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-CPSS

发布时间:2021-09-25 02:48:37
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  CPSS(Cyber-Physical-Social Systems)是在信息物理系统的基础上,进一步纳入社会信息、虚拟空间的人工系统信息,将研究范围扩展到社会网络系统,注重人脑资源、计算资源与物理资源的紧密结合与协调,使得人员组织通过网络化空间以可靠的、实时的、安全的、协作的方式操控物理实体。

  C包括:1) 物理世界中的信息系统, 如物理能源系统的监测、计算、控制、调度等信息;能源社会系统的人类社会活动、消费习惯、操作、社会节能排放安全等社会信息。2) 软件定义的虚拟人工世界: 软件定义的物体、流程、系统,以及在此技术上构建的虚拟人工系统。

  S 包括: 人类社会系统,包括人类社会的实体活动,受人类习惯、思维、经济学、管理学和社会学等支配。也包括虚拟人工系统中采用多智能体等技术形成的人工社会内容。

  一定程度上,工业管理的变革就是利用网络世界无限的数据和信息资源,突破物理世界资源有限的约束以及物理世界时空的限制。通过利用虚拟现实等技术,真正地纳“人”于工业系统和管理的流程之内。

  (1)实时性,物理世界的时间动态是不可逆转的,应用系统的时间性(Timesliness)提出了严格的要求,信息获取和提交的实时性影响到了用户的判断与决策精度,尤其是在重要基础设施领域。

  (2)分布式,通过相互协作完成复杂任务,每个单元采集和处理部分信息,并通过发布/订阅模式,将分布式的信息进行汇总分析,协调各个单元的任务分配,实现复杂的计算处理功能。

  (3)高可靠性,物理世界不是完全可预测和可控的,对于意想不到的情况必须保证CPSS的鲁棒性(Robusness);同时系统必须满足可靠性(Reliability)、效率(Efficiencity)、可扩展性(scalability)和适应性(Adaptivity)。

  (4)强安全性,由于CPSS系统的应用涉及多种重要场合,其控制过程将对物理环境产生直接作用,对CPSS系统的破坏将产生不可估量的后果,故CPSS系统的安全性必须得到保证。

  (5)多样性,CPSS所连接的设备多种多样,规模可大可小,并可能使用不同的标准和协议,网络构成具有多样性。

  (6)系统间互联互通,即实现社会系统与物流系统的互通互联,其中多了的S即Social意味着连接,CPSS将推动分布式CPS系统间互联,形成大规模、更具扩展性、鲁棒性和动态性的系统。

  (7)人参与感知、认知分析,各种新兴移动服务的发展及移动终端设备的普及已使“人”成为最为敏感的“社会传感器”,CPSS从通常的关注计算、通讯和控制的融合进而扩展到考虑人类和社会特征,CPSS的快速发展对人的行为和交互产生了巨大影响,而CPSS中的很多复杂问题需要集成考虑人的因素(Human in the Loop)。

  随着网络化应用的加深,特别是互联网+、大数据、云计算、物联网等技术的发展,信息和物理系统被进一步融合贯通,网络与人类社会无缝联合,形成了更为复杂的融人、机器、信息于一体的系统,即社会物理信息系统(Cyber-physical-social system,CPSS),该系统的基础设施是由软件定义的虚拟人工系统,运行模式将引领人类进入平行化时代。

  1972年奥地利哲学家波普尔(K.R,Popper)出版的《Objective Knowledge》一书中系统地提出了“三个世界”理论

  CPSS 经历了单独物理系统P (1970年至2000年)、融入网络系统C (2000年至2008 年)、整合社会系统S (2008年至今) 三个阶段。

  第一阶段即为工业控制中常见的嵌入式系统,后来随着智能空间和网络技术的发展,连通的网络化嵌入式系统逐渐兴起并普及,使得人类社会进入了物理信息系统CPS的第二阶段。CPS 可分为两类:以“硬件 为主的网络化嵌入式系统和以“软件 为主的知识发现和转播系统(例如2008 年美国NSF 的KDD 立项) 。两者本质上都一样,均是通过通信、控制以及决策的一体化,实现计算和物理资源的协调共享。更进一步,Web 2.0+、移动媒体、社会网络的兴起和迅速普及,真正地实现了“人在系统之中 的场景构建,使物理社会与网络社会的实时化平行互动成为现实,由此催生了信息物理社会系统CPSS 的第三阶段,即物理、认知、计算和社会等资源的一体化协调与融合。

  近年来,随着科技的进步及社会的发展,工业系统愈加复杂;同时涉及工程复杂性、系统复杂性和社会复杂性,并呈现出高度动态化、开放化和交互化等特征。各种新兴移动服务的发展及移动终端设备的普及已使“人”成为最为敏感的“社会传感器”。在此情境下,融合人-机-物于一体的社会信息物理系统(Cyber-Physical-Social Systems,CPSS)将成为实现未来工业体系中的智能企业和智慧管理的基础,成为在联通的复杂世界中整合各种资源和价值的有效手段,成为迈向平行化、透明化、扁平化的移动智能制造的切实途径。

  社会信息物理系统(Cyber-Physical-Social Systems,CPSS)把人及其组织纳入系统之中,使虚实互动、闭环反馈、平行执行成为可能。

  然而,CPSS技术也是一把双刃剑。CPSS通过赛博空间广泛群体中所产生的大量数据收集获取海量信息,与较少的规则、算法与模型快速融合,产生巨大的能量并释放到物理空间,会给人们带来正反两个方面的后果。对我们不利的例子包括恐怖组织和极端组织的广泛网络应用,以及在中国层出不穷的网络人肉搜索现象,把网民当做一种强大的工具去甄别和攻击他们的目标。因此,由于CPSS所连接的相关的生活方式和工作环境尚且未知,在社会结构转型过程中,社会和个人安全这一极其重要的问题,应得到高度重视。虽然目前(2010年)并没有可参考的解决方案,但是我们却可以从历史的发展中学习和借鉴。

  通过CPSS,构建专业和社会性的知识传感网络,认知和感知社会或企业等组织,从而实现智慧运营和管理。

  社会-物理-信息系统(Cyber-Physical-Social Systems,CPSS)必将是实现未来工业体系中智能企业和智慧管理的基础,是在联通的复杂世界中整合各种资源和价值的有效手段,是迈向平行化、透明化、扁平化的智能制造管理的切实途径。

  基于CPSS,以“互联网+”为途径,以平行为方法,深度开发虚拟空间并充分利用其数据资源,是中国制造走向“中国智造”的必由之路。“想法到产品”,“需求就是搜索,搜索就是制造,制造就是消费”将成为现实。

  从社会的角度来看,通过CPSS资源的深度开发和充分利用,社会微观个体的协同创新,人工智能、先进制造、机器学习等技术的广泛使用,虚实平行互动过、实时反馈、移动可视化的工业管理体系的切实应用,都将成为未来智能制造的“智慧之源”。

  相信在不久的未来,一个企业的竞争力和实力,很大程度上可能不取决于其外在规模与资产的大小,而是由其伴生的人工系统,即软件定义的企业之规模和深度所决定的;工业化和信息化化深度融合必将是平行工厂、平行企业、平行制造的应用与普及。

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