CPPS及在航空领域的应用

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1、CPPS及在航空领域的应用米王勃，杜宝瑞，王金海(中航工业沈阳飞机工业(集团)有限公司，沈阳110034)[摘要】赛博物理生产系统(Cyber—PhysicalProductionSystems，CPPS)目前已成为工业界与学术界的研究热点，各制造强国也纷纷将其作为提升本国制造业全球竞争力的核心技术之一．首先详细阐述了赛博物理系统(Cybe卜PhysicalSystems，CPS)以及CPPS的概念，并提出了CPPS的5个关键特征；其次，指出了CPPS研究中所重点关注的技术领域；最后，介绍了CPPS在航空领域的应用以及对我国制造企业的启示、关键词：CPPS；CPS；航空；制造；赛博安全Do

2、l：10．16080／j．issnl671．833x．2016．13．067王勃工学博士，毕业于北京航空航天大学航空字航制造工程专业，中航工业沈阳飞机工业(集团)有限公司特殊引进高技术人才。长期以来专注于飞机数字化制造及智能制造技术的研究与应用。}基金项目：2015年T信部智能制造系统层级模型及水平评价体系专项。新世纪以来，尤其是2008年金融危机之后，欧美等西方发达国家的经济情况受到不同程度的冲击，各国政府意识到将经济核心置于金融以及房地产等领域的不确定性。为了振兴经济，各工业强国推出了一系列先进制造业的发展规划，如美国先进制造业国家战略计划、德国工业4．0、英国“制造的未来”等。与此同

3、时，新兴技术与产业的发展成为全球经济增长的一个亮点，大数据、物联网、移动互联网等新概念、新技术、新产品层出不穷，制造业正在经历第4次具有颠覆性意义的变革。促成前3次工业革命的关键技术要素分别为动力技术、电气技术以及信息技术，而本次变革的关键推动要素之一就是赛博物理系统(Cyber—PhysicalSystems，CPSoCPS最早由美国提出11-31。近年来，其理论与技术的研究不断深入和进步，目前已成为先进制造业发展的关键技术之一。2006年，美国科学基金会宣布将该系统作为国家科研核心课题。自2012年起，欧盟开始启动与嵌入式系统以及CPS技术相关的战略研究与开发计划，并计划在10年内投入

4、70亿美元，以期在此领域占据世界领导地位。2013年，德国正式发布“T业4．0”实施建议，将CPS作为其3大核心技术要素之一，并明确提出要为CPS技术和产品建立和培育新的主导市场。如今，我国制造业也将受益于CPS技术的发展，先进机器人、智能生产线、智能T厂等技术的推广与应用正在带动我国制造业的转型升级14-81。CPS与CPPS1CPSCPS是指由计算机、网络等信息介质以及具备物理输入输出且可相互作用的物质实体组成的网络。CPS不同于未联网的独立设备，也不同于没有物理输人输出的单纯网络。从嵌人式系统到CPS的演化过程如图1所示。由图l可知，CPS的提出是在最初嵌入式系统的基础上，融人了感知

5、、网络、智能计算等技术逐步演进而来的。在CPS集成化的网络、信息处理、传感以及驱动技术使得赛博2016年第13期·航窄制造技术67空间与物理设备深度融合，进而使系统达到足够的智能并能在多变的环境中应对多变的需求。未来，CPS将越来越依赖于计算单元。因此，计算单元必须具有足够高的可依赖性、物理安全性以及信息安全性[9-II]。从这个角度上来看，智能机器人、智能物流系统、智能数控机床等都可称作CPS。随着技术的发展，这种智能化系统在工业界所发挥的作用越来越明显。与此同时，这些系统的应用并不意味着削弱了人在系统中的重要性，而是改变了人的角色，同时也改变了系统对人类技能的需求。2CPPS赛博物理生

6、产系统(Cyber—PhysicalProductionSystems，CPPS)是CPS在制造领域的一种具体形式，它的出现一方面依赖于计算机技术、信息技术、数据分析技术等的发展；另一方面也依赖于制造领域中制造装备、先进工艺等技术的突破。对企业而言，CPPS能够使其中的设备、设施、人等各种生产要素实现互联互通，并能够进行信息交换和实时控制，这有利于从根本上改善包括制造、工程、材料使用、供应链和全生命周期管理的工业过程。对于整个制造业而言，CPS能够使不同地域、不同行业的企业、研究院所、政府等组织实现高效合作，并在全球领域内形成良性的、优化的制造业生态环境。CPPS的基本结构与原理如图2所示

7、。在赛博空间中，包含了产品全生命周期中所有对象及其活动的模一、-℃系统◆黪卜嚣模型知识、人主导霸＼感㈨／_T辅助＼，I出维／●一丁优化谢_优化迭代信息指令图2CPPS的基本结构与原理Fig2BasicstructureandprincipleoftheCPPS68航空制造技术·2016年第13期型与知识，通过这些模型与知识，制造过程中的所有环节将能够在赛博空间中得到基于全资源的仿真与优化，进而发现并避免生产过程中存在的问