能工厂都可能成为一个CPS。10（1）单元级CPS单元级CPS能够通过物理硬件、自身嵌入式软件系统及通信模块，构成含有“感知-分析-决策-执行”数据自动流动基本的闭环，实现在设备工作能力范围内的资源优化配置。感知和自动控制硬件、工业软件及基础通信模块主要支撑和定义产品的功能。11（2）系统级CPS多个单元级CPS及非CPS单元设备的集成构成系统级CPS。多个单元级CPS汇聚到统一的网络，对系统内部的多个单元级CPS进行统一指挥，实体管理进而提高各设备间协作效率，实现生产线范围内的资源优化配置。网络联通（CPS总线）至关重要，确保多个单元级CPS能够交互协作。12（3）SoS级CPS在系统级CPS的基础上，可以通过构建CPS智能服务平台，实现系统级CPS之间的协同优化。13（3）SoS级CPSCPS智能服务平台能够将多个系统级CPS工作状态统一监测，实时分析，集中管控。利用数据融合、分布式计算、大数据分析技术对多个系统级CPS的生产计划、运行状态、寿命估计统一监管，实现企业级远程监测诊、供应链协同、预防性维护。实现更大范围内的资源优化配置，避免资源浪费。143.CPS的特征数据驱动软件定义泛在连接虚实映射异构集成系统自治15（1）数据驱动CPS通过构建“状态感知、实时分析、科学决策、精准执行”数据的自动流动的闭环赋能体系，能够将数据源源不断地从物理空间中的隐性形态转化为信息空间的显性形态，并不断迭代优化形成知识库。16（2）软件定义从生产流程的角度看，CPS会全面应用到研发设计、生产制造、管理服务等方方面面，通过对人、机、物、法、环全面的感知和控制，实现各类资源的优化配置。这一过程需要依靠对工业技术模块化、代码化、数字化并不断软件化被广泛利用。从产品装备的角度看，一些产品和装备本身就是CPS。软件不但可以控制产品和装备运行，而且可以把产品和装备运行的状态实时展现出来，通过分析、优化，作用到产品、装备的运行，甚至是设计环节，实现迭代优化。软件是成为实现CPS功能的核心载体之一17（3）泛在连接构成CPS的各器件、模块、单元、企业等实体都要具备泛在连接能力，并实现跨网络、跨行业、异构多技术的融合与协同，以保障数据在系统内的自由流动。泛在连接通过对物理世界状态的实时采集、传输，以及信息世界控制指令的实时反馈下达，提供无处不在的优化决策和智能服务。18（4）虚实映射以物理实体建模产生的静态模型为基础，通过实时数据采集、数据集成和监控，动态跟踪物理实体的工作状态和工作进展，将物理空间中的物理实体在信息空间进行全要素重建，形成具有感知、分析、决策、执行能力的数字孪生。借助信息空间对数据综合分析处理的能力，形成对外部复杂环境变化的有效决策，并通过以虚控实的方式作用到物理实体。19（5）异构集成在高层次的CPS，如SoS级CPS中，往往会存在大量不同类型的硬件、软件、数据、网络。CPS能够将这些异构硬件、异构软件、异构数据及异构网络集成起来，实现数据在信息空间与物理空间不同环节的自动流动，实现信息技术与工业技术的深度融合，因此，CPS必定是一个对多方异构环节集成的综合体。20（6）系统自治CPS能够根据感知到的环境变化信息，在信息空间进行处理分析，自适应的对外部变化做出有效响应。在更高层级的CPS中多个CPS之间通过网络平台互联实现CPS之间的自组织。多个单元级CPS统一调度，编组协作，在生产与设备运行、原材料配送、订单变化之间的自组织、自配置、自优化，实现生产运行效率的提升，订单需求的快速响应等；多个系统级CPS通过统一的智能服务平台连接在一起，在企业级层面实现生产运营能力调配，企业经营高效管理、供应链变化响应等更大范围的系统自治。8.3.2信息物流系统的体系架构21单元级系统级SOS级221.单元级的体系架构通过软件对物理实体及环境进行状态感知、计算分析，并最终控制到物理实体，构建最基本的数据自动流动的闭环，形成物理世界和信息世界的融合交互。232.系统级的体系架构系统级CPS基于多个单元级CPS的状态感知、信息交互、实时分析，实现了局部制造资源的自组织、自配置、自决策、自优化。243.SoS级的体系架构SoS级CPS主要实现数据的汇聚，从而对内进行资产的优化和对外形成运营优化服务。8.3.3信息物理系统在物流中的应用25典型场景物流系统规划与设计辅助物流设备的智能管理物流作业的智能管理物流设备的智