面向服务的信息物理融合系统形式化集成建模方法研究

Cyber-physical systems are multi-disciplinary intelligent systems integrate computation, communication and control as a whole. The internet-heterogeneity, distributed and real-time characteristics of CPS make the design paradox and inflicts be hard to avoid. The efficiency and reliability cannot be guaranteed as well. To overcome these limitations and problems, the study shown in this project attempts to research the service-oriented multi-view and hierarchical integration syntax definition, formal interaction behavior semantics definition, and formal temporal behavior prescription in CPS formal integration modeling. Then, the multi-disciplinary integration language CPSIML is created, which supports the multi-disciplinary horizontal integration and hierarchical vertical integration in CPS. Also, the formal quantitative analysis for the functional and non-functional constrains in CPS can be conducted based on the language.A  industrial robotic logistics production line system is developed as the experimental verification platform for the study.The CPS domain model is developed using the CPSIML in the graphic modeling development environment. Formal functional simulation, logistic verification and real-time verification in the integrated tools can be realized based on the formal description. It is an attempt to support CPS design in an effective way, at the same time guarantee the system performance requirements.

信息物理融合系统(Cyber-Physical Systems, CPS)是集计算、通信和控制于一体的多领域智能系统。由于系统的多领域、网络异构、分布式、实时性等特性，多领域之间交流困难，设计冲突难以避免，导致系统整体性能无法保证。本课题针对CPS的特征与需求，拟深入探讨面向服务的CPS形式化集成模型构建中多视角层次化集成语法定义、系统形式化交互行为语义定义、系统形式化时序行为描述等若干关键理论问题，形成CPS集成建模语言,在实现多领域横向子系统和不同层次纵向子系统的有机集成的基础上，形式化的量化分析系统中存在的功能性和非功能性约束。以机器人物流生产线系统这一典型的CPS为实验验证平台，采用面向服务的模型集成开发方法，在图形化建模开发环境中构建CPS领域应用模型,借助形式化描述及第三方工具集成，实现系统的功能正确性、逻辑正确性、实时性等性能的验证，提高系统开发效率和可靠性。

信息物理融合系统(Cyber-Physical Systems;CPS)是拥有大量独立设备网络集成的复杂应用，具有异构、多领域、数字化等特性。传统的线性设计方法缺乏统一的设计开发语言与平台，数据处理、统计学习、数据挖掘、仿真优化等工作在多样化的开发工具中进行，不仅设计周期长，且很难支撑系统真正意义上的动态可重构和优化设计。本项目以多领域集成开发为核心，将面向服务的模型集成设计方法融入系统设计中。深入研究了面向服务的CPS形式化集成模型构建中多视角层次化集成语法定义、系统形式化交互行为语义定义、系统形式化时序行为描述等若干关键理论问题，形成了CPS集成建模语言,在实现多领域横向子系统和不同层次纵向子系统的有机集成的基础上，实现了形式化描述和验证工具集。以机器人物流生产线系统这一典型的CPS为实验验证平台，采用面向服务的 模型集成开发方法，在图形化建模开发环境中构建CPS领域应用模型,借助形式化描述及第三方工具集成，实现系统的功能正确性、逻辑正确性、实时性等性能的验证，提高系统开发效率和可靠性。本项目对于解决信息物理融合系统设计开发中的多领域设计冲突、保证系统性能等方面都具有非常重要的意义。