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GB／T 40020-2021 信息物理系统 参考架构.pdf简介：

"GB/T 40020-2021 信息物理系统 参考架构.pdf" 是一项由中华人民共和国国家标准化管理委员会发布的国家标准。该标准的全称是《信息技术 信息物理系统 参考架构》，其目的是为了规范和指导信息物理系统的规划设计、开发和实施。信息物理系统（Cyber-Physical System, CPS）是融合了计算机技术、网络技术和物理实体的新型系统，它能够实现物理世界和数字世界的深度融合。

该参考架构PDF文件详细描述了信息物理系统的架构，涵盖了系统的技术框架、功能模块、数据流、通信协议等方面，为信息物理系统的设计者、开发者和用户提供了统一的参考框架。它有助于提升系统的互操作性、安全性和可靠性，推动相关行业如制造业、物流、能源等的数字化转型。

总的来说，这份标准旨在促进信息物理系统技术的发展，提高其在各领域的应用水平，推动我国相关产业的创新发展。

GB／T 40020-2021 信息物理系统 参考架构.pdf部分内容预览：

CPS应能够面向产品全生命周期，通过感知、分析、决策、执行闭环逻辑的重复施行，实现信息 寸物理实体的优化与改进

CPS应能够基于数据资源、算法资源、资源等多源信息资源的分析处理，协助进行商业级 级、操作级等级别的优化决策

CPS应能够通过异构组件间的兼容和适配实现异构组件间的信息共享和透明访问。 异构集成主要特性包括： a）兼容性：CPS具有硬件之间、软件之间或软硬件组合系统之间相互协调工作的能力。 b）互操作性：CPS能够实现异构组件间的信息共享与交互

CPS应具有一定的抗干扰、处理异常情况的能力，在出现 的功能《乡镇综合文化站服务标准 GB/T32940-2016》，是衡量CPS能否在出错条件下恢复原有能力的一种测度。 容错健壮主要特性包括： a）可靠性：CPS的每个组件具备足够低的失效率使得CPS总体能够达到稳定的状态。 b）可用性：CPS具备在一定限制条件内正确执行其功能的能力

CPS应具有功能组件灵活定制并可便捷扩展系统功能的能力， 弹性扩展主要特性是扩展性，CPS允许已部署或者正在运行的系统在低成本、简易化操作情况 1人新的功能或者组件，能够实现系统结构和所提供服务的动态调整，

CPS应具备提供物理安全、基础安全、业务安全、安全管理以及可信保障的能力。主要特性包括： 安全性：CPS具备环境安全防护能力；具备网络、数据、应用、互操作等基础及业务安全防护能 力；具备功能安全防护能力，并能够制定相应的安全策略。 可信性：CPS在开展资源访问、系统交互、业务协同等活动时应具备一定保障机制，确保其活 动过程可以信赖，

用户视图包括用户方、提供方、关联方三种角色及相关活动，见图3所示。

GB/T 400202021

CPS用户方包括管理者、使用者和运维者三个子角色 a）管理者负责CPS业务决策，对CPS使用者和运维者的活动进行过程管控、绩效评估； b）使用者负责提出业务需求，使用CPS开展相关业务的执行、反馈； c）运维者负责保证CPS正常运行，为CPS使用者提供相关的技术支撑

CPS用户方包括管理者、使用者和运维者三个子角色 a）管理者负责CPS业务决策，对CPS使用者和运维者的活动进行过程管控、绩效评估； b）使用者负责提出业务需求，使用CPS开展相关业务的执行、反馈； c）运维者负责保证CPS正常运行，为CPS使用者提供相关的技术支撑

6.2.2.1管理者相关活动

管理者相关活动包括： a 业务决策：综合考虑成本、效率、质量等因素，结合企业业务现状和目标，根据CPS数据和状态 开展相关决策活动； b）过程管控：对CPS使用者、运维者的活动进行监督与控制； c）绩效评估：围绕CPS应用的过程及结果制定绩效指标，并对CPS使用者、运维者开展评价。

6.2.2.2使用者相关活动

6.2.2.3运维者相关活动

基于收集到的系统状态监测数报 知识库，给出预测性维护解决方案，实 现基于设备运行状态的定期巡检、间 保养团环管理

6.3. 1 子角色

CPS提供方包括开发者、资源提供者、集成者和运营者四个子角色： a）开发者负责确保CPS相关设计和开发过程满足需求； b）资源提供者负责为CPS提供相关基础资源：

GB/T 40020—2021

c）集成者负责开展CPS集成规划，搭建完整集成架构，满足CPS全业务活动集成需求： d）运营者负责确保CPS业务服务满足运营目标

6.3.2.1开发者相关活动

开发者相关活动包括： a 需求分析：基于数据挖掘、计算等手段科学分析客户特征，获取客户目标用户、适用场景、 行为路径等信息，为规划设计提供依据，实现客户需求信息的精准挖掘； b）规划设计：基于客户需求信息，结合企业自身发展现状与目标，对具体技术架构、资源配给、建 设周期、人员支持、目标考核进行合理规划，开展CPS架构设计、功能设计、应用场景设计，实 现CPS功能模块合理划分，满足CPS应用要求； c）开发实现：基于开发工具和软硬件资源，搭建CPS开发环境，并结合实际业务场景需求，对系 统、软件进行针对性修改或功能扩展，实现开发人员对不同行业、不同场景特定应用的快速开 发与部署； 测试验证：对CPS的开发、设计和实现中的关键要素以及不同场景、不同行业的CPS实现过程 与方法进行测试验证，实现CPS性能与功能的有效验证。

6.3.2.2资源提供者相关活动

资源提供者相关活动包括： a 提供硬件：提供满足CPS运行的基础硬件设备； b） 提供软件：提供满足CPS运行的开发环境、工业软件、开发集成工具、中间件等； C 提供网络：提供满足CPS信息互通传递的网络环境，包括：基础网络架构、基础网络硬件、软件 以及所分配网络资源的管理权限； d 提供平台：提供满足CPS开发与部署过程中处理、存储等能力的计算资源，以及对所分配计算 资源的管理权限； e 提供知识服务：提供满足CPS全生命周期的知识库，实现满足客户需求的精准服务； f 提供安全服务：提供确保CPS安全运行的防护措施

6.3.2.3集成者相关活动

集成者相关活动包括： a) 集成设计：基于各类组件之间的接口及协议情况，提供CPS集成规划，构建完整的CPS集成 架构。 b） 部署实施：基于集成规划，利用中间件工具、数据接口、集成平台等手段，开展部署与实施工作。

63.2.4运营者相关活动

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CPS关联方包括咨询服务者、测试评估者、项目监理者三个子角色： a）咨询服务者负责为CPS用户方、提供方提供咨询服务； b）测试评估者负责为CPS用户方、提供方提供功能、性能等关键因素测试和评估服务 c）项目监理者负责为CPS用户方、提供方提供成本、进度、质量等监督管理服务

6.4.2.1咨询服务者相关活动

出技术、工程和管理等方面的合理化建议，实现CPS开发、部署、应用的精准指导

6.4.2.2测试评估者相关活动

测试评估者主要活动为对CPS相关功能、性能和安全指标进行测试或评估，判断是否满足与业务 相关的功能、性能以及安全性需求

6.4.2.3项目监理者相关活动

项目监理者主要活动为执行监理。通过对CPS成本、效率、质量的监督管理，保障CPS建设白 实施。

功能视图包括业务域、融合域、支撑域、安全域四种功能域及相关功能组件（见图5）： a）业务域负责执行CPS使用者相关活动，包含研发设计、生产制造、运维服务、经营管理、产业链 协同功能组件； 融合域基于感知、分析、决策、执行的闭环功能体系，负责实现信息空间与物理空间的融合应 用，包含物理空间、信息空间、数学李生服务、数字主线、数字李生体以及感知、分析、决策、执行 等功能组件； c）支撑域负责为CPS提供所需的资源，包含网络、数据和集成功能组件； d）安全域负责保障各功能域的安全，包含业务安全、基础安全、物理安全和安全管理功能组件

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a）机理建模：提供展现系统行为或规则的功能。根据物理、化学等原理，或根据领域知识与 经验，将物理实体映射到信息空间，汇聚分散在各封闭组织内的数据，从数据中发掘工业机理 和规律； b）业务建模：负责对业务流程、业务关系、几何原理等进行数学建模，汇聚业务应用数据，在信息 的流动中实现业务优化； 知识封装：提供可持续地积累知识的功能，包括知识结构建立、知识生命周期管理等； d）数据挖掘：通过对数据的处理、分析，发掘数据中隐藏的规律与具有潜在价值的信息，为系统提 供行为预测； #

7.3.4数字主线功能组件

数字主线功能组件负责以统一的为核心，构建包含产品全生命周期与全价值链的数据流，疏通 信息孤岛，驱动知识生成，建立统一的数据、信息、知识的传递和访间规则。

7.3.5数字生服务功能组件

基于数字主线完成物理实体在信息空间的映射，并基于传感监测和数据传递实现对物理实体 的诊断，预测，仿真，优化。 数字季生服务功能组件包括 a）映射：负责建立物理实体在信息空间中的数字化特征，完成信息虚体映射，从而反映相对 应的物理实体全生命周期过程。 b 监测：通过各类传感器感知内外部的数据，负责完成物理实体数据向数字化表征的传递，完成 在信息空间中对相应物理实体的观察活动。 诊断：通过对历史信息、实时信息的综合处理，负责将信息空间的信息转化为知识，实现对物理 实体状态的评估。 d 预测：基于诊断评估的结果，负责实现数字化对物理实体的未来预测，提供更全面的决策 支持。 仿真：负责基于虚拟仿真、多学科仿真、半物理仿真等仿真，充分模拟产品性能指标、产品 使用状况、生产线运行状态、试验测试等行为。 优化：负责基于监测、诊断、预测和更新的不断送代，实现物理实体中相应资源的持续动态 优化。

7.3.6感知功能组件

感知功能组件负责将各类传感器技术应用至物理空间，实现物理实体身份、几何、功能、机理、运 态等多源数据的全方位实时采集

7.3.7分析功能组件

分析功能组件负责结合环境、 信息《公路收费车道图像抓拍与处理 GB/T31454-2015》，对物理空间感知数据进行分析计算，实现对物 的识别、诊断、预测与分析，为决策提供依据。

7.3.8决策功能组件

决策功能组件负责根据物理空间感知数据分析结果，结合约束条件与优化目标，利用领域知识建 学，实现决策优化

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7.3.9执行功能组件

执行功能组件负责根据决策指令生成行为控制逻辑，利用控制器与执行器，实现对人、设备、物料 艺过程、环境的控制

7.4.1网络功能组件

网络功能组件为CPS提供网络基础，构建信息交互的网络通道： 工业有线：负责利用工业以太网、VPN等有线网络互联融合技术，构建可靠接人的工业有线网 络，实现多源异构数据传输。 工业无线：负责应用无线传感网、穴余工业无线网、窄带物联网、蜂窝通信等异构无线网络连接 技术，构建泛在接入的工业无线网络CECS290-2011标准下载，实现多源异构数据传输

7.4.2数据功能组件