5、网络物理系统：制造业应用的全方位解析

网络物理系统：制造业应用的全方位解析

1. 工业 4.0 背景下的网络物理系统

网络物理系统（CPS）目前在众多领域得到应用，包括医疗设备、车辆安全与辅助系统、工业过程控制与自动化系统，以及用于协调电力供应以最大化可再生能源利用的支持系统等。CPS 由控制单元（通常是一个或多个微控制器）组成，它负责调节和处理传感器与执行器获取的数据，这些传感器和执行器是与现实世界进行交互所必需的。此外，这些嵌入式设备还需要一个通信接口，以便与其他嵌入式系统和云进行数据交换。数据交换是 CPS 最关键的组成部分，因为它能够实现数据的集中链接和分析。简而言之，CPS 是一种能够通过网络传输和接收数据的嵌入式系统。“物联网”指的就是连接到互联网的计算机化物理系统（CPS）。

1.1 工业 4.0

“工业 4.0”这一术语是在汉诺威博览会上随着“工业 4.0”计划的宣布而提出的。继第一次工业革命通过蒸汽机的发明实现“机械化”、第二次工业革命通过电力的使用实现“大规模生产”、第三次工业革命通过电子学和计算机科学的应用实现“数字化”之后，第四次工业革命应运而生。它利用网络物理系统（CPS）、物联网（IoT）及相关服务。德国在 CPS 行业处于领先地位，拥有超过二十年的经验。能够实现互联网连接设备的网络技术的集成，使得具有成本效益和高效的创新服务成为可能，特别是基于互联网的诊断、维护和运营。此外，它还能帮助企业开发新的商业模式、运营理念和智能控制，同时高度关注用户及其独特需求。工业 4.0 的目标是建立一个具有以下特点的数字工厂：
- 智能联网 ：无线和有线通信、智能执行器和传感器以及电信等网络技术不断将自动化系统和设备、内部物流系统和运营资源相互交织。这使