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图3-3 信息系统和物理过程深度融合构成的CPS系统
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一般地说，CPS由两个主要的功能性部分组成：
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1）能确保从物理过程采集实时的数据，并能确保由信息控制空间（Cyber Space）将信息反馈给物理过程的先进的连接能力。
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2）构成信息控制空间的智能数据管理、分析和计算的能力。
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但这种抽象的要求如何在制造系统中实现呢？这需要按照顺序工作流程的方式建立一种分层架构，以确保原始采集的数据经过逐层分析一直到建立最终值，并反馈到物理过程。美国辛辛那提大学李杰教授提出的基于工业4.0制造系统的CPS架构[2]（简称5C架构）如图3-4所示。
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5C架构由智能连接层（smart connection level）、数据-信息转换层（data-to-information conversion level）、信息控制层（cyber level）、认知知识层（Cognition Level）和组态层（Configuration Level）自下而上组成。每层的属性分别如下，智能连接层：即插即用，无限制的通信，传感器网络；数据-信息转换层：部件的机械健康状态智能分析，多维数据相关的智能分析，性能及性能变差预测；信息控制层：部件和机械的双重模型，变化识别和存储的时间，数据挖掘中的相似群集；认知知识层：集成仿真和集成综合，远程可视化，协调性诊断和决策；组态层：恢复正常状态的自组态，考虑变化的自调整，针对扰动的自优化。
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图3-4 基于工业4.0制造系统的CPS架构（5C架构）
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生产自动化中的CPS需要关注的主题是：自适应和自主控制，基于部件的自动化（component-based automation），软件安装阶段组态（deployment time configuration），通信和分散的功能性对分层通信结构没有强烈依赖；横向集成和垂直集成，基于IP的无线自组织adhoc通信和有界的有线自组织adhoc通信，能感知环境关系的自动化；部件工作运行与所在位置无关，在整条生产线中，部件能自主实现其功能和任务，依据环境的影响能进行过程参数和过程结构的动态自适应；人员因素的集成，增强操作人员的能力，人在系统中的作用是协调者、优化者和指导者。
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智慧工厂：中国制造业探索实践 3.4 使能技术
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智慧工厂：中国制造业探索实践 [:1704011784]
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3.4.1 概述
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智慧工厂是在积累了许多年的工业装备技术、工业生产工艺技术、工业生产和供应的管理技术、工业自动化技术（为了方便，美国技术界正在用OT，即operation technologies来表达这一系列技术的总合）之后，和IT技术全方位深度融合发展起来的。
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什么是智慧工厂的使能技术呢？为了尽量解释清楚，应该将这一技术细化为：
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（1）在建设智慧工厂中，已经可以用的使能技术（enabled technologies）
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1）立即就可使用的技术，例如PLCopen开发的运动控制规范、IEC 61131-3的XML Scheme、IEC 61131-3的OPC UA信息模型及Server功能块规范和Client功能块规范。
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2）基本可用，但还需要进行适应性的开发或标准化，例如MES、SDN（Software Definition Networking）、工业物联网。
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（2）还在开发中的使能技术（enabling technologies）
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1）需要总体规划和顶层设计且涉及面极广的使能技术，例如标准化，横向集成、端对端集成、纵向集成。
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2）需要按行业进行集成整合的使能技术，例如语义可互操作性。
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从智慧化工厂急需开发的关键技术来看，又可以列举如下：渗透在各个生产制造和管理环节中的IT技术及其集成（包括工业物联网实践技术，分布式云计算的工业实现，基于Web2.0的工业互联网技术，物理信息融合系统的工业实践……）；垂直集成和横向集成的工业通信技术（包括基于互联互操作的设备集成工业以太网整合技术，机器与机器之间的通信（M2M），基于OPC UA的垂直集成语义互操作性的实现技术等）；软件技术（包括面向分布式自动化的各类高效可靠的模块化软件开发平台，应用分布式自动化中的SOA和多智能体系统的软件技术等）；机电功能模块的设计、开发和最佳实践；下一代工业辅助系统技术（包括基于增强实境技术的先进工业辅助系统，机器人和操作员协同等）；标准化技术。
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智慧工厂：中国制造业探索实践 [:1704011785]