文摘

建立大规模定制行为,以可持续的方式,增加了市场的不确定性,是现代生产企业面临的一个紧迫的挑战,传统的自动化解决方案无法应付。4.0行业寻求缓解当前实践的局限性。它促进充分相互关联的生态系统的视觉系统、机器、产品、和许多不同的利益相关者。在这种环境下,动态地相互联系的自治系统支持人类多方面的决策。工业物联网和cyberphysical系统(独立主办)是两个新兴的概念,体现了这些高度复杂的技术系统的设计和行为原则。研究在可替换主体系统在制造业,体现大多数工业独立主办的定义原则(icp),通常是作为当今的许多新兴的前身icp架构。然而,域名已经在指定明确的设计目标和模糊规则。设计提出了不同的定位,在概念和支持技术制造混乱。本文的贡献通过提供明确的定义和解释的主要功能特征分布在文学。定义的描述功能需求的icp,规模的形式,根据程度的评级系统的实现不同的功能。

1。介绍

的需要和追求高度的适应性系统不是独家奋进号工业4.0和更广泛的理解为第四次工业革命。动机至少可以追溯到1970年代石油危机的后果主要是欧洲和美国公司大力投资于技术,尤其是在所谓的柔性制造系统(FMS) (1),同时日本公司发展精益生产原则。即使最早期的FMS相对成功,需要继续当大规模定制生产的优秀范例(2]。

大规模定制的作品通常在规模经济相对稳定的市场。然而,在不可预测的市场需求几乎都伴随着连续和快节奏的创新过程和卓越生产可持续发展的新范式,多年的现有自动化实践支持大规模定制过程开始消退。

二十多年,现在研究人员转向分布式计算实践和人工智能在寻求新的发展,隐喻设计,实现更适应生产系统(3,4]。可重构制造系统的概念(RMS) (5),一开始就作为一个制造系统设计结构的快速变化,以及在硬件和软件组件,为了迅速调整生产能力和功能在一个部分家庭突然变化在市场或监管要求,出现几乎平行。同时也子整体制造系统的概念(HMS) [6和仿生制造系统7]。

总的来说,这些范例份额不少重要的设计原则和意识形态。其中之一是认为应该模块化系统。模块化是在物理和逻辑的角度解读其中。标准化系统的模块之间的接口是非常重要的,以确保功能可组合性和可伸缩性。模块本身应该表示更高程度的自主权,以及他们的功能通常是独立的,这一原则在某些分支的机器人被称为化身[8),有很紧密联系当前cyberphysical概念化。

信息技术(IT)的快速扩张,尤其是那些有关计算机网络,在90年代末2000年代初已经铺平了道路行业的4.0 (I4.0)作为web服务相关技术和面向服务的体系结构开始渗透和主导工业IT基础架构(9,10]。即使他们没有从根本上改变企业流程,和最著名的离开几乎没有生产设施的现场级控制层,他们开辟了更多的可互操作的使用信息。

从那里,几个相对竞争范式发展,即工业物联网(IIoT),云自动化/制造(CA), cyberphysical生产系统(cpp),和工业cyberphysical系统(icp)。很难确定哪些专门的属性有关。还不清楚如果一些别人的表现。所谓的第四次工业革命,或行业4.0,似乎是全局性的很多科学技术活动的普遍预期导致下一代的自动化系统。以至于这预期已在全球动机的一些研究成果11研究和创新:H2020框架规划下未来工厂的公私合作伙伴关系(欧盟);工业网络联盟,由美国电话电报公司(AT&T)、思科系统、通用电气、IBM和英特尔在2014年(我们);2025年中国制造计划(CN);和全球其他许多项目。

本文作者的立场在cpp / icp主题,详细的在更大程度上在随后的部分,他们认为涉及范式对于大多数的活动发生在未来的工厂。与所有其他的范例,有响亮的模糊性概念和技术和它们的相对的角色在创建新一代的自动化系统。有各种各样的想法关于函数和参考体系结构的基础设施,这些都是传播和呈现在不同的上下文中。

在前面的背景下,本文沿着几个发展做出贡献。领域的借鉴参考文献可替换主体系统(MAS)应用于制造业,cpp / icp,和一定程度上从云自动化和更一般的文学独立主办,本文综合和功能制定zero-tier需求归因于CPPSs I4.0的上下文中。

要求制定伴随着相应的结构模型定位在相同的抽象层次。

然后要求和结构模型,进行更详细的讨论的基础发展规模,使CPPSs的分类。这样的规模范围从一个系统不满足最低需求转换为最小的cpp实现了完整的特色cpp如何实现形成的需求。

作者相信,如此规模的可以作为指标准备应对挑战,被认为是可行的系统I4.0的前提下实现的。同时,提出规模可以用作一个工具告知后续系统设计和实现的方向朝目标水平或功能的目标。

在本文的其余部分,本文提供的方法被认为在研究详细在下一节中,其次是主要的结果和讨论。本文完成的主要结论的思想和价值相关研究问题的后续。

1.1。材料和方法

这项工作的方法论的方法是基于传统需求工程(RE),有时也称为需求管理(RM)。RE / RM是一个系统和严格的规范和管理方法要求(12和部分系统工程的一门学科12,13]。

因此要求理解为(12](我)一个条件或能力需要由用户解决问题或达到一个目标;(2)必须满足一个条件或能力,或拥有一个系统或系统组件,以满足合同,标准,规范或其它正式实施文档;(3)的记录表示一个条件或能力(我)或(ii)。

需求可以引起从许多不同的来源13]:文件,操作系统,和利益相关者。利益相关者在这里理解为一个人或组织有直接或间接影响系统的需求(12]。

涉众都在这里解决他们的角色代表相关的问题。一般利益相关者CPPSs法律,产品用户,工厂的客户包括销售渠道、采购渠道部分/材料(材料流入),设备操作员/工人,生产工程师(工艺、质量),核电站运营商,工厂老板,设备维护/安装和设备制造商。

需求文档的另一个来源。在本文的上下文中,相关文档是法律、标准和出版物。这项工作包含文献综述和整合基于出版物。从系统分析获得所选文献出版的产生主要来自一些技术社区的成员,即以下IEEE技术委员会:工业代理和工业cyberphysical系统。选择是由工具开发分析coauthorships部分中描述的大型网络14]。作者认为一个重要的程度,调查了出版物也反映出许多不同的利益相关者的利益。作者也承认,这一设想是有争议的;然而,考虑到新奇的领域和程度的猜测,此前peer-validated信息需要一个重要的共识的观点,否则将难以实现。

在同一时间和同一,这种贡献是打算作为需求来源的其他贡献可以开发最终会考虑从其他股东更成熟的观点。

一个特别重要的区分因素从传统再保险/ RM在于本文不专注于一个特定的系统,而是在整个类的系统。范围通常定义为(12)的范围可以塑造和设计在开发一个系统。因此,它应该是目前的贡献明显元级定位由于其广泛的范围。

进一步,潜在CPPSs继承现有系统的要求操作,和任何特定的设计来源于它将不得不遵守,至少,类似的要求适用于它的前身。

这个假定这些以前的需求但专注于小说的贡献方面被认为属于尤其是cpp域。当有一个对齐的需求但cpp应该制定一个重要的重新解释,然后要求被包括在讨论。

随后的讨论的起点是适应cpp结构模型提出了(15,16]。特别感兴趣的是cpp的定义(图1)理解作为一个人力资源的聚合,cyberphysical生产模块(CPPM)(下一个定义),子系统和聚合产品对它建立一个或多个cyberphysically制定交互接口。这些接口是用于监视和控制的cpp操作以及利用生成的知识通过人力资源、cppm,子系统在生产过程中以及其聚合所产生的知识产品在整个生命周期。这个内部知识是用在不同的时间尺度不断改进操作和通知战略资本消耗,原材料和能源的多种形式。Cyberphysically制定产品还将为外部系统创造价值,作为网络的一部分的东西和服务,对他们保持交互接口。这样的交互是外部知识的结果。访问可能是作为一个增值服务,可以帮助进一步提高cpp操作。

随后CPPM坚持的概念定义模块详细(17),即一个模块内紧密耦合和松散连接到系统的其余部分。

CPPM定义(图2)是改编自和设想CPPM [16)一个模块组成的三个逻辑聚合实体:一个设备、一个控制器或计算平台,这整个的cyberrepresentation。计算平台之间可以共享一些cyberrepresentations如果它提供了访问设备,他们代表。cyberrepresentation包含接口和算法,使模块与其他模块交互,人力资源,或子系统,而不需要重新编程,实现了一个硬件抽象层,将设备的交互和执行逻辑的细节。

作者将考虑这些开始整个论文结构配方支持设计的讨论cpp在很多不同的逐步实现的复杂性。

2。结果与讨论

2.1。工程需求的专业文献

专业的文学提供了许多重要的见解属于cpp的特点。然而,这些不同的特点已经在同样定义许多抽象级别。一般来说,正如前面讨论16,18,19)、科学贡献因此范围从硬件在回路实现参考架构。这意味着预期,也提出了在系统实现大幅变化。通常也有一个参考体系结构之间的断开,可取的特点是嵌入在一个概念设计,及其随后的实现,往往并不坚持概念的原则。

概念设计和具体的实现之间的距离也加剧了很多不同的特征通常指定没有一定程度的义务除了提到需要特征。

在以下的分析中,作者、持续的调查选定的文献,进行正式指定相应的需求(13),但得多的程度上,遵循自顶向下的分解方法适当的公理化设计过程(20.]。

这种方法的实际意义是所有形成的cpp特征表达对象+责任度+函数形式,每个确定的特点是至少增长了一层深度。他们还制定,最大的努力程度,根据独立公理,假定一个优化设计始终保持独立的功能需求(20.]。感兴趣的对象都来自cpp / CPPM定义之前。义务的程度是一个枚举与以下三种可能的值语义(13]:(我)应:对象必须实现函数归因于它。(2)应:对象,如果可能,实现函数归因于它。(3)威尔:对象实现函数归因于它可能会在将来的某个时候。

所选文学反映了一组极宽的cpp的“理想”特征。相当数量的这些是对类似的功能使用不同的术语。在这项工作的范围,作者有足够紧密地聚集属性分成以下高层要求:适应性、可兑换性、可积性、可预测性,可用性,diagnosability,安全,和安全。他们的顶级定义(1级)提供了典型的(重新)配方,更接近正常的解释类似的概念,但已经指定的功能。subrequirements(水平1. x)提供进一步的细节,有助于对顶层并告知。一些要求非常接近,甚至从其他作者。这些都是正确地识别。的一些术语也从以前的作品在可重构制造系统中,特别是[5,21,22),但是除非另有说明已经重新解释,制定功能。

从顶层需求,作者希望先讨论这三个,他们认为是主要的差异化需求在cpp:适应性、可兑换性和可积性(图3)。几乎所有研究议程的核心I4.0谎言的想法不断适应系统。适应可能发生在结构、功能,或两者兼而有之。因此,适应只能实现彼此如果系统组件可以集成(可积性)。它另外需要一个相对模块化的物理结构(兑换)支持大范围的适应性解决方案除了简单功能的适应。

程度不同的适应性、可兑换性和可积性函数实现的直接测量的程度如何cyberphysical, I4.0之光,生产系统。

下面的表(表1- - - - - -3)反映文献调查的结果和许多定义的扩散和稀疏的再形成所需的特征这三个主要的要求。相关文献来源只包括那些有更多强烈声明或其他方面的贡献提出RE / RM锻炼。相似的概念和定义当然会被发现在其他报纸在专业文献但是他们要么是包含到引用来源或者已经普遍疲软的需求。

(表的适应性要求1)主要关注系统行为的预期。多年来它已经接受现在的能力,以适应不断变化的环境对生产系统是至关重要的。cpp的概念似乎也包括结构调整的可能性,移动设备甚至可以改变,或多或少的自治的方式,工厂布局。作者设定了一个强大的重点在这适应能力。条件会导致系统适应不同的紧急和实现时间和自然包括错误和失败,激增,或滴在生产以及新产品的增加。文献表明,高度的义务等功能的实现。这个原因有合理的使用义务运营商最需求表中“应当”1。1.2两个例外将适应性学习在哪里提到1.4和适应性协作在哪里。

低程度的义务的理由适应性1.2涉及到这样一个事实,这是专业文献中经常提到;然而,学习意味着大量的数据的生成和可用性应用系统级。设计的系统上出现频繁的变化(包括物理和逻辑),获得重要的数据可能被证明是一个挑战。在这种背景下,原则上适应性1.2是重要,但可能不会在一般情况下可实现的。

1.4协作(适应性)经常被作为首选机制支持适应。然而,许多其他形式的互动(23)是可能的,可能不愿意和协作。在某些情况下,竞争互动策略,例如,获得更好的结果。这通常是上下文相关的。

表2显示了可兑换要求。如果反映系统行为如何适应,然后可兑换是关于系统的物理特性,最终允许使用它的适应性行为。模块化是大大公认的特点,和cpp应该确保它的组件可以以不同的方式去适应和在需要时产生新的功能。因此需要从其cppm最低级别的机械接口和兼容性。

可兑换仅只是机械整合提供担保。表面,电缆,电线等应该匹配。可积性覆盖因此逻辑系统的互操作性。Cyberphysical系统必须放在一起沿着这两个维度。义务的程度非常高,认为逻辑抽象的存在使cpp来解释和使用设备的功能未知的(可积性1)。这些包括机器的使用可翻译的语言和逻辑接口兼容1.3(1.2可积性和可积性)。

在未来,如果I4.0的视力完全巩固和成为现实,CPPSs的行动的范围将扩展不仅仅是一群CPPSs和其他可能会包含独立主办相关(1.1可积性)。

如前所述,这个贡献假定现有需求适用于今天的生产系统也将在一定程度上适用于CPPSs,和作者没有检查或地址他们全部。然而,从这些,有一些,可能需要一个从根本上不同的方法或者是挑战,特别是可预测性,可用性,diagnosability,安全,和安全。

可预测性(表4)已经被传统的解释在两个方面:系统的行为是透明和可辩解的系统表现time-predictable。作者认为第一个应该是固有的任何行业的适应过程,因此解释可预测性更向第二方向(时间可以预见在可预见性)。义务程度最大,和一般的合同是兼容的cpp交付性能其控制下的过程(可预测性1.1)。这并不一定意味着硬实时性能但意味着行为交付,使规划和断言生产质量(1.2可预测性和可预测性1.3)。

预测通常是相关的可用性(表5)。无论多么适应性系统,没有适当的控制工具,使简单的操作系统的可用性(1),CPPSs不能被接受。cpp的新奇工具在于,他们必须利用和支持系统的自适应能力,从而使产品的设计在整个范围的可能性被给定的可兑换性和可积性的可能性设置(1.1可用性)。

在支持的范围内操作,cpp还必须确保运营商在正确的时间被告知系统中相关的事件发生。但在cpp是事件的数量,由于其适应性行为,势不可挡。因此,系统必须有能力只过滤和直接相关的信息需要支持不同的决策过程(1.2可用性)。

理解一个复杂的系统的能力是做不仅影响其正常运行,而且至少同样重要的是如果不是更多,在扰动下它的行为。cpp应当尝试检测和诊断错误和失败。鉴于其复杂和组成结构,这可能是一个挑战,这取决于大小和错综复杂的底层交互。这里的义务是要做一个最好的努力diagnosability(表6)和操作在一个完全可追踪的方法。在cpp上下文,可追溯性意味着在很大程度上使一组复杂的因果关系流可以理解的。

安全(表7)是一种新兴的担忧在CPPS-related文学。绝对义务,目前有很多不同的维度,使其很难描述。今天的安全条例主要适用于固定安装和传统的自动化解决方案。规定稀少时考虑自主机器甚至更多在考虑移动自主机器可能与人类互动。大多数人机交互,在一个工业背景下,评估个案。

cpp的成功和I4.0要求安全法规扩展,包括,在一般情况下,自治系统的情况下,进行结构调整在生产地板,可以接受和验证。

安全(表8)是一个在CPPSs更多实实在在的努力。是执行的义务,保护cpp有害影响的组件或外部系统。大部分的现成支持技术通常是可怜的在满足安全需求。虽然这个问题已经被证明是一个挑战在运行系统中,它是严重的背景下CPPSs由于他们一般低成熟度。

2.2。分级CPPSs根据其程度的实现

不同的系统设计将坚持在不同程度上指定的需求。有些系统可能不会坚持。这将创建一个范围的可能性集体通知的能力发展的一个特定的系统或系统设计,以解决新兴I4.0设想的挑战。

因此作者提出一个规模,区分一个系统或系统设计的不同阶段。拟议的规模范围从−1到5,−1将适用于一个系统,因为不同的原因,不能转化为达到cpp的功能交付和5将适用于一个功能齐全的cpp。这样的尺度是相对常见的软件开发领域,例如,软件能力成熟度模型集成(CMMI)软件开发组织和指导他们的发展过程中对软件开发过程进行的方式。

而作者认为这种充分发展模式将是极其复杂的开发范围的成熟度水平CPPSs由于整个领域,他们认为可以有效地开发类似的想法考虑需求详细的早些时候。不同层次的讨论,因此提出了下一步。概念的系统讨论了在每个级别,以更好地说明evolve-ability挑战和潜力。

0级这一水平,将需要大量的工程工作发展系统CPPS-grade功能。(我)适应性:适应生产系统不支持。有实际可行的方法来改进系统成为适应能力,但大量的工程工作是必要的。(2)可兑换性:该设备一般不模块化和/或本质上遵循机械整体结构。零件在设备可以更换、维护或服务但取代不会导致功能的变化。(3)通过标准化的接口可积性:该设备没有连接在一个一致的方式和不同的接口和交互协议。集成在一个案件的处理。(iv)其他要求:系统满足最低层次的要求操作根据生产目标和国家有关规定。

一个半自动的车间与几个工作站和/或机床为0级系统是一个典型的场景。在这种情况下,设备一般不互相结合。生产从工作站/机工作站/机通过手动过程或其他固定和索引自动运输解决方案。相同的生产过程总是使用相同的工作站/机器或由操作员手动介绍或重新选择新的项目已经可以从工作站/机器。更高级的机器也可以自动行动存在的工件如果电子标签的方式允许一个特定的机器执行程序的特定的工件。立即应采取步骤改善这样一个系统,把它提升到下一个层次,包括改善其可积性。遗留设备经常被发现在这样的环境中,一般不直接可以使用更先进的通信协议,例如,web服务的协议。适配器设备必须考虑在这种情况下,创建一个协调层遗留组件,并命令解释器和翻译。这些适配器设备通常也提高适应性的先决条件。可兑换问题需要解决随着时间的推移,通过更换物理设备更模块化设备适用的地方。

水平−1这个级别,它几乎是不可能的进化系统。(我)以来级别后−1定义零起点都是一样的;然而,有法律限制(例如,监管或知识产权保护),阻止任何进一步的系统集成工作。设备或系统的形式存在于独立的孤岛。

1级这个层次,系统模块化原则,其中一些模块化已经包含在设计时考虑迎合潜在的长期变化。(我)适应性:生产系统程序涵盖所有可预见的情况下,可能需要作出的决定和组件之间的交互是静态的、永久的。(2)兑换:设备通常是模块化的,可以用一些具有类似功能替换设备。这些变化通常需要一个不可忽视的系统中断至少在新设备被集成的地方。(3)可积性:该设备原则上使用标准接口连接和/或通信协议,通过标准自动化控制语言。(iv)其他要求:系统满足最低层次的要求操作根据生产目标和国家有关规定。

系统在1级通常代表一个相对较高的自动化,过程和机器一般都是相互联系和影响。通信是通过标准的工业总线系统和标准的数据格式是可以更换类似的组件。一般来说,支持多个总线通信系统可以改善整合新设备的机会。然而,有不同的系统岛屿,虽然集成,用信息流和格式通常是专门的上下文中定义的,岛,不能自动解释或其他地方使用。发展这样的系统的主要挑战在于协调信息语义,并确保有一个最低级别的语义接口,允许设备全球发布命令。这些可能包括选择性(de)激活设备,选择特定程序控制器或机器内,影响和控制工件计划、调度和路由策略。

1级水平两相似。(我)适应性:同之前的水平。然而,系统准备这样类似的模块可以激活或不激活作为其业务的一部分。(2)可兑换性:该设备通常是模块化设计的方式和最小中断可以集成到生产系统。(3)可积性:该设备原则上使用标准接口连接;额外的努力确保相同模块具有相同的功能和接口可以集成与很少或没有重组的努力。(iv)其他要求:系统满足最低层次的要求操作根据生产目标和国家有关规定。

二级系统在一个相当调谐一级系统非常小心一直处于设计阶段,使快速更换设备,一个典型的场景是一个生产线,生产不同的产品在不同的变化和线需要添加和/或删除设备,或工具,以支持不同的生产流程(即。,有一个系统制备过程转变的场合)。系统仍是静态逻辑链接到不同的设备的主要改进点达到三级系统。这里的策略是提高逻辑接口呈现他们解释和发现启用动态编排的组件。OPC-UA等新兴标准的采用和其他web服务格式是一个适当的步骤,这个方向。这样的接口将使大量减少准备时间的多个进程可能容易设计和实现。与此同时,新机器的集成变得更加容易。

级别3在这个级别,系统的结构和行为与2级;然而,设备可以动态发现和设计的功能和流程可以被激活和编排的不同组件。(我)适应性:生产系统程序覆盖所有主要的情况下可能需要作出的决定;然而,新的情况下可以很容易地介绍了通过编排系统的组件。系统无功引进新组件,可以使用他们,只要有一个编排程序包括他们。(2)可兑换性:该设备模块化设计的方式和最小中断可以集成到生产系统。(3)可积性:该设备原则上使用标准接口连接中描述machine-interpretable格式支持识别和操作(如前所述)。(iv)其他要求:系统满足最低层次的要求操作根据生产目标和国家有关规定。更动态和复杂的结构也可能使diagnosability使用先进的数据采集和处理的实践。

三级系统如果工厂将会获得什么创造了目前可用的最好的技术。它假定设备的无缝集成和协调功能。这意味着在可兑换系统的限制,许多不同的生产过程可能会制定一个可行的方法。这需要专家的工作设计这些流程和系统编排的例程。这包括设计正常操作和恢复操作。这些例程的不同取决于系统的复杂性和产品的性质和大小但一旦开发,系统能够无缝地遵循和对变化作出反应。三级尤其与支4.0的目标模式41]。然而,在这个级别,系统自治仍受到限制。执行的系统仍然被告知要做什么。多级自主决策机制不是默认包含在设计主要集中在可积性方面。

级别4日这个级别,系统有能力理解它的结构和推断和提供可能的编排方式。系统self-orchestrates其自治的边界之内,呼吁采取行动人力资源干预超出其自治范围。(我)适应性:系统有一个高度自治,它使用在生产过程动态地分配不同的资源。新引进设备立即认出并进入操作。系统可以在函数可用的资源和计划当前的生产目标。(2)可兑换性:该设备模块化设计在某种程度上它可以集成没有任何中断。(3)可积性:该设备使用标准接口连接中描述machine-interpretable格式支持识别和操作(如前所述)。(iv)其他要求:系统满足最低层次的要求操作根据生产目标和国家有关规定。更动态和复杂的结构允许使用diagnosability先进的数据采集和处理的实践。特别是,系统有能力理解和推断不同的生产环境,资源应该分配给执行所需的任务。

四级系统已经证明,与限制,科学设置和原型。可以找到一个相当广泛的修订(42]。他们利用接口的可发现性和可解释性机会采取自主决定工作流的动态条件下工件。他们需要一个非常好的cyberphysical对齐对形式和功能,通常在今天的系统不可用。代self-orchestration例程需要函数的泛化。中提出的许多演示系统和体系结构,它通常需要考虑等高级功能转换、交通、和协调。他们通常需要cybercontrolling实体之间的一对一的映射,其物理对应高度的体现,通常是复杂的实现和部分本文的动机。一个完整的讨论中可以找到这些设计问题(16)和引用。五级的步骤是一个多学科开放研究问题包括大幅增加系统的cyberphysical自主权。

水平5个水平反映了理想cpp配置表示很高cyberphysical自主权,甚至使它能够动态改变其结构。(我)适应性:系统有能力自主主见包括其物理结构。这些变化可能会包括收购失踪的功能组件从一个数字市场。在不同的时间框架系统的计划和调整。自我调节的范围不仅包括餐饮生产干扰而且对故障和故障恢复。(2)兑换:组件有一个机械互操作性高,否则可以调节系统本身。组件通常是移动或转移到其他组件。(3)可积性:系统有能力识别任何新组件或系统被添加到它,可以产生新的功能结合新添加的组件或系统提供的功能与现有的。(iv)其他要求:所有的全部。

2.3。综合讨论

即使大多数的期望关于什么cpp应该是分散在文学和详细的在不同的上下文中,有一个组的需求显然表明主导的特征。这些要求,自己,容易出现多种解释。这使得很难划清界限,系统从一个常规自动化系统功能齐全的cpp。今天的系统的区别是困难,因为大多数已经展示特点,理应属于cpp。

目前研究方向设置一个重要关注接口和系统集成方面。这些都是非常重要的,因为结构模型所显示的数字1和2的支柱,他们可兑换性和可积性。然而,一个更小的重点设置先进的行为方面。

先前的研究在MAS部分覆盖一些在这个方向。功能需求发现的RE / RM锻炼在这个贡献是反映。表明,给出的评分量表之前,更先进的水平,关键功能的行为性质和虽然基本接口方面,他们不满足的适应性要求。

今天的大部分生产系统可以定位水平−1到2之间。水平三是接近的研究领域,反映了最好的现在可以通过先进的技术,例如,OPC-UA,以及主流的人工智能。这可能来自于一个事实,就是,一般来说,web服务栈相对容易与现有的自动化集成控制器。这样的集成通常不会改变控制器的本地编程语言,实践中也与传统的自动化金字塔(43)也称为isa - 95模型。

isa - 95模型然而最近被认为不适合CPPSs的良好发展,和新车型如RAMI 4.0规范(DIN 91345 (41)已经出现。RAMI 4.0模型提供了一个更好的覆盖系统的组件间的通信的性质,介绍了行政的理念壳作为单点信息检索。行政shell提供了一个广泛的覆盖率收集相关信息的一些早期主要要求指定但通常不包括组件的行为建模。

作者认为,4级代表了当前的研究前沿和它已经做出重要的假设有关的性质物理系统的一部分。重新设计工作的过渡层次3到4仍然是巨大的,和当前支持的成熟技术通常是低目前破坏他们的收养。

最后,5级需要展望未来的全功能的CPPSs。这里,自治系统和集成的程度非常高,系统复杂性是最大的。虽然四级将达到一个相当大的工程应用研究的方向,5级仍够不着没有更多的多学科和基础研究工作。

因此,毫无疑问,未来的系统将需要更高维度探讨了复杂性。物理复杂性起源于改善系统的可积性和可兑换性应该是可以量化的(数量的零件、材料特性、接口类型等)。

然而,行为复杂性的量化是一个更加难以捉摸的任务。今天的生产系统已经极其复杂的实体相结合的物理和逻辑方面。事实上,很少有系统可以无缝带到一个操作状态是一个明显迹象,说明已经有一定程度的未知行为产生意想不到的效果。这种固有的不确定性是重要的理解一般复杂生产系统的基线。更好的证实讨论增加程度的相关行为的复杂性和不确定性,是很有帮助的介绍出现“软弱”的概念定义为(44)宏观一个系统的与与是弱的,如果只能来源于和但只有通过仿真的外部条件。

在前面的定义和假设的光今天的系统可以无缝地设置没有不确定性,对于一个相对较小的系统和减少数量的固定组件交互,它可能是完全可行的正式验证系统行为。一个更大的系统需要的黑匣子,单独验证,后续验证的基于输入和输出的选择,从这些黑色盒子。在发展的当前状态,这将是可信的到三级之前讨论的范围。到3级,因果关系矩阵系统非常复杂,但仍在一定程度上可能与一些简化管理。在四级,介绍了自主行为。这极大地复杂化因果关系矩阵,因为它从系统中删除操作约束的决策过程。5级是理论上的极限情况。

丰富的自适应过程中,更大的努力在建立可追溯系统信息和要求越强CPPSs的非核心业务需求,即diagnosability,可预测性,安全,和安全。在这种背景下,而实现的核心需求就是将确保预期的复杂的生产活动,它是最有可能的实现将决定他们的成功。这使得它们基础研究课题,需要理解少光的水平−1到2更3 - 5的水平。cpp的无缝操作才会获得通过管理和理解作为一个整体设计的复杂性。

3所示。结论

提出了RE / RM锻炼,从参考文献支持现在理解为I4.0概念,提供了一种形成的解释主要需求在cpp等待开发。与大多数文献的定义,需求是集功能制定更好的查明CPPSs相关行为的期望。然而,即使这是倾向于多种解释。部分克服这一挑战,这对分类的贡献提出了规模CPPSs根据他们坚持的程度不同的要求。本文进一步讨论了不同级别和职位的主要影响现有的发展。

作者希望这样的贡献将揭示的科学工程CPPSs更好通过删除部分的概念上的模糊性和通过提供一个良好的基础定位现有系统的成本和理解不同层次之间的过渡。

讨论尽可能广义和目标CPPSs而不是他们的特定实例。作者认为这元级范围内的定位是非常重要的I4.0捕获系统以来自然有形的方式。它还强调了主要设计挑战需要一个整体的角度来看,促进和尊重cyberphysical自然系统的组件。

数据可用性

支持数据收集从文章中引用的文献。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项研究是由林雪平古都。