信息物理系统（CPS）的故障行为和可靠性研究

This project is based on the urgent needs of the industrialization and information integration, which conducts an in-depth study on structural features of the cyber- physical system, the diversity of tasks exposed by the current network system and the complexity of the fault behavior. The reliability indicators and the dynamic law of instantaneous availability are analyzed from the static network topology, the coupling relationship between different hierarchical network structure, and the network function considering the structural factors based on the structural characteristics of CPS. Then, the cyber- physical system reliability model is established, which can be used to grasp the characteristics of network fault propagation and coupling, identify the key failure status of the network, and explore the fault rules of CPS. To sum up, fault prediction control and reliability assessment methods in our project explore as a new way to ensure the safe and efficient operation of CPS, to lay a theoretical foundation for improving the reliability of complex networks of CPS.

本项目申请以工业化、信息化融合发展的迫切需求为背景，针对信息物理系统新的结构特征和目前网络系统暴露的任务多样性、故障行为复杂性等问题进行了深入研究。基于CPS网络的结构特点，从静态的网络拓扑结构、不同层次网络结构的耦合关系、以及考虑结构因素的网络功能等角度，分析可靠性指标及瞬时可用度动态规律，建立信息物理系统可靠性模型，把握网络故障传播和耦合特点，识别网络关键故障状态，探索信息物理系统的故障规律，从而建立故障预测控制与可靠性评估方法，为确保CPS安全、高效运行探索一条新的途径，为最终提高信息物理系统复杂网络的可靠性研究奠定理论基础。

近年来，随着工业体系中各产业信息化程度的提升和产业间深度交叉融合，信息物理系统（Cyber-Physical System，CPS）正成为支撑这一发展的关键技术。然而，由于信息物理系统的结构演化复杂性与任务多样性特征，其故障规律难以用传统系统可靠性参数体系中故障时间的概率分布加以描述，继续沿用传统建模、评估和预测方法无法满足信息化装备建设的长远需求。.因此，本项目围绕信息物理系统特有的功能耦合和新的故障行为，对信息物理耦合网络可靠性的基础理论和方法开展深入研究。基于CPS网络的结构特点，从静态的网络拓扑结构、不同层次网络结构的耦合关系、以及考虑结构因素的网络功能等角度，分析可靠性指标，建立信息物理系统可靠性模型，把握网络故障传播和耦合特点，识别网络关键故障状态，探索信息物理系统的故障规律，从而建立故障预测控制与可靠性评估方法，为确保CPS安全、高效运行探索一条新的途径，为最终提高信息物理系统复杂网络的可靠性研究奠定理论基础。.通过以上的探索与实践，项目在信息物理系统的故障模式分析和确信可靠性建模方面的研究产出了显著的科研成果，共发表学术论文15篇，SCI收录9篇，其中高水平一区论文3篇，EI收录5篇；共申请专利4项，其中已授权1项。在人才培养方面，项目培养博士研究生1人，硕士研究生10人。