智能制造概论课件 项目4智能制造软件

项目4智能制造软件WINTER思维导图

本章介绍企业资源计划（EnterpriseResourcePlanning，ERP）、制造执行系统（ManufacturingExecutionSystem，MES）、产品生命周期管理（ProductLifecycleManagement，PLM）和信息物理系统（Cyber-PhysicalSystem，CPS）。学习要点

具体包括：掌握ERP概念和核心思想；了解ERP发展阶段；熟悉制造系统的综合定义和功能；掌握MES概念；了解MRP发展阶段和发展趋势；熟悉MES定义和功能；掌握PLM涵盖制造企业产品全生命周期；了解PLM的体系结构；熟悉PLM功能；掌握CPS概念和特征；熟悉CPS技术体系；了解CPS技术应用。本项目内容产品生命周期管理信息物理融合系统企业资源计划制造执行系统本项目内容企业资源计划任务4.1

企业资源计划（ERP）是将物资资源管理（物流）、人力资源管理（人流）、财务资源管理（财流）、信息资源管理（信息流）等集成一体化的企业管理软件。它是指建立在信息技术基础上，以系统化的管理思想，为企业决策层及员工提供决策运行手段的管理平台。

ERP应用范围：从制造业扩散到了零售业、服务业、银行业、电信业、政府机关和学校等事业部门。通过融合数据库技术、图形用户界面、第四代查询语言、客户服务器结构、计算机辅助开发工具、可移植的开放系统等对企业资源进行有效的集成。4.1.1ERP的概念

从开始提出订货点方法（OrderPointMethod）到现在，ERP理论的形成与发展经历了5个阶段：4.1.2ERP的发展历程（1）20世纪60年代以前的订货点系统

订货点系统（OrderPointSystem，OPS）是较早的库存管理方式，它是一种以统计方式来控制库存，即当实际库存降低到顶点或不低于安全库存时，按规定的订货数量提出订货的一种库存控制方法。缺点：没有按照物料真正需求的时间来确定订货日期。（2）20世纪60年代的物料需求计划物料需求计划（MaterialRequirementPlanning，MRP）是20世纪60年代出现的一种管理技术与方法，它是一个生产计划与库存管理系统，在需要的时间里得到恰好需要的物料数量。缺点是：只局限于物料的管理，还达不到企业生产管理要求。4.1.2ERP的发展历程（3）20世纪70年代的闭环MRP将MRP与能力需求计划相结合，可以形成闭环反馈计划管理控制系统，简称为闭环MRP。相应的，此前的MRP称为开环MRP。缺点：没有考虑资金等约束因素。（4）20世纪80年代的制造资源计划（MRPⅡ）

MRPⅡ以闭环MRP为核心，将MRP的信息共享程度扩大，使生产、销售、财务、采购、工程紧密结合在一起，共享了物流、资金流等有关数据，组成了一个全面生产管理的集成优化模式。缺点：管理的重点在企业内部，没有考虑供应链成员之间的合作。（5）20世纪90年代的企业资源计划（ERP）

MRPⅡ的重点是如何在企业内部进行制造资源的集中优化管理，而激烈的市场竞争要求MRPⅡ将重点放在企业整体资源的管理和优化上，这就促使了ERP的产生。4.1.2ERP的发展历程

ERP发端于MRP，最初是为生产制造行业的物料管理而设计的，ERP在MRP的基础上进行了扩充，引入供应链管理的概念，力求在供应链范围内来优化企业的资源。经过多年的发展，ERP已经覆盖到企业的方方面面，可以提供对等企业经营过程中的业务运营，对公司治理进行全面的管理。4.1.3ERP的功能（1）供应链管理ERP基于MRPⅡ，又超越了MRPⅡ。ERP在MRPⅡ的基础上扩展了管理的范围，把客户需求和企业内部的制造活动以及供应商的制造资源整合在一起，形成一条完整的供应链，并对供应链上的所有环节进行有效管理。以供应链为核心的ERP，可满足企业在互联网时代的激烈市场竞争环境中生存与发展的需要，可以为企业实施供应链管理提供保障，给企业带来显著的经济效益。（2）精益制造管理

当企业实施精益制造或敏捷制造时，ERP将客户、销售代理、经销商和合作单位等并入生产系统中，通过对整条供应链的有效管理，把经营过程中的供应商、制造企业、客户等各方纳入一条紧密的供应链中，有效安排产、供、销活动来提高效率和在市场上获得竞争优势，可以在较短的时间内将新产品投入市场，而且始终保持产品的高品质和多样性。（3）财务管理

ERP中的财务管理系统主要是完成会计功能，从而完成财务数据的分析、预测、管控和操控。ERP的选择取决于财务管理系统的需要，重点是财务规划中购买、销售和库存的操控、分析和预测。ERP开发的财务管理系统功能模块包括财务规划、财务报表分析和财务管理决策等。4.1.3ERP的功能（4）客户关系管理

ERP在以供应链管理核心的基础上，增加了客户关系管理功能，因此客户关系管理是ERP的延伸。加入客户关系管理功能后，ERP实现了企业内外部资源的无缝链接，符合企业供应链管理和供应链竞争的发展趋势。（5）人力资源管理

ERP人力资源管理模块包含人力资源规划的辅助决策体系、招聘管理、工资核算、工时管理、差旅核算等，能够帮助企业有效发掘人才、选拔人才、管理人才、降低成本，并提升企业的核心竞争力。（6）信息资源管理

作为当今国际上一种非常先进的企业管理模式，ERP在体现当今世界先进的企业管理理论的同时，也提供企业信息化集成的最佳解决方案。它把企业的物流、资金流、信息流统一起来进行管理，以求最大限度地利用企业现有资源，实现企业经济效益的最大化。制造执行系统任务4.24.2.1MES的起源及概念（1）ERP存在的问题

ERP难以解决的问题：使计划与生产有机高效地结合，以面对不断变化的市场环境，保证企业的稳健运行，企业相关人员必须熟悉生产现场的关键变化信息，并依据经验做出准确的判断和快速的应对，以保证生产计划的快速和准确执行。

原因：ERP提供的信息主要服务于企业的计划管理层，无法针对车间具体管理流程提供翔实的数据和流程优化建议。虽然自动化生产设备、自动化监测设备、自动化物流设备等可直接实时反馈生产现场的关键数据信息，但是由于没有管理系统对信息进行分类和加工处理，因此ERP还不能保证精准的车间层管理得以实施，这就导致在ERP和生产控制层之间的信息交融优化配置环节中出现了鸿沟——管理信息流的断层。

4.2.1MES的起源及概念（2）MES的概念美国先进制造研究机构（AdvancedManufacturingResearch，AMR）于1990年将MES定义为：位于上层计划管理系统与底层工业控制之间的、面向车间层的管理信息系统。AMR继1990年提出MES概念后，1992年又提出了MES的三层模型，如图所示。MES在计划层与控制层之间，填补了两者之间的空隙。一方面，MES可以对来自MRPⅡ、ERP的生产管理信息进行细化、分解，将来自计划层的操作指令传递给控制层；另一方面，MES可以采集设备、仪表的状态数据，以实时监控底层设备的运行状态，再经过分析、计算与处理，从而方便、可靠地将控制系统与信息系统整合在一起，并将生产状况及时反馈给计划层。4.2.2MES的发展历程和趋势MES的发展大概可以分为两个时期。

专用的MES（Point

MES）：专用的MES是为了解决某个特定领域的问题而设计和开发的自成一体的系统，例如某个企业的车间维护、生产调度、生产监控等；

集成的MES（IntegratedMES）：集成的MES起初是针对一个特定的、规范化的环境而设计的，目前已拓展到许多领域，如航空、装配、半导体、食品和卫生等行业，在功能上它已实现了与上层事务处理和下层实时控制系统的集成。

T-MES不足：通用性差、可集成性弱、缺乏互操作性、重构能力差、敏捷性差等。（1）20世纪70年代末—20世纪90年代末：传统的MES（TraditionalMES，T-MES）针对T-MES的不足，AMR在分析信息技术发展和MES应用前景的基础上，提出了面向敏捷制造的可集成的MES（IntegratableMES，I-MES）。21世纪初，MES能将模块化组件技术应用到MES的系统开发中，是专用的MES和集成的MES的结合。从表现形式上看，其具有专用的MES的特点，即I-MES中的部分功能可作为可重用组件单独销售；同时，其具有集成的MES的特点，即能实现上下两层之间的集成。此外，I-MES还能实现客户化、可重构、可扩展和互操作等特性，能方便地实现不同厂商之间的集成和遗产系统的保护，以及即插即用等功能。（2）21世纪初～现在（1）新型的体系结构

一方面，基于新型体系结构的MES具有开放式、客户化、可配置、可伸缩等特性，可针对企业业务流程的变更或重组进行系统重构和快速配置；另一方面，当前MES正在和网络技术相结合，MES的新型体系结构大多基于Web技术、支持网络化功能。（2）更强的集成化功能

新型MES的集成范围更为广泛，不仅包括制造车间本身，而且覆盖企业整个业务流程。在集成方式上更为快捷、方便和易于实现，通过制定MES设计、开发的技术标准，使不同软件供应商的MES构件和其他异构的信息化构件可以实现标准化互联、互操作以及即插即用等功能。（3）更高的实时性和智能化水平下一代的MES应具有更精确的过程状态跟踪和更完整的数据记录功能，可实时获取更多的数据来更准确、更及时、更方便地进行生产过程管理与控制，并具有多源信息的融合及复杂信息处理与快速决策能力。4.2.2MES的发展历程和趋势MES的发展趋势：MES正朝着下一代MES（Next-GenerationMES）的方向发展。（4）支持网络化协同制造2004年5月MESA提出了协同的制造执行系统（CollaborativeManufacturingExecutionSystem，c-MES）的概念，指出了c-MES的特征是将原来MES的运行与提高企业运作效率的功能和增强MES与价值链和企业中其他系统和人的集成能力结合起来，使制造业的各部分敏捷化和智能化。由此可见，下一代MES的显著特点是支持生产同步性和支持网络化协同制造。它对分布在不同地点甚至全球范围内的工厂进行实时化信息互联，并以MES为引擎进行实时过程管理，使企业生产经营达到同步化。（5）MES标准化（ISA-95）国际自动化协会（ISA）于1995年正式启动ISA-95标准的制定工作，其目的是建立企业信息系统的集成规范性。4.2.2MES的发展历程和趋势MES的发展趋势：MES正朝着下一代MES（Next-GenerationMES）的方向发展。

MES在工厂综合自动化系统中起着承上启下的作用，它在ERP产生的生产计划指导下，收集底层控制系统与生产相关的实时数据，安排短期的生产作业的计划调度、监控、资源调配、生产过程优化等工作。MES的功能4.2.3MES的功能

管理机床、工具、人员、物料、其他设备以及其他生产实体，例如进行加工必须准备的工艺文件、数控加工程序等文档资料，用以保证生产的正常进行。它还提供资源使用情况的历史记录，确保设备能够正确安装和运转。与此同时，该模块可对所设的生产预定进行调整，以适应各个生产作业的不同生产计划。（1）资源分配和状态管理

在具体生产单元的操作中，根据相关的优先级（Priorities）、属性（Attributes）、特征（Characteristics）以及配方（Recipes）等，提供作业排程功能，其目的是安排合理的序列，以最大限度地压缩生产过程中的辅助时间，这个计划是基于有限能力的生产执行计划。4.2.3MES的功能（2）运作/详细计划管理

以作业、订单、批量、成批和工作单等形式管理和控制生产单元间的工作流，主要是物流和信息流。处理相关信息用于安排作业顺序，并在生产车间有事件发生时进行动态调整。该模块可调整生产车间已经安排的生产计划，合理处理返修品或废弃产品，并利用缓冲区管理的模式控制处于各个阶段的产品数量。

该模块将各项操作传递给操作层，包括将操作数据传递给操作人员和将计划配方提供给设备控制层。此外，该模块还可对生产过程、生产工作环境和生产结果中满足一定要求的信息进行收集和记录，对ISO信息，有关环境、健康、安全制度等的信息进行全方位管理和完整性维护。（4）文档管理4.2.3MES的功能（3）生产调度管理

数据采集模块通过数据采集接口对源于物料、工序、人员等方面的信息进行实时数据采集，生成内部生产作业所需的各类参数资料。这些数据既可以通过手动方式录入，也可以自动地从设备上按分钟级获取。（5）数据采集

劳动管理模块提供按分钟级的企业员工状态的数据，输出的信息包括出勤报告、人员的认证跟踪以及追踪人员的辅助业务能力等，如物料准备或工具间工作情况，作为企业进行成本核算的基础。劳动管理与资源分配和状态管理相辅相成，用于确定最终的分配结果。4.2.3MES的功能（6）劳动管理质量管理模块可对生产活动过程中收集到的数据进行动态分析，并跟踪和分析各个加工过程的操作质量。同时，根据不同的生产质量问题推荐相应的纠正措施，包括根据关联症状、生产行为和生产结果的信息与数据确定问题产生的原因。质量管理还包括对统计过程控制和统计质量控制的跟踪、化验室信息管理系统（LIMS）的线下检修操作和分析管理。（7）质量管理过程管理模块监控生产过程、自动纠错或向用户提供决策支持以纠正和改进制造过程活动。这些活动具有内操作性，主要集中在被监控的机器和设备上，同时具有互操作性。过程管理还包括报警功能，能将生产过程中超过允许误差的过程及时更改、反馈给车间人员。通过数据采集接口，过程管理还可以实现智能设备与MES之间的数据交换。4.2.3MES的功能（8）过程管理维护管理模块可以跟踪和指导作业活动，维护设备和工具以确保它们能正常运转并安排进行定期检修，以及对突发问题能够即刻响应或报警。它还能保留以往的维护管理历史记录和问题，帮助相关人员进行问题诊断。（9）维护管理

产品跟踪模块提供工件在任意时刻的位置和状态信息。状态信息包括进行该工作的人员的信息，按供应商划分的组成物料、产品批号、序列号、当前生产情况、警告、是否返工或与产品相关的其他异常信息等。这些信息可以被存储为历史记录，用来追溯各个产品组或各个末端产品的具体情况。4.2.3MES的功能（10）产品跟踪性能分析模块提供按分钟级更新的实际生产运行结果的报告信息，将过去记录和预想结果进行比较。运行性能结果包括资源利用率、资源可获取性、产品单位周期、与排程表的一致性、与标准的一致性等指标的测量值。同时，该模块将这些测定结果与已有的历史记录、客户订单的要求以及企业的生产目标或管理目标等进行对比，并对生成的报告进行在线显示或直接输出，帮助管理人员改善产品性能和管理质量。（11）性能分析4.2.3MES的功能产品生命周期管理任务4.3

PLM涵盖制造企业产品需求分析、概念设计、产品设计、工艺规划、生产测试、交付、销售、维护和维修、产品回收再利用的全过程。从广义来说，PLM是对产品数据与作业程序进行管理；从狭义上来说，PLM强调在研发与工程作业阶段有效地整合管理产品数据与作业流程，同时对后端的ERP、MRP、MRPⅡ等系统及SCM、CRM等系统进行整合。PLM具体管理过程4.3.1PLM的概念（1）PLM的概念4.3.1PLM的概念

①PDM主要针对产品开发过程，强调对产品开发阶段数据的管理，其应用也是围绕工程设计部门而展开的，PDM的文档管理功能只是管理与产品结构和设计过程相关的设计文档；而PLM管理的是整个产品从概念产生到最终淘汰的整个生命周期的所有文档。可以说PLM包含PDM的全部内容和功能，同时又强调对产品生命周期内跨越供应链的所有信息进行管理和利用的理念，这是PLM与PDM的本质区别。（2）PLM与PDM的联系和区别

②PLM概念比PDM更广，内涵更丰富，适应面也更广，可以广泛地应用于流程行业的企业、大批量生产企业、单件小批量生产企业、以项目为核心进行制造的企业，甚至软件开发企业等。不同企业对PLM有各种不同的需求，有些企业侧重对前端的概念设计、市场分析数据的管理；有些企业侧重对详细设计和工艺设计数据的管理；而有些企业侧重对售后维护、维修数据的管理。4.3.1PLM的概念

③由于PLM与PDM的渊源关系，实际上几乎没有一个以“全新”面貌出现的PLM厂商。大多数PLM厂商来自PDM厂商，有一些原来的PDM厂商已经开发了成体系的PLM解决方案，成功地实现了向PLM厂商的转化，如EDS、IBM等。当然，也有ERP厂商加入这一阵营，如SAP已经提出了自己的基于ERP立场的PLM解决方案。还有一些CAD或工程软件厂商也正在做这样的努力。（2）PLM与PDM的联系和区别

PLM以数据库技术和Web技术作为基础，实现将离散的产品“信息孤岛”进行无缝集成，对产品各生命周期阶段有关的原始数据、在用数据、标准文档、检验数据、使用维护数据等进行管理，在不同周期阶段，提供给不同合作伙伴的是标准统一的规范数据。PLM整个框架，根据逻辑层次可以分成4层结构：系统服务层、应用服务层、应用功能层、用户应用层。4.3.2PLM的体系结构

系统服务层是支撑整个PLM系统运行的基础。其中应用程序服务器作为PLM系统的核心运行平台，负责处理应用程序的逻辑和业务流程。它接收来自客户端的请求，调用相应的业务逻辑组件进行处理，并将处理结果返回给客户端。操作系统服务器是运行操作系统的硬件设备，为PLM系统的运行提供基本的软件环境和资源管理。数据库服务器用于存储和管理PLM系统中的大量数据，包括产品数据、业务流程数据、用户信息等。（1）系统服务层应用服务层为不同的应用模块，通过权限控制服务和数据访问服务，提供基本的核心功能。数据访问服务主要提供描述产品数据动态变化的数学模型，以及实现PLM各项功能的面向对象管理技术。由于关系数据库侧重管理事务型数据，而不能满足对产品数据动态变化的管理要求，因此在PLM中，需要采用若干个描述产品数据动态变化的二维关系表格。4.3.2PLM的体系结构（2）应用服务层

应用功能层涵盖多个关键部分，系统集成工具用于实现PLM系统与其他企业信息系统的集成与数据交互；电子资料室用于集中存储和管理产品相关电子文档、资料的模块；工作流管理用于定义、自动化和跟踪产品开发过程中的各种业务流程；项目管理用于对产品研发项目进行全面的计划、组织、协调和控制；产品结构与配置管理负责管理产品的结构信息和配置选项；用户管理用于对PLM系统的用户进行集中管理，包括用户账户的创建、权限分配、角色管理等。（3）应用功能层

用户应用层主要是为支持企业扩展构建与特定业务需求相关的解决方案而提供的应用工具集等，包含应用程序开发界面及软件功能模块。PLM中人机交互的应用程序开发界面和用户化工具，包含图形化的产品树、对话框、菜单、浏览器等。4.3.2PLM的体系结构（4）用户应用层4.3.3PLM的功能

顾客需求管理是指企业通过系统化的方法来识别、理解、分析和满足顾客的需求，以确保产品和服务能够最大限度地满足顾客期望，从而提高顾客满意度和忠诚度。识别顾客需求、分析需求、设计满足需求的产品或服务、持续改进和反馈机制是顾客需求管理的核心环节。（1）顾客需求管理

PLM提供高级系统功能来协助企业对产品组合和整个产品开发流程进行计划、管理及控制等，包括面向产品生命周期和新产品自主开发的可视化项目流程模板的定义、对已定义好的项目管理模板内容的可视化显示。（2）计划和项目管理4.3.3PLM的功能

PLM能够保存所有已生产产品数据的档案，为后期其他产品的设计上线提供参考。支持大批量客户化定制的售前销售BOM配置管理，支持基于生产过程条码追踪的售后销售BOM配置管理，支持产品的售后技术服务、维修和零部件更换管理等。（3）产品结构与配置管理

利用产品生命周期中的智能特性，PLM的用户能确保随时可以获得产品的相关数据，避免延误以及重复工作。PLM能够提供综合、全面的产品及流程构造功能，帮助企业对需求、BOM、资料数据、配方、CAD模型以及相关的技术文档等进行管理。（4）文档管理4.3.3PLM的功能

PLM先进的变更管理功能确保企业从产品开发到生产制造和维护等方面的产品信息保持协调一致。包括：变更建议、变更申请、项目变更、零部件变更等。（5）变更管理

实施PLM后，产品、零部件、物料、图、文档等所有需要编码的部分（包括命名规则）可设置由PLM编码器自动生成编码，确保编码的唯一性。PLM适合离散产品、零部件及技术文件的编码生成、自动查重和回收管理等。（6）编码管理4.3.3PLM的功能

PLM能提供产品生产过程中，外购零部件及原材料的供应商信息管理功能，自制件生产车间与作业班组、批次信息管理；能提供第三方物流管理所需的各种产品及零部件配批（零部件拆分、合并，按供应商配额汇总）运算功能；能提供产品装配作业过程的条码追踪、零部件落地结算与产品序列号管理、销售BOM管理等功能；能提供产品销售和售后服务中的单机技术档案管理、质量追踪与索赔管理、零备件更换管理、产品维修远程技术支持管理等功能。（7）生产过程与售后服务技术管理

PLM提供了许多信息可视化的功能，它们能够让用户随时访问产品全生命周期中涉及的几乎所有类型的信息，从Office文件到2D（TwoDimension，二维）图纸和3D模型，用户不必知道文档保存在什么地方，就可以在一种单一的集成环境中浏览系统，查看模型和产品结构与相关信息，从而支持企业协作。使用数字化的3D设计取代传统纸质设计已经成为制造企业发展的必然趋势，企业需要一个通用、无差别的平台来对这些3D数据进行管理，并在此基础上对产品的生命周期进行管理。（8）产品可视化管理信息物理融合系统任务4.44.4.1CPS的概念和特征

CPS是将虚拟世界与物理资源紧密结合与协调的产物，它强调物理世界与感知世界的交互，能自主感知物理世界状态，自主连接信息与物理世界对象，形成控制策略，实现虚拟世界和物理世界的互联互感和高度协同。具体来说，CPS是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，构建的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，可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。

CPS的概念CPS通过在物理系统中嵌入计算与通信内核，实现计算进程与物理进程的一体化。计算进程与物理进程通过反馈循环方式相互影响，实现嵌入式计算机与网络对物理进程可靠、实时和高效的监测、协调与控制。自然系统人工系统封闭系统开放系统在本质上在微观上在宏观上可以从以下3个角度对CPS进行理解：复合系统CPS是以人、机、物的融合为目标的计算技术，从而实现人的控制在时间、空间等方面的延伸，因此，CPS又被称为“人-机-物”融合系统。CPS是由运行在不同时间和空间范围的、分布式的、异构的系统组成的动态混合系统，包括感知、决策和控制等各种不同类型的资源和可编程组件。4.4.1CPS的概念和特征4.4.1CPS的概念和特征

CPS的概念

CPS被认为是第四次工业革命的使能技术，主要体现在其突破了以人为核心的智能制造控制与执行的瓶颈。先进的信息通信技术为其提供泛在网络连接，是CPS的基础。当信息的获取和传递不再是瓶颈后，对于信息的分析和利用就成了制约生产力变更的主要障碍。因此，CPS也促进了大数据等相关技术的发展，推动了人工智能的再次爆发。CPS与物联网、大数据、人工智能等的关系，如图所示。4.4.1CPS的概念和特征

CPS的特征

局部物理世界发生的感知和操纵，可以跨越整个虚拟网络被安全、可靠、实时地观察和控制。（1）全局虚拟和局部物理

嵌入式传感器与执行器使计算被深深地嵌入每一个物理组件，甚至可能嵌入物质里，使物理设备具备计算、通信、精确控制、远程协调和自治5个功能，更使计算变得普通，成为物理世界的一部分。（2）深度嵌入物理环境和对象状态的变化构成CPS事件，触发“事件→感知→决策→控制→事件”的闭环过程，最终改变物理对象状态。（3）时间驱动CPS各个层级的组件与子系统都围绕数据融合（DataFusion）向上提供服务，数据沿着从物理世界接口到用户的路径上不断提升抽象级，用户最终得到全面的、精确的事件信息。（4）以数据为中心4.4.1CPS的概念和特征

CPS的特征物理世界的时间动态是不可逆转的，应用对CPS的时间性提出了严格的要求，信息获取和提交的实时性可影响用户的判断与决策精度，尤其是在重要基础设施领域。（5）时间关键CPS的系统规模与复杂性对信息系统安全提出了更高的要求，更重要的是需要理解与防范恶意攻击通过计算进程对物理进程（控制）的严重威胁，以及CPS用户的被动隐私暴露等问题。CPS的安全性必须同时强调系统自身的保障性和外部攻击下的安全性。（6）安全关键

CPS包含许多功能与结构各异的子系统，各个子系统之间要通过有线或无线的通信方式相互协调工作。因此CPS也被称为混合系统或者系统的系统。（7）异构物理世界不是完全可预测和可控的，对于意想不到的条件必须保证CPS的稳健性，同时系统必须保证可靠性、效率、可扩展性和适应性。（8）高可信赖4.4.1CPS的概念和特征

CPS的特征组件与子系统都具备自组织自配置、自维护、自优化和自保护能力，支持CPS完成自感知、自决策和自控制。（9）高度自主在诸如汽车、石油化工、航空航天、制造业、民用基础设施等工程应用领域，CPS的研究不仅着眼于自身，也着眼于这些系统的容错、安全、集中控制和社会等方面对它们的设计产生的影响。（10）领域相关4.4.2CPS的架构

CPS并不是某种单独的技术，而是一种有明显体系化特征的技术框架，即以多源数据的建模为基础，包括了5个层次的构建模式，即5C技术体系架构。5C指的是连接（Connection）层、数据到信息转换（Data-to-InformationConversion）层、网络（Cyber）层、认知（Cognition）层和配置（Configuration）层，如图所示。在这个架构中，CPS从最底层的物理连接到数据至信息的转化层，并通过增加先进的分析和弹性功能，最终实现所管理系统的自我配置、自我