10、网络物理系统工程在制造业中的应用

网络物理系统工程在制造业中的应用

一、引言

网络物理系统（CPS）是网络系统（由计算、通信和控制元素组成）和物理系统（由几何和材料元素组成）的集成体现。现代社会中使用的几乎所有产品都是网络物理系统，生产这些产品的现代制造系统也大多如此。对这类复杂CPS进行工程设计，重新激发了系统工程领域的活力，该领域正逐渐从基于文档的实践向基于模型的学科转变。实际上，网络物理系统工程的成功很大程度上依赖于基于模型的系统工程（MBSE）的正确应用。

制造业在包括美国在内的多个国家都是国家优先事项。这些国家在公私合作项目中对他们认为具有战略意义的制造技术领域进行了大量投资。美国国家标准与技术研究院（NIST）深度参与了多个智能制造系统研究项目，这些项目旨在解决制造系统中的标准和测量科学问题，同时也将网络物理系统工程的进展应用于制造领域。

二、网络物理系统

网络物理系统是信息革命的必然结果。嵌入式计算、互联网通信和数字控制现已成为现代工程产品及其制造过程的组成部分，这类产品和过程就是网络物理系统。自2010年以来，美国国家科学基金会（NSF）一直是CPS基础研究的主要投资者，它对CPS的定义和解释如下：“网络物理系统是由计算算法和物理组件无缝集成构建并依赖于它们的工程系统。CPS的进步将带来远超当今简单嵌入式系统的能力、适应性、可扩展性、弹性、安全性、可靠性和可用性。CPS技术将改变人们与工程系统的交互方式，就像互联网改变了人们与信息的交互方式一样。新的智能CPS将推动农业、能源、交通、建筑设计与自动化、医疗保健和制造业等领域的创新和竞争。”

NIST成立的CPS公共工作组（PWG）也表达了类似的乐观愿景：“网络物理系统是智能系统，包括经过协同设计的物理和计